Мудрые мысли веков

Опыт должно производить многократно, чтобы какое-нибудь случайное обстоятельство не повлияло бы на его результаты.
Леонардо да Винчи
Печать

Диагностика силового маслонаполненного трансформатора

В настоящее время  существует достаточно много трансформаторов по типу исполнения и конструкциям, но наиболее распространенными в практике эксплуатации по-прежнему являются силовые маслонаполненные трансформаторы. Для описания технологии производства диагностических испытаний трансформаторов, принятой в ООО «ТестСервис», г. Пермь, можно рассмотреть конкретный пример. Результаты диагностических испытаний оформляются в виде технического отчета, который начинается с общего заключения объекта по всем видам испытаний.

Основные требования к заключению по диагностике силового маслонаполненного трансформатора.

Заключение о техническом состоянии трансформатора должно быть максимально формализовано, с целью возможности формирования базы данных технического состояния на электронных носителях, создания системы управления обслуживанием по техническому состоянию. База данных  имеет общие для всех диагностических испытаний разделы или позиции, а также приложения с информацией о последних и предыдущих результатах диагностик. Структурно заключение имеет вид, представленный ниже.

Заключение.

Дата: _ хххххххххххххххх _________________________

Предприятие: _ хххххххххххххххх __________________

Электроустановка: _______________ГПП-1

Диспетчерское наименование: _____Тр. №2

Тип трансформатора: _____________ТДНГ-25000/110/10

Дополнительно может быть представлена информация о дате ввода трансформатора в работу, заводе изготовителе, выполненных ремонтах, характерных проблемах в эксплуатации.

Результаты анализа масла из бака трансформатора.

По данным физико-химического анализа масло не соответствует нормам эксплуатации по влагосодержанию и содержанию растворимых в воде кислот и щелочей. По данным хроматографического анализа растворенных газов   трансформаторное масло не соответствует нормам эксплуатации по содержанию метана, этана, этилена и двуокиси углерода, РД 153-34.0-46.302-00.

Прогнозируется наличие дефекта термического характера, в диапазоне высоких температур, затрагивающего твердую изоляцию. По содержанию фурановых соединений трансформаторное масло соответствует нормам, РД 34.45-51.399-97.

Результаты тепловизионного обследования и визуального контроля.

При обследовании были обнаружены локальные нагревы бака трансформатора. Работы выполнялись в соответствии с РД 34.51.300-97, «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» и РД 153-34.363-99, «Методика инфракрасной диагностики электрооборудования». Дефект термического характера подтверждается результатами хроматографического анализа растворенных газов. Кроме того, было установлено нарушение циркуляции масла в двух радиаторах системы охлаждения.

Измерение  частичных разрядов.

В шине заземления отмечено наличие в баке трансформатора частичных разрядов в акустическом  и электромагнитном спектре. Измерение разрядов в шине заземления исключает подключение датчиков к высоковольтным вводам трансформатора, что невозможно при диагностике без снятия рабочего напряжения.  Возникновение разрядов во всех фазах одновременно практически невозможно.

Диагностика качества прессовки активных материалов.

Состояние прессовки магнитопровода  трансформатора, в приведенном примере - хорошее. Состояние прессовки обмоток – хорошее. Общее состояние активной части трансформатора по параметрам вибрации – хорошее. Оценка состояния  прессовки магнитопровода и обмоток трансформатора осуществляется по методике разработанной производителем аппаратуры, с помощью имеющегося программного обеспечения.

Рекомендации.

Для определения причин локальных нагревов трансформатора и неудовлетворительных результатов хроматографического анализа, растворенных газов требуется вскрытие и внутренний осмотр трансформатора. Возможные причины дефектов: горячая точка в сердечнике; перегрев меди из-за вихревых токов, плохие контакты; циркулирующие токи в сердечнике или баке.

Для контроля тепловых процессов и скорости изменения концентрации газов в масле, необходимо не реже одного раза в 4 месяца отбирать пробу масла. Для выполнения хроматографии необходимо измерение нагрузки, температуры масла, а также повторное тепловизионное обследование, при максимальной нагрузке.

 Необходимо восстановить работу радиаторов системы охлаждения. Для восстановления эксплуатационных свойств масла рекомендуется заменить адсорбент в термосифонном фильтре и провести регенерацию трансформаторного масла. При наличии обнаруженных дефектов дальнейшая эксплуатация трансформатора не рекомендуется.

В заключении пока отсутствует ранжирование по степени опасности дефектов, времени их устранения и последующих действиях. Кроме того, нет информации о необходимых материальных затратах для устранения дефектов, что необходимо для планирования работ.

Приведенное заключение требует разборки трансформатора для уточнения вида дефекта и его места положения. Эти работы входят в перечень капитального ремонта. Однако, как показывает практика диагностики, такие заключения о техническом состоянии достаточно редки. В основном по результатам диагностики требуются работы исключающие разборку трансформатора. К ним относятся: ревизия внешних контактных соединений, регенерация или дегазация масла; диагностика высоковольтных вводов и регулятора напряжения, РПН; ревизия масляных радиаторов и т.п.

Полученные результаты диагностики оформляются единым отчетом технической диагностики оборудования с анализом, выводами и рекомендациями. Результаты диагностики позволяют оценить состояние  трансформатора, выявить недостатки, наметить пути их устранения. Данные диагностики могут быть использованы в дальнейшем  для контроля работы трансформатора.

Общие положения.

Комплекс методов, используемых в диагностике силовых трансформаторов, обоснован следующими нормативными документами:

1. РД 34.45-51.300-97. Объемы и нормы испытаний электрооборудования./ ЭНАС, Москва, 1988 год;

2. РД 153-34.0-46.302-00. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле./ ДСРиНТП РАО "ЕЭС России", Москва, 2000 год;

3. РД 153-34.0-20.363-99. Методика инфракрасной диагностики электрооборудования./  ДСРиНТП РАО "ЕЭС России", Москва, 1999 год.

В число методов диагностики силовых трансформаторов входят:

  • сравнительный анализ результатов хроматографического содержания газов растворенных в масле трансформатора;
  • физико-химический анализ масла;
  • хроматографический анализ фурановых производных в масле;
  • тепловизионное обследование узлов и элементов конструкций трансформатора;
  • измерение частичных разрядов;
  • измерение вибропараметров.

Применяемые измерительные приборы.

При производстве работ использовались следующие приборы и оборудование:

  • для сравнительного анализа газов, используются данные,  полученные на аппаратно-программном комплексе, включающем хроматограф  серии "Хроматэк-Кристалл";
  • для анализа фурановых производных используется хроматограф «Милихром А-02»;
  • профессиональная камера инфракрасного контроля   Thermo Tracer TH 7800 фирмы  «NEC» (тепловизор) для визуализации и дистанционного измерения температур с архивацией данных измерения;
  • для обследования бака трансформатора на наличие частичных разрядов применяется аппаратура AR700 производства ПВФ «Виброцентр», г. Пермь;
  • измерение вибропараметров осуществляется аппаратурой «Диана-2М» производства ПВФ «Виброцентр», г. Пермь.

Порядок выполнения работ.

Перед началом работ производится сбор информации по выполненным ремонтам, авариям, особенностям работы и эксплуатации трансформатора. Порядок выполнения работ следующий:

  • отбор масла из бака трансформатора;
  • тепловизионное обследование узлов трансформатора;
  • измерение частичных разрядов в нулевом проводе трансформатора;
  • измерение частичных разрядов акустическим методом;
  • измерение вибрационных характеристик;
  • анализ результатов измерений и экспертиза технического состояния;
  • оформление технического отчета.

Применяемые методы диагностических исследований силовых трансформаторов без снятия рабочего напряжения не являются единственно возможными. Методы не охватывают такие важные исследования, как диагностика вводов и регуляторов напряжения, РПН. В настоящее время ведутся работы по охвату исследованиями возможно большего числа элементов конструкции трансформаторов. Среди перспективных следует считать, например, измерения разрядов во вводах дистанционно, с использованием измерителей электромагнитного излучения. В связи с заменой существующих вводов на перспективные новые полимерные конструкции, существенно возросла их надежность. И на первый план, из не исследуемых узлов под рабочим напряжением, выходит проблема диагностики РПН.

Экспертиза.

Казалось бы, нет необходимости давать определение понятию экспертиза. Однако это не так. Программное и математическое обеспечение диагностической аппаратуры условно можно разделить на два уровня. Первым из них реализуется сам метод, например метод частичных разрядов, метод возвратного напряжения и т.д. В зависимости от степени реализации аппаратура может быть индикаторной, релейной или измерительной. Измерительная аппаратура позволяет не только измерять тот или иной параметр, но и нормировать измеряемые величины по степени опасности дефектов в объекте. Такая аппаратура стоит дорого и часто имеет уникальные технические возможности.

Второй уровень программного и математического обеспечения предназначен для анализа получаемых результатов, поэтому имеет критерии оценки, базу данных, алгоритмы анализа. Алгоритмы анализа часто многофакториальные, наукоемкие и являются результатами научных работ. Тем не менее, без участия специалистов высокого уровня такая аппаратура не способна автоматически «сделать» правильное заключение о техническом состоянии объекта. Поэтому эти специалисты называются экспертами, а выполняемая ими работа экспертизой. И таких специалистов в стране единицы.

На основании чего специалист-эксперт делает заключение.  Если это научно-обоснованные выводы, то это экспертиза высочайшего класса. Но в большинстве случаев заключение формулируется на основании большого практического опыта, эрудиции, интуиции, либо других одному ему (эксперту) известных внутренних ощущений. Таких экспертов большинство. Диагностика находится на этапе развития, но только этот вид контроля дает основание для развития математического и программного обеспечения второго уровня.

Для создания автоматизированных систем технического состояния электроэнергетики необходима база технического состояния объектов, например, силовых трансформаторов. Наличие технических отчетов только на бумажных носителях не позволяет эффективно реализовать обслуживание по техническому состоянию из-за большого объема имеющейся информации. Решение задачи, можно, рассматривать по следующим основным направлениям:

  • определение действительного технического состояния объектов силовой электроэнергетики диагностическими методами;
  • анализ и определение количества объектов подлежащих замене (или ремонту);
  • восстановление эксплуатируемого оборудования до требуемых параметров;
  • планирование развития силовой электроэнергетики и реализация этих планов.

Все виды силового электрооборудования, по времени ввода в эксплуатацию и текущему техническому состоянию можно разделить:

  • на вновь вводимое в эксплуатацию оборудование, подлежащее диагностике технического состояния и испытаниям;
  • со сроком эксплуатации меньше нормативного ресурса, где также требуется анализ технического состояния;
  • со сроком эксплуатации больше нормативного ресурса;
  • оборудование, находящееся в аварийном состоянии.

Важным моментом при налаживании системы обслуживания по техническому состоянию является создание базы данных. Наличие базы данных технического состояния объектов позволяет автоматизировать процесс технического обслуживания и иметь оперативную информацию по каждому объекту.

В настоящее время существует два основных подхода по формированию базы данных. Первый из них, наиболее распространенный в России и за рубежом, основан на создании базы типовых или наиболее встречающихся дефектов в электрооборудовании с указанием характерных для каждого случая признаков. Например,  для изоляции это могут быть графические представления разрядов и их основные характеристики (частотный спектр, амплитуда, количество за единицу времени и т.п.). Здесь же приводится информация о возможном в этом случае дефекте или дефектах (информацию получают путем препарирования места дефекта и изучения визуально или с помощью микроскопа). В последствии производится сравнение очередного дефекта с этой базой и делается соответствующий вывод.

Второй подход формирования базы данных  основан на определении закономерностей характеристик дефектов, с использованием аппарата теории вероятности и математической статистики. Получаемая в этом случае база данных содержит текущее техническое состояние объектов энергетики, с указанием степени опасности дефектов и рекомендаций по последующим действиям. Кроме этого такая база содержит критерии оценки характеристик, рекомендуемое время устранения дефектов и технологию экспертного заключения, а также необходимые затраты на устранение этих дефектов.

Из сравнения двух этих подходов очевидно, что в первом из них требуются большие материальные и временные затраты на создание базы. Кроме того, большое разнообразие возможных дефектов снижает быстродействие системы технического обслуживания, а заключение о возможной причине дефекта страдает не точностью и часто приводит к ошибкам. Однако изучение каждого дефекта дает ценную информацию по совершенствованию технологий монтажа, качеству работ технического обслуживания и в конечном итоге сокращению аварийных ситуаций.

Естественно, что второй подход по сравнению с первым подходом формирования базы данных отличается высокой наукоемкостью и требует для реализации специалистов высокого класса. Недостатком подхода является отсутствие информации о причинах дефектов. Вместе с тем, в процессе устранения дефекта ремонтный персонал имеет возможность его визуального изучения и, следовательно, получения информации о причинах его возникновения. Для исключения этих причин в каждом случае необходимо осуществление ряда организационных и технических мероприятий, что является обязательным для фирм занимающихся техническим обслуживанием и ремонтом электрооборудования. Соблюдение этого правила также в конечном итоге ведет к сокращению числа неконтролируемых аварий.

Несомненным достоинством второго подхода является значительно более высокая точность заключения о техническом состоянии объекта, а также сокращение количества возможных экспертных ошибок. Второй подход формирования базы позволяет оценить ситуацию во времени и позволяет построить систему обслуживания энергетики по техническому состоянию. Учитывая высокую наукоемкость технологии второго подхода эту работу целесообразно выполнять специализированным фирмам.

Следует отметить, что надежда фирм эксплуатирующих силовую энергетику на математическое и программное обеспечение приобретаемых приборов и оборудования в настоящее время лишена основания. Как правило, в диагностической аппаратуре производства  отечественных и зарубежных фирм хорошо реализован (не всегда) только сам метод диагностики, а программное обеспечение для анализа получаемых результатов отсутствует. Отдельные виды диагностической аппаратуры имеют в той или иной мере программное обеспечение для анализа результатов измерений, но отличаются при этом высокой стоимостью и часто субъективностью решений.