Первичный осмотр и оценка состояния

Опубликовано: 30 Октябрь 2012

оценка состояния трансформатора

Силовые трансформаторы являются критическим компонентом системы подачи электроэнергии. Но многие из средних и крупных силовых трансформаторов, находящихся сегодня в работе, старше 30 лет. В связи с этим возникает озабоченность в связи с их долговременной надежностью и производительностью. Эта озабоченность усиливается в связи со значительным объемом времени, требуемого для освоения новых трансформаторов, и большими капитальными затратами, необходимых для выполнения замены существующих трансформаторов. Метод, позволяющий быстро оценить состояния трансформаторов, используя доступные данные, называется "Первичным Осмотром ". Важным инструментом для управления существующим парком трансформаторов может стать более глубокая "Оценка Состояния" устройств, играющих критическую роль, или устройств, вызывающих обеспокоенность в результате первичного осмотра.

            ВВЕДЕНИЕ

            Силовые трансформаторы являются критическими компонентами современных энергетических систем. Они используются для увеличения и снижения напряжения, чтобы обеспечить передачу и распределение электрической энергии. Хотя, как правило, они весьма надежны, в сегодняшнем обществе отказы, которые приводят к прекращению подачи энергии в жилые дома и в промышленные здания, становятся все менее приемлемыми для потребителей и регуляторов. Это дополняется высокими финансовыми затратами и вопросами безопасности, касающихся отказов и неожиданных отключений подачи энергии.
Быстрой рост спроса на электрическую энергию в 1960-х и 1970-х годах создал предпосылки для значительных инвестиций в энергетическую инфраструктуру, включая и трансформаторы для существовавших и более высоких уровней напряжения для экономичной передачи постоянно увеличивающихся объемов энергии, требуемой потребителям. Большое количество этих трансформаторов сегодня имеют возраст, превышающий 40 лет. Со старением трансформаторов появляется обеспокоенность по поводу их способности продолжать надежную работу. Некоторые трансформаторы способны работать долгое время (более 50 лет после начальной установки), а другие могут быть подвержены отказам через относительно небольшой период времени. Хронологический возраст трансформатора и величина его старения за это время не всегда хорошо коррелируют друг с другом. К релевантным факторам, оказывающим влияние на реальный период работы трансформатора, относятся его конструкция, обслуживание, воздействие на него внешних скачков напряжения и отказов, нагрузка, температура, в которой он функционирует, периодичность работы, окружающая среда, и многое другое. Все энергоснабжающие организации и производители электрической энергии, парк трансформаторов которых достаточно стар, должны, в какой-то момент времени, задуматься о перспективах очень затратных проектов по замене старого оборудования с тем, чтобы гарантировать высокую надежность и качество работы. Оценки всех эти активов должны включать в себя затраты, связанные с отказом устройств, с неожиданными отключениями, с последующими повреждениями, с восстановлением напряжения, с выплатой штрафов, а также операционные затраты, относящиеся к исправлению создавшейся ситуации.
Эти стареющие трансформаторы работают в условиях увеличенной операционной температуры в связи с более высоким спросом и пониженными возможностями для его удовлетворения. Чтобы обеспечить более высокую надежность стареющего парка оборудования, необходим способ оценки, позволяющий идентифицировать трансформаторы с высоким риском отказа. К счастью, сегодня существуют проверенные средства, позволяющие смягчить эти риски. К более устойчивым, надежным электрическим системам приводят превентивные действия с хорошими диагностическими программами, процедуры обслуживания, и планы замены и обновления оборудования, а также стратегии нагрузки и экономии.

            ПЕРВИЧНЫЙ ОСМОТР ТРАНСФОРМАТОРОВ

            Чтобы быстро оценить состояние трансформаторов важно использовать доступную информацию, которая часто состоит из данных, полученных в процессе обслуживания. Эта оценка позволяет получить представление о четырех основных категориях, связанных с типами проблем и отказов: диэлектрик, температура, механика и внешние причины.
Диэлектрик: По мере того, как трансформатор стареет, масляные и бумажные системы изоляции могут стать более изношенными, что приводит к снижению их способности противостоять резким скачкам напряжения, а в особенно тяжелых случаях, и нормальному изменению напряжения.
Температура: Трансформаторы сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать температурные требования при определенной нагрузке. Радиаторы, охладители, вентиляторы, насосы, и связанное с ними управляющее оборудование – все это должно находиться в адекватном рабочем состоянии, чтобы поддержать работу трансформатора при заданной температуре. Излишний перегрев может привести к случайному разрушению твердой и жидкой изоляции.
Механика: Основной механической проблемой является способность трансформаторов выдерживать сквозные короткие замыкания, т.е., большой ток, вызванный коротким замыканием, произошедшим вне трансформатора. Наиболее распространенными факторами, влияющими на целостность сердечника или обмотки, являются герметичность, натяжение обмотки и разрушение изоляции. Слабо натянутая обмотка более подвержена повреждению со стороны сил, создаваемых высоким током короткого замыкания. Целлюлоза может ослабнуть, и стать хрупкой по мере ее старения, что снижает ее способность выдерживать ток короткого замыкания. К другим механическим факторам относятся такие проблемы, как излишний шум и вибрация.
Внешние причины: Разрушение бака или корпуса, компонентов шкафа управления, проводов, изоляторов, прокладок, клапанов, мониторов, датчиков, и т.п. – все это может привести к утечке масла, внешним возгораниям и неправильному функционированию оборудования управления, мониторинга и защиты.

            На ухудшение работы трансформаторов влияют разнообразные факторы. Для целей настоящей статьи все они разбиты на несколько общих категорий:
– Нагрузка
– Конструкция
– Обслуживание
– Защита

            Нагрузка: Величина и характеристики электрической нагрузки воздействующей на трансформатор, являются одними из наиболее важных факторов, влияющих на продолжительность его эксплуатации. В спецификации трансформатора указывается уровень нагрузки (определенный его конструкцией и испытаниями), которую трансформатор может нести без превышения определенной температуры при заданных условиях. Типичные условия нагрузки, зависящие от класса трансформатора, приведены в стандарте IEEE C57.12.00. Основное внимание уделяется температуре компонентов (в частности, изоляционного материала) вызванной нагрузкой трансформатора. При слишком высокой температуре изоляция из целлюлозы разрушается быстрее. Сокращение срока эксплуатации твердой изоляции может быть оценено, исходя из операционной температуры трансформатора. Для оценки сокращения времени эксплуатации могут быть использованы соображения о содержании воды в твердой изоляции, и объем кислорода ("дышащие" системы против изолированных систем). Для приложений с избыточной нагрузкой следует учитывать пределы выносливости входных изоляторов и других вспомогательных компонентов. Проводятся вычисления, позволяющие убедиться в том, что состояние масла (его влажность и содержание газа) не способствует образованию пузырьков газа во время повышения нагрузки.
Другими важными факторами, связанными с нагрузкой на трансформатор являются гармонические токи и температурные циклы. Гармонические токи могут вызвать излишний нагрев на уровнях, которые ниже указанных в спецификации трансформатора. Температурные циклы, вызываемые изменениями нагрузки, могут привести к таким проблемам, как образование пузырьков, избыточное относительное насыщение масла водой, избыточное давление, протечки, и многое другое.

            Конструкция: Различные подходы к дизайну, или к методам производства зачастую чреваты избыточной силой или слабостью конструкции трансформаторов, что делает их более или менее предрасположенными к конкретными проблемам. Когда трансформатор оказывается в определенном наборе обстоятельств, обостряющих такую проблему, его состояние может ухудшиться гораздо быстрее, чем этого ждали.

            Обслуживание:  Существует множество аспектов обслуживания, оказывающих большое влияние на состояние и продолжительность периода эксплуатации трансформатора. Чистота радиаторов и охладителей, протечки масла, сухость системы изоляции, замена насосов и вентиляторов – все это влияет на продолжительность эксплуатации трансформатора.  

            Системные нарушения: Такие системные нарушения, как скачки напряжения, сквозные короткие замыкания, обрывы фаз, и т.п., могут оказывать кумулятивных эффект на работу трансформатора. Не обнаруженное вовремя повреждение, возникшее в результате таких событий, может привести к повреждению целых участков, что в свою очередь, может вызвать неожиданный отказ.

            ПЕРВИЧНЫЙ ОСМОТР И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ

осмотр трансформатора

Владельцы трансформаторов могут получить значительные преимущества от использования современных методов первичного осмотра и оценки состояния трансформаторов. Эти методы помогают идентифицировать устройство с высокой степенью риска, определить приоритеты в обслуживании, и принять стратегические решения по замене или обновлению оборудования. Первичный осмотр начинается с изучения всех работающих трансформаторов.  При этом используется подмножество доступных данных, чтобы быстро определить устройства, демонстрирующие признаки бедственного положения. Для всесторонней оценки состояния используются те же самые данные, плюс записи об истории трансформатора, и дополнительное тестирование. Для каждой категории трансформаторов оценка состояния выполняется с использованием числовых характеристик, а также химических и инженерных оценок. В результате создается общий список трансформаторов вместе со специфическими рекомендациями последующих исследований, обслуживания или восстановительных действий. Сегодня эти программы являются эффективными, поскольку существуют разнообразные инструменты, позволяющие обнаружить ускорение старения и развитие состояния, при котором возможен отказ. К таким доступным инструментам, которые следует использовать при первичном осмотре и оценке состояния, относятся:

            -  Лабораторные испытания
–  Электрические испытания
–  Осмотр конструкции
–  Данные индивидуальной история эксплуатации (перегрузки, сквозные короткие замыкания, и т.п.), данные обслуживания.
– База данных истории семейства  (специфическая для конкретной конструкции трансформатора)
–  Статьи с конференций
–  Консультации по обслуживанию у специалистов производителя
-  Отчеты о проблемах и отказах

            Типичный первичный осмотр позволяет тщательно собрать такую информацию, как:

- Анализ растворенного газа и базового качества масла (включая и обзор зафиксированных тенденций)
– Результаты электрических испытаний и тенденции
– История эксплуатации
– Внешняя инспекция (должна включать информацию инфракрасной (IR), радиочастотной (RFI), и электромагнитной (EMI) интерференции)

            Всесторонняя оценка состояния должна включать всю информацию первичного осмотра, дополненную следующими данными:

            – Электрические испытания

  • Тесты громоотвода
  • Коэффициент мощности входного изолятора и емкостное сопротивление, а также тестирование методом Hot Collar.
  • Общий коэффициент мощности и емкостное сопротивление
  • Сопротивление изоляции
  • Ток возбуждения одной фазы
  • Реактивное сопротивление утечки
  • Анализ частотной реакции
  • Сопротивление обмотки
  • Коэффициент трансформации

            – Тесты масла и анализ

  • Анализ растворенного газа
  • Анализ фурфуральной структуры
  • Качество масла
  • Влажность
  • Коррозийная сера
  • Специальные тесты для идентификации проблемы

            – Тесты степени полимеризации – если доступны образцы бумаги

            – Полный обзор записей и анализ 

  • Анализ растворенного газа (тенденции)
  • Электрические тесты (тенденции)
  • Профиль нагрузки
  • Записи скачков и отказов
  • Записи обслуживания

            – Обзор конструкции

  • Характеристики конструкции
  • Записи истории  семейства
  • Документация конференций
  • Советы и рекомендации производителя

            – Внешний осмотр
– Температурные изображения
– Акустический анализ
– Информация о радиочастотной и электромагнитной интерференции
– Обнаружение частичного электрического разряда и акустическая локация
– Внутренний осмотр

            Совместный анализ информации, собранной во время тестирования и осмотров, полученной из записей работы и обслуживания, а также исторической информации позволяет получить всестороннюю оценку.

           
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

            Парк силовых трансформаторов играет значимую роль в энергетических системах, и представляет собой крупную инвестицию. Отказы этих устройств могут быть экономически дорогостоящими, с точки зрения затрат по замене, устранения каскадных повреждений, потерь дохода и штрафов за низкую надежность. Программа замены трансформаторов, основанная только на их возрасте, неэффективна, и может привести к дорогостоящим ошибкам. Эффективная с точки зрения затрат программа первичного осмотра используемого парка трансформаторов, и всесторонний анализ их состояния сегодня стали доступными, благодаря возможности проводить чувствительные тесты для разнообразных проблем, как для кратковременного, так и для долговременного прогноза.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: , ,

Оставить отзыв