К сожалению, большая часть оборудования электрических распределительных сетей России была установлена до 1990 года. Большая база находящихся в работе силовых трансформаторов приближаются к концу срока их полезного использования и продлить этот срок или заменить оборудование - часть стратегии каждой электросетевой компании по поддержанию надежности системы.
Современные масляные трансформаторы – не самое сильное звено в энергетической цепочке между производителями электроэнергии и конечными потребителями. Как известно, трансформаторы не имеют, каких либо движущихся деталей, их к.п.д. преобразования напряжения превышает 99%, таким образом, срок их полезного использования измеряется, а вернее, может измеряться десятилетиями.
В то же время, внезапное повреждение трансформатора может привести к значительным затратам на его ремонт или замену, особенно если такие повреждения происходят неожиданно, и невозможно предпринять меры для планового отключения.
Как предотвратить подобные ситуации? Как можно узнать, что трансформатор уже находится в предаварийном состоянии? Как понять, какие процессы вызвали такое состояние, чтобы не допустить их продолжения? Давайте сначала найдем ответ на третий вопрос.
В современных масляных трансформаторах используют промасленную целлюлозу повышенной термостойкости для изоляции проводников, изоляции между слоями, изоляции между обмотками, изоляции между находящимися под напряжением частями и земли в пределах магнитного кругооборота. Когда целлюлоза сухая, без газа, и погружена в емкость с маслом - это самый надежный изолятор из существующих на сегодня, изоляционных материалов.
Но это, однако, и самое слабое звено в системе изоляции трансформатора. Это не «новое» открытие. Еще в апреле 1920 «The Electric Journal» предупреждал, что «влажность и высокая температура - заклятые враги надежной изоляции».
Спросите у химика, и он назовет влажность самой большой угрозой. Задайте тот же вопрос инженеру-электрику, он ответит, что высокая температура – единственная и самая большая угроза. Оба ответа будут правильными. Влажность в комбинации с высокой температурой разрушает систему изоляции. Ограничение влажности и чрезмерного нагревания является ключом для самого продолжительного срока службы вашего трансформатора.
Есть три причины присутствия влажности в надежной изоляции: 1) остаточная влажность от некачественной и неэффективной просушки в процессе изготовления трансформатора; 2) как продукт разложения целлюлозы; 3) и воссоединение со скрытой влагой в масле.
Перегрев изоляции, с другой стороны, в значительной мере зависит от режимов нагрузки трансформатора, являясь, как бы, внешним источником угрозы. К другим причинам перегрева можно отнести снижение эффективности нормального конвективного процесса охлаждения из-за уменьшения потока масла, вызванного засорением каналов системы охлаждения и снижением охлаждающей способности радиатора, или снижение уровня масла ниже допустимого из-за утечки.
Меры профилактики, которые могут продолжить функционирование Вашего трансформатора, должны включать:
- регулярное плановое обслуживание, включая визуальную проверку отсутствия утечки масла,
- запись температурных режимов и отметка максимальной температуры, вызванной перегрузками, по показаниям термометра.
Так как в 90% случаев разложение целлюлозы происходит от ее перегрева, необходимо периодически проводить инвентаризацию подключенной нагрузки, чтобы не допустить новых подключений, а соответственно, и увеличения нагрузки, превышающей номинальную мощность (нагрузочную способность) трансформатора. Доказано, что перегрев от перегрузок свыше 140 °С приводит к формированию пузырьков газа, которые в свою очередь снижают диэлектрические характеристики изоляции, что может привести к короткому замыканию и преждевременному выходу силового трансформатора из строя.
Если же Вы полагаетесь на дополнительные вентиляторы охлаждения или масляные насосы, чтобы повысить нагревостойкость трансформатора, убедитесь, что они смогут, при необходимости, ограничить температуру изоляции, оградив ее от перегрева.
Принятие мер по снижению уровня влажности начинается еще при проектировании и изготовлении трансформатора. Конструкторы и производители не должны допускать в конструкции внешней оболочки корпуса трансформатора, постоянного накопления воды вокруг прокладок, предотвращая попадание влаги через неплотные прокладки.
Необходимо настойчиво устранять и предотвращать утечки масла, так как утечки не только приведут к вытеканию масла и загрязнению окружающей среды, но и откроют доступ вредной влажности вовнутрь трансформатора и накоплению ее на изоляции. То же касается и повреждения диафрагмы вспомогательного устройства сброса давления, или, что бывает значительно реже, сбоя в закрытии клапана устройства сброса давления.
Производители должны использовать комбинацию высокотемпературной и вакуумной просушки для уменьшения остаточной влажности изоляции во время процесса сборки трансформатора. Во время сборки трансформатора, изоляция, находящаяся под воздействием окружающей среды (роса, конденсат, осадки …), и впоследствии не просушенная, может содержать до 10% влажности по весу. В то время как всего 1% влажности бумажного изоляционного материала, вызывает десятикратное ускорение процесса естественного старения и износа изоляции. Существует единодушное мнение, что допустимые пределы влажности изоляции, сошедшего с конвейера трансформатора, должны быть в пределах от 0,3% до 1% по весу. Поэтому, необходимо использовать сухую высокую температуру, около 100 °С, совместно с уровнями вакуума в диапазоне 1 - 3 торр, чтобы достигнуть уровня влажности изоляции перед пропиткой маслом до 1%.
Как узнать, нужно ли менять трансформатор?
Во-первых, если Ваши данные показывают, что трансформатор систематически подвергается перегрузкам, необходимо заменить его на трансформатор большей мощности. Продолжение эксплуатации имеющегося трансформатора приведет к его повреждению из-за перегрева, и вполне возможно, в самое неудобное время.
Если отборы и анализ масла не предусмотрены Вашим регламентом технического обслуживания, Вы должны исправить ошибку и начать отбор образцов масла и проводить анализ на наличие влаги в нем. В комплексе с измерениями сопротивления или коэффициента прочности (стойкости), изоляции, предоставит Вам информацию об уровне ее влажности. Коэффициенты прочности изоляции более старых трансформаторов не должны превышать 4% от начальной. Наиболее вероятной причиной превышения этого порога есть влажность изоляции.
Во-вторых, Вы должны брать образцы масла для развернутого анализа на наличие газа (DGA). Когда погруженная в масляную ванну целлюлоза подвергается тепловому воздействию, ее характеристики ухудшаются, приводя к формированию воды, кислот, углекислого газа и угарного газа. Анализ поможет обнаружить признаки наличия нескольких газов, которые могли бы указать на другие существующие проблемы, и на которые тоже следует обратить внимание, но наличие СО2 и / или СО указывает на перегрев и возможную угрозу для нормальной работы трансформатора.
Продолжение срока полезного использования трансформатора является единственной и самой важной стратегией усиления надежности инфраструктуры энергопоставляющих компаний. От силовых трансформаторов ожидают надежности и длительной работоспособности.
Двадцать - тридцать лет – абсолютно реальный «рабочий возраст» трансформатора. Но если трансформатор подвергался серьезным угрозам, включая многочисленные ошибки, если допускались периодические перегрузки и утечки масла, позволяющие проникновение влаги, срок его работоспособности может быть значительно короче.
Само собой разумеется, что замена трансформатора может быть «дорогим удовольствием», которое, однако, может обойтись Вам намного дороже, когда трансформатор неожиданно выйдет из строя, и менять его придется во время незапланированного и дорогостоящего отключения электроэнергии.
Выполнение же предложенных нами простых мер может гарантировать длительную работу Вашего трансформатора в течение многих последующих лет.
