Результаты применения ПАИ

Послеаварийное вскрытие
трансформаторов: идентификация
дефектов и прогнозирование
отказов.
нач. службы ЭМД Новосибирской СПБ
ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС», к.т.н.
С.В.Живодерников
Пермь, 26.02.15
Введение
• Ожидаемый срок службы трансформатора 25-30 лет.
Почему же немалое число трансформаторов живут и
50 и даже 60 лет без каких-либо серьёзных симптомов
старения?
• Реальные воздействия существенно меньше
расчетных?
• Или процесс деградации идет, но диагностика
неэффективна к определению некоторых форм
теплового старения целлюлозной изоляции?
2
Введение
• Понимать реальное состояние оборудования очень
важно для безаварийной эксплуатации
• Фактическая информация о реальных изменениях в
трансформаторе может быть получена только путем
прямого изучения состояния состаренных материалов
• Аварийное оборудование может стать хорошим учебнометодическим пособием, которое позволило бы
предотвратить отказы на однотипных
трансформаторах, предлагая эффективную
стратегическую программу для оценки срока службы и
его продления.
3
Что получим в результате
• Понимание конструкции трансформатора позволяет в
случае необходимости внести в неё корректировки
• Определение слабых мест, вероятной модели дефекта
и его диагностики. Понимание типа дефекта,
приведшего к отказу
• Превентивная диагностика на аналогичных
трансформаторах
• Понимание источников газовыделения и быстрого
износа масла
• Определение источников загрязнение изоляции и типа
старения
4
Анализ конструкции трансформатора – «design review»
Идентификация конструкции:
- базовая модель трансформатора;
- конструкция сердечника и регулировка магнитных
потоков;
- структура главной изоляции;
- система охлаждения;
- конструкция обмоток.
5
Магнитная система трансформатора
бак
РПН
6
Главная изоляция
Э
Э
2
3
16
0
7
Конструкция обмоток
•
•
•
•
► Тип обмоток
► Число витков
► Число секций/слоев
► Тип проводников
переплетённые
бак
дисковые
Односл.спираль
РПН
Диск.спираль
8
Необходимые входные данные
Информация для послеаварийной инспекции для
определения диэлектрических, механических и
термических характеристик трансформатора:
•
•
•
•
•
напряжение между витками и секциями
толщина витковой изоляции
размеры масляного клина
тип главной изоляции
распределение поля (емкостные и электростатические
экраны)
9
Необходимые входные данные
Оценка диэлектрической прочности и чувствительности к
старению:
• Координация изоляции
• Распределение напряжения испытательного импульса
по изоляции
• Анализ электрического поля при всех режимах
• Расчет безопасных расстояний
• Оценка чувствительности к загрязнению
• Возможность применения диагностики
10
Конструкция обмоток: входные данные
Данные для оценки мех. прочности:
• Максимальная плотность тока, A/mm2;
• Текучесть проводника
• Средний диаметр
• Число распорок
11
Конструкция обмоток: входные данные
Данные для оценки стойкости к КЗ:
• Электродинамическая стойкость обмоток при действии
радиальных электромагнитных сил
• Изгиб проводников при воздействии осевых и
радиальных электромагнитных сил
• Критические опрокидывающие силы обмоток
• Фактор жесткости обмоток при осевых деформациях
• Электродинамическая стойкость обмоток при осевых
колебаниях, вызванных действием осевых
электромагнитных сил
12
Конструкция обмоток: входные данные
Данные для оценки термических характеристик:
• Максимальная плотность тока, A/mm2;
• толщина витковой изоляции;
• ширина распорок
• количество распорок (открытая поверхность
охлаждения)
• радиальный канал для охлаждения
• направленный поток масла - количество радиальных
проходов
13
Конструкция обмоток: плохое охлаждение маслом
Возможно раннее старение
14
Конструкция обмоток: плохое охлаждение маслом
Влияние изоляционных
компонентов на поток масла
- возможно раннее старение
15
Конструкция обмоток: нагрев проводников
Превышение температуры
проводника над маслом >
70C - возможно раннее
старение
16
ПРИМЕРЫ УСТАНОВЛЕНИЯ ПРИЧИН ОТКАЗОВ
И МОДЕЛЕЙ ДЕФЕКТОВ НА ОСНОВЕ
ПОСЛЕАВАРИЙНОЙ ИНСПЕКЦИИ И АНАЛИЗА
КОНСТРУКЦИИ
17
Результаты применения ПАИ
АТ 800 МВА, 400/275/22 кВ, РПН на ВН – 15% 12 ступ. по
1,25%, охл М/НДЦ – отказ после 24 лет экспл.
Отклонений при диагностике не было.
Результаты применения ПАИ
АТ 800 МВА, 400/275/22 кВ, РПН на ВН – 15% 12 ступ. по
1,25%, охл М/НДЦ – отказ после 24 лет экспл.
Отклонений при диагностике не было.
Результаты применения ПАИ
АТ 800 МВА, 400/275/22 кВ, РПН на ВН – 15% 12 ступ. по
1,25%, охл М/НДЦ – отказ после 24 лет экспл.
Отклонений при диагностике не было.
Результаты применения ПАИ
Модель отказа
При ПАИ обнаружено перекрытие
между 7 и 8 отводами.
Следы перегрева.
На проводниках гл.изоляции
следы изгиба.
Анализ переходных процессов
показал: при импульсном
воздействии со стороны 275 кВ
между 7-8 проводниками может
индуцироваться напряжение,
которые в 20 раз превышают
номинальное.
21
Результаты применения ПАИ
Почему произошел пробой
изоляции?
Mакс.напряженность
11 кВ/мм
22
Результаты применения ПАИ
Что послужило причиной локального ухудшения изоляции?
23
Результаты применения ПАИ
Что послужило причиной деформации?
Расст.
TW
RW
Common
Series
axial
radial
0.2
0.5
0.65
1.5
0.46
0.98
0.75
-
24
Результаты применения ПАИ
ПАИ позволяет выявить источники газовыделения и
причины быстрого ухудшения свойств масла
Сердечник как причина
газовыделения
25
Результаты применения ПАИ
Сердечник как причина
газовыделения –
результат
перевозбуждения
26
Результаты применения ПАИ
АОДЦТН-267000/500/220/10 кВ, началось газовыделение после 2-х лет
экспл. С2Н4 – 200-300 ppm. Вскрытие в 2013 г.
27
Результаты применения ПАИ
Изоляция сердечника - причина
появления фуранов
28
Результаты применения ПАИ
ПАИ позволяет определить распределение состояния
изоляции по всем обмоткам «aging profile» и
спрогнозировать срок службы.
После 40 лет эксплуатации изоляция может существенно
деградировать.
29
Результаты применения ПАИ
Распределение СП по изоляции обмоток АТ 600 МВА, 380/220 кВ, охл ДЦ
после 42 лет экспл.
1200
DP
1000
800
600
400
низ
Tertiary
200
середина
НН
ВН
верх
0
Зоны с низкой СП расположены в «горячей области». Это
составляет всего 3% изоляции.
30
Результаты применения ПАИ
Распределение СП по изоляции обмоток блочник 700 МВА, после 20 лет
экспл.
Определяющая роль жизни
всего трансформатора, хотя в
«горячей области» всего 2%
изоляции.
HV1 Top
Paper Press
board
486
1004
Bottom 640
Top
300
990
990
LV1 Bottom
LV2 Top
Bottom 526
515
31
Результаты применения ПАИ
32
Заключение
1. Послеаварийное обследование – необходимая
процедура, которая в сопровождении с анализом
конструкции
позволяет
понять
реальные
причины отказа, слабые места конструкции и
изменение свойств изоляционных материалов в
течение срока службы.
2. Рабочий трансформатор может иметь скрытые
дефекты, которые не являются очевидными из
внешних тестов, но могут быть определены
прямыми измерениями после вскрытия.
3. Послеаварийное
обследование
позволяет
предвидеть и управлять будущим однотипных
трансформаторов.
33