1.10. Неполадки в работе трансформаторов
Во время эксплуатации не исключено возникновение различного рода дефектов и неполадок трансформаторов, в разной степени отражающихся на их работе. С одним неполадками трансформаторы могут длительно оставаться в работе, при других – необходим немедленный вывод их из работы. В каждом случае возможность дальнейшей работы определяется характером повреждения. Неоперативность персонала, несвоевременное принятие мер, направленных на устранение порой незначительных дефектов, приводит к аварийным отключениям трансформаторов.
Причины повреждений заключаются в неудовлетворительных условиях эксплуатации, некачественном ремонте и монтаже трансформаторов. Не малую роль играют дефекты отдельных элементов конструкции современных трансформаторов, применение недостаточно высокого качества изоляционных материалов.
Типичными являются повреждения изоляции, магнитопроводов, переключающих устройств, отводов, маслонаполненных и фарфоровых вводов.
Повреждение изоляции. Главная изоляция часто повреждается из-за нарушения ее электрической прочности при увлажнении, а также при наличии мелких изъянов. В трансформаторах 220 кВ и выше повреждения связывают с появлением так называемого «ползущего разряда», представляющего собой постепенное разрушение изоляции местными разрядами, распространяющимися по поверхности под действием рабочего напряжения. На поверхности изоляции появляется сетка токопроводящих каналов. При этом сокращается расчетный изоляционный промежуток, что и ведет к пробою изоляции с образованием мощной дуги внутри бака.
К интенсивному тепловому износу витковой изоляции приводит набухание дополнительной изоляции катушек и связанное с этим прекращение циркуляции масла из-за частичного или полного перекрытия масляных каналов.
Механические повреждения витковой изоляции нередко происходят при к.з. во внешней электрической сети и недостаточной электродинамической стойкости трансформаторов, что само по себе является результатом ослабления усилия запрессовки обмоток.
Магнитопроводы повреждаются из-за перегрева вследствие разрушения лаковой пленки между листами и спекания листов стали; при нарушении изоляции прессующих шпилек; при возникновении короткозамкнутых контуров, когда отдельные элементы магнитопровода оказываются замкнутыми между собой и на бак.
Повреждение переключающих устройств ПБВ происходит при нарушении контакта между подвижными контактными кольцами и неподвижными токоведущими стержнями. Ухудшение контакта происходит при снижении контактного давления и образования оксидной пленки на контактных поверхностях.
Переключающие устройства РПН являются достаточно сложными устройствами, требующими тщательной наладки, проверки и проведения специальных испытаний. Причинами повреждения РПН являются нарушения в работе контакторов и переключателей; заклинивания механизмов контакторов; утрата механической прочности стальными деталями и бумажно-бакелитовым валом. Из года в год повторяются аварии, связанные с повреждением регулировочной обмотки в результате перекрытия внешнего промежутка защитного разрядника.
Повреждения отводов от обмоток к переключающим устройствам и вводам вызываются главным образом неудовлетворительным состоянием паек контактных соединений, а также приближением гибких отводов к стенкам баков; загрязнением масла проводящими механическими примесями, в том числе окислами и частицами металла из систем охлаждения.
1 В ряде энергетических систем устройства КИВ снабжаются сигнальными фазочувствительными приставками, дающими возможность сразу же после срабатывания или блокировки КИВ определять фазу трансформатора, на которой повредилась изоляция ввода или произошел обрыв проводов, соединяющих конденсатор ввода с суммирующим трансформатором КИВ. Повреждение сигнализируется загоранием соответствующей лампы на панели КИВ.
Результаты замера записываются в оперативный журнал, и ставится вопрос об отключении трансформатора для испытаний ввода.
В нормальных условиях эксплуатации регулярно, не менее 1 раза в смену, контролируется по прибору ток небаланса вводов.
Повреждения вводов 110 кВ и выше связаны в основном с увлажнением бумажной основы. Попадание влаги внутрь вводов возможно при некачественном выполнении уплотнений, при доливке трансформаторным маслом с пониженной диэлектрической прочностью. Заметим, что повреждения вводов, как правило, сопровождаются пожарами трансформаторов, приносящими значительный ущерб.
Характерной причиной повреждения фарфоровых вводов является нагрев контактов в резьбовых соединениях составных токоведущих шпилек или в месте подсоединения наружных шин.
Действия персонала при срабатывании газовой защиты трансформатора
Газовое реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому оно нормально заполнено маслом. При медленном накоплении в верхней части реле газа газовая защита срабатывает на сигнал. Газовая защита срабатывает на отключение трансформатора при внутренних повреждениях, сопровождающихся бурным выделением газов и быстрым (толчкообразным) перемещением масла из бака в расширитель.
Во всех случаях срабатывания газовой защиты на сигнал или отключение производится осмотр трансформатора и газового реле. При этом проверяют уровень масла в расширителе, отсутствие течей, целость мембраны выхлопной трубы. Через смотровое окно проверяют наличие в корпусе реле газа, его окраску и объем. Отбирают пробу газа для химического анализа. Для отбора проб газа применяют переносные газоанализаторы, аспираторы различных конструкций, резиновые отсасывающие баллоны, металлические газосборники и другие устройства. Очень важно, чтобы при пользовании имеющимся на подстанции прибором персонал был заранее обучен приемам отбора проб. При неправильно отобранной пробе результаты анализа могут быть ошибочными.
По объему газа в реле судят о степени повреждения, а по составу газа – о его характере: разложение масла или твердой изоляции. Сильные перегревы тех или иных изоляционных материалов вызывают выделение газа вполне определенного состава. Например, присутствие в смеси газов большего количества окиси и двуокиси углерода является доказательством происходящего разложения твердой изоляции.
Предварительная оценка состояния трансформатора производится на основании проверки цвета и горючести газа. Бело-серый цвет газа свидетельствует о повреждении бумаги и картона, желтый – дерева, темно-синий или черный – масла.
Горючесть газа является признаком повреждения внутри трансформатора. К ее определению приступают лишь после отбора пробы газа на химический анализ, Если газ, выходящий из краника реле, загорается от поднесенной спички, трансформатор не может оставаться в работе или включаться в работе после автоматического отключения без испытаний и внутреннего осмотра. Если в газовом реле будет обнаружен воздух (негорючий газ без цвета и запаха), то его следует выпустить из реле. И при отсутствии внешних признаков повреждений (дифференциальная защита трансформатора не работала) трансформатор может быть включен в работу без внутреннего осмотра. Однако не следует спешить с вводом в работу трансформаторов высших классов напряжения (330 кВ) и выше, так как присутствие в масле пузырьков воздуха резко снижает диэлектрические свойства масла и может привести к перекрытию изоляционных промежутков в трансформаторе при рабочем напряжении. Включение таких трансформаторов в работу (если не нарушено электроснабжение потребителей) следует производить после выявления и устранения причины выделения воздуха.
На практике отмечены случаи ложного срабатывания газовой защиты на отключение трансформатора, вызванные неисправностью цепей вторичных соединений защиты1; прохождением сквозных токов короткого замыкания, когда электродинамическое взаимодействие между витками обмоток передавалось маслу; толчком масла в момент соединения двух объемов, давления в которых различны. Например, газовая защита срабатывала во время открытия крана на линии, соединяющей расширитель трансформатора с эластичным резервуаром, после очередной подпитки его азотом.
Характерным для всех случаев было отсутствие газа в реле. Оно оставалось заполненным маслом, поскольку никаких выделений газа в трансформаторе не происходило. Такие срабатывания защиты на отключения принято классифицировать как ложные. После установления причины отключения трансформаторы включались в работу. Неисправная газовая защита выводилась в ремонт.
Уровень масла в трансформаторе имеет исключительно важное значение как для нормальной работы трансформатора, так и его газовой защиты. Понижение уровня масла в трансформаторах с пленочной защитой приводило к созданию вакуума, разрушению диафрагмы выхлопной трубу и отключению трансформатора газовой защиты. На подстанциях без выключателей на стороне ВН понижение уровня масла в трансформаторе ив корпусе газового реле вызывает срабатывание газовой защиты, включение короткозамыкателя и отключение питающей линии.
При недостаточном уровне масла в расширителе и резком понижении температуры наружного воздуха или снижении нагрузки персоналу не разрешается переводить газовую защиту на сигнал, так как при дальнейшем понижении уровня масла может обнажиться и повредиться активная часть работающего трансформатора. Тем более недопустимо переводить газовую защиту «на сигнал» при быстром снижении уровня масла в трансформаторе, например, вследствие сильной течи. Необходимо устранить течь и принять меры к доливке масла в трансформатор. На время доливки отключающий элемент газовой защиты обычно переводится «на сигнал». Перевод газовой защиты «на отключение» должен производиться сразу же после окончания работ независимо от способа доливки. Включение трансформаторов в работу из резерва после ремонта производится с включенной «на отключение» газовой защитой.
1 В настоящее время применяются устройства контроля сопротивления изоляции оперативных цепей газовой защиты (КИГЗ).
Измерительный орган устройства включается последовательно с контактами газового реле. Если изоляция вторичных цепей исправна, т.е. ее сопротивление превышает 1 МОм, устройство не работает, так как ток на его входе ничтожен. При понижении сопротивления изоляции до 500 – 1000 кОм ток на входе возрастает до значения, достаточного для срабатывания исполнительного реле цепи сигнализации устройства. При действительном срабатывании газовой защиты при повреждении в трансформаторе устройство контроля КИГЗ блокируется и сигнал от него не поступает.