Мощные трансформаторы - Неполадки в работе трансформаторов

6. НЕПОЛАДКИ В РАБОТЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ИХ УСТРАНЕНИЕ
В процессе эксплуатации трансформаторов могут возникнуть различные неполадки, нарушающие тем или иным образом нормальную работу трансформаторов. Неполадки можно разделить на два вида: не препятствующие оставлению трансформатора в работе и препятствующие работе трансформатора. Последние, как правило, вызывают действие релейной защиты и трансформатор автоматически отключается от электросети или от источника электроэнергии. К такого рода неполадкам относятся: повреждения изоляции обмоток, повреждения магнитопровода, вводов, переключателей ответвлений и других частей, вызывающие пробои изоляционных промежутков и короткие замыкания на корпус или между фазами и выделение газа.
После отключения трансформатора от действия релейной защиты повторное его включение в работу может быть допущено в исключительных случаях — если нет внешних видимых признаков повреждения, а трансформатор отключился от действия только газовой или только дифференциальной защиты, если в газовом реле нет выделившегося газа и необходимо срочно восстановить питание потребителей. Если имеется возможность допустить перерыв в питании потребителей (.или питать от другого источника), следует произвести не только тщательный осмотр трансформатора, но и проверку изоляции обмоток мегомметром, соблюдая требования техники безопасности.
Во всех случаях, когда при отсутствии внешних повреждений измерение изоляции показывает поврежденную изоляцию или понижение ее значения, включение трансформатора без внутреннего осмотра не допускается. Ряд повреждений в трансформаторе не вызывает немедленного отключения от действия защиты. К таким повреждениям относятся, например, некоторые витковые замыкания, повреждения изоляции листов стали или стяжных шпилек магнитопровода. Витковые замыкания могут происходить вследствие местного нагрева в об-
мотке, например из-за перекрытая шламом вентиляционного масляного канала; витковые замыкания также могут происходить вследствие динамических воздействий при сквозных коротких замыканиях, когда отдельные витки сближаются и изоляция витков может повредиться в местах, где произведена транспозиция проводников или если на элементарных проводниках имеются заусенцы, прокалывающие витковую изоляцию.
Поэтому после коротких замыканий в  сети, особенно вблизи от трансформаторов, следует через некоторое время осмотреть трансформатор. При возникновении виткового замыкания происходит сильный нагрев места замыкания (меди проводников) из-за большой величины тока между замкнувшимися проводниками. Это влечет перегрев и разложение масла, окружающего место повреждения, с выделением газообразных продуктов разложения масла.
Газы собираются в газовом реле. Таким образом, появление замыкания может быть обнаружено но действию газовой защиты. Если нагрев в месте замыкания не очень сильный, газ будет выделяться медленно и зашита подействует на сигнал. При бурном выделении газа (если ток замыкания велик) возможно действие защиты и на отключение.
При повреждении изоляции стали магнитопровода или стяжных шпилек в двух местах возникает коротко- замкнутый контур, по которому проходят паразитные вихревые токи. Эти токи достигают значительной величины и сильно разогревают отдельные листы стали, шпильки и другие детали настолько, что изоляция, прилегающая к этим деталям, обугливается. Такой нагрев приводит к разложению масла и выделению газа. Поэтому и этот вид повреждения может быть выявлен с помощью газовой защиты.
Витковые замыкания обычно приводят к последующим повреждениям и перекрытию главной изоляции и выгоранию части обмотки, а повреждения магнитопровода приводят к так называемому «пожару стали» со значительным объемом повреждения стали магнитопровода.
Внутренние повреждения крупных трансформаторов могут быть вызваны причинами двух видов: так называемыми заводскими дефектами, т. е. недостатками конструкции или технологии изготовления, и нарушениями требований по монтажу, ремонту или обслуживанию. В то время как недостатки технологии, монтажа, ремонта проявляются на отдельных трансформаторах, недостатки конструкции сопутствуют всем трансформаторам данного типа или серии (до тех пор, пока не будет внесено соответствующее изменение в техническую документацию, основанное на опыте эксплуатации). Наиболее часто встречающимся недостатком является чрезмерный перегрев крайних витков обмотки НН, вызванный тем, что проходящий через витки в радиальном направлении поток рассеяния создает вихревые токи, дополнительно нагревающие провода крайних витков, если они выполнены проводом, имеющим значительный размер в направлении оси обмотки. Единственным способом устранения такого недостатка является замена обмотки НН целиком на обмотку с крайними витками, выполненными из провода с малой высотой. Могут быть заменены только крайние витки, но это требует более сложной технологии ремонта и менее надежно.
В трансформаторах, имеющих на крайних и входных катушках обмотки ВН и па крайних катушках обмотки НН дополнительную бумажную изоляцию, выявляется недопустимый нагрев катушек с дополнительной изоляцией вследствие того, что происходит разбухание в горячем масле недостаточно плотно наложенной дополнительной изоляции и заполнение ею масляных междукатушечных каналов. Уменьшение (или полное закрытие) канала приводит к ухудшению или прекращению циркуляции масла в таком канале и, следовательно, к ухудшению охлаждения, т. е. к перегреву катушек с дополнительной изоляцией, доходящему при длительной эксплуатации до обугливания изоляции. Особенно интенсивно это явление сказывается на катушках верхней части обмотки, как более нагретых в верхних слоях масла. Единственным способом устранения такого дефекта является замена катушек с дефектной дополнительной изоляцией катушками, на которых изоляция после наложения запекается и превращается в монолитную и неразбухающую (в  ряде случаев целесообразно заменять всю обмотку).
В некоторых трансформаторах, главным образом на напряжение 330 и 500 кВ, могут возникать повреждения, связанные с появлением так называемого «ползущего разряда». Ползущий разряд представляет собой
Длительное Постепенное разрушение изоляции местными разрядами, обусловленное сочетанием ряда неблагоприятных факторов как наличия конструктивного или технологического дефекта изоляции, повышенного содержания влаги в изоляции вследствие неполноценной сушки ее, попадания на изоляцию посторонних проводящих частиц.
Медленно распространяющийся по изоляции разряд создает проводящие пути, которые сокращают изоляционный промежуток, пробиваемый затем под действием рабочего напряжения. При пробое изоляции, т. е. возникновении мощной дуги к. з.. происходит мгновенное испарение масла в месте пробоя. Значительное повышение давления в масле, которое как несжимаемая жидкость передает давление во все стороны на стенки бака трансформатора, приводит к тому, что в более слабых местах происходит выпучивание стенок, срыв болтов, крепящих фланцы колокола и поддона, нарушение сварных швов, выброс масла в образовавшейся щели и через выхлопную трубу и зачастую к воспламенению масла и пожару трансформатора. Появление дуги на активной части трансформатора, таким образом, проявляется как внутренний взрыв и поскольку баки не рассчитаны на такое давление они обычно повреждаются.
В ряде случаев при появлении дуги в активной части из-за повреждения изоляции, хотя бы и не связанного с «ползущим разрядом», происходит выброс масла через выхлопную трубу без нарушения плотности бака, но если место повреждения расположено относительно далеко от выхлопной трубы взрывной волной разрушаются ближераслоложенные стенки бака раньше, чем она дойдет до выхлопной трубы. После нарушения плотности бака масло начинает под давлением масла из расширителя фонтанировать из щелей. Если повреждение возникло из-за пробоя изоляции маслонаполненного ввода, обычно вызывающего разрушение ввода и воспламенение масла, бак не разрушается, но пожар охватывает трансформатор и от пламени горящего масла загораются и разрушаются резиновые прокладки на разъеме бака, после чего масло начинает интенсивно вытекать из разъема, чем значительно увеличивается объем пожара.
При всяком возникновении пожара трансформатор после отключения его выключателем от действия защиты
Должен быть немедленно Отсоединен разъединителями и необходимо принять меры для тушения пожара.
Предотвратить повреждения, вызванные «ползущим разрядом», практически невозможно, потому что при медленном развитии разряда происходит выделение небольшого количества газа, растворяющегося в масле, и газовая защита не действует. Повреждения маслонаполненных вводов в какой-то степени могут быть предотвращены посредством периодических измерений  tg б изоляции остова ввода и масла. Увеличение  tg б свидетельствует об ухудшении состояния изоляции по большей части из-за увлажнения ее в негерметичных вводах. Ухудшение состояния изоляции в герметичных вводах может быть следствием старения масла или недосушки изоляции при изготовлении.
В последнее время разработан прибор для контроля изоляции вводов (КИВ), который позволяет на работающем трансформаторе выявить начинающееся повреждение. При всяком нарушении изоляции бумажного остова ввода изменяется его емкость. Прибор, подключаемый ко всем трем вводам трансформатора, выявляет это повреждение вследствие нарушения баланса токов утечки всех трех вводов и дает соответствующий сигнал обслуживающему персоналу или воздействует как релейная защита на отключение трансформатора. Таким прибором снабжаются трансформаторы напряжением 500 кВ и выше.
Некоторые виды внутренних повреждений могут быть обнаружены по внешним признакам при осмотре трансформатора. Такими признаками являются: сильный и неравномерный шум внутри бака, выборос масла из выхлопной трубы с разрушением диафрагмы, ненормально высокий и возрастающий нагрев при нормальной нагрузке и нормальных условиях охлаждения, выброс масла через клапан бака контактора переключателя РПН. В случае обнаружения таких признаков трансформатор следует вывести из работы и выяснить причину их появления.
Выброс масла через выхлопную трубу свидетельствует о внутреннем повреждении с газообразованием, причем газовая защита по тем или иным причинам не сработала. Это может быть из-за нарушения контакта или предохранителей в цепи реле.
Повышенный нагрев может быть следствием вышеупомянутых витковых замыканий или Замыканий в стали, если в работе системы охлаждения нет нарушений. Повышенный нагрев определяется по показаниям термометров и действию температурной сигнализации, установленной на определенный предел.
Если трансформатор отключается из работы под действием газовой защиты, то следует в первую очередь установить наличие газа в газовом реле и проверить его горючесть.
Кроме того, после осмотра газового реле следует осмотреть и сам трансформатор с целью проверки наличия масла в расширителе, целости мембраны выхлопной трубы, целости прокладок на фланцах радиаторов, маслопроводов, бака, целости сварных швов, наличия повреждения бака (выпучины стенки).
Если проверкой газа выявлена его горючесть или обнаружены внешние признаки повреждения, трансформатор не может быть включен без внутреннего осмотра и устранения повреждений. При отсутствии внешних признаков повреждения и горючести газа и если не работала защита от междуфазных повреждений трансформатора (дифференциальная, максимально-токовая отсечка), трансформатор допустимо включить без внутреннего осмотра, но после тщательного внешнего осмотра и проверки изоляции мегомметром и следить за появлением газа. В случае повторного выделения газа трансформатор следует отключить, не дожидаясь отключения его газовой защитой, и вывести в ремонт. Горючесть газа определяют, выпуская осторожно газ из краника на крышке газового реле и поджигая его спичкой.
Осмотр газового реле производится как в случаях отключения трансформатора действием газовой зашиты, так и в случае действия газовой защиты на сигнал. При действии защиты на сигнал можно успеть вывести трансформатор из работы, не давая возможности развиться начавшемуся повреждению, которое впоследствии наверняка приведет к отключению трансформатора газовой защитой и к более серьезному разрушению трансформатора. При появлении сигнала от газовой защиты следует принять меры к уменьшению нагрузки и вести наблюдения за температурой масла. Сразу после появления сигнала необходимо произвести осмотр трансформатора и газового реле и определить характер газов, скопившихся в реле.
Если при осмотре выявлены признаки внутреннего повреждения трансформатора (разряды, трески, гул внутри бака), трансформатор нужно немедленно отключить и только после отключения производить осмотр газового реле, проверить горючесть газа и отобрать пробу для химического анализа.
Трансформаторы на напряжение 330 кВ и выше в случае обнаружения горючего газа должны немедленно отключаться, а при выделении негорючего газа следует их разгружать и выводить из работы (если это не вызовет недоотпуска электроэнергии), после чего на основании результатов химического анализа может быть решен вопрос, допустимо ли их снова включать в работу. Это  объясняется тем, что в трансформаторах высших классов напряжения появление даже воздуха приводит к условиям, вызывающим ухудшение состояния изоляции (возникновение местной ионизации) и последующему повреждению при рабочем напряжении.
Кроме того, появление негорючего газа (не воздуха) может быть следствием повреждения изоляции, но выявить это можно только с помощью химического анализа по составу газа. При выявлении в газе компонентов, свидетельствующих о начавшемся повреждении изоляции (наличие окиси углерода, углекислого газа, метана), трансформатор включать под напряжение недопустимо. Если выделяется воздух, следует срочно принять меры для выявления и устранения причин выделения его.
Если отключение трансформатора вызовет недоотпуск электроэнергии, то по решению руководства предприятия он может быть оставлен в работе на срок, определяемый по результатам химического анализа газа. Если выделяется воздух, трансформатор может работать до тех пор, пока не будет устранена причина выделения воздуха, если же происходит разложение изоляции, оставлять трансформатор в работе опасно.
Иногда газовая защита действует ложно на отключение вследствие сквозных к. з. При прохождении тока к. з. под действием динамических усилий происходит толчок, сжимающий или растягивающий витки обмотки. Это движение передается маслу и возникает волна, которая распространяется во всех направлениях, в том числе и в трубе к расширителю, и заставляет сработать реле, как от волны, возникающей вследствие внутреннего повреждения.