Способы повышения эксплуатационной надежности трансформаторов
Библиографическая ссылка на статью:
Гизатов А.А. Повышение эксплуатационной надежности силовых трансформаторов // Современные научные исследования и инновации. 2021. № 6 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2021/06/96202 (дата обращения: 14.11.2021).
На сегодняшний день комплексные диагностические обследования широко задействуются для оценки техсостояния электрических устройств и электросетей, определения характера и уровня развития дефектов систем и узлов этих электрических устройств. Такая диагностика позволяет не только выявить развивающиеся неполадки, оценить уровень их опасности, но и обосновать необходимость, объем и сроки проведения капитальных ремонтов. Одной из проблем, связанных с благонадежностью и развитием электросетей, является надежность работы силовых трансформаторов. Силовой трансформатор – это электрическое устройство, предназначенное для преобразования входящего переменного тока в постоянный на выходе. Принцип работы электроприбора основан на эффекте магнитной индукции, образующемся в обмотках, в результате которого необходимые параметры тока увеличиваются или уменьшаются в соответствии с характеристиками устройства. Конструкция силового трансформатора, главным образом, состоит из сердечника с двумя обмотками, изготовленный из электротехнической стали (см. Рисунок 1).
1 – первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка, 3 – сердечник магнитопровода, 4 – ярмо магнитопровода
Рисунок 1. Устройство силового трансформатора
Зачастую, это тонкие листы ферромагнитного материала, которые укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была кругообразной. Для повышения КПД электроустройства и снижения потерь, такие листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинками. Обмотка силового трансформатора изготавливается, главным образом, из медного провода с круглым сечением. Отдельно взятый виток изолирован как от магнитопровода, так и от близлежащих витков. Для циркулирования системы охлаждения, между обмотками и отдельно взятыми ее слоями рассчитаны технические пустоты. Силовой трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается переменный ток) и вторичную (ток снимается после повышения или понижения его напряжения)[1].
Преобладающее количество силовых трансформаторов энергосистем Казахстана было введено в эксплуатацию в конце 90-х годов XX вв. На сегодняшний день накоплен огромный опыт эксплуатирования, позволяющий проанализировать и предоставить рекомендации по повышению благонадежности функционирования силовых трансформаторов, что и является целью данной статьи.
Силовой трансформатор является в электросистеме одним из наиважнейших элементов, специфицирующих высоконадежность энергоснабжения. Его способность переносить надлежащую нагрузку находится в зависимости от техсостояния отдельных узлов.
Отклонение в работе крупного силового трансформатора может привести к сбою в электросистеме с крупномасштабными последствиями. На сегодняшний день положение в казахстанской энергетике обуславливается некоторыми особенностями, разъясняющими обостренное внимание к высоконадежности работы оборудования электросистем, и в том числе силовых трансформаторов[2].
Обеспечение высоконадёжной, безаварийной работы силовых трансформаторов целесообразно, в значительной мере, во избежание аварийных ситуаций, таких как, пожары из-за серьезных неисправностей трансформатора или течи масла. На функционирование силового трансформатора оказывают влияние, как непредусмотренные режимы работы электросистемы, так и сильные внешние воздействия (тепловое воздействие перегрузок, солнечная радиация, коммутационные и грозовые перенапряжения, качество тока сети, повышение рабочего напряжения).
На сегодняшний день в соответствии с действующими ГОСТ для силовых трансформаторов, введенных в эксплуатацию до 1 января 2009 г., установлен срок службы не менее 30 лет, для силовых трансформаторов, введенных в эксплуатацию после 1 января 2009 г., — не менее 35 лет[3].
Наиважнейшим вопросом для определения степени необходимости и обоснованности последующего эксплуатирования силового трансформатора или согласования решения о выводе его из эксплуатирования и переустановке является определение техсостояния с оценкой предаварийного состояния, которая должна брать за основу взаимосоответствующие критерии.
Базисные элементы силового трансформатора, предопределяющие его предаварийное состояние, — обмотки и магнитопровод. Второстепенные элементы: клеммы и вводы, стабилизирующая система, переключатели ответвлений, система охлаждения масла, фильтры, двигатели маслонасосов и др. при обнаружении дефектов должны подлежать переустановке или замене, без замены самого трансформатора[4].
Жизненный процесс силового трансформатора представляет из себя ряд систематичных и коррелирующихся временных этапов: разрабатывание, проектировка, конструирование, транспортирование, электромонтаж, эксплуатирование и утилизация. Несомненно, что возникновение дефектов возможно на каждом из этапов. Говоря к примеру, на стадии разрабатывания могут быть допущены просчеты каких-либо особенностей эксплуатирования (глинистые грунты с повышенным содержанием минеральных солей, предполагающие повышенную частоту грозовых разрядов), инженерные просчеты, общепроизводственные дефекты и т. д[5].
Анализ вывода из строя силовых трансформаторов, эксплуатируемых на предприятиях электросетей, раскрывает, что основными причинами технических сбоев являются течи и упуск масла из трансформатора из-за нарушения сварных соединений и резиновых уплотнений, недостаточная стойкость при коротком замыкании, пробой и износ изоляции обмоток, нарушения в работе регулирования под нагрузкой.
Разнообразность дефектов, которые обнаруживаются в силовом трансформаторе, не обходится без большого числа методов контроля их техсостояния. Контролирование во время работы без отсоединения от сети раскрывает ряд непромедлительных дефектов, особенно если оно ведется безостановочно. Такое контролирование позволяет поддерживать высоконадежность эксплуатирования и избежать непредвиденных выходов из строя с непоправимыми последствиями.
Разумеется, для обнаружения многих дефектов нередко требуется специальная и дорогостоящая аппаратура, но все же расходы на нее всегда окупаются эффективным контролированием техсостояния силового трансформатора.
Регулярные внешние техосмотры силовых трансформаторов проводятся для благовременного выявления и устранения поврежденностей, которые могут привести к существенным ущербам. При внешнем техосмотре проводят: осмотр состояния ошиновки и электрокабелей, внешнего состояния бака, отсутствия маслотечи; уровня, температуры и цвета масла в расширителе, состояние заземлителей, отсутствие трещин и сколов на изоляторах выводов, наклон крышки трансформатора и масляного компрессора. Крышка силового трансформатора должна иметь наклон по направлению к газовому датчику-реле не менее 1,0–1,5 % (см. Рисунок 2), а масляный компрессор от силового трансформатора к расширителю – не менее 3 %.
Б – бак, РГ – газовое реле, Р – рейка, У – уровень
Рисунок 2. Проверка установки силового трансформатора
Наклон крышки силового трансформатора устанавливают с помощью рейки и измерительных инструментов. Рейка одним концом упирается на край крышки у входа масляного компрессора, а другим концом с помощью прокладок поднимается до горизонтального положения, сверяемый уровнем. Наклон крышки в процентах рассчитывается по формуле:
где l – длина рейки, см;
h – высота прокладок, см.
Так как большинство вариаций исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу, на место монтажа их доставляют на спецтранспортных платформах уже в собранном готовом к подключению виде.
Силовые трансформаторы монтируются на специальной площадке, либо в предназначенном для этого помещении. При массе силового трансформатора до 2 тонн монтаж производится на фундамент, а корпус непременно заземляют.
Перед установкой силовой трансформатор подвергают контрольным испытаниям, в ходе которых вычисляется коэффициент трансформации, тестируется качество всех подключений, испытывается изоляция повышенным напряжением, проводится контроль качества масла.
Перед монтажом трансформатор, как правило, тщательно осматривают. В первую очередь, нужно обратить особое внимание на наличие маслотечи, произвести контроль техсостояния изоляторов, соединений контактов.
После ввода в эксплуатирование нужно периодично проводить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 90 градусов.
Более того, для предотвращения ЧС при эксплуатировании силового трансформатора нужно периодично производить замеры нагрузки. Это позволяет собрать информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Техосмотр силового трансформатора проводится 2 раза в год. Периоды техосмотра могут изменяться в зависимости от техсостояния устройства.
Система мероприятий по оценке техсостояния силового трансформатора и определения его функциональности включает безостановочный и периодичный контроль диагностических показателей и обстоятельные обследования в отключенном состоянии.
Оптимальный объем диагностики и комплекс утвержденных методов контролирования техсостояния силового трансформатора зависят как от ответственности объекта контроля, важности данного трансформатора для функционирования электросети или электростанции в целом, так и от возможностей организации-заказчика, проводящей диагностику. Преимущественными возможностями пользуются высокоспециализированные организации, имеющие национальный или региональный охват.
Наиболее прогрессирующий подход к оценке техсостояния силовых трансформаторов, отталкивающийся от концепции стратегии бережности, отражен в комплексе Универсальной электротехнической лаборатории «АНГСТРЕМ-3» (г. Петропавловск) [6].
Основой этой комплексной методики определения техсостояния силовых трансформаторов послужили принципы моделей вероятностных дефектов.
Обычно не прибегают к сравнению измеренных показателей с результатами предыдущих или исходных измерений, а оценивается техсостояние трансформатора в настоящий момент. При помощи этой методики реализуется переход от диагностического обслуживания к системам технического обслуживания силовых трансформаторов по фактичному техсостоянию и по обоснованной высоконадежности.
Методика допускает возможность широкого внедрения различных видов непрерывного контролирования:
— газообразных веществ, выделяющихся в масле (с утвержденной системой обработки результатов анализа);
— относительного влагосодержания масла (с утвержденной системой);
— частичных разрядов (электродатчиками, с оценкой опасности сбоя);
— диэлектрометрических характеристик вводов высокого напряжения;
— акустических спектров (определение распрессовки электрообмоток и магнитопровода);
— характеристик спецустройства регулирования напряжения под нагрузкой (электропотребление привода, момент сопротивления на валу, виброакустические показатели).
Анализ опыта эксплуатирования и дефектности силовых трансформаторов, применяемых на электростанциях и подстанциях, раскрывает, что для достижения практических результатов необходимо периодически проводить комплекс общетеоретических и лабораторных исследований, а также разработать методы и критерии. Каждый существующий метод имеет свои преимущества и недостатки, однако при правильном соблюдении диагностической работы, результаты сходятся, находя дефекты и их вероятные источники.
Библиографический список
- Оценка предельного состояния силовых трансформаторов и автотрансформаторов / М. Ю. Львов, К. М. Антипов, Ю. Н. Львов и др. // Электрические станции. 2008. № 1.
- Надёжность работы силовых трансформаторов предприятий АПК и сельских потребителей / Сартисон А.А., Сартисон А.Х., Юлдашев З.Ш. // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 11-4. – С. 609-611.
- Давиденко И. В. Оценка технического состояния силовых трансформаторов по результатам традиционных испытаний и измерений : учебно-методическое пособие / И. В. Давиденко; М-во образования и науки Российской Федерации, Уральский федеральный университет. — Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2015. — 96 с. — ISBN 978-5-321-02466-9.
- Алексеев, Б. А. Системы непрерывного контроля состояния крупных силовых трансформаторов / Б. А. Алексеев // Электр. станции. — 2000. — № 8. — С. 62–70.
- Русов В. А. Системы диагностического мониторинга силовых трансформаторов / В. А. Русов // Электро. — 2009. — № 6. — С. 35–37.
- РД 16 363–87. Трансформаторы силовые: Транспортирование, разгрузка, хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию. URL: http://transform.ru/sst/$rd/16.363–87.htm (дата обращения: 24.06.2021).
- Комплексная передвижная электролаборатория ЭТЛ «АНГСТРЕМ-3». URL: https://angstrem.tech/elektrolaboratorii/universalnaya-ehlektrotekhnicheskaya-laboratoriya-angstrem-3/ (дата обращения: 25.06.2021)
Количество просмотров публикации: Please wait
Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)
Оставить комментарий
Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.
Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
Регистрация
© 2021. Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации».
Источник
Online Electric
| Вход в систему |
| Восстановление пароля |
| Смените пароль |
| Регистрация нового пользователя |
| Дата приоритета: 12.03.2016 Код ГРНТИ: 45.01.25 Сертификат участника: Скачать | Прислать статью |
Повышение эксплуатационной надежности трансформаторов
Г.Н. Мустафакулова, доцент ТашГТУ
Д.А. Рахманов, магистрант ТашГТУ
М.Х. Таниев, магистрант ТашГТУ
К.М. Файзуллаев, ассистент НамИПИ
Узбекистан
Трансформаторы являются важными аппаратами системы электроснабжения объектов агропромышленного комплекса в распределительных сетях (РС). Ко всем производственным, коммунальным и бытовым сельскохозяйственным потребителям электроэнергия доставляется непосредственно по распределительным электрическим сетям. Распределительные сети на напряжение 10… 0,38 кВ представляют собой наиболее разветвленную и протяженную часть в электросетевой системе и являются важным звеном в инфраструктуре агропромышленного комплекса. РС оказывают большой влияние на устойчивость функционирования сельскохозяйственного производства. Большей частью РС построены по радиальной схеме с применением воздушных (ВЛ) и кабельных (КЛ) линий.
Главная особенность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей заключается в том, что электроэнергию надо подводить к большому числу сравнительно маломощных объектов на большой территории. В результате протяженность сетей в расчете на единицу мощности потребителей во много раз превышает эту величину в других отраслях народного хозяйства.
Повышение надежности электроснабжения сельского хозяйства способствует увеличению качества и количества произведенной сельскохозяйственной продукции. Из прогноза совершенствования систем электроснабжения села электрические сети должны обеспечивать:
– адаптацию к изменяющимся нагрузкам;
– минимум затрат на эксплуатацию и обслуживание линий путем снижения аварийности;
– электрическую и экологическую безопасность применением надежной аппаратуры, устройств релейной защиты и автоматики;
– совершенствование систем учета электроэнергии, автоматизированного контроля и управления сбытом электроэнергии;
– экономическую эффективность распределения и подачи электроэнергии при минимуме ее потерь в сетях;
– техническую и технологическую восприимчивость к автоматизации и телемеханизации.
Распределительные трансформаторы мощностью 25 — 630 кВ·А и напряжением 6 — 10 кВ — наиболее массовая серия из производимых и эксплуатируемых трансформаторов. Производство и эксплуатация распределительных трансформаторов мощностью 25 — 630 кВ·А и напряжением 6 — 10 кВ требует значительных материальных и трудовых затрат, любое снижение затрат дает существенную экономию в народном хозяйстве. Так, ежегодно затраты на обслуживание одного распределительного трансформатора традиционной конструкции составляют 7-8 % от его первоначальной стоимости.
В целом от потерь в магнитопроводах теряется 4 % производимой в стране электроэнергии, причем значительная часть потерь приходится на распределительные трансформаторы. Снижение затрат на производство и эксплуатацию трансформаторов является основной задачей изготовителей, для решения которой необходимо:
— снизить расход активных материалов при использовании наиболее эффективной магнитной системы;
— снизить материалоемкость при применении гофрированных баков;
— повысить надежность трансформаторов;
— исследовать реальные условия эксплуатации и технические требования на изделие.
Для решения этих вопросов выбран метод функционально-стоимостного анализа.
В связи с вышеизложенным, повышение надежности распределительных трансформаторов является главной задачей для качественного электроснабжения различных потребителей. Мы рассмотрим основные пути повышения надежной работы трансформаторов и причины снижения срока эксплуатации.
Наиболее эффективным средством повышения надежности работы трансформаторного оборудования является внедрение методов и средств оперативной диагностики. Т.е. применение приборов мониторинга масляных трансформаторов. Например, прибор корпорации «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш» ТМТ-1, который позволяет: контролировать температуру верхних слоев масла трансформатора; определять максимальные и минимальные значения температуры за контролируемый период (день, неделю, месяц и год); задавать систему охлаждения (Д, Д Ц, Ц или М); сигнализировать о возникновении нештатных ситуаций при превышении уставок по температуре; энергонезависимое хранение всех контролируемых параметров параметров; выдавать всю перечисленную информацию по интерфейсу в систему АСУ ТП; а также точно контролировать температурные режимы, влияющие на срок службы трансформатора. При этом контролируя ток нагрузки и температуру масла, по известной схеме теплового моделирования определяется температура наиболее нагретой точки (ННТ) обмотки. Знание температуры ННТ позволяет рассчитывать остаточный ресурс трансформатора.
Обследования, проведенные на ремонтных предприятиях, показывают, что основными причинами выхода из строя трансформаторов 6… 10/0,4 кВ является разрушение обмотки высокого напряжения и выгорание шпилек крепления низковольтных выводов. Обмотка высокого напряжения может выйти из строя либо из-за плохой защиты от перенапряжений, либо от перегрузки. Низковольтные вводы разрушаются только из-за перегрузок. Защитой ТП, а соответственно, продления его срока службы является надежность работы релейных защит распределительных сетей, сокращение времени отключения аварийных участков линий 10 и 35 кВ, что снижает масштабы разрушений и снижает затраты на эксплуатацию и обслуживание линий, автоматического секционирования распридилительных сетей 10 кВ. Применение средств секционирования существенно улучшает технико-экономические показатели электроснабжения сельского хозяйства, сокращает недоотпуск электроэнергии потребителям и значительно сокращает трудозатраты на отыскание повреждений.
Для отвода тепла от обмоток и магнитопровода к стенкам бака применяют трансформаторное масло, которое повышает электрическую прочность изоляции. При работе в трансформаторе масло постепенно стареет, при этом увеличивается вязкость масла и ухудшаются его электроизоляционные свойства. Скорость старения возрастает при повышенной температуре, при доступе воздуха и особенно при соприкосновении с озоном. Чтобы восстановить свойства масла применяют регенерацию. Для непрерывного процесса регенерации масла в работающем трансформаторе, он снабжается термосифонным фильтром с адсорбентом. Также рекомендуется добавление к трансформаторному маслу ингибиторов (антиокислительных присадок) которые замедляют его старение, что позволяет увеличить срок эксплуатации масла и дает большой экономический эффект.
При длительных сроках эксплуатации основной причиной электрического старения являются частичные разряды, которые представляют собой локальные пробои ослабленных участков высоковольтной изоляции. К резкому росту числа частичных разрядов могут привести увлажнение и нагрев изоляции, соответственно, снижается срок службы. Поэтому для повышения надежности трансформаторов должно уделяться особое внимание контролю состояния изоляции и ее сушке.
Существуют различные методы контроля:
– контроль изоляции с использованием явления абсорбции;
– контроль изоляции по емкостным характеристикам;
– контроль изоляции по величине тангенса угла диэлектрических потерь tq δ ;
– контроль изоляции по интенсивности частичных разрядов и по результатам газохроматографического анализа проб масла.
Измерение tq δ при частоте 50 Гц является одним из наиболее распространенных методов контроля изоляции электрооборудования высокого напряжения, поскольку распределительные дефекты (увлажнение, ионизация газовых включений) вызывают увеличение диэлектрических потерь. Измерение значения tq δ дает представление о качестве изоляции, характер изменения tq δ при периодических измерениях позволяет судить об ухудшение свойств изоляции. Величину tq δ измеряют с помощью моста переменного тока Р5026 или Р5026.
Для ограничения теплового старения и обеспечения требуемого срока службы изоляционной конструкции, для отдельных видов изоляции устанавливаются в соответствии с ГОСТ и рекомендациями международной электротехнической комиссии наибольшие допустимые рабочие температуры.
Чтобы своевременно выявить развивающиеся дефекты и не допускать внезапных пробоев электрической изоляции, свойства ее в процессе эксплуатации периодически проверяют. Для этого производят периодический контроль и испытания изоляции, а в случае необходимости – ее ремонт. Эти мероприятия обеспечивают поддержание необходимой степени надежности электрооборудования в процессе эксплуатации. Периодический контроль трансформаторного оборудования необходим и для обеспечения выбора очередности его замены.
1. Бормосов, В. А. Перспективы и состояние разработок распределительных трансформаторов массовых серий. / В. А. Бормосов М. Н. Костоусова, А.Ф. Петренко, Н. Е. Смольская. http :// www / transform . ru / articles / html /03 project / a 000001. article
2. Колягин, К.К. Моделирование аналоговых и цифровых реле с учетом насыщения трансформаторов тока. Повышение эффективности работы энергосистем: Труды ИГЭУ. Вып.5. Под ред. В.А. Шуина, М. Ш. Мисриханова.- М.: Энергоатомиздат, 2002. 520 с. 395-409.
3. Кузнецов, А. П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 11989. — 94 с.
4. Овчинников, В.В. Защита электричесикх сетей 0,4…35 кВ. Часть 11 М.: НТФ «Энергопресс», 2002. — 64 с.
5. Попов, Н. Ф. Повышение надежности электроснабжения сельского хозяйства путем совершенствования релейных защит от аварийных режимов в сетях 0,38…35 кВ. диссертация на соискание ученой степени доктор техн. наук. Кострома, 2006.- 76 с.
6. Приборы мониторинга силовых трансформаторов. http :// www . energyland . info / analitic — show -56370.
7. Серебряков, А. С. Трансформаторы. Учебное пособие. / А. С. Серебряков. – Княгинино: НГИЭИ, 2010. – 300 с.
Библиографическая ссылка на статью:
Г.Н. Мустафакулова, Д.А. Рахманов, М.Х. Таниев, К.М. Файзуллаев Повышение эксплуатационной надежности трансформаторов // Онлайн Электрик: Электроэнергетика. Новые технологии, 2016.–URL: /articles.php?id=162 (Дата обращения: 20.11.2021)
| Библиографическая ссылка на ресурс «Онлайн Электрик»: |
| Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. — Режим доступа: http://online-electric.ru |
Online Electric
Электроснабжение: знаем, умеем, владеем.
160000 Россия, г. Вологда
ул. Галкинская, 1, оф. 116
Источник
