Эксплуатация силовых трансформаторов

Силовой трансформатор — один из основных элементов электрической сети или энергосистемы. Быстрый рост отечественной энергетики обусловил создание надежно работающих трансформаторов больших мощностей на высокие напряжения — 330, 500, 750 и 1150 кВ.Важнейшее требование, предъявляемое к эксплуатации трансформаторных установок: контроль за температурой трансформаторов. Это объясняется тем, что при работе трансформатора с температурой выше допускаемой сокращается срок службы изоляции обмоток и находящегося в нем изоляционного масла.

Контрольные и сигнальные устройства трансформаторов позволяют следить за состоянием трансформатора при его работе. Так, с помощью маслоуказателя контролируют уровень масла. Термометры и термосигнализаторы показывают температуру масла в верхних слоях. Манометры показывают давление масла и воды до и после маслоохладителя и на насосных системах охлаждения, а мановакуумметры указывают давление в баке герметизированного трансформатора. Степень нагрева трансформатора определяется в основном величиной нагрузки, которая определяется значением тока, проходящего по обмоткам трансформатора, определяемого амперметром, включенным через трансформаторы тока.

Существенную роль в нагреве трансформатора играет температура окружающего воздуха. Чтобы не допустить повышения температуры в помещениях, где установлены трансформаторы, предусматривают вентиляцию, которая отводит нагретый воздух из камеры трансформатора и засасывает холодный. При работе трансформатора с номинальной нагрузкой разница между температурой отводимого и засасываемого воздуха не должна превышать 15 °С.

Если естественная вентиляция оказывается недостаточной, устанавливают принудительную.Для осушения воздуха, входящего в помещение, где установлен трансформатор, широко применяются воздухоосушители, а также устройства для химической очистки и восстановления (регенерации) масла. Применение этих устройств значительно повышает срок службы масла и замедляет процесс старения твердой изоляции. Применяемый в указанных устройствах сорбент — силикагель хорошо поглощает влагу из воздуха, а также влагу, шлам, кислоты и переписные соединения из масла. Но в трансформаторах, в которых масло соприкасается с окружающим воздухом, наиболее широко применяется испытанный временем простой силикагелевый воздухоосушитель с масляным затвором. Для защиты масла от увлажнения и окисления все более широкое применение находит азотная защита. Она исключает непосредственное соприкосновение масла с окружающим воздухом. В последнее время начинает внедряться также пленочная защита, которая практически полностью исключает контакт масла с окружающим воздухом с помощью гибкой оболочки, встроенной в расширитель трансформатора. Защитным устройством от повышения давления в баке трансформатора с расширителем служит выхлопная труба.

Для снижения давления сверх допустимого широко внедряются механические клапаны; для трансформаторов без расширителей теперь применяется реле механического действия, снижающее давление путем разрушения стеклянной мембраны с помощью приспособления, реагирующего на повышение давления. Очень важным защитным устройством является газовое реле. Оно также реагирует на повышение давления в баке трансформатора. Реле устанавливается на трансформаторах с расширителями; его назначение — давать сигнал о скоплении определенного количества газа и отключать трансформатор при бурном газообразовании или при превышении скорости масла, направляющегося к расширителю, по сравнению с нормальной скоростью движения масла.

Работающие трансформаторы осматривают, не отключая их от сети. Периодичность осмотров определяют исходя из того, является ли трансформаторная установка объектом с постоянным дежурством или без него. При постоянном дежурстве трансформаторы главных и основных потребителей осматривают один раз в сутки, остальные — один раз в пять суток. В случае без дежурства трансформаторы осматривают один раз в месяц. Указанные сроки осмотра силовых трансформаторов соответствуют средним условиям их эксплуатации, предусмотренным рекомендациями заводов — изготовителей этих трансформаторов. В том случае, когда силовые трансформаторы работают в напряженном режиме, их осматривают чаще.

Кроме очередных осмотров трансформаторов производят также и внеочередные, надобность в которых возникает, например, после отключений, в результате срабатывания защиты или при резком понижении температуры окружающей среды, так как в этом случае масло может уйти из расширителя. По действующему ГОСТу термометры, показывающие температуру верхних слоев масла при максимально допустимой температуре окружающего воздуха (35 °С), не должны превышать 95 °С, а превышение температуры масла над температурой окружающей среды не должно быть более 60 °С. Силовые трансформаторы с дутьевым охлаждением допускают работу с отключенным дутьем, если температура верхних слоев масла не превышает 55 °С, а его нагрузка — 100 % номинальной мощности.

Однако при длительной работе трансформатора с предельной температурой сокращается срок его службы. Поэтому для трансформаторов обычно устанавливают режим работы, при котором температура масла держится на уровне 85 °С. Дальнейшее повышение температуры является признаком перегрузки трансформатора, его неисправности или недостаточного охлаждения. Необходимо осматривать уровень и цвет масла, находящегося в трансформаторе; уровень масла должен находиться на контрольной черте; хорошее масло имеет светло-желтый цвет.

Внимательно осматривают также внешнее состояние изоляторов, на которых могут появляться трещины, иметь место вытекания мастики, следы перекрытий, загрязнение и другие дефекты. Одновременно производят тщательный наружный осмотр состояния заземления трансформатора и проверяют, не вытекает ли масло из его кожуха. Важно осмотреть состояние строительной части помещения. Силовые трансформаторы осматривает дежурный персонал; при этом он находится перед барьером. При обнаружении неисправности в работе трансформатора об этом сообщают старшему руководителю (мастеру, начальнику электроцеха, главному энергетику), делают соответствующую запись в эксплуатационном журнале и принимают меры к устранению неисправности.

Указанные осмотры в порядке контроля за действиями дежурного персонала должны дополняться периодическими осмотра ми трансформаторных установок более квалифицированным персоналом. Текущий ремонт силового трансформатора с отключением его от питающей сети производят в порядке реализации ППР. Периодичность текущих ремонтов силовых трансформаторов зависит от их технического состояния и от условий эксплуатации. Сроки текущих ремонтов устанавливают в местных инструкциях предприятия. Однако такие ремонты следует производить не реже одного раза в год.

В текущий ремонт трансформаторов с отключением от сети входит наружный осмотр трансформатора, устранение дефектов, а также очистка изолятрров и бака (спускают грязь из расширителя), при необходимости в него доливают масло и проверяют правильность показаний маслоуказателя, осматривают спускной кран, уплотнения и охлаждающие устройства; последние очищают; проверяют состояние газовой защиты и целость мембраны выхлопной трубы; проводят необходимые измерения и испытания. При хорошо выполняемом текущем ремонте сокращаются аварийные выходы из строя трансформаторов, а продолжительность их работы возрастает. У каждого трансформатора, находящегося в эксплуатации, происходит постепенный износ изоляционных материалов. При неполной загрузке силового трансформатора износ его изоляции незначительный. За счет этого разрешается в отдельные периоды перегрузка трансформатора, которая не сокращает нормальный срок его работы) Это значение перегрузки дано в правилах технической эксплуатации потребителей.

Чтобы определить допустимую перегрузку трансформатора зимой за счет его недогрузки летом, устанавливают следующее правило: если максимум среднего суточного графика нагрузки в летние месяцы меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимние месяцы допускается перегрузка трансформатора в размере 1 % на каждый процент недогрузки, но не более чем на 15 % номинальной нагрузки. Общую допустимую перегрузку трансформатора подсчитывают с учетом коэффициента загрузки и летней недогрузки, но она не должна превышать 30 % номинальной. Кроме того, в процессе эксплуатации допускаются аварийные перегрузки силовых трансформаторов всех типов с естественным масляным охлаждением на время, необходимое для ввода резерва, независимо от значения предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки трансформатора (с принудительным охлаждением масла).

Современные силовые трансформаторы при номинальном первичном напряжении работают с большими значениями магнитной индукции. Поэтому даже небольшое увеличение первичного напряжения вызывает повышенный нагрев стали трансформатора и может угрожать его целости. Поэтому при эксплуатации трансформатора значение подводимого напряжения ограничивают и контролируют его. Максимально допустимое превышение первичного напряжения принимается для трансформаторов равным 5 % от напряжения, соответствующего данному ответвлению. Особенность силовых трансформаторов, работающих с принудительным охлаждением масла— быстрое повышение температуры масла при прекращении работы системы охлаждения. Однако учитывая значительную теплоемкость трансформаторов, допускают их работу в аварийных режимах при прекращении циркуляции масла или воды, а также при останове вентиляторов дутья. Предельная длительность работы трансформаторов в указанных условиях определяется местными инструкциями.

Значение сопротивления изоляции обмоток силовых трансформаторов не нормируется, тем не менее эта характеристика относится к числу важнейших показателей состояния трансформатора, и ее систематически контролируют, сравнивая со значением, которое имеется при вводе трансформатора в эксплуатацию. Измерения проводят при одинаковой температуре и одинаковой продолжительности испытания (обычно 1 мин). Значение сопротивления изоляции обмоток трансформатора считается удовлетворительным, если оно составляет не менее 70 % от первоначального значения.

Контроль за нагрузкой силового трансформатора — необходимое условие обеспечения нормального срока службы. Если вести эксплуатацию силового трансформатора, не превышая допускаемых для него нагрузок, то срок службы трансформатора может составить около 20 лет.

Следует учитывать, что систематические недогрузки трансформатора для удлинения срока его службы имеют и свои отрицательные стороны: за это время конструкция трансформатора морально стареет. Для контроля нагрузки трансформаторов мощностью 1000 кВ • А и свыше устанавливают амперметры, шкала которых соответствует допускаемой перегрузке трансформатора.

Температуру масла трансформаторов мощностью менее 100 кВ • А контролируют ртутными термометрами. При большей мощности трансформаторов для этой цели используют также манометрические термометры, обладающие меньшей точностью, чем ртутные, и время от времени их показания сверяют с показаниями ртутных термометров.

При неправильном включении трансформаторов на параллельную работу могут возникать короткие замыкания, а также неравномерное распределение нагрузки между работающими трансформаторами. Чтобы этого не происходило, в трансформаторах, включаемых на параллельную работу, должно выполняться: равенство коэффициентов трансформации и напряжений короткого замыкания; совпадение групп соединения и фаз соединяемых цепей (фазировка); отношение мощностей трансформаторов, не превышающее трех. Для этого проверяют также приведенные рекомендации по заводским данным трансформаторов, включаемых на параллельную работу. Если проверка подтверждает наличие указанных условий, то приступают к фазировке трансформаторов, после чего их можно включить на параллельную работу. Фазировку трансформаторов производят перед их включением в эксплуатацию после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток.

До включения трансформатор после капитального или текущего ремонта проверяют результаты предписанных испытаний и измерений. Релейную защиту трансформатора устанавливают на отключение. После этого внимательно осматривают трансформаторную установку, проверяют состояние системы управления и сигнализации, а также положение коммутационной аппаратуры; отсутствие переносных закороток и заземлений; опробуют действия привода выключателя путем однократного включения и отключения, без чего приступать к оперированию разъединителями не разрешается.

Пробное включение трансформатора в сеть производят толчком на полное напряжение. Это включение опасности для трансформатора не представляет, так как при наличии в нем повреждений он под действием защиты своевременно отключается от сети. Ввиду того что порядок включения и отключения трансформаторов в значительной мере регламентируется местными условиями, предприятия разрабатывают специальные инструкции, в которых отражаются следующие положения: трансформатор включается под напряжение с той стороны, где установлена защита; включение и отключение разъединителями тока холостого.хода трансформаторов может производиться лишь при напряжении и мощности трансформаторов, указанных в ПУЭ. В этих инструкциях отражаются также общие указания по эксплуатации трансформаторов.

Порядок оперирования переключателем ответвлений у трансформатора зависит от вида переключающего устройства. В этом случае, когда переключатель служит для переключения ответвлений под нагрузкой, переключения производят дистанционно и отключать трансформатор от сети не требуется. Если переключатель ответвлений не предназначен для переключений под нагрузкой, то оперировать им можно лишь после того, как трансформатор отключен от сети со всех сторон.

При эксплуатации трансформаторов может быть ложная работа газовой защиты в случае сквозных коротких замыканий, сопровождаемых толчком масла через газовое реле, а также из-за неисправности вторичных цепей, которые в местах подсоединения к реле обычно разъедается маслом. Чтобы предотвратить это явление, для вторичных цепей применяют маслостойкую изоляцию. В каждом случае отключения трансформатора под действием газового реле проверяют правильность работы реле.

Если в газовом реле после его срабатывания обнаружен газ, то его необходимо проверить на горючесть. Одновременно берут пробу газа для химического анализа на содержание в нем веществ, характеризующих внутренние повреждения трансформаторов (повышенное содержание водорода и метана свидетельствует о разложении масла электрической дугой). Проверяют газ на горючесть горящей спичкой, которую подносят к предварительно открытому верхнему кранику газового реле. Если газ горит, это свидетельствует о наличии внутреннего повреждения в трансформаторе и его выводят из работы для внутреннего осмотра. Если выделяющийся газ оказывается негорючим и бесцветным, то это значит, что реле сработало из-за выделения воздуха из трансформатора, в этом случае необходимо выпустить воздух из реле.

Газовая защита работает на сигнал при попадании в трансформатор воздуха, медленном опускании уровня масла из-за снижения температуры или наличия течи масла, а также при повреждениях трансформатора, которые сопровождаются выделением небольшого количества газов. При внутреннем повреждении трансформатора с сильным газообразованием газовая защита работает на отключение. При понижении уровня масла реле отключает трансформатор; в этом случае масло доливают, а газовое реле переводят для работы на сигнал. Защиту на нормальную работу (на отключение) переводят после того, как выделение воздуха из бака трансформатора прекращается.

Сроки эксплуатационных испытаний трансформаторов и предъявляемые к ним требования в известной степени зависят от условий, в которых работают трансформаторы, их технического состояния (степени износа), а также от результатов ранее проведенных осмотров. Поэтому необходимые по этим испытаниям указания даются в местных инструкциях главным энергетиком предприятия или лицом, ответственным за эксплуатацию трансформаторов. В процессе эксплуатации у трансформаторов измеряют сопротивление изоляции обмоток R60" и коэффициент абсорбции (R60"/R15"). Измерения проводят мегаомметром на напряжение 2500 В. Хотя значения этих показателей не нормируются, их учитывают при общей оценке состояния трансформатора.

При оценке указанных показателей исходят из их сравнения с аналогичными показателями, полученными при предыдущих измерениях, и, в частности, с заводскими данными. Чтобы сравнить эти показатели, измерения следует проводить при одной температуре и одинаковой продолжительности испытания (1 мин). При этом также измеряют тангенс угла диэлектрических потерь изоляции обмоток трансформатора. При резком повышении R60" по сравнению с ранее полученными значениями (на 30 % и более) необходимо выяснить причину этого явления. Причиной резкого повышения tg б изоляции обмоток может быть повышение tg б масла, находящегося в трансформаторе. Это уточняют с помощью проверочного измерения tg б масла.