ООО "ТРИДЭКС"
Март_2010,_Случай_Третий. Очень редкий, но...

Путевые заметки Случай Третий

 Март 2010. Случай Третий. Очень редкий, но…

Всем известно, что регуляторы напряжения, которые применяются в силовых трансформаторах:

1. Регулируют число витков. При этом напряжение может регулироваться совсем не в той обмотке, в которой меняется число витков.

2. Применяемые регуляторы могут быть:- Реакторного типа - медленные, последовательного действия.- Резисторные - быстродействующие, в механизме которых есть точка потери устойчивости системы.Эти две отмеченные особенности устройств регулирования напряжения в силовых трансформаторах проявились в случае, который хочется описать.

Трансформатор 63000 кВА на 150 кВ после капитального ремонта. На нем установлен хорошо известный регулятор РС-4.

Принимается решение проверить работу регулятора после ремонта.«Чего же тут особенного?» - скажете вы.Действительно, чего же тут особенного. Стандарты МЭК требуют такой проверки при заводских испытаниях трансформатора.Особенное, в данном случае – условия эксплуатации.

В программе испытаний записано – «Произвести переключения начиная с первого положения по девятнадцатое, и обратно. После каждого переключения выйти и прослушать работу трансформатора».

Понятно, что трансформатор на холостом ходу со стороны ВН.

Хотя почему «понятно», я не удивлюсь, что кто-то захочет проверить РПН и под нагрузкой, ведь токи под нагрузкой больше, а значит и проверка более информативна.

Так в чем же все-таки проблема и возможная ошибка. Да в том, что не обдумывалось состояние, в какое попадает трансформатор при проведении этого опыта.

В данном трансформаторе регулирование производится изменением числа витков в обмотке ВН.

Если включить трансформатор на холостой ход со стороны ВН и переключать регулятор, будет ли изменяться напряжение на стороне ВН?

Конечно же, нет!

А что же будет изменяться в данном случае?

А изменяться будет – ЭДС витка (вольт-на-виток), индукция в магнитопроводе, ток в питаемой обмотке и, наконец-то появляется напряжение – напряжение обмотки НН.

Теперь становятся ясными опасности выполнения данного опыта.

Степень опасности предлагаемого опыта на холостом ходу будет зависеть от напряжения в сети.

Если оно выше номинального, то мы можем перевозбудить трансформатор значительно выше допустимых 10%, а учитывая длительность операции по выходу к трансформатору и оценке его работы, можно предполагать перегревы как магнитопровода, так и обмоток. А к чему бы это привело, да еще на трансформаторе, отработавшем больше 20 лет и на подстанции, где напряжение сети существенно выше номинального, – бог знает.

Если выполнять этот опыт под нагрузкой можно существенно увеличить напряжение со стороны НН (опять же выше допустимых 10%), а значит можно повредить оборудование, подключенное со стороны НН.

Какой урок? При планировании испытаний необходимо оценивать, в какое состояние мы приводим наш трансформатор своими действиями. При этом мы должны учитывать особенности включения трансформатора именно на месте его установки. И помнить, что, изменяя число витков, мы регулируем в одной из обмоток ЭДС витка и индукцию в магнитопроводе, а в другой напряжение.

Рассматриваемому трансформатору повезло. При переключении из 10-го в 11-ое положение привод остановился. И здесь начинается вторая часть данного случая, к которой относится слово «редко».

В момент остановки привода переключение не закончилось, трансформатор остался под напряжением.

При внешнем осмотре трансформатора внутри трансформатора прослушивались периодические щелчки – разряды, с нарастающим уровнем звука.

Трансформатор отключили.

Анализ ХАРГ показал наличие ацетилена и этилена в концентрациях характерных для дуговых разрядов. Уровни концентраций были относительно не велики. Превышена в два раза концентрация ацетилена по сравнению с граничной концентрацией. Концентрации других газов не превысили граничных.

Поскольку проводился опыт переключений РПН, было высказано предположение, что газы в масле трансформатора образовались в контакторе РПН. Концентрация газов в баке контактора РПН была выше, чем в баке трансформатора, но незначительно. А общее количество газов в баке контактора РПН было в десятки раз меньшим, чем количество газов в трансформаторе.

Таким образом, источник разрядов находился в трансформаторе.

Питание привода было восстановлено и проведено измерения параметров трансформатора. Они не выявили каких-либо дефектов.

Трансформатор был включен сначала на холостой ход, потом под нагрузку. Возникшие колебания концентраций газов соответствовали дрейфу газов из целлюлозы в масло и обратно – тенденции к росту концентрации газов не было. Дефект себя не проявлял.

Трансформатор в работе, вроде бы все хорошо. Но, не выяснив причину разрядов в баке трансформатора, далее его эксплуатировать спокойно не представляется возможным.

Как же объяснить возникновение и исчезновение дефекта, вызвавшего разряды в трансформаторе.

Объективной внешней причиной возникновения разрядов можно было бы считать остановку привода РПН.

К чему же могла привести остановка привода?

Вот здесь нужно вспомнить о двух типах устройств – реакторных (медленных) и резисторных (быстрых).

В реакторных устройствах отсутствует механизм быстродействия. Все передвижения элементов происходят под действием механической схемы не содержащей пружин. В каждый момент времени положение элементов регулятора соответствует углу поворота привода, положения не изменяются скачкообразно и быстро.

В этом случае потеря питания привода в момент размыкания дуги приведет к тому, что контакты останавливаются в положении, при котором продолжает гореть дуга, что может привести и приводило к взрыву контактора.

Для таких устройств запрещается выполнение переключений вручную, поскольку возможно возникновение описанной выше ситуации.

Для того, чтобы подобных ситуаций не возникало дополнительно нормируется общая длительность переключений – не более 4,5с.

На нашем трансформаторе установлено устройство быстродействующее. У него переключение контактора происходит под воздействием механизма быстродействия, который в определенный момент скачкообразно меняет свое положение.

При движении до условной точки «перелома» все действия происходят последовательно, как и в устройстве с реакторным РПН.

В момент пересечения условной точки «перелома», вне зависимости от привода, под действием энергии, запасенной в пружинном механизме, происходит переключение контактора, и остановить это движение извне невозможно.

В нашем трансформаторе переключение завершено не было. Учитывая, что регулятор имеет механизм быстродействия – это означает, что разрядов в контакторе не может быть.

До момента переключений у нас последовательно двигаются контакты избирателя, могут ли быть разряды при перемещении контактов избирателя.

Если устройство собрано правильно (в данном случае это подтверждалось снятой круговой диаграммой работы РПН), все перемещения – сход и заход контактов происходят без разрыва и возникновения тока.

Казалось бы, наши рассуждения приводят нас к тому, что разряды возникли не в устройстве РПН, что делало проявившийся дефект более опасным.

И тут обратили на себя внимание номера положений, между которыми произошло отключение привода – при переходе из 10-го в 11-е положение.

Да в этот же момент происходит перемещение контактов предизбирателя!

Вот оно объяснение, как возникновения, так и исчезновения дефекта!

Да это же именно то явление, которое заставляет устанавливать в мощных автотрансформаторах высокоомное сопротивление. Спасибо маме (сейчас она уже не работает, а была расчетчиком трансформаторов), ведь она рассказывала мне о том, как эти сопротивления устанавливаются, и как они рассчитываются.

Что же происходит? При переключении из 10-го в 11-е положения последовательно должны происходить:

1. Сход нечетного контакта избирателя. Контакт не обтекается током, разрядов нет.

2. Сход контакта предизбирателя. Контакт не обтекается током, разрядов нет. Обмотка РО после схода контакта оказывается под плавающим потенциалом. Заряжается емкость между обмоткой РО и обмоткой ВН.

3. Заход контакта предизбирателя. В момент подхода контакта предизбирателя к контакту, соединенному с обмоткой РО происходит разряд емкости между обмоткой РО и обмоткой ВН. Он происходит всегда, но ограниченное время, пока не возникнет гальваническая связь между контактами. Это время мало, поскольку мало напряжение, до которого заряжается обмотка РО, а значит и расстояние между контактами в момент разряда мало, кроме того перемещения контакта предизбирателя достаточно быстрые для того, чтобы можно было бы явно услышать эти разряды.

4. Заход контакта избирателя.

5. Переключение контактора РПН.

Передвижение элементов устройства во время явлений 1-4 происходят последовательно, без использования пружинных механизмов и полностью управляются приводом. При остановке привода останавливаются все элементы.

При остановке привода в момент, когда контакт предизбирателя подошел к неподвижному контакту, но еще его не коснулся, возникают условия для постоянного заряда-разряда емкости между обмотками РО и ВН. Именно эти разряды и были слышны в баке трансформатора.

С одной стороны явление разряда емкости происходит не так уж и редко – при каждом переключении контактов предизбирателя. С другой стороны, очень редко, можно сказать, впервые, привод остановил эти контакты в момент, когда имеются условия для заряда-разряда емкости обмотки РО на обмотку ВН, то есть горения дуги между подвижным и неподвижным контактами предизбирателя.

Какие возникли при этом опасности для последующей эксплуатации трансформатора?

На контактах предизбирателя вероятнее всего возникли следы электрической эрозии. Но эта эрозия находится на торцах контактов, а не на рабочей поверхности. Это позволяет утверждать, что в процессе эксплуатации последствия горения дуги не будут себя проявлять.

Описанные процессы в автотрансформаторах происходят со значительно большей энергетикой, чем в нашем случае, поэтому для устранения возможного повреждения контактов предизбирателя обмотка РО через высокоомное сопротивление соединяется с обмоткой ВН. Ток через это сопротивление в процессе эксплуатации протекает, но малый. Зато не происходит заряда емкости между обмотками РО и ВН, а значит и разряда ее.

Имеет ли смысл установка высокоомного сопротивления в распределительных трансформаторах. Вероятнее всего – нет, поскольку величины заряжаемых емкостей малы, а случай, подобный описанному, с технической точки зрения нужно считать невероятным.