ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК
Или вы можете позвонить нам сами
8 (800) 55-00-334

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

Нотариальная электротехническая экспертиза

Эксперты: Шерстобитов Ю.В., Ушаков С.Ю.

ПРОБЛЕМА

В процессе эксплуатации вышел из строя сухой силовой трансформатор ТСДЛ-4000/10-У3. Трансформатор был осмотрен представителем производителя, который установил, что причиной повреждения явился некачественный монтаж оборудования. Организация, выполнявшая монтаж трансформатора, не согласилась с выводами производителя. В целях установления действительных причин повреждения и ответственных лиц была назначена нотариальная электротехническая экспертиза, производство которой поручено нашей организации.

ПОСТАВЛЕННЫЕ НА ЭКСПЕРТИЗУ ВОПРОСЫ

Определить причину выхода из строя представленного на исследование электротехнического оборудования – силового трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3: заводской брак, некачественный монтаж, ненадлежащая эксплуатация (и/или обслуживание), некачественная электроэнергия, действие непреодолимых сил или иное?
Установить и указать на ответственных лиц, если такие имеются, за выход из строя электротехнического оборудования.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Документальный
Аналитический
Инструментальный
Моделирование
Органолептический
Фотографический

ПРОЦЕСС ИССЛЕДОВАНИЯ

В ходе исследования был выполнен анализ технической документации, а также актов осмотра поврежденного трансформатора представителем завода-изготовителя.
Произведено два выезда эксперта ООО "Эксперт-Центр" Шерстобитова Ю.В. для визуального осмотра трансформатора и производства измерений по месту его монтажа и при его вскрытии на ремонтной площадке.
Основные технические характеристики объекта исследования
  • система охлаждения – воздушная с принудительной циркуляцией воздуха;
  • схема и группа соединения обмоток – ∆/Yн-11;
  • номинальная частота – 50 Гц;
  • номинальная мощность – 4000 кВА;
  • номинальное напряжение обмотки ВН – 10000 В;
  • номинальное напряжение обмотки НН – 400 В;
  • класс нагревостойкости изоляции – F;
  • тепловая защита на базе Z-конвертера и термодатчиков 9РТС.

Трансформатор эксплуатировался в помещении производственного цеха Завода стиральных машин барабанного типа. От исследуемого трансформатора осуществлялось питание I секции шин РУ-0,4кВ.
В указанном помещении также эксплуатируется аналогичный трансформатор, от которого в нормальном режиме работы осуществляется питание II секции шин РУ-0,4кВ.
Краткая хронология
событий
Согласно акту визуального осмотра трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3, составленному представителем завода-изготовителя, «18.06.2021 в 00:30 по местному времени на ПС 110 кВ на терминале защиты отходящей линии ячейки №3 в ЗРУ-10кВ зафиксировано двухфазное короткое замыкание по фазам L2 и L3 с величиной тока 1,2 кА длительностью 0,16 сек.
В ячейке №3 произошло отключение выключателя, питающего данный трансформатор, по максимально токовой защите и на терминале защиты Sepam зафиксировано, что в момент отключения выключателя ток достигал 1,21 кА в фазе L3, а в фазе L2 ток достигал 1,02 кА. Со слов эксплуатирующего персонала, после обесточивания трансформатора наблюдалось горение обмотки 2v. Тепловая защита не сработала, но перед включением трансформатора она была исправна и проверена».

Результаты визуального осмотра представителем завода-изготовителя
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.

Результаты осмотра экспертом по месту монтажа трансформатора
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.

Результаты вскрытия трансформатора
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.

АНАЛИЗ ОСЦИЛЛОГРАММЫ ТОКОВ АВАРИЙНОГО РЕЖИМА

Анализ осциллограммы токов аварийного режима исследуемого трансформатора на стороне ВН показывает, что длительность аварийного режима составила 177 мс, при этом токи в разной степени возросли по всем трем фазам (до 195 А по фазе L1 (A), до 1,2 кА по фазе L2 (B) и до 1,4 кА по фазе L3 (C))

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.

Анализ характера повреждений

Учитывая значения токов короткого замыкания на стороне ВН трансформатора, зафиксированные на терминале защит, а также коэффициент трансформации трансформатора, значение тока короткого замыкания в фазе B обмотки НН составило около 30 кА. Основным источником тепла при возникновении КЗ является электрическая дуга, температура которой в зависимости от условий ее возникновения может варьироваться в широком диапазоне от 2500 до 20000℃. Поскольку температура плавления алюминия, из которого выполнена обмотка НН, в зависимости от его чистоты составляет от 657 до 660 ℃, что значительно меньше температуры плавления электротехнической стали, то повреждение обмотки должно было быть еще более разрушительным, чем повреждение магнитопровода. Однако, измерения активного сопротивления обмоток НН в ходе осмотра объекта исследования на ремонтной площадке показали, что сопротивление всех обмоток находится в норме и составляет 0,000054 Ом, что указывает на целостность токопроводящей части обмотки. Это также подтверждается результатами визуального осмотра обмотки.
Темные участки на алюминиевом витке являются продуктом оплавления изоляционного материала между обмотками НН и ВН.
На фотографии с осмотра трансформатора на ремонтной площадке на верхней балке магнитопровода виден след от воздействия электрической дуги, что позволяет заключить, что короткое замыкание произошло не внутри обмотки НН фазы B, а между выводами НН обмотки и балкой магнитопровода, в результате распространения электрической дуги по взвеси из продуктов горения обмотки НН фазы B.

Таким образом, очевидно, однофазное короткое замыкание на стороне низшего напряжения фазы B явилось не причиной возгорания изоляции обмотки, а его следствием.

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.

Установление причины 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».

Моделирование событий
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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

В ходе исследования установлено:
1
Трансформатор ТСДЛ-4000/10-У3 был отключен действием МТЗ на стороне высшего напряжения в результате однофазного короткого замыкания фазы B на стороне низшего напряжения. Оценочное значение тока короткого замыкания на стороне НН составило около 30 кА, время защитного отключения составило 177 мс.
2
Характер повреждения сердечника магнитопровода фазы B трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 (следы оплавления и перегорания пластин электротехнической стали крайних пакетов) указывает на наличие высокой температуры (более 1350 ℃ – минимальная температура плавления стали).
3
В результате осмотра обмотки НН фазы B выявлено повреждение внутренней корпусной изоляции и изоляционного слоя между обмотками НН и ВН фазы B.
4
Внешний осмотр токопроводящей части обмотки НН фазы B и измерение ее активного сопротивления показали отсутствие каких-либо повреждений.
5
Повреждений обмотки ВН фазы B и обмоток смежных фаз не выявлено.
6
След от воздействия электрической дуги в виде оплавления на верхней балке магнитопровода со стороны вводов НН фазы B указывает на наличие короткого замыкания вне обмотки НН фазы B, произошедшего между вводом 0,4кВ и балкой магнитопровода.
7
Наиболее вероятно возникновению короткого замыкания способствовала токопроводящая взвесь продуктов горения обмотки НН фазы B, создавшая токопроводящий канал между вводом 0,4 кВ и балкой магнитопровода. Таким образом, однофазное короткое замыкание на стороне низшего напряжения фазы B явилось не причиной повреждения магнитопровода и возгорания изоляции обмотки, а его следствием.
8
Анализ степени повреждения элементов трансформатора (оплавление, деформация и прогар пластин электротехнической стали магнитопровода, повреждение внутренней корпусной изоляции обмотки НН при целостности токопроводящей (алюминиевой) части обмотки) и параметров 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 сердечник фазы B магнитопровода трансформатора.
9
Наиболее вероятной причиной повреждения магнитопровода явился заводской брак при изготовлении сердечника магнитопровода фазы B вследствие некачественной прессовки пластин электротехнической стали, что привело к возникновению вибраций пластин в крайних пакетах магнитопровода, впоследствии приведшее к механическому повреждению межлистовой изоляции и образованию короткозамкнутых контуров, что является причиной такого явления, как «пожар» стали, при котором температура может значительно превышать 700℃. На возможность ослабления прессовки пластин магнитопровода косвенно указывает выявленное в ходе осмотра трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 представителем завода-изготовителя ослабление одной из стяжных шпилек магнитопровода.
10
В ходе осмотров помещения, в котором эксплуатировался исследуемый трансформатор, был выявлен ряд нарушений в организации системы вентиляции, однако, даже выполненная в соответствии с требованиями завода-изготовителя вентиляция не смогла бы предотвратить повреждение трансформатора, поскольку она не рассчитана на противодействие температурам плавления стали.
11
Снизить масштаб повреждения могло корректное действие тепловой защиты, которой оснащен исследуемый трансформатор ТСДЛ-4000/10-У3. Однако, срабатывания защиты не произошло. Поскольку протокол испытания тепловой защиты на экспертизу представлен не был, достоверно установить причину отказа тепловой защиты не представляется возможным.
12
Выявленные нарушения требований инструкции по монтажу не имеют причинно-следственной связи с возникновением повреждения трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3.
13
Без проведения капитального ремонта трансформатор ТСДЛ-4000/10-У3 не подлежит дальнейшей эксплуатации.

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

Вопрос №1
Определить причину выхода из строя представленного на исследование электротехнического оборудования – силового трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3: заводской брак, некачественный монтаж, ненадлежащая эксплуатация (и/или обслуживание), некачественная электроэнергия, действие непреодолимых сил / или иное
Ответ
Наиболее вероятной причиной повреждения магнитопровода явился заводской брак при изготовлении сердечника магнитопровода фазы B вследствие некачественной прессовки пластин электротехнической стали, что привело к возникновению вибраций пластин в крайних пакетах магнитопровода, впоследствии приведшее к механическому повреждению межлистовой изоляции и образованию короткозамкнутых контуров, что является причиной такого явления, как «пожар» стали, при котором температура может значительно превышать 700℃. На возможность ослабления прессовки пластин магнитопровода косвенно указывает выявленное в ходе осмотра трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 представителем завода-изготовителя ослабление одной из стяжных шпилек магнитопровода.
Снизить масштаб повреждения могло корректное действие тепловой защиты, которой оснащен исследуемый трансформатор ТСДЛ-4000/10-У3. Однако, срабатывания защиты не произошло. Поскольку протокол испытания тепловой защиты на экспертизу представлен не был, достоверно установить причину отказа тепловой защиты не представляется возможным.
Выявленные нарушения требований инструкции по монтажу не имеют причинно-следственной связи с возникновением повреждения трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3
Вопрос №2
Установить и указать на ответственных лиц, если такие имеются, за выход из строя электротехнического оборудования
Ответ
Исходя из установленной причины повреждения (заводской брак), ответственным за повреждение трансформатора ТСДЛ-4000/10-У3 является завод-изготовитель.
Поскольку причина отказа тепловой защиты не была установлена, лица, ответственные за масштаб повреждения трансформатора также не могут быть установлены

БОЛЬШЕ НАШИХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ЭКСПЕРТИЗ ТРАНСФОРМАТОРОВ

ДРУГИЕ НАШИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРТИЗЫ

ЭКСПЕРТ-ЦЕНТР

Нужна электроэкспертиза?
Получите бесплатную консультацию у профессионалов в области электротехники и электроэнергетики

Мы выполнили сотни электротехнических экспертиз различной степени сложности и, скорее всего, уже сталкивались с Вашей проблемой. Мы уверены, что сможем Вам помочь в оказании квалифицированной экспертной помощи
ЭКСПЕРТ-ЦЕНТР
Заказать экспертизу