Контроль режимов эксплуатации

Опубликовано: 31 Декабрь 2015

Температурно-нагрузочный контроль.

Развитие системы такого контроля трансформатора основывается на следующих данных;
значениях токов нагрузки (отдельно в каждой обмотке) и тока в нейтрали;
значениях температуры масла в верхних и нижних слоях, а также на входе и выходе из охладителя;
значениях температуры окружающего воздуха и воздуха на выходе из вентилятора;
показаниях устройств уровня масла,
Измерение температуры наиболее нагретой точки обмоток тока не практикуется в энергосистемах из-за отсутствия технически совершенных датчиков. Но появление оптико-волоконных датчиков температур позволит решить задачи измерения температурного профиля обмоток в процессе эксплуатации.
Температура может быть рассчитана по данным измерения
температуры и тока нагрузки. Реализация автоматизированной системы измерений тока нагрузки и температуры позволит оценить текущее значение относительного износа изоляции обмоток F. Расчет F в области наибольшего износа может быть выполнен на основе общепринятой
математической модели:.
Для выявления местных перегревов на внешних поверхностях баков трансформаторов и фарфора вводов успешно применяется тепловизионный контроль (приборы инфракрасной (ИК) техники). При диагностике с использованием ИК-техники необходимо учитывать конструкцию контролируемого оборудования и режим его работы, а результаты измерений следует сопоставлять с нормативными данными, принимая во внимание токовые нагрузки и внешние факторы (температуру окружающей среды, материал объекта и др.).

Для обзора трансформатора и выявления зон нагрева вначале следует применить тепловизор, затем пирометр для определения  температуры нагретого тела. Как показывает практика, применение тепловизионной аппаратуры позволяет выявить дефект на ранней стадии развития и предотвратить возможные повреждения оборудования. Эффективность тепловизионного контроля зависит от выбранной периодичности его проведения, которая должна устанавливаться с учетом длительности работы трансформатора и его режимов, рабочего напряжения, требований надежности.
Учет числа токов КЗ с измерением амплитуды ударного тока позволяет расчетным способом оценить расход ресурса динамической стойкости обмоток трансформатора (ориентировочно ресурс составляет 5-6 КЗ непосредственно за трансформатором). Расход ресурса Fr равный числу КЗ с нормативной предельной амплитудой ударного тока, которое выдержал трансформатор,
рассчитывается по формуле М—, I = 1,2, ..,S. Перенапряжения пока не контролируются, но установка ОПН непосредственно на вводах трансформатора позволяет организовать такой контроль.
Указанная информация совместно с данными расчетов и заводских испытаний о значениях потерь в трансформаторе и перегревах обмоток и масла позволяет решить задачи по:
оценке температур наиболее нагретых зон обмоток и степени износа изоляции;
оптимизации режимов охлаждения по допустимым температурам;
оптимизации режимов перегрузки по допустимым температурам;
коррекции температуры  масла и уровня масла в расширителе;
коррекции нагрузки и газовыделення.
Контроль частичных разрядов (ЧР)

а) Акустические характеристики ЧР.

Составной частью систем контроля под напряжением является акустическая дефектоскопия. Акустический датчик рассматривается как трансформаторный аналог стетоскопа. Он отличается простотой использования, возможностью локализовать местонахождение источника разрядов в эффективностью при выявлении дефектов. При акустической дефектоскопии внимание уделяется распознаванию природы сигналов – начальных повреждений, статических разрядов, механических  нарушений, магнитострикции. Например, механические шумы (изношенный маслонасос) имеют частотный максимум энергии в области низких частот, в то время как акустические сигналы от частотных разрядов в масле имеют максимум энергии в области 120 кГц. Имеются датчики для внутренней установки, так называемый «рыбий глаз», позволяющие более четко определить источники внутренних сигналов.
Обычно исходным импульсом для применения акустических датчиков является обнаружение источника внутреннего газовыделения. Типичными дефектами, обнаруженными по результатам акустического обследования, являются: обрыв шинок, заземления активной части или электрических экранов; нарушение крепления экранов ввода; нарушение изоляции прессующих обмотку винтов, замыкание активной части на бак, повреждение контактов РПН.

б) Электрические характеристики ЧР

Электрические характеристики ЧР более чувствительны к дефектам изоляции, чем акустические, и, как показывает опыт заводских испытаний, могут выявлять не только источники разрядов, приводящих к необратимым повреждениям изоляции, но и различные дефекты, снижающие напряжение возникновения ЧР при отсутствии заметных акустических сигналов. Но допустимая граница интенсивности ЧР, характеризующая на заводе бездефектное состояние изоляции (ниже 300 пКл), оказывается практически недостижимой в условиях эксплуатации.
Вместе с тем в комплекте регистрируемых под напряжением характеристик изоляции трансформаторов используются датчики ЧР с чувствительностью 5000 пКл двух типов: электрического (с резистором, подключаемым к измерительному выводу высоковольтного ввода, и предусилителем) и акустического с пьезокерамическим преобразователем и предусилителем в герметичном корпусе, который устанавливается на боковой стенке бака трансформатора.
Кроме того, применяются метод и устройство с резистивным датчиком для измерения ЧР под напряжением в условиях подавления помехе высокой чувствительностью в полосе частот 1,5-10 мГц Опыт использования этих устройств в течение двух лет при ежесуточном измерении ЧР показал, что особенно важно проводить такой контроль для трансформаторов со сроком службы более 20 лет. Режим
мониторинга позволил установить различия в интенсивности Чр связанные с дефектом и общим старением изоляции.
Но в целом трактовка данных измерений ЧР пока удел сравнительно узких специалистов, а проблема создания эффективного, доступного и относительно недорогого диагностического комплекса, основанного на измерении электрических характеристик ЧР, еще ждет своего решения.
Контроль деформации обмоток проводится, как правило, после воздействия сквозных КЗ, зафиксированных мониторингом, особенно при значительной степени расхода расчетного ресурса динамической стойкости обмоток Наиболее характерными являются три вида деформаций

  • потеря радиальной устойчивости, что свойственно для внутренних обмоток мощных силовых трансформаторов и автотрансформаторов,
  • полегание проводников под действием основных сил,
  • закручивание обмоток.

К дефектному состоянию относят также ослабление прессовки обмоток, способствующее уменьшению динамической стойкости, и повреждение элементов прессующей конструкции. Но опыт показывает, что отдельные трансформаторы могут работать с деформированными обмотками довольно долгое время (месяцы и даже годы) до следующего КЗ, в то же время при неблагоприятных условиях развитие данного дефекта может быть весьма скоротечным
Для диагностики механических деформаций используются методы, связанные с отключением трансформатора (измерение полного сопротивления короткого замыкания  (или индуктивного); метод низковольтных импульсов (НВИ), метод частотного анализа, методы контроля под рабочим напряжением (измерение комплексных или мгновенных значений токов и напряжении на выводах трансформатора)
По опытам КЗ при низком напряжении и токе от 0,25 Iном для каждой пары обмоток по нормам допускается изменение ZK до 3%. Однако механические повреждения обмоток от электродинамических воздействий могут Сопровождаться и значительно меньшими изменениями ZK (6,0-0,8 %) и хк (0,2-0,5 %). Поэтому к точности измерений предъявляются очень высокие требования.
Более чувствителен не только к радиальным, но и к основным смещениям и распрессовке метод низковольтных импульсов. Суть метода НВИ заключается в том, что на одну из обмоток трансформатора (или в нейтраль) подается прямоугольный импульс низкого напряжения (100-500 В), а с других обмоток регистрируются осциллограммы переходного импульса тока – реакции обмоток на этот импульс. Изменения в осциллограммах, записанных до и после воздействия токов КЗ, свидетельствуют об изменениях механического состояния обмоток В ряде случаев именно применение метода НВИ позволяло правильно оценить наличие или отсутствие повреждений в обмотке трансформатора и решить вопрос о его дальнейшей эксплуатации при том, что изменения ZK не достигали критического значения
К недостаткам метода НВИ, как и метода измерения ZK , можно отнести то, что в их основе лежит принцип последовательного дефектографирования, когда результаты текущих измерений сравниваются с результатами предыдущих измерений, а оценка состояния обмоток основывается на анализе изменений в дефектограмме по сравнению с номограммой При первичном дефектографировании необходимо проводить съемы на всех возможных для данного трансформатора схемах дефектографирования, хотя при повторных измерениях будет использоваться только часть этих схем. Опыт применения метода НВИ показывает, что в ряде случаев полноценный анализ состояния обмоток проводится только по результатам первичного дефектографирования.
Более перспективным считается метод контроля под рабочим напряжением характеристик XX и КЗ. Теоретически ток и потери XX, а также полное индуктивное сопротивление КЗ пар обмоток трансформатора могут быть определены расчетным способом по результатам измерений токов и напряжений на выводах трансформатора в эксплуатационных режимах. При этом должны измеряться либо комплексные токи и напряжения, либо мгновенные значения во времени. Теоретические основы для определения электромагнитных характеристик трансформатора по результатам этих измерений реализуются в опытном диагностическом устройстве, что может явиться новым шагом в системе мониторинга за состоянием трансформатора и его узлов.
Контроль физико-химических  характеристик трансформаторного масла. Сущность физико-химической диагностики состоит в определении причин образования или превращения тех или иных химических соединений в жидкой изоляции. Процесс определения развивающегося дефекта опирается на предварительно полученные знания о физико-химическом поведении материалов изоляции под действием воздействующих факторов. И чем доскональнее и достовернее изучено поведение, тем надежнее может быть сформулировано диагностическое предположение. Чем точнее и чувствительнее был использованный метод физико-химического контроля, тем с большей вероятностью и на более ранней стадии может быть распознай зарождающийся или развивающийся дефект.
Состав легких газов в жидкой изоляции в целом не является специфичным для определения вида дефекта – весь спектр газов образуется и при термическом, и при электрическом, и при ультразвуковом воздействиях, но соотношения концентраций отдельных компонентов приобретают специфику при разграничении термических и электрических повреждений. Скорость образования газообразных компонентов характеризует скорость развития процесса и скорость старения изоляции. Образование непредельных соединений (этилена и ацетилена) является специфичным для электрических разрядов высокой мощности. Образование фурановых следствие термической деполимеризации бумаги. В связи с этим основными методами физико-химической диагностики являются:

  • Определение легких газообразных компонентов (Н2, СО, )
  • Определение воды.
  • Определение фурановых соединений.
  • Определение антиоксиданта.

Газохроматографический контроль

Газохроматографический контроль на основе анализа растворенных в масле газов позволяет обнаруживать медленно развивающиеся дефекты и следить за их развитием. Стеклянным шприцем с трехходовым краном отбирается проба масла. С помощью специальных устройств извлекаются газы из пробы масла с последующей полной передачей выделенных газов на хроматографическую колонку. Состояние трансформаторов
оценивается по результатам определения перечисленных газовых компонентов с применением четырех критериев индикации и диагностики дефектов: предельных концентраций; скорости нарастания газов; отношений концентраций определенных пар газов и равновесия.
Критерий предельных концентраций используется, как правило, для индикации дефектов. Предельные концентрации устанавливаются путем статистической обработки результатов анализа и пересматриваются каждые 2-3 года. В случае превышения предельных концентраций трансформатор ставится на учащенный контроль.
Критерий скорости нарастания газов используется для обнаружения дефекта. Увеличение концентраций газов в масле до 10% в месяц считается нормальным. Если прирост более 10%, трансформатор ставится на учащенный контроль даже в том случае, если не превышены предельные концентрации.
Критерий отношений концентраций определенных пар газов служит для диагностики электрического или термического характера развития дефекта. Используются три отношения пар газов
Данный критерий применяется в случаях, когда концентрация хотя бы одного из газов в масле превысит предельную. Например, дефектам термического характера соответствует; отношение С2Н4/С2Н характеризует температуру перегрева. Наиболее частые причины перегревов токоведущих соединений и элементов конструкции остова – это нагрев и выгорание контактов переключающих устройств, ослабление и нагрев контактов соединений отводов низкого напряжения, плохая изоляция листов стали и др. Дополнительную информацию о состоянии твердой целлюлозной изоляции дает отношение CO2 / СО (за норму принято CO2 / СО = 10). Уменьшение этого отношения указывает на то, что тепловой или электрический дефекты затрагивают твердую изоляцию, увеличение – «горячая точка» находится вблизи твердой целлюлозной изоляции.
Критерий равновесия используется при срабатывании газовой защиты на сигнал или отключение. Сопоставляют результаты анализа газа из газового реле и теоретического содержания газов в газовом реле, рассчитанного по результатам анализа растворенных в масле газов в предположении, что газы в реле выделяются в равновесных условиях. Это позволяет понять, выделились газы в реле в равновесных условиях или за счет быстро развивающегося дефекта и какие именно.
Метод контроля, базирующийся на результатах хроматографического анализа растворенных в масле газов, является одним из самых распространенных и достаточно эффективным. Однако нормативная периодичность анализов масла и недостаточная квалификация персонала, производящего измерения и интерпретирующего результаты анализа, зачастую существенно снижает действенность метода. Поэтому усилия специалистов направлены на создание недорогого прибора, позволяющего непрерывно следить за уровнем концентрации растворенных в масле газов и способствующего объективной оценке состояния изоляции трансформаторов.
В этом направлении разработан сигнализатор горючих газов СГТ-1, используемый для постоянного контроля содержания горючих газов (Н2, СО2, СН4, С2Н4, С2 Н6, С2 Н2) в масле высоковольтного трансформатора и оповещения персонала о достижении установленных уровней концентрации в результате развития теплового или электрического дефекта. СГГ-1 представляет собой микропроцессорный интеллектуальный датчик: полимерная трубка-мембрана экстрактора, погруженная в масло, обеспечивает отбор посредством диффузии и накопление во внутренней полости ее горючих газов, растворенных в масле. Накопленные газы в смеси с воздухом в качестве газа-носителя прокачиваются через компенсированный термохимический датчик, включенный в высокочувствительную мостовую измерительную схему. Сигнализатор не выполняет анализа для диагностики, но предупреждает о необходимости выполнения этого анализа. Не разделяя компоненты, сигнализатор определяет сумму горючих газов. Изучение опыта эксплуатации трансформаторов под контролем газового анализатора позволяет оценить состав газов, их процентное содержание и концентрацию в масле в зависимости от срока службы трансформатора и установить предельно допустимые уровни концентрации горючих газов.

Оценка влагоодержания масла.

Примесь воды в трансформаторном масле является одной из самых нежелательных молекула воды, имея дипольный момент, поляризуется в электрическом поле, определяет диэлектрические потери, адсорбируется на твердых примесях, на солях металлов, растворяет их и задолго до достижения предельной растворимости образует самостоятельную фазу растворов солей, способствует образованию шламов, эмульсий, влияет на ускоренное разложение бумаги, т.е. ускоряет процессы старения изоляции.
Рост концентрации воды в работающем оборудовании может характеризовать как конструктивные ошибки при проектировании узлов уплотнения (диффузия извне, например, проникновение дождевой воды), так и химические процессы: тепловое старение бумаги и окисление масла.
Традиционным методом анализа воды является титрование по Фишеру. Разработаны новые стабильные реактивы и приборы разной степени автоматизации.
Гидрид-кальциевый метод не обладает необходимой точностью и чувствительностью.
Возможен анализ воды в газохроматографическом варианте, так как при извлечении газов из масла происходит также и извлечение воды, но разделение выполняется на другой колонке. Сложностью метода является проблема калибровки и опасность поступления воды из охладителей у трансформаторов с водяным охлаждением.

Анализ фурановых.

Термическое воздействие на бумагу инициирует процессы дегидратации, приводящие к образованию воды и соединений фуранового ряда: 2 – фурфурол, 5 – гидроксиметил- фурфурол, 2 – ацетилфуран и др. Наиболее информативным для диагностики (оценки степени старения и обнаружения развивающихся дефектов целлулоидных материалов в результате перегревов в изоляции трансформатора) считается фурфурол, хотя как химическое соединение он сравнительно неустойчив.
Фурановые соединения в трансформаторном масле могут быть определены с использованием различных хроматографических методов.
Достаточно простым является экспресс-метод тонкослойной хроматографии по интенсивности окрашивания фракций цветными обнаружителями. Для разделения используются промышленно- выпускаемые пластинки из силикагеля. Предлагается цветная шкала (от розового до малинового), соответствующая различным концентрациям фурановых веществ от 0,5 до 500 млн. , отградуированная сканирующим денситометром.
Используются также методы жидкостной и газожидкостной хроматографии.

Анализ антиоксиданта.

Наличие кислорода и повышенная температура масла определяют протекание окислительных реакций углеводородов изоляции. Для предотвращения окисления в трансформаторные масла добавляют антиоксидант: 2,6 -дитрет-бутил- р-крезол (йонол), Снижение содержания антиоксиданта является существенной характеристикой состояния жидкой изоляции и протекающих в ней химических процессов (при содержании ионола в масле менее 0,05 % (мас.) он из присадки, замедляющей старение, превращается в вещество, ускоряющее этот процесс).
Для анализа ионола тонкослойной хроматографией используются стандартные пластины ТСХПВ и АТСХ, закрепленные силиказолем, При обработке пластин парами йода ионол образует желто- коричневые пятна различной интенсивности. Пользователю нормокомплекта предлагается цветная шкала пятен ионола, отградуированная в пределах 0,05-0,4 % (мае,). Таким образом, для экспресс-анализа количества присадки удобно использовать окрашенную шкалу, соответствующую различным концентрациям ионола.
Газохроматотрафический анализ ионола выполняется по типу газохроматографического определения фурановых соединений, но в качестве экстрагента используется этанол. Пороговая чувствительность методики анализа находится на уровне 0,03 % (мас.). Такую чувствительность обеспечивает пламенноионизационный детектор, достоинством которого является и то, что в нем происходит сгорание загрязняющих компонентов масла в водородном пламени.
К физико-химическому контролю можно отнести оценку состояния масла по удельному объемному сопротивлению масла pv, так как его проводимость весьма чувствительно реагирует на наличие в масле кислот, перекисей, растворимых полярных соединений и шлама.
В трансформаторных маслах, в которых диэлектрические потери малы и в значительной мере обусловлены сквозной омической проводимостью, значения tgb и проводимости взаимосвязаны:
при частоте 50 Гц и диэлектрической проницаемости масла е = 25.
Отбор проб в герметичные шприцы позволяет совмещать измерение электрических характеристик масла с выполнением газохроматографических анализов.
Диагностика повреждений устройств РПН. Проблемы эксплуатационной надежности устройств РПН связаны преимущественно со следующим:

  • Частой работой устройств РПН и сопутствующим механическим износом деталей, электроэрозионным износом дугогасительных контактов, загрязнением масла в контакторе и др.
  • Редкими переключениями и сопутствующим «старением» размыкаемых контактов (реверсора, избирателя, рабочих контактов контактора).
  • Ухудшением состояния изоляции (загрязнением, увлажнением), а также возможными перенапряжениями в узле контактора, в том числе резонансного.

Наиболее характерное повреждение – перерыв размыкаемых контактов – связано с образованием пленки, ростом переходного сопротивления и температуры, зашламлением, газовыделением, разрывом цепи.
Традиционный подход к диагностике устройств РПН предусматривает текущий контроль масла и газов в масле, ревизию и испытания с отключением трансформатора после определенного числа переключений или определенного времени эксплуатации. В практике энергосистем весьма эффективно показал себя периодический контроль переходных сопротивлений контактов.
Для диагностики механических повреждений применяются такие методы, как изменение момента сопротивления на валу привода, частотный анализ вибраций, изменение тока и нагрузки электродвигателя привода.
Перспективы развития диагностики устройств РПН связаны в первую очередь с совершенствованием методов обнаружения повреждений контактов на более ранней стадии. Такими методами могут быть селективный анализ газов, частотный анализ излучений от перегретых контактов.

Диагностика повреждений вводов.

Масло наполненные вводы – это тот вид оборудования, для которого контроль под напряжением оказался более эффективным, чем традиционные испытания, проводимые на отключенном оборудовании. Обобщение имеющегося опыта позволяет сделать следующие выводы;

  • . Типичные дефекты вводов; местные дефекты остова, загрязнение поверхности остова, а также загрязнение внутренней поверхности фарфоровой покрышки продуктами старения масла – могут быть выражены через три диагностические характеристики изменения: тангенса угла потерь; емкости остова; тока небаланса трехфазной системы вводов. Развитие указанных дефектов, как правило, сопровождается возникновением ЧР и газовыделением.
  • Развитие повреждений в остове может быть предупреждено посредством контроля и ограничения нарастания тока небаланса, превышение допустимого уровня которого можно использовать в качестве импульса для срабатывания сигнализации и защиты,
  • Все перечисленные диагностические характеристики могут измеряться непосредственно под напряжением. Повышения напряжения и температуры усиливают проявление дефекта в виде больших изменений диэлектрических характеристик.
  • Могут быть предложены три варианта системы контроля под напряжением:

а) устройство постоянного контроля с выводом информации на щит управления;
б) устройство для периодического контроля вблизи трансформатора без устройства балансировки тока небаланса;
в) устройство присоединения для обеспечения возможности измерения под напряжением с предварительной балансировкой тока небаланса,

  • Проблемой создания эффективной системы диагностики остаются разработка нормативно-технической документации, включающей в себя определения дефектного состояния и допустимого дефектного состояния вводов разных конструкций, а также разработка диагностических алгоритмов.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: ,

Оставить отзыв