1. Определение
Деформация обмотки — это механическое смещение, искажение, вспучивание, скручивание или сжатие обмоток трансформатора, вызванное электродинамическими силами, механическим ударом или другими напряжениями.
Эта деформация изменяет расчетную геометрию катушек, влияя тем самым на изоляционные расстояния, механическую прочность и электрические характеристики трансформатора.
В процессе эксплуатации трансформатора короткие замыкания неизбежны, особенно на его выходных зажимах или вблизи них.
Внезапное короткое замыкание создает чрезвычайно большие импульсы тока, в результате чего обмотки испытывают электродинамические силы, в десятки и сотни раз превышающие силы при нормальной работе.
Эти силы вызывают:
Быстрый нагрев, размягчающий материал проводника (медь или алюминий).
Сильное механическое напряжение, превышающее механическую прочность обмотки.
Силы, действующие на обмотки трансформатора, можно разделить на две категории:
Радиальные силы (поперечные):
Действуют от центра наружу или внутрь.
На наружные катушки действуют силы растяжения.
На внутренние катушки действуют силы сжатия.
Если внутренние распорки или изоляционный цилиндр недостаточно прочны, катушки могут вспучиваться или изгибаться, образуя деформации типа «цветок сливы» или вздутия.
Осевые силы (продольные):
Действуют вдоль высоты обмотки.
Они сжимают изоляционные прокладки, вызывают изгиб витков катушки и могут смещать обмотки по вертикали относительно магнитопровода.
Неравная высота катушек (например, из-за устройств РПН или магнитной несимметрии) дополнительно усиливает осевое напряжение, что часто приводит к серьезным авариям.
Вывод:
Токи внезапного короткого замыкания подвергают обмотки трансформатора комбинированному воздействию сильных радиальных и осевых сил.
Внутренние обмотки — особенно в автотрансформаторах — наиболее уязвимы, что приводит к необратимой деформации, такой как вспучивание, скручивание и смещение.
Эти деформации могут перерасти в пробой изоляции, межвитковые замыкания или катастрофические отказы.
Во время транспортировки, подъема или установки крышки обмотки могут подвергаться ударам, вибрации или случайным воздействиям, приводящим к физической деформации.
Если в системе релейной защиты имеется мертвая зона или она не срабатывает, трансформатор может подвергаться воздействию продолжительного тока короткого замыкания.
Длительное электродинамическое воздействие может деформировать обмотки.
Статистические данные показывают, что около 30% повреждений трансформаторов происходят из-за несрабатывания защиты при внешних коротких замыканиях.
Если конструкция трансформатора или производственный процесс не обеспечивают достаточной механической жесткости, его способность выдерживать короткое замыкание со временем снижается.
Недавняя статистика отказов трансформаторов 110 кВ показывает, что недостаточная стойкость к короткому замыканию стала основной внутренней причиной аварий с трансформаторами.
Деформация обмоток представляет собой основную скрытую опасность для безопасной работы силовых трансформаторов.
Её трудно обнаружить с помощью обычных испытаний на сопротивление изоляции или диэлектрическую прочность масла, что делает её скрытым дефектом.
Изменение изоляционных расстояний или повреждение твердой изоляции может вызвать частичный разряд (ЧР).
При грозовых или коммутационных перенапряжениях частичные разряды могут привести к межвитковому или междисковому пробою.
Даже при нормальном напряжении длительные частичные разряды могут вызвать повреждение изоляции.
После деформации обмотка теряет свою механическую прочность.
При возникновении нового короткого замыкания ослабленная конструкция уже не может выдерживать электродинамические усилия, что приводит к дальнейшей деформации или полному выходу из строя.
Поскольку деформацию обмоток невозможно полностью избежать, ранняя диагностика имеет критическое значение.
Точное обнаружение позволяет определить:
Произошла ли деформация
Степень и место деформации
Может ли трансформатор продолжать безопасную работу
Требуется ли ремонт или разборка
Проактивная диагностика не только экономит трудовые и материальные затраты, но и предотвращает крупные аварии трансформаторов.
Мировые исследования признали важность обнаружения деформации обмоток.
Во многих странах это считается ключевым испытанием для прогнозного технического обслуживания.
Согласно документу Государственной энергетической корпорации № I20001589 — «25 ключевых требований по предотвращению крупных аварий в энергопроизводстве», испытание на деформацию обмоток является обязательной проверкой при следующих условиях:
После заводских приемо-сдаточных испытаний и ввода в эксплуатацию
После события короткого замыкания
Соответствующие пункты:
Пункт 15.6:
После возникновения короткого замыкания вблизи трансформатора необходимо провести испытание на короткое замыкание при низком напряжении или анализ частотной характеристики (АЧХ).
Результаты должны быть сравнены с исходными заводскими данными перед возвращением трансформатора в эксплуатацию.
Пункт 20.2.9:
При заказе трансформаторов производитель должен предоставить:
Кривую частотной характеристики обмоток
Отчет об испытании на стойкость к короткому замыканию
Отчет о динамическом расчете электромеханических усилий
Анализ АЧХ также должен проводиться:
Во время монтажа и ввода в эксплуатацию
После любого эксплуатационного короткого замыкания
Результаты испытаний должны служить одним из ключевых критериев для определения пригодности к дальнейшей эксплуатации.
Деформация обмоток — это сложное электромеханическое явление, напрямую связанное с безопасностью и надежностью трансформатора.
Основной причиной является импульс тока короткого замыкания, но также влияют внешние механические воздействия и отказ защиты.
Раннее обнаружение, особенно с помощью анализа частотной характеристики, крайне важно для предотвращения скрытого ухудшения изоляции, механического разрушения и крупных аварий трансформатора.
ООО «Кингран Трансформер Инструмент»
Больше тестеров для трансформаторов от Kingrun
