Определение остаточных усилий прессовки обмоток трансформаторов

Емельянов В.И., Ульянов А.М.
(ООО «Снежинсктехсервис», Снежинск)
Рущинский В.Н. (РФЯЦ - ВНИИТФ, Снежинск)

В 1990 году «Свердловэнерго» поставило задачу определить остаточные усилия прессовки обмоток силовых трансформаторов без их разборки.
Последствиями распрессовки обмоток трансформатора могут быть: -радиальный (осевой) изгиб витков обмоток при воздействии динамических нагрузок (удары молнии, короткие замыкания и т. п.);
-истирание изоляции витков при больших передаваемых мощностях. Для решения поставленной задачи было рассмотрено два принципиально различных варианта.
Первый вариант - определение усилия прессовки по вибрационному портрету трансформатора. Было обследовано более семидесяти трансформаторов ОАО «Свердловэнерго» работавших при различных режимах нагрузки от режима холостого хода до режима короткого замыкания. Анализ полученных результатов показал, что первый вариант позволяет определить состояние прессовки обмоток трансформатора качественно (приблизительно), то есть можно с некоторой степенью достоверности сказать хорошая, удовлетворительная или плохая прессовка. Однако такое решение не устраивало ввиду отсутствия конкретности и большой вероятности того, что некорректно поставленный диагноз приведет к повреждению трансформатора либо к неоправданным затратам на ремонт трансформатора. По этим причинам, несмотря на очевидную дешевизну первого варианта, определение технического состояния обмоток трансформатора по этой методике считаем нецелесообразным.
Второй вариант - определение усилия прессовки обмоток трансформатора по частоте собственных колебаний системы прессовки. Этот вариант позволяет достаточно уверенно количественно (в процентах к «допустимому давлению» на картон равному 40 кгс/см2) определять усилие прессовки обмоток испытуемого трансформатора. Для проведения измерений был создан специализированный комплекс ДИК-С1. С помощью этого комплекса было обследовано более пятидесяти трансформаторов предприятий «Свердловэнерго», «Челябэнерго», «Башкирэнерго», «Тюменьэнерго», «МЭС Урала» и ОАО «Уралэлектротяжмаш». Разбору результатов обследований этих трансформаторов посвящена настоящая работа.
Критерием рекомендаций для проведения капитального ремонта трансформатора принято полное ослабление прессовки одной из обмоток трансформатора.
Все обследованные трансформаторы можно разбить на три группы:
- трансформаторы, прессовка обмоток которых находится в удовлетворительном состоянии;

Вибрационная диагностика и балансировка вентиляторов системы обдува трансформатора трансформаторы, прессовку обмоток которых необходимо контролировать после коротких замыканий и по истечении некоторого времени (обычно один-два года);

-трансформаторы, находящиеся в предаварийном состоянии по неудовлетворительному состоянию прессовки обмоток.
В табл. 1,2,3 приведены результаты обследований трансформаторов, проведенных в период с 1997 г. по 1999 г. специалистами «Челябэнерго», «Свердловэлектроремонт» и «Снежинсктехсервис».

Таблица 1
Трансформаторы, остаточные усилия прессовки обмоток которых находятся в пределах допусков и не требуют постоянного
контроля

Таблица 2
Трансформаторы, у которых прессовку обмоток необходимо проверять после коротких замыканий или по истечении двух лет

Таблица 3
Трансформаторы находящиеся в пред аварийном состоянии по остаточным усилиям прессовки обмоток

Приведенные результаты показывают, что из всех обследованных трансформаторов около 53% имеют удовлетворительный уровень остаточного усилия прессовки обмоток, у ~ 14% необходимо периодически контролировать уровень остаточного усилия прессовки обмоток и ~ 33% требуют проведения капитального ремонта с подпрессовкой обмоток.
Следует обратить внимание на пороговые величины остаточных уровней прессовки обмоток трансформаторов. Проблема состоит в том, что в настоящее время нет значений остаточных уровней прессовки обмоток трансформаторов, при которых необходимо проводить капитальный ремонт трансформаторов с подпрессовкой обмоток. Общеизвестно, что при постоянной нагрузке в картоне и меди происходят процессы ползучести и релаксации, то есть переход упругих механических напряжений в пластические деформации. Иными словами говоря, в трансформаторе идет непрерывный процесс уменьшения уровня прессовки обмоток, который скачкообразно увеличивается под воздействием динамических нагрузок, вызванных короткими замыканиями, ударами молнии и тому подобными явлениями. Для принятия решений необходимо знать с каким запасом по механическим нагрузкам изготовлен конкретный трансформатор или какой запас заложен при проектировании серии трансформаторов.
В качестве иллюстрации к вышеизложенному рассмотрим ситуацию, сложившуюся в «Челябэнерго» с трансформатором ТДТН-40000/110 зав.№83490 Златоустовских электрических сетей, подстанция «Таганай». При обследовании трансформатора предварительный анализ показал, что прессовка фазы «В» составляет —7,5 % от уровня, соответствующего давлению на картон 40 кгс/см2. Трансформатор оставили в работе. Спустя некоторое время он попал под короткое замыкание. Последующие проверки показали, что ZK возросло до 14%, то есть произошел-изгиб витков обмоток этого трансформатора. Проверки деформации обмоток прибором «Импульс-8» и остаточных усилий прессовки обмоток комплексом «ДИК-С1» планируются провести в наступившем году.
В настоящее время определен верхний порог уровня прессовки обмоток трансформаторов, который находится в районе 25% от заводской прессовки (40кгс/см2) то есть, если остаточное усилие прессовки равно или выше этого уровня трансформатор выдержит (останется без повреждений) любое расчетное (заложенное при проектировании) динамическое нагружение. Нижний порог остаточного усилия прессовки обмоток, при котором трансформатор находится в предаварийном состоянии, находится в районе -10%. Безусловно, этот уровень содержит достаточную степень неопределенности и требует дополнительных исследований для его уточнения. Специалисты ООО "Снежинсктехсервис" вплотную занимаются этой проблемой, однако сравнительно небольшой статистический материал по ремонту трансформаторов, находящийся в их базе данных, а также отсутствие проверенных аналитических данных о влиянии температуры трансформатора на усилие прессовки обмоток не позволяют сегодня однозначно указать на нижний предел остаточного усилия прессовки обмоток.