Online Electric

В энергетической отрасли многих стран мира сложилась ситуация, когда 70% всего парка силовых трансформаторов и автотрансформаторов выработали свой ресурс. Однако опыт эксплуатации показывает, что примерно 70—80% всех отказов связаны не с выработкой ресурса, а в результате образования и развития различных дефектов, причём подавляющее их большинство связано с неудовлетворительным состоянием изоляции – бумажной или масляной.

Темпы демонтажа и списания производственных основных фондов в 3,5—4 раза отстают от нормативных темпов списания электрооборудования из-за износа. Финансирование воспроизводства и обновления электрооборудования отстаёт от темпов его старения. Как следствие - повышаются риски аварийных ситуаций для обслуживающего персонала.

Надёжность работы силовых электротехнических комплексов во многом определяется работой элементов, составляющих их, и в первую очередь, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, обеспечивающих согласование комплекса с системой и преобразование ряда параметров электроэнергии в требуемые величины для дальнейшего ее использования, причем до 70% парка высоковольтных трансформаторов являются маслонаполненными. Высокая степень износа трансформаторов имеет потенциальную опасность как для обслуживающего персонала, так и для потребителей.

Основным критерием общей оценки предельного состояния трансформаторов и автотрансформаторов является техническое состояние изоляции обмоток и трансформаторного масла. Так как основная часть трансформаторов и автотрансформаторов располагается на открытом воздухе, существенное влияние на надёжность изоляции оказывают климатические условия эксплуатации, такие как: перепады температуры окружающей среды (в течение суток может составлять 20—30 градусов), осадки и атмосферные перенапряжения. Поскольку изоляционная система трансформаторов и автотрансформаторов является композиционной, климатические факторы, оказывают влияние сперва на жидкую изоляцию, а затем и на твёрдую изоляцию обмоток.

Ещё одним немаловажным фактором, влияющим на разрушение изоляции, является качество электрической энергии. К примеру, поток гармонических составляющих при нагрузке трансформаторов и автотрансформаторов, близкой к номинальной, могут вызвать отказ трансформаторов и автотрансформаторов, вследствие общего нагрева и нагрева отдельных обмоток трансформаторов и автотрансформаторов. Дополнительные потери, вызывающие перегрев трансформаторов и автотрансформаторов при наличии высших гармоник, возникают из-за скинэффекта меди обмотки, а также в связи с увеличением потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе трансформаторов и автотрансформаторов. А такой показатель качества электрической энергии, как несимметрия напряжения (при отклонении в 2%), сокращает срок службы трансформаторов и автотрансформаторов на 4%, при несинусоидальном напряжении с Кu=7% срок службы сокращается ещё на 5,5%. При этом отказ силовых трансформаторов и автотрансформаторов в работе может привести к аварии в энергосистеме с масштабными последствиями.

Одним из главных путей поддержания эксплуатационной надёжности является организация качественного технического обслуживания трансформаторов и автотрансформаторов. Актуальность разработки систем технической диагностики заключается в следующем:

• рост количества трансформаторов и автотрансформаторов с истёкшим нормативным сроком эксплуатации приводит к увеличению числа отказов;
• низкая эффективность тестового контроля, проводимыми методами, регламентированными ГОСТ, не позволяет обеспечить надёжную работу трансформаторов и автотрансформаторов;
• решение задачи выявления быстро и медленно развивающихся дефектов на ранней стадии развития.

Один из способов продления эксплуатации силовых трансформаторов и автотрансформаторов – техническая диагностика электрооборудования, в том числе и силовых трансформаторов и автотрансформаторов, которая позволяет:

• своевременно предупредить возникновение аварийных ситуаций; значительно снизить затраты на ремонты;
• оценить действительное состояние электрооборудования; подготовить к вводу в работу систем непрерывной диагностики.

Как показали исследования, основными причинами отказов в работе трансформаторов и автотрансформаторов являются:

• износ силовых обмоток;
• низкое качество технического обслуживания и ремонта;
• несоблюдения периодичности и объема выполнения профилактических мероприятий;
• недостаточный уровень исполнения средств оценки технического состояния и диагностики.

Эффективность функционирования силовых трансформаторов и автотрансформаторов, обеспечение их безотказности и долговечности связаны с анализом и оценкой показателей надёжности.

Для оценки и поддержания требуемой надёжности трансформаторов и автотрансформаторов очень важным является мониторинг. Он включает в себя комплексное обследование и диагностику, которые предотвратят аварийные отказы и позволяют прогнозировать возможность дальнейшей безаварийной работы силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

Одним из способов продления эксплуатации силовых трансформаторов и автотрансформаторов является диагностика технического состояния силовых трансформаторов и автотрансформаторов. Система дистанционной комплексной диагностики состоит из:

• подсистемы непрерывного анализа растворенных газов в трансформаторном масле;
• подсистемы непрерывного мониторинга состояния высоковольтных вводов трансформатора;
• подсистемы мониторинга состояния РПН;
• системы непрерывного контроля частичных разрядов.

Современные методы технической диагностики силовых трансформаторов и автотрансформаторов позволяют проводить диагностику без их отключения. Значительная часть отказов трансформаторов и автотрансформаторов может быть предотвращена путем использования современных методов диагностики технического состояния. Диагностика трансформаторов и автотрансформаторов позволяет: принимать оценку состояния функционирующего электрооборудования на основе результатов измерений и испытаний; отслеживать «линию жизни» электрооборудования. Оценка состояния трансформаторов и автотрансформаторов выполняется с помощью замеров и испытаний. Система диагностики, предотвращая аварийные отказы, позволяет прогнозировать возможность дальнейшей безаварийной работы силовых трансформаторов и автотрансформаторов в течение определенного промежутка времени. Выявленный в ходе диагностики дефект оценивают, локализуют и устраняют.

Существуют способы продления эксплуатации силовых трансформаторов и автотрансформаторов после окончания их нормативного срока службы. Для этого необходимо применять методы технической диагностики при эксплуатации, которая своевременно обнаруживает возможные и скрытые дефекты трансформаторов и автотрансформаторов, а также выявляет причины их возникновения, определяет необходимость и объём ремонта.

Значительная часть отказов трансформаторов и автотрансформаторов, связанных с различного рода дефектами, может быть предотвращена путём использования современных методов технической диагностики силовых трансформаторов при эксплуатации. Существующие на сегодня способы контроля безопасного состояния внутренней изоляции масляного трансформаторов и автотрансформаторов делятся на две категории – с периодическим или постоянным методами диагностирования параметров изоляции.

Несомненно, в перспективе большинство трансформаторов и автотрансформаторов будут оснащены системами непрерывного мониторинга, однако высокая стоимость оборудования, индивидуальная настройка систем на каждый отдельный трансформатор и автотрансформатор, сервисное обслуживание ставят под сомнение перспективу повсеместного внедрения таких систем в ближайшее время. Нельзя не учитывать и тот факт, что в основу этих систем входят современные методы диагностирования, которые не всегда дают полное представление о происходящих процессах.

У методов периодического контроля существующая система анализа не позволяет выявлять быстро развивающие дефекты. В связи с этим представляется необходимым модернизировать существующие системы диагностики путём внедрения современных физических методов, что позволит более полно выявлять дефекты оборудования. Довольно перспективным в плане низковольтного частотного анализа, который используется в качестве чувствительного диагностического средства для обнаружения отклонений в геометрии обмоток до и после испытания, после КЗ и при транспортировке. Отличительной чертой этого метода является то, что диагностику можно проводить на работающем оборудовании (экономический эффект). Метод частотного анализа предполагает подачу низковольтного сигнала в широком диапазоне частот определённой формы для построения диаграмм спектральной плотности на предмет ассиметрии обмоток. В результате проведения нескольких измерений для одной схемы соединений полученные спектры сравниваются пофазно и для обмоток каждой фазы с целью определения наиболее ассиметричной обмотки анализируются полученные результаты.

Исходя, из идентичности фазных обмоток трёхфазного трансформатора данный метод способен определить ненормальные отличия обмоток при пофазном сравнении из спектрограмм, но и также различия, обусловленные конструктивными особенностями (отклонение ёмкостей обмоток относительно бака трансформатора и т.д.). Всякая значительная деформация приведёт к увеличению значения ассиметрии в сравнении с показаниями, полученными для обмоток без деформаций. Изменение температуры и состояния масла не влияют на способность определять деформации обмоток, т.к. данные изменения в равной степени влияют на все обмотки.

Многие диэлектрические и механические дефекты в силовых маслонаполненных трансформаторах и автотрансформаторов вызваны механическими изменениями в структуре обмоток. Эти изменения или смещения проводников обмотки могут быть результатом транспортировки, воздействием токов КЗ или процессами старения изоляции. Определение этих смещений прежде, чем возникнет дефект изоляции, способно уменьшить внеплановые эксплуатационные расходы и предоставить возможность повышения надёжности системы путем предотвращения аварийных отключений. Дополнительно ко всему, определяемый дефект может указать фазу обмотки, нуждающуюся в ремонте. Метод частотного анализа может рассматриваться в качестве наилучшей методики для создания базы данных измерений, в связи с тем, что спектрограммы обмоток всех трех фаз могут изменяться с течением времени эксплуатации из-за перепадов температуры и влагосодержания.

1. Алексеев Б.А «Основное электрооборудование в энергосистемах. Контроль состояния крупных силовых трансформаторов.» Издательства НЦ ЭНАС 2002г.
2. Аншин В.Ш., Худяков З.И. «Сборка трансформаторов» М. высш. Шк., 1991г.
3. Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. «Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов» Учеб. Пособие для вузов, М. Издательский центр «Академия» 2003г.