В качестве внешнего соединительного узла трансформатора, изолятор выполняет электрическую функцию вывода высоковольтных проводов, принимая на себя токонесущую способность, механическую поддержку и герметизацию бака. Выход изолятора из строя с высокой вероятностью может привести к незапланированным отключениям трансформатора и даже авариям в энергосистеме. Изучение характера неисправностей изоляторов и внедрение эффективного контроля дефектов является первостепенной задачей для эксплуатации и технического обслуживания энергетического оборудования.
1. Функции и основные типы трансформаторных втулок
Втулки установлены на верхней части бака трансформатора . Их основная функция заключается в выводе внутренних высоковольтных обмоток из бака и установлении электрического соединения с внешней электросетью.
В рабочих условиях изоляторы должны выдерживать номинальное системное напряжение и непрерывно пропускать ток нагрузки. Механически они поддерживают электрические провода и противостоят ветровым нагрузкам и растягивающим усилиям от шин. Кроме того, они герметизируют отверстия бака, предотвращая утечку трансформаторного масла и препятствуя проникновению влаги из окружающей среды внутрь бака.
Классификация по уровню напряжения и структуре изоляции: изоляторы конденсаторного типа широко используются в системах с напряжением 110 кВ и выше. Они оптимизируют распределение внутреннего электрического поля за счет емкостного деления напряжения и снижают локальную напряженность поля. Для применений со средним и низким напряжением обычно используются обычные фарфоровые изоляторы и изоляторы, погруженные в масло. Изоляторы с композитной изоляцией и силиконовыми резиновыми накладками обладают превосходными характеристиками защиты от перекрытия при загрязнении и широко применяются в сложных условиях, таких как открытые площадки и сильно загрязненные промышленные предприятия.
2. Типичные виды неисправностей на месте и анализ первопричин.
2.1 Аномально высокая рабочая температура
Повышение температуры — это скрытый дефект, который легко упустить из виду. Нагрев может быть вызван двумя причинами: нагрев в цепях, по которым протекает ток, и нагрев в диэлектриках изоляции.
Нагрев в цепях с протекающим током возникает из-за чрезмерного контактного сопротивления. Незакрепленные клеммы, неправильная обжимка выводов, гальваническая коррозия, вызванная прямым контактом меди с алюминием без переходных соединителей, а также окислительная коррозия на сопрягаемых контактных поверхностях — все это увеличивает контактное сопротивление и генерирует значительное количество тепла при протекании тока. Это создает порочный круг: более высокая температура ускоряет окисление и коррозию, еще больше увеличивая контактное сопротивление и усугубляя перегрев.
Диэлектрический нагрев возникает из-за деградации изоляционной системы. Перегрев происходит, когда емкостные сердечники поглощают влагу, внутреннее изоляционное масло разрушается, фарфоровые корпуса трескаются и пропускают воду, или искажение электрического поля приводит к чрезмерной локальной напряженности поля, вызывая значительный рост диэлектрических потерь. Кроме того, сильное загрязнение, накапливающееся на внешних оболочках, увеличивает ток утечки и вызывает локальный перегрев.
2.2 Выход из строя уплотнения и утечка масла
Утечка масла — наиболее часто встречающаяся дефектная деталь на месторождении. Ниже перечислены три основные причины :
– Уплотнительные резиновые компоненты стареют, затвердевают и теряют эластичность после длительного воздействия высоких температур и погружения в трансформаторное масло.
– Неправильная установка на месте: неровные поверхности сопрягаемых фланцев, несоответствие моменту затяжки болтов или последовательности затяжки, а также смещение или деформация прокладок.
– Производственные дефекты: некачественная сварка фланцев и песчаные отверстия на фарфоровых деталях.
Утечка масла напрямую снижает внутренний уровень масла во втулке и ухудшает изоляционные свойства. Пролитое масло загрязняет внешние изоляционные поверхности, притягивает пыль и загрязняющие вещества и еще больше ухудшает внешние изоляционные характеристики.
2.3 Разряды изоляции и пробоины
Подобные катастрофические отказы чаще всего возникают из-за незначительных скрытых дефектов. К факторам, способствующим их возникновению, относятся:
– Повреждение герметизации приводит к проникновению влаги и быстрому падению сопротивления изоляции;
– Недостаточная вакуумная пропитка в процессе производства приводит к образованию внутренних пузырьков и постоянному частичному выделению жидкости;
– Сильное загрязнение поверхности наружных втулок, приводящее к поверхностному пробою в дождливую или туманную погоду;
– Недостаточное профилактическое тестирование, не позволяющее выявить прогрессирующее ухудшение состояния изоляции.
3. Практические процедуры устранения дефектов на месте.
Устранение дефектов, вызванных перегревом втулок.
Используйте инфракрасную термографию для обнаружения горячих точек и различения нагрева, вызванного током, от нагрева, вызванного напряжением. При нагреве, вызванном током: обесточьте оборудование для проведения технического обслуживания. Разберите электрические соединения, отполируйте поверхность от окисления, замените деформированные клеммы и затяните болты с заданным моментом затяжки. Установите переходные соединители для медно-алюминиевых соединений, чтобы исключить риск гальванической коррозии. При нагреве, вызванном напряжением: проведите испытания на сопротивление изоляции, диэлектрические потери и частичные разряды. Очистите загрязненную внешнюю изоляцию. Замените втулку напрямую, если результаты испытаний подтвердят серьезное ухудшение состояния внутренней изоляции.
Устранение дефектов, связанных с утечками масла.
Замените изношенные уплотнительные резиновые детали новыми маслостойкими и термостойкими уплотнениями. При смещении фланцев или неровных сопрягаемых поверхностях выровняйте соединения, установите прокладки на место и затяните болты в диагональной последовательности перекрестной затяжки. Небольшие песчаные отверстия и крошечные трещины можно отремонтировать специальными ремонтными составами. Замените всю втулку, если структурные элементы получили серьезные повреждения.
Снижение рисков разряда изоляции
Если на изоляторах обнаружены следы перегрева, немедленно очистите наружную изоляцию и выявите пути проникновения влаги. Сократите циклы испытаний и постоянно отслеживайте изменения в изоляции, если данные испытаний показывают аномалии. Незамедлительно замените изолятор, если уровни частичных разрядов превышают допустимые значения или в результатах масляной хроматографии появляются характерные для неисправности газы, чтобы избежать серьезных аварий.
4. Меры контроля на протяжении всего жизненного цикла для предотвращения неисправностей втулок.
Предотвращение неисправностей втулок основано не только на устранении неполадок после их возникновения, но и на многосторонней защите, охватывающей выбор типа, входной контроль, эксплуатацию, техническое обслуживание и управление сроком службы оборудования.
Разумный выбор типа: выбирайте модели изоляторов в зависимости от напряжения системы, уровня короткого замыкания, степени загрязнения окружающей среды и условий установки. Для сильно загрязненных наружных зон отдавайте предпочтение изоляторам с большой дальностью утечки или изоляторам с композитной изоляцией.
Строгий контроль качества при приемке: перед вводом в эксплуатацию новых изоляторов необходимо повторно проверить ключевые параметры, включая диэлектрические потери, емкость и частичный разряд, чтобы выявить производственные дефекты. Несоответствующие изделия следует отбраковывать.
Внедрите систему онлайн-мониторинга состояния: для главных трансформаторов на критически важных подстанциях установите устройства онлайн-мониторинга диэлектрических потерь и емкости изоляторов для обеспечения непрерывного отслеживания их состояния.
Режимы плановых проверок: Обязательное измерение температуры с помощью инфракрасного датчика при ежедневных проверках. Визуальный осмотр фарфоровых деталей на наличие трещин, уровня масла и следов утечки масла.
Стандартизация технического обслуживания и монтажа на местах: разработка стандартизированных рабочих инструкций и повышение квалификации техников для минимизации дефектов, вызванных человеческим фактором.
Оценка срока службы устаревшего оборудования: для конденсаторных изоляторов с длительным сроком службы проанализируйте исторические данные испытаний, чтобы оценить тенденции старения изоляции. Запланируйте замену заранее, до того, как производительность достигнет пороговых значений, чтобы предотвратить отказы.
Заключение
Безопасная и надежная работа втулок зависит как от качества изготовления, так и от полного цикла эксплуатации и технического обслуживания. Опыт эксплуатации показывает, что подавляющее большинство неисправностей втулок можно обнаружить на ранних стадиях с помощью плановых проверок, инфракрасной термографии и периодических испытаний изоляции.
Суть технического обслуживания заключается в точном выявлении неисправностей на ранних стадиях и реализации целенаправленных корректирующих действий. Переход от аварийного ремонта к профилактическому обеспечению эффективно гарантирует долгосрочную безопасную и надежную работу трансформаторов и энергосетей. Для надежных решений в области трансформаторов и профессиональной поддержки компания QXG предоставляет надежные продукты и услуги клиентам по всей Северной и Латинской Америке.