Неисправности трансформаторов

Опубликовано: 7 Март 2012

повреждение струйного реле трансформатора

В системах снабжения электроэнергией силовые трансформаторы – недешевые и ответственные компоненты, обеспечивающие в нормальных условиях питание всех электрических приемников.
Из-за отсутствия вращающихся частей силовые трансформаторы надежны в работе, но так же, как и в другом электрооборудовании, в них при эксплуатации могут иметь место аварии (междуфазные КЗ, витковые замыкания, замыкания на землю, «пожар» стали и др.) и ненормальные режимы работы (недопустимая перегрузка, повышение температуры масла и др.).
Основные требования, предъявляемые к силовым трансформаторам в условиях эксплуатации, состоят в следующем:

  1. обеспечение надежного электроснабжения потребителей, что достигается ведением технически правильного режима их работы и соответствующим надзором за их состоянием, а также применением устройств автоматического включения резерва (АВР);
  2. работа в экономически целесообразном режиме, определяемым минимумом потерь мощности при их работе по заданному графику нагрузки при соответствующей загрузке, устранении холостого хода;
  3. обеспечение в условиях эксплуатации пожаробезопасности, которая обуславливается соблюдением норм и правил его эксплуатации (наличием например, слива масла в случае его возгорания; специальных ям с гравийным заполнением);
  4. наличие соответствующих видов защит от различных повреждений и ненормальных режимов работы (от внутренних повреждений, многофазных КЗ в обмотках и на их выводах, сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними КЗ или возможными перегрузками, от понижения уровня масла и др.).

Кроме защит, трансформатор должен иметь необходимые измерительные приборы для контроля за режимом его работы.
Известно, что на промышленных подстанциях силовые трансформаторы работают в различных режимах, которые характеризуются токами нагрузок, температурой верхних слоев масла, напряжением на вводах первичной обмотки и температурой окружающей среды.
Трансформаторы отечественного производства просты по конструкции, надежны и удобны в эксплуатации. Случаи повреждения трансформаторов вызваны: нарушением действующих правил эксплуатации, аварийными и ненормированными режимами работы, старением изоляции обмоток, некачественной сборкой их на заводе или при монтаже и ремонте. Опыт монтажа и ремонта трансформаторов показывает, что две трети повреждений возникает в результате неудовлетворительного ремонта, монтажа и эксплуатации и одна треть — вследствие заводских дефектов.
Ниже рассмотрены более подробно возможные неисправности силовых трансформаторов.
Основные повреждения приходятся на обмотки, отводы, выводы и переключатели (около 84%). Аварии в обмотках происходят в основном из-за «старения» и износа изоляции. Износ изоляции может произойти из-за длительной эксплуатации трансформатора, однако наблюдается и преждевременный износ, который является результатом частых перегрузок или недостаточно интенсивного охлаждения при номинальной нагрузке. Ухудшение условий охлаждения может произойти из-за осадков шлама на обмотки, загрязнения междуобмоточных промежутков и при «старении» масла.
Витковые замыкания в обмотках возникают при разрушении изоляции обмотки вследствие деформация обмоток при КЗ, толчка нагрузки, различного рода перенапряжениях в аварийных режимах, снижения уровня масла до обнажения обмоток и в других случаях. Признаки повреждения — работа газовой защиты на отключение трансформатора с выделением горючего газа бело-серого или синеватого цвета; ненормальный нагрев трансформатора с характерным бульканьем, неодинаковое сопротивление обмоток фаз при измерении их постоянным током.
Причинами пробоя и перекрытия внутренней и внешней изоляции трансформатора могут являться появление в изоляции трещин, в которые попадает грязь и сырость, а также коммутационные перенапряжения.
Для определения прочности изоляционных прокладок в ремонтной практике производства проверка состояния электрокартона на образцах, вырезанных из изоляции различных частей трансформаторов. Вырезанную полоску электрокартона сгибают под прямым углом или складывают вдвое без сдавливания листа сгиба. Если при полном сгибе вдвое электрокартон не ломается, изоляция считается хорошей, если при полном сгибе ломается, то удовлетворительной, т.е. ограниченно годной, а если картон ломается еще при сгибе до прямого угла, то негодной.
Как показывает практика, обмотки — это самая уязвимая часть трансформаторов, часто выходящая из строя. Наиболее распространенные повреждения обмоток, кроме перечисленные выше, —замыкание на корпус, междусекционные пробои, электродинамические разрушения, обрыв цепи.
Перечисленные повреждения происходят наиболее часто при сроке работы трансформатора выше 15 лет.
Изоляция разрушается также при длительных перегрузках трансформатора, сопровождаемых перегревом обмоток (около 105°С).
При сквозных токах КЗ вследствие динамических усилий наблюдается деформация обмоток, сдвиг их в осевом направлении и, как правило, механическое разрушение изоляции. Отгорание выводных концов, электродинамические усилия, небрежное соединение концов вызывают обрыв цепи обмоток, замыкание их на корпус или пробои с выходом трансформатора из строя.
При обрыве обмотки вследствие образования дуги может иметь место срабатывание газовой защиты.
Основные неисправности выводов трансформаторов: трещины, сколы и разрушения изоляторов в результате атмосферных перенапряжений, наброса металлических предметов или попадания животных на трансформатор, что приводит к междуфазному короткому замыканию на выводах, загрязнения изоляторов, некачественная армировка и уплотнение, срыв резьбы стержня при неправильном навинчивании и затягивании гайки. Наиболее характерные повреждения выводов — течь масла между фланцем вывода и крышкой, в армировке или в месте выхода стержня. Фланец представляет собой чугунную обойму и предназначен для крепления фарфорового вывода (изолятора) на крышке трансформатора, фарфоровый изолятор армирован во фланце армировочной замазкой, фланец закрепляется на крышке трансформатора болтами. Между фланцем и крышкой плотно уложена резиновая прокладка, на которую следует обратить внимание при ремонте.
Междувитковые замыкания в обмотке могут иметь место и при повреждении изоляции трансформатора от атмосферных перенапряжений.
Наиболее частные повреждения переключателей — оплавление или полное выгорание контактных поверхностей, вызываемое термическим действием токов короткого замыкания при недостаточном давлении (нажатии) подвижных контактов на неподвижные или при полном их соприкосновении между собой.
Наиболее серьезная неисправность трансформаторов возникает при повреждении магнитопроводов («пожар стали»), вследствие нарушения изоляции между отдельными листами стали и стягивающими их болтами. В стыковых магнитопроводах причиной аварии бывает нарушение изоляции в стыках между ярмом и стержнями. Местные нагревы стали магнитопровода возникают в результате разрушения или износа изоляции стяжных болтов, повреждения междулистовой изоляции и плохого контакта электрических соединений. Признаки повреждения — повышение температуры трансформатора, появление газа черного или бурого цвета в газовом реле, воспламеняющегося при поджоге. Масло меняет цвет, становится темным и имеет резкий специфический запах вследствие разложения (крекинг- процесс). Кроме того, увеличивается ток и потери холостого хода, а у масла понижается температура вспышки, повышается кислотность масла и понижается пробивное напряжение.
При эксплуатации могут наблюдаться потрескивания внутри трансформатора, свидетельствующие о том, что между обмотками или их ответвлениями и корпусом происходят разряды (обмотки и металлические части магнитопроводов в трансформаторах представляют собой обкладки конденсатора). Это явление возникает в результате замыканий обмоток или ответвлений на корпус трансформатора при перенапряжениях или обрыве сети заземления. В том случае трансформатор должен быть немедленно отключен, после чего газ необходимо проверить на горючесть и отобрать пробу газа для проведения химического анализа.
На основании изложенного выше, все металлические части магнитопровода, кроме стяжных шпилек, соединяют с баком трансформатора, который надежно заземлен полоской луженой жести или латуни толщиной 0,5 мм и шириной 25—30 мм. Способы заземления магнитопровода зависят от его конструкции. Это соединение может быть выполнено перемычкой между вертикальным прессующим болтом и болтом, крепящим крышку к баку трансформатора. При ремонте трансформатора следят за исправностью описанного заземления.
Признаками ослабления прессовки магнитопровода, свободного колебания крепящих деталей, колебаний крайних листов магнитопровода и повышение против нормального первичного напряжения являются ненормальное гудение, дребезжание, жужжание у работающего силового трансформатора.
Нарушение прочности сварных швов и недостаточная плотность прокладки между баком и крышкой вызывает течь масла из бака. Устраняют течь масла сваркой, а небольшие волосяные трещины ликвидируют чеканкой.
Если признаков повреждения (потрескивания, щелчки внутри бака, выбросы масла) не выявлено, а сигнал газовой защиты появился, то отбирать пробы газа на анализ можно без отключения трансформатора. При обнаружении горючего газа или газа, содержащего продукты разложения, трансформатор должен быть немедленно отключен, после чего на нем должны быть проведены измерения и испытания.
Если проверкой установлено, что выделяется негорючий газ и в нем отсутствуют продукты разложения, то устанавливают наблюдение за работой трансформатора и последующим выделением газа. При учащении появления газа в реле и работы защиты на сигнал трансформатор следует отключить.
Газовая защита может срабатывать ложно, причины этого состоят в следующем:

  1. сотрясения трансформатора в результате воздействия больших токов перегрузки, проходящих по его обмоткам, а также сквозных токов короткого замыкания за трансформатором;
  2. ненормальная вибрация при пуске и остановке вентиляторов и циркуляционных насосов у трансформаторов с принудительными системами охлаждения от возникающих перетоков и толчков масла в трубопроводах;
  3. несвоевременная доливка масла и снижение его уровня;
  4. неправильная установка трансформатора, при которой возможен значительный выброс воздуха через газовое реле, то же может быть и при доливке масла в трансформатор.

В случаях ложного срабатывания газовой защиты допускается одно повторное включение трансформатора при отсутствии видимых внешних признаков его повреждения. Если отключение трансформатора произошло в результате действия защит, которые не связаны с его повреждением, можно включать трансформатор в сеть без его проверки.
Совместное срабатывание газовой и дифференциальной защит трансформатора говорит о серьезных повреждениях внутри трансформатора.
При очистке и регенерации масла и всех работах в масляной системе, проверке газовой защиты или ее неисправности отключающий элемент газовой защиты должен быть переведен на сигнал.
Ввод газовой защиты на отключение после вывода ее из работы производится через сутки, если не было скопления воздуха в газовом реле, в противном случае включение производят через сутки после прекращения выделения воздуха. Если уровень масла в масломерном стекле повысился очень высоко и быстро, нельзя до выяснения причины открывать пробки, прочищать дыхательную трубку без размыкания цепи отключения реле.


Неисправности трансформаторов и способы их устранения

Неисправность

Возможная причина

Способ устранения

Повышенное гудение в трансформаторе

Ослабление прессовки магнитопровода

Подтянуть прессующие шпильки (у масляного трансформатора выполняют при вынутом сердечнике)

Потрескивание внутри трансформатора

Появление замыкания между витками Ослабление болтов, крепящих крышку (кожух) трансформатора Обрыв заземления магнитопровода

Отправить трансформатор для капитального ремонта
Проверить затяжку всех болтов

Выходные напряжения фаз неодинаковы при одинаковых первичных напряжениях

Недостаточен контакт в соединении одного из вводов. Обрыв в обмотках трансформатора

Восстановить заземление (у масляного трансформатора выполняют при вынутом сердечнике)
Отправить трансформатор для капитального ремонта

Течь масла

Нарушение плотности:
сварных швов бака;
между крышкой и баком во фланцевых соединениях

То же
Подтянуть болты, гайки. Если не может, установить новое уплотнение

Таблица 2
Ремонт силовых трансформаторов

ремонт трансфоратора

Операция

Ремонтные работы

Пояснение

Устранение:
— поверхностных повреждений небольших участков витковых изоляций;

Поврежденную витковую изоляцию восстанавливают путем наложения на оголенный провод витка слоя маслостойкой лакоткани в полуперекрышку

Эти эффекты устраняют без демонтажа обмотки

— ослабление прессовки обмоток;

Обмотки, не имеющие прессующих колец, под- прессовывают

По всей окружности обмотки между уравнительной и ярмовой изоляциями забивают дополнительные прокладки из прессованного электрокартона

— незначительной деформации отдельных секций повреждений изоляции

Изоляцию отвода восстанавливают путем наложения на поврежденный участок двух слоев лакоткани шириной 25—30 мм

Ремонт изоляции обмоток с использованием провода поврежденной катушки

Поврежденную изоляцию удаляют обжигом в печи при температуре 450—500°С. Витки изолируют кабельной бумагой или тафтяной лентой в два слоя с перекрытием

Изолированной катушке придают нужный размер путем подпрессовки. Изготовленную катушку высушивают, пропитывая лаком и запекают при температуре 100°С в течение 8—12 ч

Изготовление новой обмотки в зависимости от ее типа

Для этой операции применяют обмоточные станки с ручным или моторным приводом. Катушку наматывают на шаблоне

На шаблон перед намоткой провода накладывают слой электрического картона толщиной 0,5мм, предохраняющего витки первого слоя от сдвига при снятии катушки

Изготовление цилиндрической обмотки НН из провода прямоугольного профиля

При намотке однослойной катушки витки закрепляют с помощью бандажа из киперной ленты. При намотке многослойных катушек бандажирование не делают

При переходе из одного слоя в другой в местах перехода прокладывают полоску прессшпана на 4—5 мм больше ширины витка для предохранения изоляции крайних витков

Изготовление многослойной обмотки НН из круглого провода

Каждый слой обматывают кабельной бумагой, которой покрывают все витки и пояски, уложенные в торцах шаблона

Поясок изготавливают в виде полоски из электротехнического картона толщиной, равной диаметру провода. Сам поясок схватывают бумагой шириной 25 мм и укладывают в торце шаблона

Соединение обмоток

Провода сечением до 40 мм2 соединяют пайкой паяльником, большого сечения — специальными клещами

При пайке проводов применяют флюсканифоль (кислотой пользоваться запрещается) или порошкообразную буру

Пропитка и сушка обмоток

Причиной — фосфористая бронза диаметром 3—4мм или серебряные припои ПСр-45, ПСр-70. Обмотки опускают в глифталевый лак и выдерживают до полного выхода пузырьков воздуха, затем поднимают, дают стечь излишкам лака (15—20 мин) и помещают в печь для запекания

Сушка считается законченной, когда лак образует твердую блестящую и эластичную пленку

Ремонт магнитопровода силовых трансформаторов

Операция

Ремонтные работы

Пояснение

Разборка магнитопровода
Замена изоляции стяжных шпилек
Удаление старой изоляции листов стали
Изолирование листов
При ремонтах после «пожара стали» изготавливают новые листы стали

Отвертывают верхние гайки вертикальных шпилек и гайки горизонтальных прессующих шпилек. Снимают ярмовые балки. Расшлихтовывают верхнее ярмо со стороны ВН и НН одновременно.
Эскизируют взаимное положение пластин двух последних слоев активной стали магнитопровода. Связывают верхние концы пластин, продевая кусок проволоки в отверстие для стержня. Демонтируют обмотки
Бумажно-бакелитовую трубку изготавливают из кабельной бумаги толщиной 0,12 мм и при намотке на шпильку пропитывают бакелитовым лаком, затем запекают
Изолирующие шайбы и прокладки изготавливают из электрокартона толщиной не менее 2 мм. Проверяют изоляцию стяжных шпилек, накладок и ярмовых балок мегом-метром 1000-2500 В
Удаляют старую изоляцию стальными щетками или кипячением листов в воде, если они покрыты бумажной изоляцией
Допускают изолирование пластин через одну. Новый слой лака наносят пульверизатором. Сушат 6-8 ч при температуре 20-30°С
Листы раскраивают так, чтобы длинная сторона была обязательно вдоль проката. Отверстия для стяжных шпилек делают только штампом

Извлекают шпильки из ярма. Маркируют балку надписью «сторона ВН» или «сторона НН». Расшихтовывают, вынимая по 2-3 пластины, не перемешивая, связывают в пакет. Укладка пластин после ремонта должна соответствовать заводской
Толщина стенок изоляциионных трубок, мм, для диаметров шпилек, мм:
12-25+2-3 25-50+3-4 Более 50+5-6
Диаметр изолирующий шайбы должен быть на 3-5 мм больше диаметра нажимной. Сопротивление изоляции стяжных шпилек должно быть не ниже 10 Мом
Можно применять обжиг листов с равномерным нагревом при температуре 250-300°С в течение 3 мин
Используют семь из 90% лака и 10 % чистого керосина или глифталевого лака и растворителей (бензина и бензола).
Можно применить зеленую эмаль
Сверление не допускается

Таблица 4
Ремонт расширителей силовых трансформаторов

Операция

Ремонтные работы

Пояснение

Очистка от грязи и ржавчины наружной поверхности. Очистка внутренней поверхности

Очищают расширитель металлической щеткой и протирают насухо чистой ветошью.
Вырезают заднюю стенку расширителя, очищают поверхности от грязи и ржавчины.
Окрашивают маслостойкой эмалью или нитроэмалью.
Вырезают из листовой стали новую стенку и приваривают к корпусу расширителя

Окончательную очистку производят тряпкой, смоченной в бензине.
Стенку вырезают, оставляя выступ-кольцо, к которому после очистки приваривают новое дно. Приваривают стенку, не допуская пережога металла, ровным, плотным швом без трещин

Ремонт скобы маслоуказателя или патрубка

Очищают поверхность, подлежащую приварке, скобу, штуцер маслоуказателя; патрубок приваривают к корпусу расширителя

Сварку производят ацетилено-кислородным пламенем. Патрубок, соединяющий расширитель с кожухом трансформатора, выступает над низшей линией поверхности расширителя на 25—30 мм

Ремонт масломерного стекла

Вывертывают внутреннюю пробку маслоуказателя, вынимают масломерное стекло, чистят его или заменяют новым

Протирают тряпкой, смоченной сухим трансформаторным маслом

Восстановление контрольных отметок маслоуказателя

Наносят новые отметки на расширителе у маслоуказательного стекла

Отметки уровня масла при температуре +35, +5, -35°С наносят цинковыми белилами на высоте 0,55; 0,45 и 0,1 диаметра расширителя

Если газовая защита сработала с действием на сигнал в результате накопившегося в реле воздуха, необходимо выпустить воздух из реле и перевести цепь отключения защиты на сигнал. При отключении трансформатора от газовой защиты и обнаружении при проверке в реле горючего газа — повторное включение трансформатора запрещается.
О    характере повреждения внутри трансформатора можно предварительно судить по цвету выделяющегося в реле газа. Желтый цвет газов свидетельствует о повреждении дерева, беловато-серый — бумаги, а черный — масла.
Для проверки горючести газов зажигают спичку и подносят ее к чуть приоткрытому верхнему крану реле. Горючесть газов свидетельствует о внутреннем повреждении трансформатора.
К настоящему времени в эксплуатации находятся наряду со «старыми» трансформаторами, отслужившими свой срок службы, новые, отличающиеся повышенной надежностью и долговечностью. Поэтому часть рекомендаций, приведенных в табл. 1,2, 3, 4, для новых силовых трансформаторов устарела. Тем не менее она может быть полезна для старых типов трансформаторов.
В соответствии с РД 34.45—51.300—97 сейчас все электрооборудование, в том числе и силовые трансформаторы, подлежат тепловизионному (термографическому) контролю. Это дает возможность на ранней стадии выявить у трансформаторов возможные неисправности (дефекты), сократить затраты на техническое обслуживание вследствие снижения объема ремонтных работ.
При тепловизионном контроле выявляются следующие неисправности силовых трансформаторов и автотрансформаторов:
нарушения в работе систем охлаждения и оценка их эффективности;
нарушения внутренней циркуляции масла в баке трансформаторов с большим сроком службы;
выявление магнитных полей рассеяния;
дефекты изоляции маслонаполненных и фарфоровых вводов;
ослабление контактных соединений токоведущих частей.
При проведении тепловизионных обследований могут использоваться следующие приборы: тепловизор, ИК-термометр (пирометр), термометр для определения температуры окружающей среды, штатные измерительные приборы электроустановки.
При проведении тепловизионного обследования с целью поиска и локализации мест повышенного нагрева снимаются термограммы боковых поверхностей бака, теплообменников и маслонасосов маслонаполненных силовых трансформаторов, всей наружной поверхности сухих трансформаторов, маслонаполненных и сухих вводов, фарфоровых изоляторов вводов, элементов устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), элементов переключающих устройств (ПБВ), контактов аппаратных зажимов и других, доступных для обследования нагруженных элементов трансформаторов.
Кроме указанных выше, в результате выполнения тепловизионного обследования могут быть выявлены следующие дефекты трансформаторов:

  1. образование короткозамкнутых контуров по элементам конструкции трансформаторов из-за разрушения их изоляции;
  2. местные нагревы магнитопроводов и обмоток трансформаторов, связанные с потерями энергии в них вследствие нарушения изоляции, распрессовки обмоток и магнитопроводов, ослабления жесткости общей конструкции.

Для трансформаторов 6/10 кВ при диагностическом обследовании проводятся следующие виды контроля:

  1. при мощности до 100 кВА тепловизионный и визуальный;
  2. при мощности от 100 до 630 кВА тепловизионный, визуальный и по усмотрению заказчика — отбор трансформаторного масла для проведения физико-химического анализа;
  3. при мощности 630 кВА и выше тепловизионный, вибрационный, визуальный, а также отбор пробы трансформаторного масла для проведения физико-химического анализа.

Как показывает опыт эксплуатации, наиболее востребованными среди масляных трансформаторов в настоящее время являются трансформаторы типа ТМГ, отличающиеся повышенной надежностью и минимальным временем обслуживания.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: , ,

Оставить отзыв