Основные повреждения силовых трансформаторов

Повреждения трансформаторов, как правило, являются следствием нарушения дей­ствующих правил эксплуатации, аварийных и нештатных режимов работы, старения изо­ляции обмоток и др. Опыт монтажа и ремонта трансформаторов показывает, что две тре­ти повреждений возникают в результате неудовлетворительного ремонта, монтажа и эксп­луатации, а одна треть — вследствие заводских дефектов. Основные повреждения падают на обмотки, отводы, вводы и переключающие устройства.

Серьезные неисправности трансформаторов возникают при повреждении магнито­провода (рис. 4.1), вследствие нарушения изоляции между отдельными листами электротех­нической стали и стягивающими их болтами. В стыковых магнитопроводах причиной аварии бывает нарушение изоляции в стыках между ярмами 6; 8 и стержнями 1. Местные нагревы стали магнитопровода возникают в результате разрушения или износа изоляции стяжных шпи­лек 4, повреждения межлистовой изоляции и плохого электрического контакта.

Частота и серьезность повреждений сердечника трансформатора зависят от качества изо­ляции стальных пластин. При повреждении межлистовой изоляции и, как следствие, объедине­нии вихревых токов могут выгореть пластины электротехнической стали. Это явление называют «пожар стали»; дефект устраняется за­меной выгоревших пластин. Изоля-

цию листов лучше всего производить маслостойкими изоляционными лаками (на­пример, № 202,302). Лаковая пленка об­ладает высокой механической прочно­стью, нагревостойкостью и значитель­ным электрическим сопротивлением. Повреждение или разрушение изоляции изоляционных трубок стяжных шпилек требует их замены бакелитовыми или бумажно-бакелитовыми трубками.

Рис. 4.1. Схематическое изображение магнитопровода: 1 — стержень; 2 — вертикальная стяжная шпилька; 3 — места прессующих шпилек стержня; 4—стяжная шпилька; 5 — вер­хняя ярмовая балка; 6— верхнее ярмо; 7— нижняя ярмовая балка; 8 — нижнее ярмо

Обрывы заземления магнито­провода приводят к его поврежде­нию, поэтому все металлические час­ти, кроме стяжных шпилек, должны быть заземлены. Способы заземления зависят от конструкции сердечника.

Обмотки — наиболее уязвимая часть трансформато­ра, повреждение их изоляции создает опасность КЗ. Весьма зна­чительно снижают электрическую прочность изоляции хими­ческие процессы, происходящие в трансформаторе из-за нали­чия в ней посторонних примесей: влаги (недостаточная сушка обмоток после ремонта, увлажнение охлаждающего масла); ос­татка растворителя пропиточного лака; воздуха или газов, ос­тавшихся в изоляции после заливки бака маслом; посторонних механических примесей и твердых частиц.

При повышенном нагреве внутренних частей трансфор- Рис. 4.2. Графики переходных
матора химические процессы становятся более интенсивны- процессов при КЗ

ми и их отрицательное воздействие на изоляцию резко воз-

растает.

Наиболее часто встречаются следующие повреждения: короткое замыкание между вит­ками, а также обмотки на корпус; межсекционные пробои; обрыв цепи; электродинамичес­кие разрушения.

При внезапном коротком замыкании на зажимах вторичной обмотки в трансформато­ре возникает переходный процесс, сопровождаемый возникновением большого мгновенно­го тока КЗ (i_к). Этот ток можно рассматривать как результирующий двух токов: устано­вившегося i_к.уст и тока переходного процесса i_к.пер, постоянного по направлению, но убы­вающего по экспоненциальному закону.

i_к = i_к.уст + i_к.пер

Наиболее неблагоприятные условия КЗ могут быть в момент, когда мгновенное зна­чение первичного напряжения равно нулю (и₁= 0). На рис. 4.2 построена кривая тока i_к для этого условия. Ток внезапного к.з. (ударный ток) может достигать двойного значения уста­новившегося тока КЗ (i_к.уст) и в 20—40 раз превышать номинальное значение тока.

Переходный процесс при внезапном к.з. у трансформаторов малой мощности длится не более одного периода, а у трансформаторов большой мощности — 6-7 периодов. Затем трансформатор переходит в режим установившегося к.з., при этом в обмотках протекают токи i_к.уст, значение которых хотя и меньше тока i_к при переходном процессе, но все же во много раз превышают номинальное значение. Несмотря на кратковременность процесса КЗ, он представляет собой значительную опасность для обмоток трансформатора: во-пер­вых, чрезмерно большой ток КЗ i_к резко повышает температуру обмоток, что может повре­дить их изоляцию; во-вторых, резко увеличиваются электромагнитные силы в них.

Значение удельной электромагнитной силы, действующей на витки обмоток, опреде­ляют произведением магнитной индукции поля рассеяния В_d на ток / в витке обмотки:

F= В_d i,

гдеF—удельная электромагнитная сила, Н/м. С увеличением силы тока растет также и индукция поля рассеяния, поэтому сила F растет пропорци­онально квадрату тока (F º i²). Так, если ток в витке i = 100 А и индукция В_d = 0,1 Тл, то F = 0,1 х 100 = 10 Н/м. Такая сила не вызывает заметных деформаций витков обмотки. Но, если при внезапном КЗ бросок тока i_к может достигать значения, превышающего номинальный ток в 30 раз, в этом случае электромагнитная сила возрастет в 900 раз и станет равной 9000 Н/м. Такая сила может вызвать значительные механические разру­шения в трансформаторе.

То же самое происходит и при толчковых нагрузках. Если они повторяются достаточно часто, то электродинамические усилия, деформируя обмотку изнутри, ослабляют ее и после нескольких та­ких нагрузок обмотка разрывается (рис. 4.3). Особенно часто это происходит у трансформаторов, имеющих большой срок службы.

Наиболее частое повреждение обмоток силовых трансформаторов — это отгорание их соединений с вводом. В основном этот дефект возникает при некачественной эксплуата­ции силового трансформатора. В процессе эксплуатации из-за вибрации сердечника проис­ходит ослабление или обрыв контактов между вводами и обмоткой. Дефект устраняется только при капитальном ремонте трансформатора, следовательно, в этом случае необходи­ма замена силового трансформатора.

Основные неисправности вводов трансформаторов — трещины, сколы и разрушения изоляторов в результате атмосферных перенапряжений, наброса металличес­ких предметов или попадания животных на трансформатор, что приводит к межфазному КЗ на вводах, а также загрязнение изоляторов, некачественная армировка и уплотнение, срыв резьбы их стержней при неправильном навинчивании и затягивании гайки. Наиболее харак­терные повреждения вводов — течь масла между фланцем ввода с резиновой прокладкой и крышкой, в армировке или в местах выхода стержня. Повреждение вводов, как правило, сопровождается пожарами трансформаторов, приносящими значительный ущерб.

Повреждения вводов 110 кВ и выше связаны в основном с увлажнением бумажной осно­вы. Попадание влаги внутрь вводов возможно при некачественном выполнении уплотнений, при доливке вводов трансформаторным маслом с пониженной диэлектрической прочностью.

Характерной причиной повреждения фарфоровых вводов является нагрев контактов в резь­бовых соединениях составных токоведущих шпилек или в месте присоединения наружных шин.

Сравнительно распространенными случаями повреждения бака, вызывающими его течь, являются нарушения сварных швов и недостаточная плотность прокладки между баком и крышкой. Основная причина повреждения расширителя, выхлопной трубы и крышки с внут­ренней стороны — это ржавчина, которая образуется в основном из-за конденсата.

Повреждения переключателей напряжения. Переключатели ТПСУ-9-120/11 и ТПСУ-9-120/12, применяются в трансформаторах на­пряжением до 10 кВ и мощностью до 1000 кВ • А включительно; пере­ключатели устанавливают под крышкой трансформатора (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Переключатель ТПСУ-9-120/11: 1 — колпак переключателя; 2 — алюминевая крышка сальника; 3—бумажно- ба­келитовый цилиндр; 4—бу­мажно- бакелитовые втулки; 5—гетинаксовый диск; 6-латунные никелированные цилиндрические контактные стержни; 7 — сегментные латунные контакты

Частыми повреждениями переключателей являются оплавления и подгорания контактных поверхностей, вызываемые термическим действием токов КЗ, а также недостаточным давлением (нажатием) сегментных латунных контактов 7 на цилиндрические неподвиж­ные били неполным их соприкосновением между собой. При значи­тельных оплавлениях и полном выгорании контактов переключатель заменяют новым. Исправная пружина для переключателей ТПСУ, ПТО должна обеспечивать усилие контактов в рабочем положении, равное 50—60 Н; ее исправность проверяют путем переключения по всем ступеням. При этом каждое положение переключателя должно четко фиксироваться и сопровождаться щелчком. При осмотре пере­ключателя его следует очистить, закрепить и подтянуть контакты. Иногда контактная поверхность переключателей покрывается очень стойкой, твердой и тонкой пленкой — продуктом старения масла.

Дефектировка трансформатора — комплекс работ по выявлению характера и степени повреждения его отдельных час­тей — наиболее ответственный этап ремонта, поскольку при этом определяются действительный характер и размеры повреждений, а также объем предстоящего ремонта и потребность в ремонтных материалах и оснастке. Работник, производящий дефектировку, должен хорошо знать не только признаки и причины неисправнос­ти, но и способы их безошибочного выявления и устранения.

Повреждение внешних деталей трансформатора (расширите­ля, бака, арматуры, наружной части вводов, пробивного предохра-

нителя) можно выявить тщательными осмотрами, а внутренних деталей — различными испытаниями. Однако результаты испытаний не всегда позволяют точно установить дей­ствительный характер повреждений, поскольку любое отклонение от нормы, выявленное в результате испытаний (например, повышенный ток холостого хода), может быть вызвано различными причинами, в том числе витковым замыканием в обмотке, наличием замкнуто­го контура тока через стяжные болты и прессующие детали, неправильным включением параллельных обмоток и др. Поэтому в процессе дефектировки, как правило, разбирают трансформатор и при необходимости поднимают активную часть, что позволяет не только точно установить причины, характер и масштабы повреждений, но и определить требуемые для ремонта трансформатора материалы, инструменты и приспособления, а также время.