Силовые трансформаторы: контроль масла и диагностика обмоток 35-750 кВ

Общие принципы контроля и диагностики силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы напряжением 35-750 кВ и мощностью 25-1000 МВА представляют собой критически важное оборудование энергосистемы, требующее систематического контроля технического состояния. Современная диагностика основывается на комплексном подходе, включающем контроль состояния трансформаторного масла, оценку изоляции обмоток и выявление механических деформаций активной части.

Согласно требованиям ПНСТ 661-2022 (действует до декабря 2025 года) и актуальным ПТЭЭП от 2022 года, диагностические мероприятия подразделяются на три уровня контроля. Первый уровень включает периодический контроль в процессе эксплуатации, второй - углубленную диагностику при выводе в ремонт, третий - специальную диагностику после вывода из эксплуатации.

Контроль трансформаторного масла - основные параметры

Трансформаторное масло выполняет двойную функцию - обеспечивает электрическую изоляцию и отвод тепла от активных частей трансформатора. Контроль его состояния является основой диагностики, поскольку около 90% дефектов можно определить по результатам хроматографического и физико-химического анализов масла.

Физико-химический анализ масла проводится в объеме сокращенного или полного анализа в зависимости от результатов предыдущих испытаний. При приближении параметров к предельно допустимым значениям необходимо определение количественного влагосодержания и проведение хроматографического анализа растворенных газов.

Хроматографический анализ растворенных газов

Метод ХАРГ позволяет выявлять развивающиеся дефекты на ранней стадии путем анализа характерных газов, образующихся при термическом разложении масла и изоляции. Основными диагностическими газами являются водород, метан, этан, этилен, ацетилен, оксид и диоксид углерода.

Пробивное напряжение масла и влагосодержание

Пробивное напряжение является важнейшим показателем электрической прочности трансформаторного масла. Для силовых трансформаторов мощностью 25-1000 МВА требуется обеспечение пробивного напряжения не менее 60 кВ при зазоре 2,5 мм для нового масла.

Влагосодержание масла более 10 мг/кг значительно снижает электрическую прочность системы изоляции. Влага попадает в масло в процессе старения целлюлозной изоляции, а также из окружающей среды при нарушении герметичности. Контроль влагосодержания осуществляется как качественными, так и количественными методами.

Диагностика состояния обмоток трансформаторов

Диагностика обмоток силовых трансформаторов включает контроль электрических параметров, механического состояния и состояния изоляции. Основными методами являются измерение сопротивления постоянному току, определение коэффициента трансформации, контроль потерь и тока холостого хода, а также специальные методы выявления деформаций.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току

Сопротивление обмоток постоянному току измеряется для выявления внутренних повреждений, нарушений контактных соединений и оценки температурного состояния. Измерения проводятся мостовым методом или методом падения напряжения при температуре масла 10-30°C.

Различие результатов измерений между фазами не должно превышать 2% от среднего значения для трансформаторов мощностью до 630 МВА и 1% - для трансформаторов большей мощности. Отклонение от паспортных данных допускается в пределах ±5%.

Контроль коэффициента трансформации

Коэффициент трансформации определяется на всех ответвлениях регулировочных обмоток для контроля правильности переключения ответвлений и выявления витковых замыканий. Измерения проводятся при пониженном напряжении с использованием трансформаторов тока.

Методы обнаружения деформаций обмоток

Деформации обмоток возникают в результате электродинамических воздействий при коротких замыканиях и представляют серьезную угрозу надежности трансформатора. Более 80% повреждений мощных трансформаторов при коротких замыканиях связано с потерей радиальной устойчивости обмоток.

Метод низковольтных импульсов

Метод НВИ основан на анализе переходных процессов в обмотках при подаче импульсов прямоугольной формы амплитудой до 400 В. Деформация обмотки изменяет ее частичные емкости и индуктивности, что отражается на форме переходного процесса.

Метод частотных характеристик

Анализ частотных характеристик обмоток в диапазоне 20 Гц - 2 МГц позволяет выявлять изменения геометрии обмоток с высокой чувствительностью. Метод основан на сравнении измеренных характеристик с эталонными, полученными при вводе трансформатора в эксплуатацию.

Частичные разряды в изоляции трансформаторов

Частичные разряды представляют собой локальные электрические разряды, которые частично перекрывают изоляционный промежуток между электродами. Контроль частичных разрядов является эффективным методом диагностики состояния изоляции, позволяющим выявлять дефекты на ранней стадии развития.

Источники частичных разрядов в трансформаторах

В силовых трансформаторах частичные разряды могут возникать в различных элементах конструкции. Наиболее опасными являются разряды в главной изоляции обмоток, вводах высокого напряжения и системе РПН.

Акустические методы контроля частичных разрядов

Акустический метод основан на регистрации упругих волн, генерируемых частичными разрядами в диэлектрике. Метод позволяет не только обнаружить наличие разрядов, но и определить их местоположение в объеме трансформатора.

Современные технологии диагностики и мониторинга

Современные системы диагностического мониторинга обеспечивают непрерывный контроль технического состояния силовых трансформаторов в режиме реального времени. Такие системы включают датчики контроля основных диагностических параметров и экспертные системы анализа данных.

Системы онлайн-мониторинга

Системы мониторинга включают следующие подсистемы контроля: температурного режима, состояния масла, частичных разрядов, растворенных газов, влагосодержания изоляции и механических параметров.

Применение искусственного интеллекта в диагностике

Экспертные системы на базе нейронных сетей позволяют автоматизировать процесс интерпретации диагностических данных и прогнозирования развития дефектов. Системы обучаются на больших массивах данных и способны выявлять скрытые закономерности в изменении диагностических параметров.

Практические примеры диагностики трансформаторов

Рассмотрим практический пример диагностики блочного трансформатора ТДЦ-125000/110. При проведении планового обследования анализ масла показал превышение граничных значений кислотного числа (0,12 мг КОН/г) и снижение пробивного напряжения масла в баке РПН до 20 кВ.

После замены трансформаторного масла и ревизии РПН все параметры трансформатора пришли в соответствие с нормативными требованиями, что позволило продлить срок службы на 8 лет. Данный пример демонстрирует важность своевременного проведения диагностических мероприятий.

Анализ трендов диагностических параметров

Эффективная диагностика требует не только контроля абсолютных значений параметров, но и анализа их изменения во времени. Построение графиков изменения концентраций растворенных газов позволяет выявить развивающиеся дефекты на ранней стадии.

Часто задаваемые вопросы