Оценка технического состояния трансформаторных вводов на основе нечетких алгоритмов

Оценка технического состояния трансформаторных вводов на основе нечетких алгоритмов

1. Особенности конструкции трансформаторных вводов

трансформаторный дефектоскопия изоляция

Для присоединения обмоток силового трансформатора к электрической сети применяются вводы, которые устанавливаются на крышке трансформатора или стенке бака. В трансформаторах для низкого напряжения (до 1 кВ включительно) применяют составные вводы, внутренняя полость которых не имеет масляного заполнения. Вводы на напряжение от 1 кВ до 35 кВ имеют один фарфоровый изолятор; внутренняя полость вводов заполнена маслом. Вводы на напряжение 110 кВ и выше имеют две фарфоровые покрышки -верхнюю и нижнюю, скрепленные друг с другом в одно целое при помощи фланца (втулки). Внутренняя полость ввода заполнена маслом или газом.

Для силовых трансформаторов применяются маслонаполненные вводы.

Ввод представляет собой конструкцию с внешней и внутренней изоляцией. Внешняя изоляция состоит из верхней фарфоровой покрышки, находящейся во внешней атмосфере и герметично соединенной с нижней фарфоровой покрышкой. Внутренняя изоляция представляет собой систему цилиндрических конденсаторов, соединенных последовательно. Такая система внутренней изоляции обеспечивает равномерное распределение электрического поля как внутри ввода, так и на поверхности внешней изоляции и гарантирует надежность работы вводов.

По выполнению внутренней изоляции трансформаторные вводы делятся на вводы с бумажно-масляной изоляцией (БМИ), маслобарьерной изоляцией (МБИ) и твердой изоляцией (ТИ). Однако из-за относительно невысокой кратковременной электрической прочности МБИ, вводы с этим видом внутренней изоляции имеют большие радиальные размеры и большую массу, поэтому в настоящее время их производство прекращено, остаются в эксплуатации лишь некоторые вводы с МБИ старой конструкции.

БМИ состоит из пропитанной трансформаторным маслом кабельной бумаги, а ТИ выполняется из пропитанной синтетическими смолами бумаги. При высоких напряжениях, когда имеют большое значение тепловые потери ввода, пропитанная маслом бумага во вводах с БМИ имеет перед бумагой, пропитанной синтетическими смолами во вводах с ТИ, преимущества (меньшая диэлектрическая проницаемость и меньшие потери в диэлектрике, особенно при высоких температурах). Поэтому диэлектрические потери ввода с БМИ примерно в три раза меньше, чем у ввода с ТИ таких же размеров, и нецелесообразно на напряжения выше 110 кВ применять вводы с ТИ.

Из приведенного выше анализа следует, что в настоящее время в Украине, а также в странах СНГ наибольшее распространение имеют маслонаполненные вводы с БМИ, поэтому будем рассматривать только вводы с БМИ изоляцией и классом напряжения 110 кВ и выше.

Отличительной особенностью вводов конденсаторного типа с бумажно-масляной изоляцией является то, что основной изоляцией их служит остов, выполненный из кабельной бумаги, имеющий уравнительные прокладки и пропитанной трансформаторным маслом.

Аппаратные вводы с бумажно-масляной изоляцией состоят в основном из следующих конструктивных узлов (рис. 3.1.): изоляционного остова 6, намотанного на токоведущую медную трубу 10, верхней и нижней фарфоровых покрышек 5 и 9, соединительной втулки 8, расширителя 2 с масляным затвором или воздухоосушителем, с стяжным устройством 3, маслоуказателем 4 и т. п.

Для намотки изоляционных остовов маслонаполненных вводов применяется предварительно просушенная, а для вводов 110 кВ и пропитанная трансформаторным маслом кабельная бумага толщиной 0,12 мм.

Наложение бумаги производится непосредственно на токоведущую трубу по винтовой линии (вполнахлеста). Для уменьшения напряженности электрического поля в первых слоях изоляции остова вводов 330—500 кВ наложение бумаги обычно производится на бакелитовый цилиндр, насаженный на токоведущий стержень, при этом первая уравнительная обкладка электрически соединяется с токоведущим стержнем.

В процессе намотки для выравнивания напряженности электрического поля в изоляционном остове между слоями бумаги закладываются уравнительные обкладки. В качестве последних обычно используется алюминиевая фольга. Количество уравнительных обкладок, закладываемых в изоляционный остов, определяется номинальным напряжением вводов, и число их колеблется от 20 до 90 (у вводов 500 кВ).

Для вводов 220 кВ и выше часть уравнительных обкладок заменяется манжетами (дополнительными обкладками) шириной до 300 мм, располагаемых на краях изоляционного остова.

Ближайшая к фланцу, а для вводов с потенциометрическим выводом, и измерительная обкладки выполняются из медной или алюминиевой фольги толщиной 0,1-0,15 мм, шириной 100-150 мм.

Рис. 1. Ввод с бумажно-масляной изоляцией.

1— контактный зажим; 2 — расширитель; 3 — компенсирующая пружина стяжного устройства; 4 — маслоуказатель; 5 — верхняя покрышка; 6 — изоляционный остов; 7 — измерительный вывод; 8 — соединительная втулка; 9 — нижняя покрышка; 10 — токоведущая труба; 11 — отверстие для слива масла из ввода.

Изоляционные остовы выполняются в виде гладкого цилиндра или имеют несколько уступов (рис.3.2).

Рис. 2. Изоляционный остов ввода.

1- основные уравнительные обкладки; 2 - дополнительные уравнительные обкладки; 3 -токоведущая труба; 4 - слои бумаги; 1м - длина уступа в нижней части; 1В - длина уступа.

Поверх ближайшей к фланцу обкладки наносятся три-четыре слоя кабельной бумаги, которая закрепляется по всей высоте остова хлопчатобумажной лентой. Для вывода проводника от измерительной обкладки в изоляционном остове вырезается «окно», а к медной фольге припаивается гибкий медный проводник сечением порядка 0,75 мм2 который выводится наружу через фарфоровый вывод, расположенный на соединительной втулке.

Малогабаритные вводы старой конструкции (выпуска до 1963 г.) как с бумажно-масляной изоляцией, так и барьерные имели на соединительной втулке два вывода от внутренних обкладок, из которых один предназначался для присоединения устройства ПИН, а другой - для профилактических измерений («тангенсный» вывод). У современных вводов имеется один вывод, который нормально может быть использован для профилактических измерений, а по специальному заказу и для присоединения устройства ПИН. В последнем случае электрическая емкость между обкладкой, от которой сделан вывод, и заземленными частями отличается от емкости у тех вводов, которые не предназначаются для присоединения устройства ПИН.Последняя обкладка изоляционного остова, имеющего вывод для присоединения ПИН, наглухо заземлена.

После намотки изоляционного остова производится его сушка под вакуумом (для вводов 150 кВ и выше). Остовы вводов 110 кВ обычно не сушатся. Собранные вводы заливаются маслом и вакуумируются при остаточном давлении в несколько миллиметров ртутного столба. В случае плохой вакуумировки в изоляционной основе ввода остаются пузырьки воздуха, которые могут привести к возникновению ионизационных процессов.

После завершения технологической обработки вводов последние подвергаются контрольным испытаниям перед выпуском с завода-изготовителя.

В объем заводских контрольных испытаний входят:

гидравлическое испытание ввода. Вводы должны выдерживать давление 1,5 ат трансформаторным маслом в течение 30 мин, при этом температура последнего не должна быть ниже +10° С;

испытание внешней и внутренней изоляции повышенным напряжением промышленной частоты. Продолжительность испытания 1 мин;

испытание повышенным напряжением промышленной частоты 25 кВ изоляции вывода ПИН и 3 кВ изоляции вывода последней заземляемой обкладки;

измерение емкости и tgδ внутренней изоляции вводов.

Вводы силовых трансформаторов на высокие напряжения представляют собой самостоятельные изделия. Они предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -45 до +40°С и высоте установки над уровнем моря не более 1000 м для вводов на напряжения 110-330 кВ и не более 500 м для вводов на напряжения 500 кВ и выше. Вводы можно устанавливать на трансформаторах вертикально, под углом 15; 30 или 45° к вертикали и 15° к горизонтали. Трансформаторное масло, применяемое во вводах, должно иметь высокое качество. Вводы изготовляются в двух исполнениях: негерметичном, в котором масло имеет ограниченное сообщение с воздухом, и герметичном, в котором масло полностью изолировано от воздуха.

2. Диагностирование трансформаторных вводов

Диагностирование - это процесс определения технического состояния объекта или системы с определенной точностью, который может включать решение задач определения работоспособности, поиска дефектов и прогнозирования изменения состояния объекта диагностирования.

Авария в каком-либо элементе энергосистемы может привести к полному или частичному прекращению подачи электроэнергии населению, промышленности, сельскому хозяйству, транспорту и т.д. В связи с этим все элементы энергосистемы должны обладать достаточной надежностью, а для этого необходимо диагностировать оборудование энергосистемы.

Целью диагностирования электрооборудования, в частности трансформаторных вводов, является обеспечение наиболее экономичной его эксплуатации при заданном уровне надежности и сокращение до минимума затрат на техническое обслуживание и ремонт. Эта цель достигается путем определения технического состояния трансформаторных вводов, что позволяет своевременно предотвращать отказы, сокращать простои из-за неисправностей, проводить комплекс мероприятий по поддержанию работоспособности вводов в соответствии с данными диагностирования, т.е. цель достигается с помощью управления техническим состоянием вводов в процессе эксплуатации.

3. Виды повреждений вводов

В процессе транспортирования, хранения и эксплуатации во вводах появляются различные повреждения, которые могут привести к большому экономическому ущербу При несвоевременном обнаружении и устранении. Устранить повреждения можно с демонтажом и без демонтажа ввода трансформатора, без разборки, с полной или частичной разборкой ввода в зависимости от характера повреждений. Все работы в условиях эксплуатации вводов без демонтажа можно производить только при отключенном напряжении. В таблице 1 представлен перечень наиболее часто встречающих повреждений вводов и их вероятностных причин.

Отмечаем следующие особенности повреждений.

Повреждения 1-4 являются механическими; повреждения 5-8 принадлежат группе течи масла и причиной их является в основном нарушение уплотнений вводов. Повреждения 1 -8 можно обнаружить визуальным наблюдением или вспомогательными устройствами. Повреждения 9-15 являются внутренними. Их можно обнаружить только техническими средствами контроля и диагностики. В дальнейшем мы будем рассматривать только внутренние повреждения.

Статистика и опыт эксплуатации показывают, что основными причинами повреждений вводов являются дефекты изоляции. К числу их относятся увлажнение и старение материалов, ухудшение свойств изоляционного масла, а также частичные разряды (ЧР). Причины возникновения и характер развития дефектов в основном зависят от конструкции вводов. Увлажнение и связанный с ним тепловой пробой или перекрытие по поверхности наблюдаются у негерметичных вводов. В герметичных вводах преобладают повреждения, определяемые процессами частичных разрядов или ухудшением состояния масла.

Наиболее слабым узлом негерметичных вводов является система защиты масла от воздействия влаги с помощью масляного гидрозатвора и силикагелевого воздухоосушителя. При длительной эксплуатации, особенно в случае несвоевременной замены силикагеля, масло увлажняется, ухудшаются его изоляционные характеристики, в результате чего могут возникнуть частичные разряды в масле. В дальнейшем по поверхности бумажной изоляции начинает образовываться так называемый "ползущий" разряд: от одной или нескольких исходных точек поврежденной поверхности изоляции как бы расползаются прожоги, образуя сложный рисунок с ослабленной поверхностной изоляцией.

Таблица 3.1 Характерные повреждения вводов и их вероятные причины.

При приближении "ползущего" разряда к заземленной части происходит пробой изоляции с возникновением короткого замыкания. Пробой при значительном ухудшении изоляционных характеристик может возникнуть и без образования ползущего разряда. Аналогичное повреждение может произойти и в том случае, если при ремонте ввода была плохо просушена бумажная изоляция.

Частичные разряды также разрушают изоляцию, причем это обычно приводит к дальнейшему увеличению интенсивности разрядов. На стадии критических разрядов пробой быстро завершается или переходит в перекрытие оставшейся части изоляции по поверхности.

Герметичные вводы менее трудоемки в эксплуатации и более надежны, чем негерметичные. Повреждения изоляции герметичных вводов в большинстве случаев связаны с ухудшением состояния масла и выпадением на внутреннюю поверхность фарфора и на остов полупроводящего осадка. Во вводах, залитых маслом ГК, наблюдалось большое газовыделение из-за частичных разрядов, что обусловлено недостаточной газостойкостью указанного масла. Развитие этого дефекта приводит к интенсивным частичным или поверхностным разрядам, которые завершаются перекрытием между токоведущими частями.

Для рассматриваемых процессов характерны достаточно медленно протекающие начальные стадии ухудшения (старения) изоляции с нарастающим темпом развития дефекта и завершающая их сравнительно быстрая потеря электрической прочности изоляционной конструкции.

Возникновение дефектов во вводе, их последующее развитие обусловлено наличием целого ряда факторов:

-  нарушениями технологической дисциплины в условиях производства в процессе изготовления;

-  нарушениями требований нормативно-технической документации по хранению, монтажу и эксплуатации вводов или трансформатора, на котором они установлены;

-  снижением диэлектрических свойств изоляции в результате ускоренного старения, обусловленного взаимодействием конструкционных материалов или недостаточной изученностью процессов, связанных со старением при воздействии эксплуатационных факторов;

-  случайным возникновением дефектов в процессе эксплуатации при нерасчетных внешних воздействиях.

На характер дефектов также влияет тип трансформаторного масла: масло марки ГК обладает более высокой противоокислительной стабильностью по сравнению с маслом марки Т-750, но малой устойчивостью к воздействию частичных разрядов из-за низкой газостойкости.

Наиболее опасные виды дефектов, как показал анализ повреждений вводов, связаны с появлением примесных частиц в масле (осадка) и отложения его на внутренней поверхности нижней покрышки или изоляционного остова. Основная доля пробоев вводов происходила из-за завершения ползущих поверхностных разрядов по осадку на фарфоре при рабочем напряжении. Часть пробоев развивалась по поверхности остова.

С точки зрения диагностики, в механизме развития таких дефектов различаются две стадии. На первой стадии происходит относительно медленное снижение изоляционных свойств вследствие увеличения проводимости, тангенса угла диэлектрических потерь масла tgδм, появление в масле осадка и отложение его на поверхности остова и фарфора.

На второй стадии возможно возникновение повышенных частичных разрядов в масле, развитие поверхностных ползущих разрядов по осадку. При этом при увеличении поверхностной проводимости, измеренные по нормальной схеме значения тангенса угла диэлектрических потерь основной изоляции tgδ могут принять отрицательные значения, что связано с шунтирующим действием паразитной емкости и сопротивления между обкладками и проводящими загрязнениями (или даже науглероженными следами) на поверхности. Следует иметь ввиду, что уменьшение измеренного значения tgδ также может быть из-за увеличения проводимости наружной покрышки фарфора вследствие ее загрязнения, увлажнения и т.д. Эта стадия отличается образованием больших концентраций горючих газов.

Страницы: 1, 2, 3