Любой силовой трансформатор эксплуатируется годами (известны случаи работы трансформатора в течение 40 и более лет) в самых различных режимах и при разных внешних воздействиях. Это разнообразие не может быть представлено аналитически. Необходима некоторая система оценки состояния трансформатора, организованная на предприятии.
Внешние исследования силовых трансформаторов проводятся в пределах, оговоренных нормативно-технической и конструкторской документацией. Однако опыт эксплуатации определяет необходимость оценки изношенного оборудования в следующих случаях:
когда близок или наступил срок окончания эксплуатации согласно «Системе технического обслуживания и ремонта»;
если из-за интенсивной работы происходит физический износ;
когда имеет место амортизационный или моральный износ.
В этих случаях возникает необходимость предварительной оценки состояния изношенного электрооборудования для разработки плана достаточно эффективных методов дальнейших испытаний или мероприятий по поддержке функционирования электрооборудования. Приведем некоторые приемы, позволяющие оценивать изношенное оборудование.
Внешние исследования включают в себя: контроль показаний измерительных приборов; проверку уровня, давления, температуры и цвета масла; взятие проб масла; проверку исправности средств сигнализации, защиты, автоматики и газового реле; визуальный контроль поверхностей вводов и изоляторов, ошиновки, кабелей и контактных соединений.
Исследования осуществляются осмотром, простейшими и специальными приборами. Наиболее эффективен тепловизорный контроль, включающий в себя термографию. Опыт эксплуатации свидетельствует, что выявить начало развития одного из основных дефектов высоковольтных вводов — отложение металлосодержащих коллоидных частиц на фарфоре — позволяет обнаружение зоны повышенного (на 1...2°С) нагрева, возникающей при появлении даже незначительных полос осадка.
Термография производится в процессе эксплуатации, когда обнаруживается та или иная аномалия и делаются предположения о возможных неисправностях, например:
локальные нагревы на стенках бака силового трансформатора, могут возникать из-за разрушения изоляции шпилек или обрыва шинок заземления;
аномальным считается повышение температуры, которого нет на соседних фазах или на похожих силовых трансформаторах;
наблюдаемое неравномерное распределение тепловых потерь по высоте обмотки и локальные нагревы на стенках бака свидетельствуют о возможности ускоренного старения изоляции отдельных катушек или витков;
перегревы крайних обмоток высоковольтных вводов говорят о разбухании дополнительной бумажной изоляции или шламообразовании;
повышение температуры корпуса маслонасоса возможно из-за трения крыльчаток, дефекта подшипников, виткового замыкания в обмотке электродвигателя;
нарушение плавного повышения температуры по высоте термосифонного фильтра свидетельствует о возможном шламообразовании, случайно закрытой задвижке или работе силового трансформатора в режиме холостого хода;
при низкой температуре труб радиаторов возможны неисправность плоского крана радиатора, или ошибочное его закрытие, коррозия труб и шламообразование;
резкое падение температуры в маслопроводе после газового реле или отсечного клапана говорит о возможности дефекта крана, расположенного у газового реле;
нагрев расширителя герметичного маслонаполненного высоковольтного ввода возможен при образовании короткозамкнутого контура внутри расширителя;
продольный нагрев на поверхности фарфоровой покрышки, начиная от верхнего фланца, возможен при появлении частичных разрядов из-за увлажнения верхней части остова высоковольтного ввода; нарушении герметичности прокладок маслорасширителя и попадании влаги;
неравномерность температуры на поверхности высоковольтного ввода может возникать из-за разбухания или смещения его бумажной основы, а также из-за шламообразования на уступах его остова или нарушения циркуляции масла в нем.
Контроль за состоянием маслоочистительных и маслосборных устройств (маслоочистительного фильтра, бумажной изоляции обмоток) во время эксплуатации осуществляется экспресс-анализом на увлажнение масла по изменению цвета индикаторного силикагеля, который при впитывании влаги розовеет и приобретает яркую окраску.
Если же предполагается проводить анализ масла для определения количества фурановых соединений, по которым оценивается степень полимеризации бумажной изоляции обмоток, то забор проб масла из силового трансформатора необходимо проводить до смены термосифонных фильтров. (При наличии в силовом трансформаторе термосифонного фильтра образующиеся фурановые продукты адсорбируются и распадаются из-за кислой среды на силикагеле, а информация о старении изоляции может поступать только при установлении динамического равновесия между продуктами поглощения и выделения сорбента.)
Проверку действия систем охлаждения, РПН, маслонасосов и двигателей приводов необходимо производить периодически и тщательно, так как по статистике нарушения в работе устройств РПН и ПБВ составляют 14... 24 %, а элементов системы охлаждения — 8,6 %.
Основными узлами, где появляются дефекты силовых трансформаторов, являются устройства регулирования напряжения. Опыт эксплуатации РПН показывает, что при нормальном газовыделении из-за плохого состояния контактов РПН возможно быстрее развитие аварии на силовых трансформаторах. С этим парадоксом необходимо считаться.
Если силовой трансформатор имеет систему принудительной циркуляции масла, то забор проб масла следует проводить как при включенной, так и при выключенной системе циркуляции (степень загрязнения масла механическими примесями определяется по температурной зависимости tg5). Если старый силовой трансформатор имеет сильное загрязнение активной части, то при включении принудительной циркуляции масла произойдет снижение его пробивного напряжения.
Выявление и локализацию частичных разрядов электрическими и акустическими методами необходимо осуществлять в силовых трансформаторах напряжением 330 кВ и выше, однако известны случаи их выявления и при более низком напряжении. Частичные разряды — опасный вид развивающихся внутренних дефектов силовых трансформаторов, т. е. появление частичных разрядов между обмоткой и барьерной изоляцией, это свидетельствует о понижении эффективной циркуляции масла в канале. При этом необходима проверка работы системы охлаждения и анализ масла. Если же уровень устойчивых частичных разрядов превышает уровень помех в пять и более раз, значит имеется опасный развивающийся дефект трансформатора.
В трансформаторах различного типа существуют характерные зоны повышенной вибрации, и требуется производить оценку уровня и характера шума в этих зонах.
При вибрации всего бака силового трансформатора возможно нарушение жесткости установки трансформатора на катках или фундаменте. В этом случае необходимо проверить положение башмака или установить дополнительные прокладки. Если же в режиме нагрузки усиливается вибрация силового трансформатора, или изменяется частота вибрации, или появляется модулированный шум, это свидетельствует об ухудшении запрессовки обмоток и магнитопровода.
Если присутствуют резонансные колебания (шум) на частотах до 100 Гц, значит вибрации вызваны вентиляторами и маслонасосами, однако возможно и то, что они связаны с электродинамическими процессами (магнитострикцией в магнитопроводе и электродинамическими процессами в обмотке). Причинами резонансных колебаний на частотах 300 и 500 Гц могут быть распрессовка или дефект сборки магнитопровода.
Если при переходе от режима холостого хода к режиму нагрузки вибрация бака силового трансформатора уменьшается, значит вибрационные дефекты отсутствуют. Если частота и амплитуда вибрации превышают контрольное значение, пропорциональное квадрату тока, то возможно ослабление узлов крепления или потеря радиальной устойчивости обмоток. Если это превышение происходит постепенно (от замера к замеру), то имеет место снижение запрессовки обмотки.
При отключении электродвигателей вентиляторов силового трансформатора с системой охлаждения Д по ГОСТ 11677—85 допускается его нагрузка до 50 % от номинальной мощности (при отключении электродвигателей вентиляторов возможна локализация источника шума).
Результаты внешнего исследования вносят в карту осмотра, в которой предусмотрены соответствующие показатели состояния отдельных частей и деталей и обнаруженные во время внешнего исследования дефекты. Обнаруженные дефекты записываются в журнале дежурного персонала.
Ресурсная диагностика силовых трансформаторов должна осуществляться обязательно. Минимальная оценка их состояния включает в себя внешний осмотр и взятие проб масла, а также диагностику в объеме межремонтных испытаний. Второй уровень исследования — контроль внутреннего состояния трансформатора может осуществляться с привлечением специализированных подразделений. На этом уровне диагностирования технического состояния трансформатора ставится цель: более точно, чем на первом уровне оценить его физический и моральный износ и обосновать возможность продолжения эксплуатации, а также выявить внутренние развивающиеся и аварийные дефекты.
Ресурсная диагностика включает в себя три этапа исследования:
лабораторный — физико-химический анализ масла и хроматографический анализ растворенных газов;
тестовый — испытание и контроль параметров без включения и с отключением напряжения;
аналитический — диагностика состояния по полученным результатам исследований и экспертных запросов.
Лабораторный этап состоит из анализа взятых при внешнем исследовании проб масла и заполнения соответствующих форм для последующего хранения результатов. Анализ проб осуществляется с целью определения свойств масла как элемента изоляции и охлаждающей среды трансформатора, РПН, высоковольтных вводов и дугогасящей среды в устройствах РПН, а также как источника информации о внутреннем состоянии оборудования.
Результаты лабораторных испытаний масла позволяют выделить две области его эксплуатации: область нормального состояния и область риска.
Нормальное состояние масла соответствует интервалу от предельных значений его характеристики после заливки до значений, ограничивающих область нормального состояния масла в эксплуатации. Состояние масла, гарантирующее надежную работу трансформатора минимально, определяется контролем трех показателей — пробивного напряжения, кислотного числа и температуры вспышки в закрытом тигле.
