Характерные повреждения трансформаторов

Повреждения обмоток и главной изоляции

Обмотки и изоляция (продольная, витковая и главная) силовых трансформаторов могут повреждаться под воздействием повышенной напряженности электрического поля, вызванной недопустимыми перенапряжениями различного характера, сил механического воздействия, возникающих при КЗ (особенно при близких КЗ), а также под воздействием недопустимых температур.

Практика показала, что недостатки конструкции обмоток и изоляции, технологические отклонения при изготовлении, а также недостатки хранения, монтажа и эксплуатации могут быть причиной повреждения трансформаторов при воздействиях, значительно ниже нормированных.

В период освоения трансформаторов высоких классов напряжений (330 кВ и выше) как отечественная, так и зарубежная практика столкнулась с большим количеством повреждений трансформаторов, изоляция которых была поражена специфическими разрядами, получившими название "ползущих". Это обугленные дорожки, ветвящиеся как вдоль поверхности картона, так и между слоями в глубине изоляции, преимущественно по направлению оси обмотки. Обугленные дорожки такого разряда имели пониженное по сравнению со здоровыми участками поверхности изоляции электрическое сопротивление. Вследствие этого по поврежденному "ползущим" разрядом участку изоляции через некоторое время происходил пробой на заземленные элементы конструкции трансформатора. В ряде случаев объем повреждений трансформатора был значительным.

Эскиз повреждения изоляции (электрокартона) "ползущим" разрядом: 1 — основной ствол разряда (основной науглероженный путь разряда); 2 — ветвистый путь разряда (науглероженные следы)

Для выявления природы возникновения "ползущих" разрядов научноисследовательскими организациями был выполнен (в основном в 60х годах) большой объем обследований, при этом было определено, что ранее применявшийся на заводахизготовителях трансформаторов комплекс испытаний мог не обнаружить недостатки конструкции и технологии изготовления, влияющие на возникновение частичных разрядов, приводящих к "ползущим" разрядам.

Контроль частичных разрядов (пробоев) прослушиванием не давал гарантию того, что все случаи разрядов будут обнаружены при испытании. По этой причине в тот период трансформаторостроения в эксплуатацию попадали трансформаторы с ослабленной частичными разрядами (ЧР) изоляцией. Расследование причин повреждения трансформаторов, лабораторные исследования определили факторы, влияющие на снижение электрической прочности изоляции. Обеспечение надлежащего запаса электрической прочности изоляции трансформаторов как до ввода трансформатора в эксплуатацию, так и в дальнейшем в эксплуатации было достигнуто путем:

разработки надежных методов контроля ЧР при испытании на стендах заводовизготовителей;

выравнивания радиального электрического поля в главной изоляции с помощью изменения конструкции перегородок как между фазами, так и относительно бака и заземленных частей;

усиления защиты изоляции от увлажнения в эксплуатации и повышения качества сушки на заводе;

устранения неровности поверхности при изготовлении обмоток и применения у некоторых трансформаторов скальпированного провода; снятие неровностей и дефектов с поверхности голого провода перед наложением витковой изоляции обеспечило снижение местной напряженности поля вблизи витка и между отдельными катушками;

применения качественных масел марок Т750 и Т1500 и качественного изоляционного картона различных марок в зависимости от места его установки в конструкции трасформатора;

повышения уровня технологии (в первую очередь термовакуумной обработки) и строгого соблюдения технологической дисциплины.

В основном благодаря этим мерам, а также внедрению контроля при испытании с измерением ЧР было значительно снижено количество поврежденных трансформаторов в эксплуатации по причине появления "ползучего" разряда. Однако вероятность повреждения силовых трансформаторов высокого напряжения (330 кВ и выше) "ползущим" разрядом существует в эксплуатации.

К числу предположительных причин, способных привести к появлению в конструкции трансформатора недопустимого уровня ЧР, могут быть:

перенапряжения при работе трансформатора, если они превышают уровень испытательных напряжений;

газовыделение вследствие местных перегревов масла или твердой изоляции;

недостаточная газостойкость масла;

попадание в трансформатор примесей и газовых включений, ослабляющих электрическую прочность изоляции

(например, появление механическиех примесей из системы охлаждения при повреждении маслонасосов, имеющих низкий ресурс); применение некачественного обмоточного провода;

деформация обмоток при воздействии токов КЗ. При деформации появляется сдвиг элементов конструкции обмоток и главной изоляции, приводящий к появлению недопустимых местных напряженностей электрического поля, эквивалентных тем, которые возникают при недопустимых перенапряжениях.

Если в 60х и начале 70х годов повреждаемость отечественных трансформаторов 330500 кВ была угрожающе велика из-за большого числа аварий по причине "ползущего" разряда, то к началу 80х годов благодаря вышеупомянутым мерам аварийная повреждаемость была существенно снижена и теперь составляет менее 1 % в год по отношению к парку установленных трансформаторов 330750 кВ, при этом доля аварий из-за "ползущего" разряда меньше доли аварий из-за других серьезных недостатков, а именно дефектных вводов и недостаточной стойкости обмоток КЗ. Неприятности с крупными трансформаторами при КЗ начались в ряде стран (Франция, США и др.) еще в конце 60х годов. С тех пор потребители и изготовители крупных трансформаторов, в том числе в СССР, наладили испытания крупных трансформаторов на стойкость при КЗ в специальных стендах и значительно повысили стойкость новых трансформаторов разными способами, в том числе путем повышения ик.

Однако большинство новых типов (и все старые типы) трансформаторов мощностью 125 МВА и более в настоящее время не проверены на электродинамическую стойкость. Механическая прочность таких трансформаторов, как правило, обосновывается лишь расчетом. Поэтому вероятность повреждений мощных трансформаторов при воздействии токов КЗ сохранилась, тем более что в энергосистемах на конкретных подстанциях токи трехфазных и особенно однофазных КЗ приближаются к норме или превышают ее. За последнее время при воздействии токов КЗ повреждены мощные трансформаторы, в том числе ТЦ1000000/330.

Повреждения трансформаторов из-за появления витковых замыканий, междукатушечных замыканий попрежнему встречаются в практике эксплуатации. Статистика показывает, что трансформаторы повреждаются из-за появления витковых замыканий как в начале эксплуатации, так и в дальнейшем по истечении длительного времени эксплуатации. Причины появления витковых замыканий обмоток могут быть разными. Ослабление изоляции витка катушки вызывают дефект провода, заложенного до ввода трансформатора в эксплуатацию, деформация катушек под действием токов КЗ, недостаточная толщина витковой изоляции при недостаточном качестве поверхности медной жилы проводника, недопустимые электрические и тепловые воздействия, увлажнение и загрязнение изоляции. При совместном воздействии этих факторов вероятность появления витковых замыканий значительно возрастает. Под воздействием вибрации и при некачественном проводе с течением времени также возможно появление витковых замыканий.

Статьи:

•  Повреждения устройств регулирования напряжения трансформаторов
• Повреждения переключающих устройств
• Повреждения вводов трансформатора
• Повреждения маслонаполненных вводов 110-150 кВ
• Повреждение системы охлаждения трансформатора
•  Повреждение системы защиты масла трансфоматора
•  Прочие повреждения трансформаторов
•  Расследование причин повреждения трансформаторов