Старение трансформаторов
Трансформаторы рассчитаны на ожидаемый срок службы 30 лет, хотя некоторые из них в Японии эксплуатируются уже более 50 лет.
Необходимость замены трансформаторов может быть определена путем оценки индивидуальных условий, но для планирования долгосрочной программы замены трансформаторов необходимо определить ожидаемый срок службы актива. Для изучения влияния старения трансформаторов компания TEPCO вывела из эксплуатации 20 трансформаторов со сроком службы от 30 до 50 лет, чтобы оценить степень их износа в результате старения. В это исследование вошли следующие передающие и распределительные трансформаторы:
— Девять передающих трансформаторов в диапазоне напряжений от 275 кВ до 500 кВ с мощностью от 200 МВА до 1000 МВА. Возраст этих трансформаторов варьировался от 27 до 52 лет.
— Одиннадцать распределительных трансформаторов с первичным напряжением 66 кВ имели номиналы от 10 МВА до 20 МВА. Возраст этих трансформаторов варьировался от 13 лет до 50 лет.
Влияние содержания воды.
Для трансформаторных подстанций с низким коэффициентом нагрузки в процессе эксплуатации, согласно исследованию TEPCO, решающим фактором в определении срока службы трансформатора стало снижение силы прижима, приложенной к обмоткам, из-за усадки изоляции и влияния на механические возможности.
Этот результат не был обусловлен снижением степени полимеризации (CП), как в настоящее время считают коммунальные службы. Однако повышение уровня СП может быть вызвано неполной сушкой в процессе производства и высоким содержанием остаточной воды в изоляционной бумаге. Такая ускоренная скорость снижения СП оказывает непосредственное влияние на срок службы трансформатора. Компания TEPCO исследовала СП обмоточной бумаги и изоляции из прессованного картона 20 трансформаторов, выведенных из эксплуатации, чтобы определить
содержание воды и растворенного в масле газа.
Эти трансформаторы, спроектированные с консервантами в качестве превентивной меры для предотвращения деградации масла, в процессе эксплуатации подвергались нагрузке от 40 до 60 %.
Скорость деградации трансформатора с высоким содержанием воды в обмоточной бумаге (от 1,5 до 3 %) выше, чем у трансформатора с низким содержанием воды в бумаге (менее 1,5 %). Если учесть, что расчетный срок службы трансформатора составляет 400 лет, то трансформаторы с высоким содержанием воды в бумаге имеют приблизительный срок службы 40 лет. Трансформаторы с низким содержанием воды в бумаге — 80 лет.
Как правило, трансформаторы, изготовленные до 1980-х годов, имеют более высокое среднее содержание воды в бумажной изоляции, поскольку в то время условия сушки и допустимое содержание воды не были определены.
Таким образом, в случае трансформатора с низким содержанием воды в бумажной изоляции уменьшение СП не является решающим фактором при определении срока службы трансформатора. Из изоляционного масла трансформатора можно получить несколько других измерений, включая содержание CO2 + CO и ацетона. Которые могут быть использованы для оценки СП. Для трансформаторов консервационного типа, которые являются стандартными для TEPCO, СП можно точно определить по CO2 + CO, поскольку наблюдается высокая корреляция между ДП и CO2 + CO.
Сила зажима обмотки
Концевая изоляция обмотки трансформатора состоит из прессованного картона и распорок, расположенных сверху и снизу обмотки, которые зажимаются металлическими фитингами. При усадке изоляции усилие зажима уменьшается. Усадку изоляции можно разделить на три стадии:
1. Первая — уплотнение целлюлозного волокна при попадании в зазор, вызванное процессом сушки и сжатия.
2. Затем следует вторая стадия пластического течения, когда волокна сминаются под действием давления теплового цикла.
3. Третья стадия — старение, вызывающее разрушение волокон в результате термической деструкции. Эти характеристики могут отличаться в зависимости от производителя трансформатора.
Короткое замыкание
По мере уменьшения силы зажима, приложенной к обмотке, сила относительного смятия уменьшается в результате снижения осевой силы зажима во время короткого замыкания.
Смятие происходило, когда начальная сила зажима составляла 100 %, а остаточная сила зажима уменьшалась примерно до 30 %. Сила зажима уменьшается со временем, и предполагается, что срок службы трансформатора составляет около 70-80 лет, хотя это зависит от коэффициента нагрузки, когда сила зажима — которая начинает влиять на силу машины — уменьшается на 30-40 % в условиях короткого замыкания.
Исследование, проведенное TEPCO, подтвердило, что снижение силы зажима и объем выработки CO2 + CO коррелируют. Поэтому, если начальное усилие зажима может быть получено из результатов приемочных испытаний на производстве, можно количественно определить остаточное усилие зажима от CO2 + CO, поскольку образование CO2 + CO связано с процессом старения путем термической деградации. Исследование, проведенное коммунальными службами, показало, что первое усилие зажима для намотки было разным (1-3 Н/мм2) в зависимости от производителя. Оно также зависит от процесса сушки, продолжительности сушки и наличия дополнительных зажимов. Таким образом, корреляция между остаточным усилием зажима и CO2 + CO, образующимися в процессе эксплуатации, различна. Поэтому важно уточнить расчетное значение у производителя и проверить уменьшенное усилие зажима на заводе.
В спецификацию трансформаторов TEPCO включена необходимость обеспечения сейсмостойкости для противостояния землетрясениям, происходящим в Японии.
Например, из-за землетрясения произошло значительное смещение обмотки трансформатора в 23-летнем трансформаторе 500 кВ, работающем с высоким коэффициентом нагрузки.
Обмотка сдвинулась на 15 мм, увеличив зазор между высоковольтной и низковольтной обмотками. Кроме того, прокладки воздуховодов разрушились между прессованными плитами.
Сейсмическое ускорение составило 890 галлов на уровне земли и 1720 галлов в центре тяжести трансформатора. Это превысило проектную спецификацию Японской ассоциации электриков в 500 гал, что эквивалентно 0,5 м/сек2 (1,64 фута/сек2).
Смещение витков обмотки трансформатора было отмечено и в других
трансформаторах, разных производителей, расположенных на той же электростанции.
В результате исследования, проведенного при выводе трансформатора из эксплуатации, усилие зажима снизилось примерно на 60 %, а смещение обмотки — на 40 %.
Когда сила зажима уменьшается в результате термической деградации, смещение обмотки происходит даже при незначительном землетрясенииОценка смещения обмотки в результате землетрясений необходима в Японии, где землетрясения происходят часто.
Она также используется как средство для определения необходимости ремонта трансформаторов 60-500 кВ / 275 кВ, сейсмические перемещения которых на уровне земли были чрезвычайно велики в результате Великого восточно-японского землетрясения, произошедшего в 2011 году.
TEPCO установила срок службы в 65 лет для трансформаторов сверхвысокого напряжения/ВН и 75 лет для распределительных трансформаторов, поскольку именно в эти периоды начинает снижаться сила зажима обмотокю. Что оказывает заметное влияние на механические характеристики. Однако, если срок службы трансформатора, подверженного быстрому снижению СП в результате высокого содержания воды в бумажной изоляции или если установлен риск выхода из строя, необходима преждевременная замена трансформатора.
К списку статей
Всего комментариев: 0