Источники влаги в бумажно-масляной изоляции силовых трансформаторов

В таблице 4.1 представлено изменение электрической прочности при различном содержании механических примесей. Таблица 4.1. Содержание механическихпримесей, г/т Электрическая прочность, кВ при влагосодержании, г/т2040600,5 50806075406020В работе [8] представлена классификация величины влагосодержания в изоляции по степени опасности повышения влагосодержания масла при нагревании трансформатора и последующего его охлаждения, когда относительная влажность масла значительно увеличивается или в предельном случае даже достигает 100%, т. е. насыщения (рисунок 4.1).Рисунок 4.1 – Классы влагосодержания изоляции трансформаторов5. Влияние влаги на механическую прочность и скорость температурного старенияВлага оказывает влияние на механическую прочность обмоток трансформатора. Непосредственно, параметр прочности напрямую связан со стабильностьюразмеров обмоток и усилий запрессовки в ходе эксплуатации. Изменение взаимного расположения центров обмоток из-за вариации размеров изоляции, например, толщины прокладок и других участков изоляции и, как следствие, искажения поля рассеяния, приводит к изменению электродинамической силы, которая воздействует на обмотки.С другой стороны, недостаточный уровень давления во время прессовки, может привести к уменьшению механической прочности обмоток. Линейная усадка картона и бумаги при снижении влагосодержания на 1 % составляет примерно 0,5—0,8%. Очень важно то, что обмотки достигают стабильных форм, и их изоляция имеет динамические модули эластичности, которые предварительно установлены для окончания заводской технологической обработки. Такая обработка является условием удовлетворительной прочности по отношению к усилиям короткого замыкания в трансформаторе при эксплуатации.Поэтому обработка обмотки состоит из ряда процессов, включая сушку под давлением. Эти операции завершаются перед окончательной сушкой, обычно перед насадкой обмоток на магнитопровод. Опыт показывает, что остаточная влажность, которая может быть после этой операции не должна быть более 1 %.Перед сборкой трансформатора изоляция должна быть высушена и ее высота должна быть стабилизирована сушкой и давлением, значение которого желательно должно быть равно или несколько больше того, которому обмотка будет подвергаться в эксплуатации.Несмотря на меры, принятые для устранения или замедления абсорбции влаги изоляцией, во время сборки трудно избежать повышения влаги в ней к моменту начала окончательной сушки. Однако, к тому, что уже было достигнуто в отношении механических свойств, эта операция ничего не добавляет. Все же необходимо вновь сжать обмотку перед окончательной пропиткой маслом. Для этого кроме высокой температуры и вакуума требуется время, особенно для деталей большой толщины.Отметим, что пропитка изоляции маслом значительно замедляет ее увлажнение.Значение влагосодержания оказывает влияние на механическую прочность косвенным образом, значительно ускоряя температурное старение.6 Определение влаги в изоляции путем измерения частотной зависимости tg дельтаОдним из важных этапов диагностики трансформатора является его проверка на влажность изоляции. Рассмотрим один из современных методов, представленный фирмой АББ, который основан на измерении тангенса угла диэлектрических потерь в широком частотном диапазоне (рис.6.1) [9]. Рис. 6.1. Схема измерения тангенса угла диэлектрических потерь от частоты для трансформатора с двумя обмоткамиВ настоящее время данный метод получил широкое распространение и используется для оценки состояния уровня влаги в бумажно-масляной изоляции. Основные задачи метода заключаются в измерении:–влажности целлюлозы;– проводимости масла.Согласно исследованиям фирмы АББ данный метод наиболее ярко проявил себяв ходе определения степени увлажнения в рамках комплексного диагностического обследования (рис. 6.2, 6.3). Рис.6.2. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты для трансформатора с содержанием влага в целлюлозной изоляции 1,2 % Рис. 6.3. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты для трансформатора с содержанием влага в целлюлозной изоляции 2,9 %Согласно [9] метод частотного анализа (FRA – FrequencyResponseAnalysis) представляет собой один из самых чувствительных методов диагностики механического состояния обмоток трансформаторов.Основная идея метода частотного анализа состоит в том, что от основной сигнал, представленный в виде импульса или синусоиды, подается от специального генератора на вход обмотки. Реакция на подающее воздействие снимается с выходов других обмоток (рис. 6.4). Рис. 6.4. Принцип измерения характеристик обмоток по методу частотного анализаПод воздействием деформаций или распрессовки варьируются размеры обмоток. В результате, изменяются величины емкостей и индуктивностей. Как итог, обмотки по-другому реагируют на зондирующий сигнал. Величина и характер деформация находятся под влиянием изменения частотного спектра отклика.За счет того, что малейшие изменения положения элементов обмотки вызывают вариацию соответствующих емкостей и индуктивностей и соответственно к изменению собственных частот колебаний обмотки, то метод имеет высокую степень чувствительности. Диапазоны спектра частот зависят от различных видов деформаций. Отклики обмоток могут быть проанализированы тремя способами, представленными на рисунке 6.5.Рис. 6.5. Способы анализов откликов обмоток.Реализовать данный способ можно с помощью импульсов или частоты. Частотный подход имеет в качестве источника подаваемых сигналов При реализации данного метода могут быть использованы два подхода - генератор синусоидального напряжения, частота которого меняется от нескольких герц до нескольких мегагерц.Анализ проводится с помощью двухканального АЦП. Первый канал необходимо для записи подаваемого сигнала, второй канал записывает реакцию на выход обмотки. Для дальнейшего анализа необходимо рассчитать отношение выходного сигнала ко входному, т.е. получим некоторую передаточную функцию. Один из выводов обмотки соединяют с помощью экранированных коаксиальных кабелей с выходом изменяющегося по частоте синусоидального сигнала и одним входом анализатора. Другой конец обмотки (например, нейтраль) включается во второй вход анализатора с помощью трансформатора тока. Частота отклика обмотки зависит от соотношений величин входа и выхода, т.е. она определяется величиной полной проводимости обмотки и может быть оценена благодаря амплитуды и фазы для различных диапазонов частот.На рисунке 6.6. представлен пример частотного спектра обмоток высокого напряжения (ВН) трансформатора мощностью 25 МВА. Частота измерения не превышала 2 МГц. Рис. 6.6. Амплитуда и фаза частотного спектра ВН обмоток 25 МВА трансформатораВо всем диапазоне частот параметры обмоток фаз А и С практически равны. Фаза В совпадает с ними, отсчитываясь от частоты в 1 кГц.Оценить данный спектр можно с помощью первого из трёх методов, представленных на рисунке 6.5.Для представления второго метода произведем сравнения откликов обмоток в ходе которого проанализируем результаты измерений на однотипных трансформаторах (рисунок 6.7). Третий метод позволяет проводить сравнение нынешних результатов и предыдущих измерений (рисунок 6.8).Рис. 6.7.Амплитуды частотных спектров двух трехобмоточных трансформаторов (160 MBА).  Рис. 6.8. Сравнение амплитуд частотных спектров при измерениях на заводе и на месте установки после транспортировки. Мощность трансформаторов 160 МВА.Влияние различных параметров должно быть учтено при проведении анализа результатов измерений частотного спектра. Среди подобных параметров можно выделить влияние следующих элементов:– заземления кабелей. Влияние данного параметра очевидно при высоких частотах;– наличия масла. В ряде случаев испытания проводится без масла.Оценим влияние второго фактора (масла) на частотный спектр сигнала. Для этого возьмем трансформатор, мощность 50 МВА и будет проводить измерения в спектре частот, не превышающем 1 МГц. Из рисунка 6.9 следует, что во всем диапазоне частот наблюдается различие результатов, что вызвано вариацией величин емкости. Данный опыт доказывает и высокую чувствительность метода. Рис. 6.9. Амплитуда частотного спектра НН обмоток 50 МВА трансформатора с маслом и без масла в бакеВ ходе выполнения диагностики механического состояния обмоток с помощью частотного анализа используют комплексный подход, который позволит получить оценку состояния трансформатора. Необходимо провести опыт короткого замыкания, который бы позволил найти некоторые виды дефектов. Кроме того, будет получен и анализ результатов стандартных измерений, в частности измерение сопротивлений обмоток.ЗаключениеОсновным источником влаги в бумажно-масляной изоляции трансформатора является влажность. Ухудшить изоляцию в процессе работы трансформатора может увлажнение. Влажность проявляется в трансформаторе через атмосферную влагу, которая попадает в него с помощью градиента давления. Наиболее распространенное место попадания влаги – ослабленные уплотнения. Вторым фактором образования влаги является старая изоляция. Особенно влажность возрастает, если трансформатор со старой изоляцией работает при повышенных температурах, либо сама изоляция существенно изношена.Основное месторасположение влаги – барьерная изоляция. Данное место обусловлено медленным процессом обмена влаги в изоляции. Влага в изоляции распределяется неравномерно. Наибольший уровень влаги в электрокартонных барьерах. Витковая изоляция содержит значительно меньшее количество влаги. В ходе всего временного промежутка работы трансформатора влага неравномерно распределен в изоляции. Процесс старения также приводит к неравномерному распределению влаги. Отметим, что влага перемещается участков с наибольшим износом в зоны с низшими значениями температуры.В настоящее время ведется создание современных способов диагностики содержания влаги в трансформаторе, которые бы позволили выявить дефекты и повреждения, ценить функциональную исправности оборудования, определить возможность продления срока эксплуатации трансформаторов. Список использованных источников1. Система мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторовот 18.04.2012 № 140. – 19 с. 2. Алексеев, Б.А. Диагностика крупных силовых трансформаторов / Алексеев Б.А. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2012. 3. Алексеев Б.А. Системы непрерывного контроля состояния крупных силовых трансформаторов. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2013. 4. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов: учеб. пособие для вузов/ Г.Ф. Быстрицкий, Б.И. Кудрин. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. 5. Козлов, Д.Е. Диагностика изоляции на основе спектроскопии диэлектрических характеристик / Д.Е. Козлов // Энергетик. - 2010. № 11. – С. 43. 6. Лоханин, А.К. Обеспечение работоспособности маслонаполненного высоковольтного оборудования после расчетного срока службы / А.К. Лоханин, В.В. Соколов // Электро. – 2012. - № 1. – С. 10 – 12. 7. http://leg.co.ua/transformatory/praktika/vlagosoderzhanie-izolyacii-transformatora-pri-ego-ekspluatacii.html8. http://www.transform.ru/sst/$books/b000009.htm9. http://forca.ru/stati/podstancii/sovremennye-metody-diagnostiki-silovyh-transformatorov.html