Увеличение нагрузок за пределы ограничений конструкции
Как известно, охлаждение является действительно необходимым для обеспечения долгого периода эксплуатации трансформатора. Большинство трансформаторов спроектированы для работы при росте температуры до 55°- 65°C. Используя современные средства изоляции, такие как Nomex, можно достичь допустимого роста температуры в 95°C, и даже выше. Но такие температуры могут поддерживаться только в том случае, если рабочие условия трансформатора не превышают проектных ограничений.
К сожалению, в сегодняшних условиях работы, многие пользователи увеличивают нагрузку, превышая указанные для трансформатора ограничения конструкции, в результате чего увеличивается температура обмоток. Это увеличение, в основном, связано с увеличением потерь, таких как I2R.
Повышение нагрева оказывает значительное влияние на ухудшение качества изоляции, и весьма уменьшает ожидаемое время эксплуатации трансформатора. Поэтому, в качестве стандартной грубой оценки предполагается, что нагрев на 10°C вдвое сокращает время эксплуатации изоляции.
Если трансформаторы охлаждаются путем естественной конвенции масла, то в этом случае они классифицируются, как М (ONAN) - Фото 1. При охлаждении с помощью вентиляторов, трансформатор относится к категории Д (ONAF). Такие трансформаторы показаны на Рисунках 2 и 3. В исключительных случаях, для охлаждения трансформаторов используется принудительная циркуляция масла или принудительное охлаждение масла водой. Таки трансформаторы относятся к классу ДЦ (OFAF) или Ц (OFWF) - Фото 7.
В каждом случае, крайне важно, чтобы происходил правильный отвод температуры. Конструкция трансформатора основана на определенной передаче тепла между обмотками, маслом и радиатором, или на применении средств охлаждения для удаления тепла. Любое увеличение вырабатываемого тепла, или снижение теплопередачи приводит к более высоким температурам обмоток, и сокращает время жизни изоляции. Кроме того, разрушается диэлектрическая жидкость. Этот вопрос будет рассмотрен позже.
Фото 1 - Естественное охлаждение при помощи масла (М)
Фото 2 - Охлаждение категории Д, обеспечивается вентиляторами, применяемыми для дополнения конвекционного охлаждения (без внешних вентиляторов), использующего естественную конвенцию масла (движение снизу вверх).
Вентиляторы, устанавливаемые внизу, прогоняют воздух по всей длине теплообменника или радиатора, но имеют более высокий риск выхода мотора из строя, из-за попадания воды на уплотнение вала. Однако использование полностью герметичных моторов без отверстий, с высоким качеством уплотнения вала, способно увеличить время эксплуатации мотора вентилятора. Проверка таких моторов должна выполняться ежемесячно.
Вентиляторы, устанавливаемые сбоку, имеют большее время эксплуатации, но они направляют воздух только поперек секции теплообменника или радиатора, на котором они установлены. Такие вентиляторы также восприимчивы к превалирующему направлению ветра, которое может, как помогать, так и препятствовать движению воздуха вдоль поверхности, высвобождающей тепло.
В любом случае не рекомендуется использовать моторы с открытым каркасом, из-за повышенной частоты отказов, связанных с окружающей средой.
Фото 3 - Охлаждение категории Д, использующее вентиляторы для усиления охлаждения при естественной конвекции масла
Как правило, отказ одного вентилятора не вызывает серьезных проблем. Но он приводит к общему возрастанию температуры в трансформаторе, особенно, если трансформатор находится под излишней нагрузкой. Это можно увидеть на инфракрасном изображении, приведенном на Фото 4. Но обычно, вентиляторы отказывают пачками, так как они выпускаются одновременно, и работают в одном и том же окружении.
Выход одного вентилятора из строя может служить индикатором того, что и другие вентиляторы могут выйти из строя в ближайшее время, оставив трансформатор в опасности превышения температуры.
Фото 4 - Инфракрасное изображение роста температуры вентиляторов
На Фото 5 показано отсутствие охлаждения в некоторых вентиляторах, из-за просадки бетонной подушки, вызывающей наклон силового трансформатора. Это, в ряде случаев, можно скорректировать увеличением уровня масла в основном баке трансформатора, что позволит маслу течь через радиаторы.
Необходимо проявлять осторожность, не допуская переполнения масла, что может привести к проблемам, связанным с расширением масла при перегреве.
Фото 5 - потеря охлаждения в некоторых радиаторах трансформатора
На Фото 6 все вентили масла, ведущие в радиаторы, находятся выше уровня масла, что препятствует циркуляции масла. Пониженный уровень масла может быть результатом утечек, или неадекватного заполнения при последнем обслуживании. Еще одной проблема, вызывающая те же самые последствия, возникает, когда верхние дроссельные заслонки, ведущие в радиаторы, были закрыты во время обслуживания и не открыты после него, препятствуя движению масла.
Проблема такого рода выявляется простой термографической проверкой.
Фото 6 - Термографическое изображение масляных вентилей
Системы нагнетания масла ДЦ/Ц (FOA/FOW) (Фото 7) повышает скорость потока масла через радиаторы и, тем самым, предоставляют максимальный отвод тепла от трансформатора.
Фото 7 - Системы нагнетания масла ДЦ/Ц
Скорость нагнетания масла измерить сложно, и обычно применяется небольшой флюгерный индикатор, размещаемый на трубах. Он указывает на то, включен или отключен насос нагнетания масла. Такие указатели потока не всегда точны. Много раз во время обслуживания обнаруживалось, что такой индикатор заблокирован, и неправильно показывает наличие потока масла.
Можно выполнить несложную проверку, отключив насос, и посмотрев на индикатор, чтобы определить, правильно ли он показывает наличие потока.
Насосы, сами по себе создают собственный набор отказов трансформатора. Изготовленные с жесткими допусками, они не выдерживают свободных подшипников или втулок. В процессе старения, подшипники, втулки, и опорные шайбы изнашиваются, и могут вызвать смещение крыльчатки в корпусе насоса (Фото 8 и 9). Это приводит к тому, что в обмотки трансформатора попадает большое количество металлических опилок, что в конечном итоге, вызывает отказ изоляции, в связи с вибрацией опилок при рабочей частоте, вызывающей износ изоляции.
Фото 8 - Этапы износа опорной шайбы
Фото 9 - Разрушение шарика в подшипнике, приводящий к отказу трансформатора
Прекрасной проверкой износа подшипников является ультразвуковая инспекция, которая может быть выполнена в любое время, при работающем насосе, как показано на Фото 10.
Фото 10 - Ультразвуковая инспекция подшипников масляного насоса.
