Майкл Беланджер
Перевод с английского: магистр ДонНТУ Манин С.А.
В конечном счете ваш трансформатор будет иметь дефект. Какими должны быть параметры? Когда и как вы должны реагировать? Это вопросы, на которые этот цикл статей попробует ответить.
В этом цикле из четырех статей, мы охватим диагностику силового трансформатора в целом. Без сомнения, этот обширный вопрос не может быть охвачен подробно в пределах структуры этих статей. Цель состоит в том, чтобы обсудить методы измерения и анализа, которые являются доступными.
В первой части мы обсудим интенсивность отказов составляющих распределительной электрической системы. В перспективе, с помощью интенсивности отказов, определим относительное место каждой из составляющих распределительной электрической системы. Мы также исследуем, какие части трансформатора являются самыми восприимчивыми к аварии.
Во второй части, мы сконцентрируемся на нормах, которые служат ориентиром, чтобы оценить собранные данные. Мы обсудим продолжительность жизни трансформатора в свете статистики, полученной в промышленности за прошлые три года.
Третья часть позволит нам сосредотачиваться на существенных проверках, которые должны быть выполнены, и на их частоте. Поскольку экономически невозможно выполнить все возможные проверки на трансформаторе, мы будем пробовать рационализировать доступные проверки и введем понятие "проверки".
Наконец, в четвертой части мы обсудим интерпретацию данных и методы для обнаружения уменьшения продолжительности жизни или любого аварийного условия.
ЧАСТЬ 1:Статистическое оправдание
профилактического
технического обслуживания
Введение
Между прочим, профилактическое техническое обслуживание оказывает бесспорное действие на надежность устройства. Это ни эффективно, ни экономично, осматривать всё до последнего болта. В этом сечении мы попробуем поместить в перспективу действия профилактического технического обслуживания заодно и на составляющие, которые являются самыми восприимчивыми к аварии. Для этого, мы будем использовать статистические данные, которые были собраны на существующем оборудовании и взяты из множества опросов, проводимых Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)[1], DOBLE and ABB[7].
Первый опрос, проведен IEEE [1], опрошен персонал ответственный за техническое обслуживание электрооборудования и информацию относительно надежности их трансформаторов. В общей сложности 3787 трансформаторов, с накопленными 37692 годами работы, были частью исследования. Так как мы не имеем подобной информации относительно размера опросов от DOBLE или ABB, мы полагаем, что их статистические результаты также вытекают из большой базы данных.
Надежность оборудования и качество
технического обслуживания
Опрос, проводимый IEEE охватывал качество профилактического технического обслуживания и показал, что компания с "бедной" профилактической эксплуатационной программой имеет интенсивность отказов в три раза выше чем компания, имеющая "превосходную" эксплуатационную систему.
Согласно IEEE, "бедная" эксплуатационная программа показывает, что нерегулярно выполняется оценка на составляющей, которая отобрана произвольным способом. "Превосходная" эксплуатационная программа показывает, что регулярная оценка выполняется на всем оборудовании. Оценка могла принять форму визуального контроля или проверок, выполненных в определенных временных интервалах.
Интенсивность отказов трансформаторов подобна интенсивности отказов кабелей и коммутационной аппаратуры. В терминах частоты аварии, трансформатор классифицируется среди элементов, имеющих относительно высокую интенсивность отказов , в электрической схеме разводки питания. интенсивность отказов масляного трансформатора - 0.0062 ед. аварий в год.
Интенсивность отказов 0.0062 показывает, что трансформатор будет иметь аварию в течение следующих 160 лет. Следовательно, в пределах комплекта пластин одной полярности из 10 трансформаторов, 1 из них будет иметь проблему в течение следующих 16 лет. Так, интенсивность отказов увеличивается пропорционально числу трансформаторов. Устройство считывания должно принять во внимание местоположение составляющей и как это затронет следуещее электрическое распределение, сравнивая данные надежности. Более точно, как электростанция будет затронута, если специфическая часть оборудования выйдет из строя? Это закроет критический процесс электростанции?
Когда мы берем интенсивность отказов и умножаем это на времени простоя в аварии, мы получаем среднее время простоя ежегодно. Данные были собраны в таблице 3 . Этот таблица демонстрирует зависимость электрического распределения от каждой из главных составляющих. То, что является интересным в этой таблице, - то, что она учитывает симметрирование эксплуатационного усилия между каждой составляющей. Эта таблица также показывает, что замена трансформатора имеет время простоя в четыре раза меньше чем восстановление трансформатора. Мы говорим здесь о главном ремонте, типа перемотки.
Интенсивность отказов трансформатора в диапазоне мощностей от 300 кВА до 10 МВА - меньше чем одна половина по сравнению с другими трансформаторами мощностью выше чем 10 МВА.
Таблица 4 указывает, что трансформаторы напряжением от 600 В до 15 кВ, имейте лучшую норму надежности. Категория трансформаторов мощностью больше чем 10 МВА, работающих на напряжении больше чем 15 кВ, имеет в три раза больший шанс на аварию чем предыдущий класс.
Следующие таблиц показывают нам происхождение аварии. Таблица 5 собирает информацию о всех типах трансформаторов [2] [3], тогда как таблица 6 иллюстрирует трансформаторы с регуляторами под нагрузкой [7] (РПН).
Сначала рассмотрим случай где не сделано никакого различия между типами РПН.
Таблица 5 указывает, что большое количество аварий связано с изоляцией. Авария изоляции часто вызывается существенным уменьшением механической прочности целлюлозы при соединении с водой, являющейся одной из основных составляущих ее ухудшения. В этом условии, изоляция не имеет необходимой способности выдержать напряжение, которое приложено. Это в конечном счете приведет к необратимому пробою.
Второй источник аварии связан с повреждением созданный внешним коротким замыканием. Приблизительно 8 процентов аварий связаны с дефектом в системе защиты. Это могло быть предотвращено, выполняя полный контроль системы защиты каждые 5 - 10 лет, в зависимости от рабочих условий и непосредственной окружающей среды сети защиты трансформатора.
Третья причина пробоя происходит из-за аварии переключателей ответвлений РПН и ПБВ. Наш опыт показывает, что переключатели ответвлений без возбуждения нужно ремонтировать слишком часто. Мы полагаем, что их пропускная способность или их ток намагничивания слишком малы и что ПБВ должен быть определен с пропускной способностью по току перегрузки 125 процентов.
Трансформаторы, оборудованные РПН имеют другое распределение отказов. Номинальные значения отказов помещают РПН на первое место. Аварии переключателя ответвлений - во власти дефектов механической природы (пружина, подшипник, вал, приводной механизм), сопровождаемый, по умолчанию, дефектами электрической природы, таких как дросселирование контакта, горение резисторов переключения и проблемы изоляции.
Сравнивая Таблицы 5 и 6, мы можем понять важность рассмотрения составляющих трансформатора, устанавливая преимущества осмотра.
Таблица 7 указывает, что большинство проблем происходит от производственного дефекта или от неадекватного технического обслуживания. Это - то, где приходит оправдание за осторожный контроль и проверяющий в течение ввода в действие и более позднего профилактического технического обслуживания.
Таблица 8 иллюстрирует, что 20 процентов отключений аварии трансформатора сделаны вручную (оператор обесточивал трансформатор). Это указывает, что использование программы предупреждения для того, чтобы отслеживать проблемы оборудования учитывает отключение оборудования от схемы, где состояние оценено как опасное - уход от внепланового простоя.
Мы отметили, что периоды, самые восприимчивые к аварии - те, которые связаны с производством оборудования, транспортировкой и монтажом. Эти проблемы проявляются в течение первых лет после монтажа. Аварии относительно старения начинаются появляться около двадцать пятого года, согласно опросам.
Основанный на кривой отказов, построиной по прошлой информации, два периода интенсивного наблюдения должны быть осуществлены. Эти периоды отслеживания следуют за преждевременной аварией и случайной аварией, так же как когда изоляция начинает стареть.
Первый период отслеживания следует за проблемами, связанными с преждевременной аварией, произошедшей на первом году использования или после капремонта. Отслеживание начинается, когда оборудование введено в эксплуатацию, сопровождается последовательным наблюдением и строгими мерами по опробованию. Эта норма опробования приблизительно в два - три раза чаще чем нормальная, так как вероятность аварии выше в течение этого периода.
Второй период отслеживания связан со случайными авариями или старением изоляции. Большой процент от пробоев трансформаторов связан с проблемой в системе изоляции. Эти проблемы, вообще обнаружимые, являются последствием состояния, которое развилось в течение определенного периода. Так как основной элемент аварии - система изоляции, последняя должна получить самую большую часть эксплуатационного усилия. Однако, другие составляющие должны быть осмотрены, но в меньшем количестве частотных интервалов. Если трансформатор оборудован РПН, то большее эксплуатационное усилие должно быть на переключатель ответвлений.
Помимо рассмотрения этих статистических данных, мы не должны отставать от любых изменений на рынке трансформаторов, который мог затронуть надежность составляющих. Некоторые вещи, обсуждаемые здесь - новые разработки изделия, изменения технологии производства и эффект улучшения качества оборудования. Это возникновение укрепляет принцип помещения на место системы профилактического обслуживания, которая приспосабливается к действительности рынка. Чтобы сделать это, мы должны положить на место информационную систему, доступную для индустриального пользователя, который позволит причинам аварии быть помещенными в перспективу.
Это информационная система будет непрерывно обновляться пользователями. Это обновление может быть сделано от программного обеспечения базы данных, специализированного для трансформаторов [5], или любые другие средние величины позволяющие судить об эффективности. В базе данных, могли быть показаны новые тенденции, разрешая нам установить наши эксплуатационные усилия или изменить будущие покупательные спецификации.
Мы имеем два примера, которые оправдывают помещение на место информационной системы.
Примеры
В первом примере, ПБВ стал источником увеличения отказов трансформаторов мощностью меньше чем 5 МВА. После рассмотрения информации, это было мнение авторов, что конструкция контактной поверхности и соединительного механизма не была достаточно прочной, чтобы противостоять повторным перенапряжениям от тока намагничивания. Кроме того, перегрузочная способность была иногда предельной. Эта слабость стала очевидной, когда определенное число электрокотлов напряжением 15кВ и 25кВ были установлены в течение местной избыточной энергетической программы, которая была осуществлена в начале 1980-ых.
Энергетическая программа длилась несколько лет. После одного или двух годов в работе большая часть трансформаторов, определенных в контексте этой программы, проявляют проблемы горячей точки в их ПБВ. Включение трансформаторов котла в 15 кВ / 25 кВ также требовалось на токе намагничивания и токе короткого замыкания. Частое возбуждение так же как число коротких замыканий котла, повреждали контактные поверхности переключателей ответвлений. Большое количество этих трансформаторов должно было ремонтироваться.
Переключатели ответвлений все еще строятся и определяются таким же образом, и мы полагаем, что они не предназначены для работы в течении пятидесяти лет. При закупке, определите переключатель ответвлений с перегрузочной способностью по току125 процентов. Эта перегрузочная способность уменьшит повреждение контактов, вызванного перегревом. Для запечатанного трансформатора, вам предлагается используете панель выводов, расположенную наверху в баке. Герметичная панель доступа позволяет вам делать надлежащее изменения соединений.
Второй пример вовлекает исследование растворенных газов в электрическом изоляционном масле, учитывая обнаружение скрытого короткого замыкания в пределах бака трансформатора. Эти газы вызваны ухудшением материалов изоляции под тепловыми и электрическими усилиями. Природа и изменение количества каждой индивидуальной составляющей в диэлектрической жидкости используются, чтобы определить присутствие анормальных (начинающихся) коротких замыканий в оборудовании. Иногда эти изменения протекают годы прежде, чем их признют проблематичными, и таким образом уменьшают нашу способность признать неполадку в трансформаторе.
База данных по растворенным газам, проверяющяя результаты учла бы признание этих тенденций легко и быстро, потому что это позволяет определенным тенденциям становиться очевидными, которые не легко заметны, когда информация рассматривается обособленным способом. Как только эта информация доступна, мы можем действовать соответственно. Наличие информационной системы на месте было бы выгодным для индустриального пользователя.
Заключение
Ссылки
[1]IEEE Recommended Practice for the Design of
Reliable Industrial and Commercial Power System, IEEE Std
493-1990.
[2] Annual survey by Doble Engineering
Company.
[3] Kelly J.J., A Guide to Transformer Maintenance
Transformer Maintenance Institute, SD Myers, 1981.
[4] Report of
Transformer Reliability Survey - Industrial Plants and Commercial Buildings,
James W. Aquilino, IPSD 80-7.
[5] PERCEPTION 4.0, Software for
tracking and diagnosis of oil insulated equipment, SEIDEL,
www.seidel.qc.ca
[6] Diagnostic du transformateur. Recherche du
dysfonctionnement, MЋthodologie de lХentretien, Expertise. Michel BЋlanger, mars
1999.
[7] Status and Trends in Transformer Monitoring. C. Bengtsson,
ABB Transformer, Ludvika, Sweden, IEEE transaction on Power Delivery, Vol. 11,
No. 3, July 1996.
[8] R. Sahu, Using Transformer Failure Data to Set
Spare Equipment Inventories, 1980.
Michael Belanger is with SEIDEL inc. He is a consultant in power system engineering and a transformer diagnosis software designer.
ET