Проблемы старения мощных силовых трансформаторов
Почти 25% силовых трансформаторов (около 1500 единиц) мощностью более 80 МВА, установленных в странах СНГ, достигли нормированного срока эксплуатации - 25 лет или приближаются к нему. Речь идет о трансформаторах блоков 150-500 МВт, сетевых трансформаторах 220-500 кВ с уменьшенными размерами изоляции, на которые нельзя распространить оптимистический опыт эксплуатации конструкции 30- и 40-х гг., находящихся в эксплуатации более 40-50 лет.
При определении конца срока службы обычно оценивают 3 аспекта проблемы; 1) технический - риск продолжения эксплуатации;
- стратегический - возникшее несоответствие расчетных и фактических условий эксплуатации (рост нагрузки, токов КЗ и др.) и
- экономический - повышение потерь, большие затраты на обслуживание.
Можно выделить обратимое и необратимое изменения свойств и качеств оборудования.
Необратимым является термоокислительная деструкция изоляции обмоток, наличие развивающихся внутренних повреждений, требующих для устранения полной разборки трансформатора с заменой основных узлов, а также невозможность снизить внутренние потери. Вместе с тем большая часть свойств и качеств может быть принципиально восстановлена на месте установки оборудования.
Значительный рост цен на трансформаторы и их транспортирование ставит на первое место оценку технического риска продолжения эксплуатации устаревшего оборудования. Здесь возникают два вопроса: «Какова вероятность отказа оборудования, например, в будущем году?» и «Можно ли рассчитывать, что оборудование будет нормально работать еще 10 или 15 лет?». Очевидно, что комплекс работ по обновлению оборудования должен гарантированно исключить отказы в первый год и утвердительно ответить на второй вопрос.
Факторы, определяющие реальный срок службы оборудования
Если под жизнью трансформатора понимать степень старения изоляции, например, снижение степени полимеризации (СП) витковой изоляции до критических значений 200-300 ед., то нетрудно рассчитать, что в реальных температурно-нагрузочных условиях как подстанционные, так и блочные трансформаторы должны служить по меньшей мере в 1,5-2 раза больше нормы.
Отказы мощных трансформаторов из-за старения не превышают 10 % общего числа, причем возникают обычно либо из-за неудачной конструкции обмоток, либо из-за ненормальных режимов. Вместе с тем проблема надежности старых трансформаторов высших классов напряжения не только существует, но и становится в последние годы определяющей.
Анализ повреждаемости показывает, что ряд мощных трансформаторов, особенно со сниженным уровнем изоляции, без специальных мер может не только не прожить, но и не дожить до нормированного срока. Главными причинами отказов являются; снижение электрической прочности изоляции из-за увлажнения, загрязнения, накопления продуктов старения; деформация обмоток под действием Тока КЗ; нарушение прессовки и крепления обмоток; снижение электрической прочности внутренней изоляции вводов (особенно при воздействии коммутационных импульсов), нарушение конструкционной изоляции остова, деградация поверхности контактов РПН и отводов.
Новой тенденцией повреждаемости является снижение импульсной прочности изоляции, приводящее к перекрытию обмоток ВН при грозовых перенапряжениях.
Принятые методы и критерии диагностики зачастую оказываются недостаточными для оценки фактического состояния оборудования и тем более для предсказания уровня надежности на несколько лет вперед.
Опыт эксплуатации, а также результаты исследования моделей изоляции, в частности ее ресурсные испытания, привели к заключению, что главными факторами, определяющими надежность мощных трансформаторов после длительной работы, являются изменения обратимого характера, и для гарантированного продления срока службы прежде всего требуются следующие меры:
- обновление изоляции с полным восстановлением ее электрической прочности и механического состояния активной части;
- максимальное устранение потенциальных источников неисправностей, известных из опыта эксплуатации, с усилением узких мест в конструкции;
- снижение скорости последующего ухудшения состояния изоляции.
Программа продления срока службы
Техническая стратегия обновления мощных трансформаторов включает комплекс мер по оценке фактического состояния оборудования, обновлению его изоляционной системы, модернизации конструкции и улучшению последующих условий эксплуатации и обслуживания.
Оценка технического состояния оборудования.
Комплекс обследования технического состояния предусматривает решение следующих приоритетных задач:
- выявление дефектов, вероятных для данной конструкции в данных условиях эксплуатации;
- оценка наличия развивающихся дефектов необратимого характера (деформация обмотки, следы разрядов в изоляции и т.п.);
- оценка остаточного ресурса изоляционных материалов, а также уплотнительных материалов и узлов, подвергающихся механическому износу;
- определение неисправностей в режимах предельных рабочих воздействий (функциональные испытания).
Для оценки степени старения изоляции используются следующие методы: расчетная оценка нагрева изоляции для конкретных условий работы; анализ растворенных газов и фурфурола; определение СП образцов картона и бумаги с отдельной оценкой степени деградации поверхностных слоев.
Результаты обследования более 50 трансформаторов практически во всех случаях выявили дефекты, наличие которых по данным нормированных профилактических испытаний не предполагалось.
Обновление изоляции.
Наиболее важными в процессе обновления являются сушка, очистка и регенерация изоляции с растворением и удалением Продуктов старения. Работы проводятся по технологии, подобной «oil-spray»; в циклическом режиме «нагрев, промывка, растворение шлама» - «сушка, удаление примесей» с переменными параметрами температуры, вакуума и длительности цикла в зависимости от состояния трансформатора.
В качестве технологического масла применяется специальное регенерационное масло регенол.
Задачей обработки является восстановление состояния изоляции до уровня требований к новым трансформаторам.
Результаты обновления 20 трансформаторов 400 кВ показали, что во всех случаях из трансформаторов было удалено значительное количество различных примесей, влаги и шламов. Характеристики трансформаторов после обновления соответствовали самым жестким международным требованиям, предъявляемым к новому оборудованию.
Модернизация конструкции.
Типовыми решениями при модернизации являются герметизация трансформаторов с установкой пленочной защиты масла и улучшенных адсорбционных фильтров, совершенствование системы охлаждения и контрольно-измерительной аппаратуры.
Реконструкция активной части предусматривает обычно устранение потенциальных очагов повышенного нагрева, изменение схемы заземления, повышение надежности контактных токоведущих соединений.
Планируемый подход к модернизации оборудования предполагает разработку специального проекта, включающего полное обновление комплектующих узлов, совершенствование средств контроля под напряжением и максимальное упрощение обслуживания.
Улучшение условий эксплуатации.
Меры по улучшению предусматривают адаптацию старой конструкции к новым условиям эксплуатации путем улучшения защиты оборудования от перенапряжений и воздействий токов КЗ. Такая работа включает исследования фактических воздействий, в том числе измерение амплитуды и формы напряжений на трансформаторе при имитации грозовых и коммутационных перенапряжений. Для оценки запасов прочности выполняют расчеты трансформаторов по современным методикам.
Состояние оборудования после обновления
Общая обработка трансформаторов, прошедших комплекс работ по обновлению и модернизации, составляет 42 трансформаторогода. Оборудование работает надежно. Например, характеристики масла сохраняются на уровне, достигнутом на заводе-изготовителе масла.
