Инфракрасное диагностирование силовых трансформаторов

Опубликовано: 18 Ноябрь 2016

Количественная оценка эффективности работы систем охлаждения типов ДЦ и Ц маслонаполненных силовых трансформаторов в эксплуатации может быть выполнена на основе способа, описанного в специальной литературе. Она особенно важна для трансформаторов, работающих в режиме малых нагрузок, поскольку при этом дефекты системы охлаждения (например, засорение оребрения охладителей) не будут себя проявлять в должной степени и при выходе трансформатора на номинальный режим, температурный режим трансформатора может внезапно и резко ухудшиться.
Система охлаждения типа ДЦ (дутьевое с принудительной циркуляцией масла – иногда его еще называют воздушно-масляным охлаждением) применяется для охлаждения силовых трансформаторов мощностью 63 MBA и выше. Она реализуется при помощи калориферных охладителей, в которые поступает горячее масло из верхней части бака трансформатора, которое прокачивается через трубки охладителя специальными высокопроизводительными масляными насосами и из нижней части охладителя поступает в нижнюю часть бака трансформатора. Для повышения эффективности охлаждения масла в охладителе, его трубки выполнены оребренными и обдуваются вентиляторами.
Система охлаждения типа Ц (водо-масляное с принудительной циркуляцией масла) применяется для охлаждения силовых трансформаторов мощностью 63 МВА и выше (особенно часто она применяется для охлаждения мощных трансформаторов внутренней установки). Принципиально она напоминает систему охлаждения типа ДЦ: горячее масло также принудительно прокачивается через маслоохладители маслонасосами, однако теплоносителем, отбирающим тепло от нагретого в трансформаторе масла, служит вода.
Вышеупомянутый способ предназначен для оценки эффективности систем охлаждения типа ДЦ и Ц и состоит в следующем.
Основной характеристикой каждого охладителя системы ДЦ или Ц является его теплосъем — тепловой поток Рохл., отнесенный к определенному превышению температуры масла на входе в охладитель над температурой охлаждающей среды на входе в него. Для каждого типа охладителя теплосъем можно выразить в виде зависимости:
(1)
Зависимости (1) для каждого типа охладителя приводятся в технической литературе   и документации заводов-изготовителей.
С другой стороны, в установившемся режиме, тепловой поток (теплосъем) охладителя Рохл. равен тепловой мощности, отдаваемой маслом при прохождении через охладитель Рм. При всех равных прочих условиях, мощность Рм пропорциональна разности температур масла на входе и выходе охладителя АТохл.:
(2)
Зависимость (2) можно определить, зная расход масла через маслоохладитель, удельную теплоемкость и плотность масла, площадь теплообмена и коэффициент теплопередачи охладителя, значения которых имеются в технической литературе.
Таким образом, приравняв выражения (1) и (2) для каждого типа охладителя при его номинальных параметрах расчетным путем можно определить зависимость:
(3)
где: ДТохл. = Тм вх – Тм вых — разность температур масла на входе и выходе охладителя;
АТм-ос = Тм вх – Тос — разность температуры масла на входе в охладитель и температуры охлаждающей среды на входе в охладитель (для охладителей типа ДЦ последняя будет являться температурой окружающего воздуха, а для охладителей типа Ц — температурой охлаждающей воды на входе в маслоохладитель).
Для некоторых типов охладителей зависимости (3) приводятся в заводской документации на охладитель.
Величины температур, входящих в выражение (3) могут быть непосредственно измерены приборами инфракрасной техники на работающем трансформаторе и нанесены вместе с расчетными графиками на координатную сетку в виде точки с координатами (ДТм-ос; ДТохл.). Затем, приняв в качестве диагностического критерия эффективности работы конкретного охладителя величину ДТохл., можно выполнить оценку совпадения расчетных и фактических данных и эффективность работы охладителя.
Температуры входящего Тм вх и выходящего Тм вых масла и охлаждающей воды с достаточной точностью можно определить по температурам поверхностей соответствующих участков масло — и водопроводов, а температуру окружающего воздуха – измерив температуру поверхности любого объекта, заведомо имеющего эту температуру (например, поверхности трубопровода пожаротушения или поверхности рамы какого-либо электрического аппарата, находящегося в районе трансформатора).
Вентиляторы и маслонасосы охладителей типа ДЦ, а также сам трансформатор перед измерением температур должны проработать достаточное время, чтобы охладитель и трансформатор вышли на установившийся тепловой режим (ориентировочно, для охладителя — 2 часа, для трансформатора, в зависимости от его мощности — до 36 часов).
При оценке эффективности охладителей типа Ц необходимо зафиксировать расход воды и масла в момент измерений и также выполнять измерения при работе трансформатора и системы охлаждения в установившемся тепловом режиме.
Поясним алгоритм оценки эффективности системы охлаждения на примерах. На рис. 23 показаны примеры зависимостей (2) для разных типов охладителей, полученных расчетом и по заводским данным.
Точки 1-4, нанесенные на координатную сетку на рис. 23а соответствуют координатам (ДТм-ос; ДТохл.), вычисленным по результаты измерений соответствующих температур на охладителях 1-4 трансформатора.
Как видно из сопоставления положения этих экспериментально определенных точек и расчетного графика, соответствующего нормальной работе охладителя данного типа, точки, соответствующие охладителям 1 и 2 практически совпадают с расчетным графиком, что свидетельствует об их нормальной работе.
Точка 3, соответствующая охладителю 3 лежит значительно выше расчетного графика, что свидетельствует о том, что расход масла через данный охладитель существенно ниже номинального (возможно, из-за дефекта маслонасоса), вследствие чего измеренное ДТохл. значительно выше расчетного.
эффективности работы охладителей силовых трансформаторов
Рис. 23. Характерные зависимости эффективности работы охладителей силовых трансформаторов с разными системами охлаждения

Точка 4, соответствующая охладителю 4 лежит существенно ниже расчетного графика, что свидетельствует о том, что теплосьем данного охладителя снижен, возможно из-за загрязнения оребрения, вследствие чего измеренное ДТохл. значительно ниже расчетного.
Аналогичные операции можно выполнить и для охладителей типа Ц (водо-масляная система охлаждения) с той лишь разницей, что в качестве ДТм-ос будет выступать разница температур между маслом и охлаждающей водой (а не воздухом, как в системе охлаждения типа ДЦ) на входе в охладитель.
При этом, если нанесенная на координатную сетку экспериментальная точка практически совпадет с расчетной или заводской зависимостью (для расхода охлаждающей воды, который был во время измерения температур), то охладитель исправен и работает эффективно. Если этот расход не соответствовал имеющейся расчетной или заводской зависимости, то на координатную сетку наносится дополнительная расчетный график, определенный путем интерполяции, с которым и нужно сравнивать положение экспериментально определенной точки.
Если экспериментально определенная точка лежит существенно выше расчетного графика, то для данного типа охладителя это означает, что расход масла через данный охладитель существенно ниже номинального (возможно, из-за дефекта маслонасоса), вследствие чего измеренное ДТохл. значительно выше расчетного.
Если экспериментально определенная точка лежит существенно ниже расчетного графика, то это свидетельствует о том, что теплосьем данного охладителя снижен (возможно из-за засорения водяного тракта маслоохладителя, увеличения температуры охлаждающей воды на его входе и т. п.), вследствие чего измеренное ДТ0ХЛ значительно ниже расчетного.
Для количественной оценки состояния охладителей целесообразно ввести понятие коэффициента эффективности охладителя Кохл, который определяется выражением (4):
^ОХЛ.- ^^ОХЛ. ИЗМ. / ^Тохл раСЧ,                    (4)
Для большинства случаев, можно считать, что охладитель находится в работоспособном состоянии, если вычисленный по выражению (4) коэффициент эффективности охладителя лежит в диапазоне:
0,7 < Кохл < 1,3                                             (5)
Таким образом, алгоритм для оценки эффективности работы охладителей типа ДЦ и Ц выглядит следующим образом:

  1. построить на координатной сетке (рассчитать или позаимствовать из заводской документации на охладитель) расчетные зависимости (3);
  2. измерить с помощью тепловизора или пирометра температуры, входящие в выражение (3);
  3. рассчитать разности температур, входящие в выражение (3);
  4. нанести на координатную сетку эту экспериментально определенную точку с координатами (ДТм-ос = Тм вх – Тос; ДТохл. = Тм вх – Тм вых);
  5. оценить положение нанесенной точки относительно расчетного графика;
  6. определить полученный коэффициент эффективности охладителя Кохл. и сравнить его с выражением (5). Если он не соответствует условию (5), то охладитель работает неэффективно, необходимо найти причину этого и устранить ее.

На практике, в условиях эксплуатации, зависимости вида (3) термографисту не всегда известны, как правило, в эксплуатационной документации на трансформатор они отсутствуют. Зачастую их нельзя найти на конкретный охладитель и в технической литературе. Зато в технической литературе, как правило, можно найти зависимости (графики) вида (11). В этом случае, эффективность работы охладителя можно оценить по следующему алгоритму:

  1. измерить тепловизором или пирометром реально имеющуюся (экспериментальную) разность температур ДТм-ос = Тм вх – Тос;
  2. измерить тепловизором или пирометром реально имеющуюся (экспериментальную) разность температур масла на входе и выходе охладителя ДТохл.= Тм вх – Тм вых);
  3. по имеющимся графикам Рохл. = f (ДТм вх-ос) определить расчетный теплосъем Рохл данного охладителя при имеющемся превышении температуры ДТм вх-ос;
  4. по имеющемуся расчетному теплосъему, определить расчетную разность температур масла на входе и выходе охладителя по формуле, приведенной в ГОСТ 3484-77:

- расчетная разность температур масла на входе и выходе охладителя;
– расчетный теплосъем данного охладителя при имеющемся превышении температуры масла на входе охладителя над температурой воздуха на входе в охладитель ДТм вх-ос;
V — производительность маслонасоса данного охладителя, м3/с; р — плотность трансформаторного масла, кг/м3  при средней измеренной температуре масла в охладителе (полусумма температур масла на входе и выходе охладителя); с — удельная теплоемкость трансформаторного масла, кг/м3   при средней измеренной температуре масла в охладителе (полусумма температур масла на входе и выходе охладителя)

  1. руководствуясь критериями, изложенными в п.п. 20-23 данной статьи, сравнивая реально имеющуюся (экспериментальную) — ДТохл. = Тм вх – Тм вых разность температур масла на входе и выходе охладителя, оценить эффективность работы охладителя.

Для облегчения расчетов, зависимости вида (1-7) можно выразить для имеющихся на энергопредприятии типов охладителей в аналитическом или табличном виде. Затем вышеизложенный алгоритм количественного определения эффективности охладителей можно формализовать в виде компьютерной программы, что значительно облегчит обработку результатов измерений и оценку эффективности работы охладителей.
При анализе результатов обследования и выработке рекомендаций, аномальные тепловые картины, полученные при обследованиях силовых трансформаторов, следует сопоставлять с технической (конструкторской) документацией на трансформатор, и на его системы и узлы для привязки обнаруженных тепловых аномалий к конструкции конкретного трансформатора (учесть расположение обмоток, отводов катушек и обмоток, зон циркуляции масла, других элементов активной части).
Для выработки окончательных рекомендаций, результаты тепловизионной диагностики в обязательном порядке сопоставляются с результатами испытаний и измерений, регламентируемых ГКД 34.20.302-2002.
Необходимо также учесть результаты измерений, полученными другими методами (измерениями под рабочим напряжением, ХАРГ, измерениями частичных разрядов и т. п.), а также результаты, полученные при обследовании других фаз этого же трансформатора или полученные на трансформаторах аналогичной конструкции.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки:

Оставить отзыв