Трансформаторы тока и их эксплуатация - Определение опасного увлажнения бумажно-масляной изоляции ТТ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПАСНОГО УВЛАЖНЕНИЯ БУМАЖНОМАСЛЯНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
В эксплуатации все более актуальными становятся вопросы, связанные с состоянием изоляций трансформаторного оборудования, проработавшего длительный срок.
Приведем пример оценки состояния бумажно-масляной изоляции одного из наиболее многочисленных видов высоковольтного оборудования - измерительных трансформаторов тока типа ТФЗМ (ТФНД и ТФНКД), проработавших более 25 лет. Проблема дальнейшей безаварийной эксплуатации ТТ этого типа становится весьма актуальной, так как в энергосистемах практически отсутствует возможность массовой замены этих трансформаторов.
При оценке состояния изоляции рассматривались, в основном, два наиболее опасных дефекта: старение и увлажнение бумажномасляной изоляции. Дополнительно анализировалось состояние масла по результатам сокращенного химического анализа, тангенсу угла диэлектрических потерь изоляции и результатам хроматографического анализа масла на содержание в нем растворенных газов (ХАРГ).
Для оценки состояния изоляции был вскрыт трансформатор тока ТТ-В-220-2А1 типа ТФНД, установленный на ОРУ Братской ГЭС, по признаку наибольшей загруженности в течение срока его эксплуатации (более 30 лет). Во время вскрытия были отобраны образцы твердой изоляции от выводов первичной обмотки. Результаты определения степени полимеризации этих образцов вискозиметрическим методом и влагосодержания по методу Дица- Старка аппаратом AKOB-IO приведены в табл. 1.
Таблица 1
Анализ образцов твердой изоляции

Кроме того, был оценен остаточный ресурс твердой изоляции группы ТТ, проработавших более 30 лет, по наличию фурановых соединений в масле.
По результатам измерений сделан вывод о том, что изоляция в наружных слоях измерительных трансформаторов увлажнена почти до предельно возможных значений. Вместе с тем термический износ изоляции невелик и она сохраняет достаточную механическую прочность.
О состоянии внутренних слоев изоляции по степени увлажнения можно судить по изменению диэлектрических характеристик изоляции ТТ, нагретой до температуры 80-90°С. Для экспериментальной оценки степени увлажнения изоляций был выбран, находящийся в резерве, трансформатор тока ТФНД 220 кВ и проведен опыт по его иагреву и охлаждению. Результаты измерения тангенса угла диэлектрических потерь изоляции и сопротивления изоляции при нагреве и охлаждении ТТ представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты измерения характеристик изоляции

Анализ результатов указывает на возможные загрязнение и заметное увлажнение твердой изоляции ТТ. Косвенным подтверждением загрязнения поверхности является также практически неизменное сопротивление изоляции во время прогрева от 8 до 60°С. Основным источником увлажнения бумажно-масляной изоляции является влага, проникающая в ТТ вместе с вдыхаемым воздухом вследствие несовершенства силикагелевых воздухоосушителей.
Увлажнение твердой изоляции снижает электрическую прочность и способствует повышению уровня частичных разрядов внутри изоляции.
Результаты измерений и вскрытия отдельных образцов трансформаторов тока, а также результаты статистической обработки измерений изоляции трансформаторов тока Братской ГЭС показали, что трансформаторы могут длительно и безаварийно работать при средней влажности около 4 и поверхностной - до 6% по массе. Для оценки допустимой влажности бумажно-масляной изоляции была принята теоретическая модель процесса в масле у поверхности твердой изоляции при испытании ТТ повышенным напряжением с учетом неравномерности распределения влаги по толщине изоляции.

Неравномерное стационарное распределение влаги обусловлено неодинаковой по толщине изоляции температурой, распределение которой определяется условиями прохождения теплового потока последовательно от греющихся при нагрузке трансформатора обмоток через толщину изоляции в масло, а от него, через оболочку трансформатора, в окружающий воздух. Эти условия зависят от конструкции трансформатора, нагрузки по току и температуры окружающего воздуха. В конструкции трансформатора, в частности, температурные перепады в изоляции над маслом и масла над окружающим воздухом распределяются таким образом, что при номинальной нагрузке эти перепады удовлетворяют требованиям стандарта. Влага, попадающая из окружающего воздуха в масло, проникает в изоляцию обмоток через наружные слои и распространяется по микрокапиллярам бумаги, составляющей изоляцию, в виде пара. В стационарном состоянии давление пара р на каждом участке изоляции определяется местной температурой  этого участка в соответствии с правилом Киудсена. Равновесное местное содержание воды w в изоляции определяется этим местным давлением пара по соответствующей изотерме сорбации, так что может быть представлено как функция местной температуры, а через нее - как функция Токр и а - I/Iном, а также внешнего R и внутреннего г радиусов нормального сечения изоляции и относительной влажности окружающего воздуха. Используя это представление, можно вычислить среднее по толщине изоляции значение влажности как функцию тех же переменных. Соответствующие графоаналитические вычисления выполняются при помощи ПЭВМ (см. приложение).

Проведенные исследования выявляют завышение нормированного предельно допустимого среднего значения tg для трансформаторов тока 220 кВ.
Статистика измерения среднего значения tg изоляции обмоток трансформаторов тока 220 кВ (69 случаев измерений) показывает, что для работающих трансформаторов, равные или превышающие нормированное значение, практически отсутствуют.

Таким образом:

1. Влажность изоляции трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией может достигать по массе опасной величины 6% и более с точки зрения возможности появления в ней критических частичных разрядов, если трансформатор тока длительно отключен (например, находится на хранении) или нагружен не более чем на 20% по току и если относительная влажность окружающего воздуха превышает 50%.
2. В работающем ТТ слои изоляции увлажнены неравномерно. Наиболее увлажненными оказываются наружные слои бумажной изоляции, соприкасающиеся с маслом. Неравномерность увлажнения по слоям изоляции возрастает с ростом нагрузки ТТ.
3. Для контроля опасной величины местного увлажнения изоляции, помимо измерения среднего значения тангенса угла диэлектрических потерь изоляции, необходим учет коэффициентов нагрузки по току трансформаторов тока.
4. В отличие от данных справочника «Объем и нормы испытания электрооборудования» учет неравномерности распределения влаги по слоям изоляции для трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией 220 кВ дает предельно допустимое значение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции 1,6% при 20°С вместо 2,5% по справочнику. Статистический анализ фактических tg изоляции трансформаторов тока 220 кВ в эксплуатации показывает, что вероятность значений tg, равных или превышающих 1,6% при 20°С, Не превышает 4% общего числа эксплуатируемых трансформаторов тока.
5. При капитальном ремонте трансформаторов тока сушку изоляции можно не производить, если измеренное значение < 15%

Из материалов книги: В.Я. Васильева, Т.Л. Дробиков, ВЛ. Лагутин - Эксплуатация электрооборудования электрических станций и подстанций.