Электротехническая экспертиза сухого силового трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3

В ходе визуального осмотра трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 представителем завода-изготовителя по месту его монтажа обнаружены следующие повреждения:

Также в ходе данного осмотра установлен ряд нарушений монтажа трансформатора:

• не соблюдены требования к расстояниям между элементами конструкции трансформатора и токоведущими частями;
• способы подвода кабелей не соответствуют указаниям инструкции по монтажу и эксплуатации;
• организация потока воздуха вытяжной и приточной вентиляции не соответствует требованиям завода изготовителя.

Отмечено отсутствие демпферов на шинах вводного блока шинопровода в местах подключения к выводам трансформатора, рекомендованных для компенсации температурных расширений и динамических деформаций, которые возникают в период переходных процессов и аварийных режимов.

В ходе визуального осмотра, проведенного экспертом ООО «Эксперт-Центр» Шерстобитовым Ю. В., выявлены следы повреждения от действия электрической дуги обмотки НН, изоляционных экранов фазы B, в верхней части – следы горения, повреждение распорных клиньев, в нижней части – расплавленные элементы, имеются следы смещения обмоток ВН относительно сердечника трансформатора. Повреждений нижних распорных клиньев обмотки фазы B не отмечено. Подтверждено подключение шинопроводов от РУ-0,4кВ к трансформатору без компенсаторов и несоответствие приточно-вытяжной вентиляции помещения РУ-10/0,4 кВ требованиям завода-изготовителя.

В ходе осмотра трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 на ремонтной площадке экспертом ООО «Эксперт-Центр» Шерстобитовым Ю.В., сопровождавшегося его вскрытием, установлено:

Известно, что магнитопроводы силовых трансформаторов изготавливаются из листов электротехнической стали. Температура плавления стали в зависимости от химического состава находится в диапазоне от 1350 до 1535 ℃.
Таким образом, характер повреждения электротехнической стали сердечника фазы B позволяет заключить, что повреждение трансформатора сопровождалось наличием высокой температуры магнитопровода.

На следующем этапе необходимо было установить источник возникновения высоких температур, приведших к возникновению выявленных повреждений.

Измерение сопротивления изоляции обмоток представителем завода-изготовителя в ходе осмотра поврежденного трансформатора показало исправность обмоток ВН. Визуальные повреждения отмечены только по фазе B. Таким образом МТЗ в ячейке №3 в ЗРУ-10кВ среагировала на короткое замыкание, возникшее со стороны низшего напряжения фазы B, а поскольку обмотки ВН соединены по схеме треугольника, КЗ в одной фазе НН привело к возрастанию тока по всем фазам обмотки ВН, что и было зафиксировано на терминале защит.

На следующем этапе экспертизы необходимо было установить, могло ли КЗ по фазе B обмотки НН привести к повреждениям магнитопровода, зафиксированным в ходе осмотра.

Анализируя степень повреждения элементов трансформатора (оплавление, деформация и прогар пластин электротехнической стали магнитопровода, повреждение внутренней корпусной изоляции обмотки НН при целостности токопроводящей (алюминиевой) части обмотки) и параметры термической стойкости материалов, из которых они изготовлены (температура плавления стали – от 1350℃, температура плавления алюминия – от 657℃), можно сделать однозначный вывод о том, что источником высокой температуры явился сам магнитопровод трансформатора, а именно – сердечник фазы B.

Далее следует установить причину высокой температуры магнитопровода.

Как было отмечено ранее, по результатам двух осмотров трансформатора по месту его монтажа было выявлено несоответствие организации вентиляции помещения РУ-10/0,4 кВ, где расположены силовые трансформаторы ТСДЛ-4000/10-У3, требованиям завода-изготовителя, которое заключается в неправильном расположении вентиляционных отверстий в помещении и их недостаточном размере. Вследствие данного обстоятельства трансформаторы могли нагреваться свыше допустимой температуры. Так, в акте осмотра исправного трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 представителем завода-изготовителя отмечен нагрев магнитопровода до 148,8 ℃. Согласно паспортным данным изоляция трансформатора имеет класс нагревостойкости F. В соответствии с ГОСТ максимальная рабочая температура изоляции данного класса при номинальной нагрузке и других условиях не должна превышать 155℃.
Стоит отметить, что помещение РУ-10/0,4 кВ имеет значительный объем (1070 м3) и оснащено принудительной приточной и вытяжной вентиляцией, тогда как согласно инструкции по эксплуатации трансформаторов ТСДЛ-4000/10-У3 принудительная вентиляция применяется в небольших, либо плохо вентилируемых подстанциях, со среднегодовой температурой выше +20℃, либо в случае частых перегрузок трансформатора. Кроме того, исследуемые трансформаторы оснащены системой принудительного обдува с помощью вентиляторов, расположенных под трансформаторами. При осмотре трансформатора экспертом ООО «Эксперт-Центр» Шерстобитовым Ю.В. система обдува была проверена и находилась в исправном состоянии. Превышения температуры в помещении сверх допустимой нормы эксплуатации трансформатора (+40℃) не зафиксировано.
Характер повреждения магнитопровода и корпусной изоляции обмотки НН фазы B, указывает на наличие температур, кратно превосходящих допустимые, для класса изоляции F, что не может быть объяснено неправильной организацией системы вентиляции, поскольку система воздушного охлаждения не в состоянии обеспечить снижение температуры на сотни градусов. На отсутствие прямой связи повреждения трансформатора с неправильной организацией системы вентиляции также указывает локальный характер повреждения (пострадала только фаза B, две другие фазы не имеют признаков повреждений). Таким образом, версию повреждения трансформатора вследствие недостаточного охлаждения следует признать маловероятной.

Известно, что причиной возникновения сильных местных нагревов магнитопровода («пожар» стали) является местное замыкание пластин стали, что приводит к образованию короткозамкнутых контуров. Причинами замыкания пластин магнитопровода могут являться наличие каких-либо посторонних металлических или токопроводящих частиц, замыкающих в данном месте пластины стали, повреждение изоляции стяжных шпилек, создающее короткозамкнутый контур, касание какой-либо металлической части и стержня в двух точках, местное повреждение изоляции пластин стали, неправильное заземление, создающее короткозамкнутый контур, разрушение или отсутствие изолирующих прокладок в стыках стыкового магнитопровода.
При интерпретации результатов хроматографического анализа масла маслонаполненных трансформаторов при определенной концентрации растворенных газов в пробах может быть диагностирован «термический дефект высокой температуры >700℃», который в том числе может являться следствием наличия циркулирующих токов в сердечнике, и других повреждений магнитопровода. Таким образом, «пожар» стали, может сопровождаться температурами, превышающими 700℃. Поскольку физика данного процесса одинакова для масляных и сухих трансформаторов, указанные температуры также справедливы и для сухих трансформаторов.

Необходимо отметить, что в протоколе приемо-сдаточных испытаний трансформатора измерение сопротивления стяжных шпилек отсутствует. При этом согласно п. 1.8.16 ПУЭ при приемо-сдаточных испытаниях силовых трансформаторов «измерение сопротивления изоляции доступных стяжных шпилек, бандажей, полубандажей ярем и прессующих колец относительно активной стали и электростатических экранов, относительно обмоток и магнитопровода производится в случае осмотра активной части».
Замер сопротивления изоляции стяжных шпилек, выполненный в ходе осмотра трансформатора представителем завода изготовителя, показал неисправность изоляции у трех шпилек из четырех, что не противоречит версии возникновения местных замыканий пластин стали в магнитопроводе.

Нарушение изоляции стяжных шпилек в процессе эксплуатации может являться следствием ослабления их затяжки. Разболчивание и свободное колебание крепежных деталей может приводить к ослаблению прессовки магнитопровода, колебанию отстающих крайних листов стали в стержнях или ярмах, ослаблению прессовки стыков, что в свою очередь является причиной повышенной вибрации магнитопровода, которая может приводить к механическому нарушению межлистовой изоляции или изоляции шпилек и возникновению короткозамкнутых контуров в магнитопроводе. Возможность ослабления стяжных шпилек подтверждается п. 1.6 Акта визуального осмотра от второго трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3, эксплуатируемого в том же производственном помещении, представителем завода-изготовителя в ходе которого выявлено, что «нижняя правая шпилька со стороны ВН трансформатора была не затянута, и гайка свободно вращалась».

На основании вышеприведенного наиболее вероятной является следующая модель событий:

Повреждение трансформатора могло быть предотвращено в результате действия тепловой защиты. Исследуемый трансформатор ТСДЛ-4000/10-У3 оснащен комплектом термодатчиков 9РТС и электронным Z-конвертером. Согласно акту осмотра представителем завода-изготовителя «тепловая защита не сработала, но перед включением трансформатора в работу она была исправна и проверена».

Установить причину отказа тепловой защиты не представилось возможным, поскольку на экспертизу не был представлен протокол ее испытания.