§3.2. Профилактика изоляции силовых трансформаторов

Для контроля технологического режима обработки изоляции (в ходе сушки, пропитки), проверки состояния изоляции трансформатора перед включением и для профилактических испытаний изоляции в эксплуатации применяются следующие измерения характеристик изоляции:

а) измерение сопротивления изоляции R₆₀;

б) измерение угла диэлектрических потерь tg ;

в) измерение отношения или приращения емкости при низкой и высокой частотах C₂/C₅₀ или C/C_;

г) измерение отношения емкости при высокой и низкой температуре с_гор/с_хол;

д) химический анализ масла из бака.

В трансформаторах с их сложной изоляцией часто прибегают к измерениям характеристик изоляции по зонам. Обычно измерения проводятся для трех зон: ВН — земля, ВН — НН и НН — земля. В первом случае обмотка НН подключается к экрану измерительного прибора и тем самым из измерения исключаются зоны ВН — НН и НН — земля. Аналогично проводятся измерения для третьего случая. Во втором случае рабочие выводы измерительного прибора подключаются к обмоткам ВН и НН, а экран заземляется. Для возможности выполнения таких зонных измерений все измерительные приборы (мегаомметры, мосты для измерения tg  и С, приборы контроля влажности и др.) снабжаются экранами.

Характеристики изоляции служат обычно индикатором увлажнения изоляции и выпадения шлама на изоляции. Так как наличие шлама можно более точно установить по физико-химическому анализу масла, то измерение характеристик изоляции служит в основном для определения степени увлажнения изоляции. В этом отношении характеристики tg , C₂/C₅₀, С_гор/С_хол равноценны, и их совместное измерение служит только для более уверенного заключения о результатах испытания. Поэтому часто довольствуются одной характеристикой, например C₂/C₅₀, которая проще всего измеряется.

Разряд во внутренней изоляции трансформатора имеет преимущественно ионизационную форму. Поэтому выявление частичных разрядов может служить хорошим индикатором возникновения и развития разряда, приводящего с течением времени к пробою изоляции трансформатора. Трансформатор возбуждается рабочим или повышенным напряжением со стороны обмотки НН. На выводе обмотки ВН через разделительный конденсатор С, свободно пропускающий колебания высокой частоты, подключается индикатор частичных разрядов.

Измерения частичных разрядов могут вестись в эксплуатационных условиях. Внедрение таких измерений в программу профилактических испытаний целесообразно в первую очередь для мощных трансформаторов со сниженными уровнями изоляции.

Одним из наиболее перспективных направлений в исследовании повреждений работающих трансформаторов является периодический анализ содержания растворенных в масле газов, определяемых хроматографическим методом.

Процессы термического разложения изоляции и ее разрушения электрическими разрядами приводят к выделению газов, растворяющихся в масле. Каждому виду дефекта соответствует характерный набор газов. В табл. 4.1. приведен состав газов, растворенных в масле, характерный для различных дефектов трансформаторов.

Таблица 4.1.

Состав газов, характерный для различных дефектов

Газ	Н2	СН4	С2Н6	С2Н4	С2Н2	С3Н8	С3Н6
Электрические разряды: дуговые искровые частичные	а а а	б в в	г г г	б в г	а а в (д)	г - -	в г -
Местный нагрев: до 300 С до 1000 С св. 1000 С	г г в	в в б	а г г	в а а	- г в	б г г	г б в

Обозначения: а – основной газ для данного дефекта; б,в – характерный газ соответственно при высоком содержании или малом содержании; г - нехарактерный газ; д – газ при высокой плотности выделяемой энергии.

Кроме указанных газов в масле может содержаться кислород (воздух), наличие которого свидетельствует о нарушении герметичности трансформаторов. Растворенная вода, особенно в комбинации с полярными продуктами старения масла и кислотами, существенно влияет на диэлектрические характеристики жидких и твердых изоляционных материалов. Непрерывный контроль влагосодержания масла на протяжении длительного периода времени и принятие соответствующих мер при внезапном росте или недопустимо высоком влагосодержании поможет продлить жизнь маслонаполненного оборудования, сохранить его высокие технические характеристики и эксплуатационную надежность.

В настоящее время выпускается большой спектр хроматографических установок, позволяющих проводить анализ содержания воды и растворенных газов.

Отечественные установки, содержащие хроматограф, пробоотборники, программное обеспечение результатов анализа и различное вспомогательное оборудование, разработаны во ВНИИЭ (НПФ «Электра»). Эти установки позволяют обнаруживать вредные компоненты при следующей нижней концентрации: вода - 2,0 г/т, воздух - 0,03 %, водород - 0,0005 %, метан, этан, этилен - 0,0001 %, ацетилен - 0,00005 %, оксид и диоксид углерода - 0,002 %.

В ВЭИ была создана и внедрена дистанционная система диагностики ССГ-1, предназначенная для работы в составе АСУТП непрерывного контроля и прогнозирования состояния трансформаторов. Шкаф ССГ-1 устанавливается у трансформатора и подключается к его заземленной системе охлаждения в двух точках с разным давлением масла, чтобы обеспечить его естественную циркуляцию через установку.

За рубежом получили распространение установки непрерывного действия HYDRAN фирмы «Syprotec Corp» (США) различных модификаций, которые также подключаются непосредственно к трансформатору. Они измеряют суммарную концентрацию горючих газов и пересчитывают ее в водородный эквивалент.

Регулярный контроль газов на месте установки трансформатора можно осуществлять с помощью прибора TFGA-P200, применение которого позволяет снизить эксплуатационные расходы и уменьшить количество анализов в лаборатории. Прибор TFGA-P200 - это высокоскоростной газовый микрохроматограф, оптимизированный для измерения семи наиболее важных дефектных газов: водорода, метана, оксида углерода, диоксида углерода, этилена, этана и ацетилена.

Кроме того, разработаны и применяются и другие установки для хроматографического контроля силовых трансформаторов.

Сушка изоляции трансформаторов. Волокнистая изоляция трансформаторов при соприкосновении с атмосферным воздухом или увлажненным маслом впитывает в себя влагу, в результате чего ее электрическая прочность резко снижается и изоляция быстро стареет. Поэтому сушка является важнейшей технологической операцией при производстве и монтаже силовых трансформаторов.

Сушка трансформаторов в заводских условиях проводится в вакуум-сушильных шкафах с паровым или электрическим обогревом и теплоизоляцией. Для ускорения сушки применяется температура 100— 110°С, максимально допустимая для волокнистой изоляции трансформатора. Обычно сушка проводится при давлении около 70 мм рт. ст. Дальнейшее снижение давления еще более повышает эффективность сушки, однако требует усиления механической прочности шкафов. Процесс сушки продолжается несколько часов.

Для сокращения времени сушки применяется принудительная циркуляция воздуха по замкнутому циклу с промежуточным осушением воздуха. Весьма эффективен также прогрев обмотки током.

В эксплуатационных условиях сушка изоляции производится в собственном баке с нагревом от паровых обогревателей, воздуходувок или токами нулевой последовательности, пропускаемыми через обмотки.

Контроль процесса сушки производится измерением характеристик изоляции (R₆₀, tg , C/C_). Признаком конца сушки является стабилизация величины tg  и снижение C/C_ до значения около 10%.