Как определить неисправность трансформатора по результатам хроматографического анализа масла?
I. Обзор
Отказ силового трансформатора может быть вызван аномальным хроматографическим анализом масла в процессе эксплуатации, срабатыванием газовой защиты или превышением допустимых значений при профилактических испытаниях. Наиболее вероятными неисправностями (дефектами) трансформатора являются: утечка или повреждение вспомогательного оборудования, такого как охладители, увлажнение корпуса трансформатора, перегрев и разрядные повреждения и т.д.
2. Утечка и повреждение охладителей
(1) Утечка в водяном охладителе, при которой вода попадает в масляную систему, крайне опасна для трансформатора. В воздушном охладителе на входной стороне масляного насоса создается зона отрицательного давления, что облегчает подсос воздуха. Хотя утечка воды не представляет серьезной опасности, она всё же оказывает значительное разрушительное воздействие на трансформаторы сверхвысокого напряжения (220 кВ и выше). Подсос воздуха в воздушном охладителе приводит к постоянным сигналам газовой защиты. Хотя хроматографический анализ масла не показывает явных симптомов, содержание водорода в газе значительно возрастает, что указывает на разложение воздуха в зоне высокого электрического поля трансформатора. В случае непрерывного срабатывания газовой защиты каждые несколько десятков минут или часов следует рассмотреть возможность вывода трансформатора из эксплуатации, поиска места утечки и проведения дегазации.
(2) Масляный насос принудительной циркуляции масла в воздушном или водяном охладителе также может выйти из строя из-за непрерывной работы. Например, износ подшипников насоса, перегорание двигателя и т.д., что может повлиять на хроматографический анализ трансформаторного масла и требует тщательного анализа.
3. Увлажнение корпуса трансформатора
Корпус трансформатора может увлажняться из-за утечки в водяном охладителе, конденсации в расширительном баке, дыхания взрывозащитного цилиндра или утечки в крышке ввода. При подозрении на увлажнение во время осмотра кожуха можно провести локальное измерение tgδ на выводе в подозрительной зоне. Особенно когда сложно определить увлажнение в месте вывода кабеля из ввода, измеряемый вывод можно обернуть алюминиевой фольгой шириной 10 см, подать на фольгу напряжение 2–3 кВ и подключить вывод к мосту QS1 для измерения tgδ через Cx. Нормальное значение tgδ должно составлять 1–2%, а при увлажнении изоляции может достигать более 10%.
4. Неисправность (дефект) перегрева
В настоящее время для определения неисправности перегрева относительно зрелым является метод хроматографического анализа масла. Неисправности перегрева в трансформаторах могут возникать в следующих трех местах.
1. Перегрев токоведущей цепи
Плохой контакт подвижных и неподвижных контактов переключателя ответвлений, приварка неподвижных контактов к выводам; приварка или плохой контакт наконечников выводов больших токов; плохая сварка многожильных выводов с медной (алюминиевой) пластиной, приварка отдельных разрозненных жил. Эти неисправности также можно обнаружить путем измерения сопротивления обмоток постоянному току. Не слишком большие скачки сопротивления постоянному току (например, менее 1%) могут вызвать аномалии в хроматографическом анализе масла и видимые следы.
2. Многоточечное заземление магнитопровода
Во время работы трансформатора напряжение между листами электротехнической стали магнитопровода представляет собой наведенный потенциал, вызванный основным магнитным потоком. На обеих сторонах магнитопровода (высокого и низкого напряжения) присутствуют десятки-сотни вольт. Обычно магнитопровод заземлен со стороны низкого напряжения. Если присутствуют металлические инородные тела (например, медная или железная проволока, сварочный шлак, ржавчина и т.д.), на стороне высокого напряжения магнитопровода образуется заземление, то есть многоточечное заземление. Наведенный потенциал между листами электротехнической стали проходит через "многоточечное заземление", возникает большой ток, который легко прожигает и повреждает листы электротехнической стали магнитопровода, и вызывает появление в хроматографическом анализе масла симптомов неисправности перегрева. Иногда плохая изоляция магнитопровода через крепежный винт или слишком длинная заземленная стальная крышка, касающаяся листа электротехнической стали, также могут вызвать неисправность "многоточечного заземления". Последовательное включение резистора в заземляющий провод вне магнитопровода, позволяющее ограничить ток заземления ниже 0,1 А, может значительно снизить прожигающее воздействие на магнитопровод, а иногда и устранить неустойчивое заземление.
3. Локальный перегрев
Поток рассеяния тока нагрузки мощных трансформаторов может вызывать локальный перегрев на стенке бака или других внутренних стальных элементах. В некоторых трансформаторах для создания магнитного экрана на стенке бака используются алюминиевые пластины. Плохой контакт алюминиевой пластины со стенкой бака неоднократно приводил к локальным дефектам перегрева. Если хроматографический анализ масла трансформатора показывает дефекты перегрева, а сопротивление обмоток постоянному току и изоляция магнитопровода в норме, следует предположить наличие таких локальных дефектов перегрева; при сливе масла и осмотре бака часто можно обнаружить следы.
5. Неисправность (дефект) разряда
1. Разряд с повреждением изоляции
Этот разряд серьезно повреждает твердую изоляцию (бумагу) трансформатора и сильно влияет на его безопасную работу. Хроматографический анализ масла показывает определенное количество ацетилена (от нескольких до десятков ppm), небольшое увеличение общего содержания углеводородов, наличие газов водорода и оксида углерода. С помощью испытания на частичные разряды можно обнаружить наличие сильного разряда (выше 1000 пКл).
Дендритный разряд экранной изоляции — распространенная неисправность с повреждением изоляции в современных трехфазных трансформаторах на 220 кВ. В средней части межфазной экранной изоляции и на конце линии 220 кВ наблюдаются следы дендритного разряда. На длинных прокладках вокруг опор имеются следы прожига, а на поверхности картона экрана или в межслойном пространстве видны следы дендритного разряда. Внешней причиной такого разряда является увлажнение или попадание пузырьков воздуха, а внутренней — слишком малое межфазное расстояние, наличие длинных прокладок, касающихся экрана в области высокой напряженности поля (шунтирующих масляный промежуток) и т.д. Производитель принял соответствующие меры по улучшению. Для уже эксплуатируемых трансформаторов следует заменить экраны и прокладки со следами эффективного разряда, укоротить такие же длинные прокладки (в средней части обмотки) и принять меры по предотвращению подсоса воздуха и увлажнения.
В настоящее время аварии с трансформаторами 500 кВ связаны с электризацией потока масла. Масляный насос системы охлаждения вызывает слишком быстрое движение трансформаторного масла, что приводит к образованию отрицательного заряда на бумажной изоляции; в сочетании с действием переменного электрического поля это легко вызывает разряд в масле, при этом на картоне наблюдаются следы дендритного разряда, что относится к проблемам изготовления оборудования. Эксплуатационному персоналу не следует бездумно увеличивать количество включенных охладителей, чтобы не допустить слишком высокой скорости потока масла, ведущей к проблеме разряда в масле. Кроме того, разрушение изоляции у корня высоковольтного вывода под механическим воздействием, перегиб или обрыв кабельного вывода в месте входа в уравнительный шар ввода также могут вызвать сильный частичный разряд и повреждение изоляции.
Наличие металлических инородных тел (таких как медная и железная стружка, ржавчина, сварочный шлак и т.д.) на обмотках и изоляции внутри трансформатора приводит к ухудшению изоляции магнитопровода на землю, вызывая дендритный разряд и пробой изоляции, что требует особого внимания.
2. Плавающий разряд
Все металлические части внутри трансформатора должны быть заземлены, иначе возникнет разряд из-за плавающего потенциала. Плавающий разряд, как правило, не затрагивает масляную среду, поэтому содержание CO в хроматографическом анализе масла не увеличивается значительно; в основном наблюдается ацетилен в количестве от нескольких до десятков ppm, иногда вызывающий срабатывание газового реле на легкие газы. Распространенными местами плавающего разряда являются: уравнительный шар ввода (ослаблен), выдвижная часть переключателя ответвлений без возбуждения, магнитный экран из листов электротехнической стали на стенке бака, а также другие незаземленные металлические части (например, незаземленные болты, крепящие переключатель ответвлений без возбуждения и электростатический экран, и т.д.).
3. Другие разряды
Неполное удаление воздуха из маслозаполненной трубы приводит к разряду между направляющим стержнем ввода и внутренней стенкой фарфоровой покрышки в отсутствие масла. Некоторые обмотки трансформаторов имеют низкую электрическую прочность изоляции, и при внешних перенапряжениях (включая перенапряжения при срабатывании разрядного промежутка нейтрали) происходит межвитковой пробойный разряд. Эти пробойные разряды при перенапряжениях быстро отключаются, и точку повреждения трудно найти. Если релейная защита отключает, а хроматографический анализ масла показывает аномалии, следует настаивать на проверке для обнаружения точки повреждения, и дефект будет найден. В отдельных трансформаторах расстояние между неизолированным проводником внутри и заземленной частью слишком мало, и при внешних перенапряжениях возникает дуговой разряд.
Компания Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
