Ещё раз о необходимости тщательного анализа конструкции для успешного ремонта старого трансформаторного оборудования - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

174
Ещё раз о необходимости тщательного анализа конструкции для успешного ремонта старого трансформаторного оборудования

Краткое описание конструкции реактора

Реактор 40 МВАР, 500 кВ изготовлен японской фирмой «Fuji» в 1980 г. Эксплуатировался на подстанции «Almafuerte», Аргентина с 1982 г. по 2013 г. Он был выведен в капитальный ремонт с диагнозом – наличие мощного высокотемпературного источника нагрева масла, приведшего к выделению большого количества углеводородных газов. В процессе ремонта выявлен источник высокотемпературного перегрева масла – крайние пакеты верхнего и нижнего дисков стержня магнитопровода (рис.1).

Особенностями конструкции реактора (принадлежит к распространённой конструкции с центральным стержнем с воздушными зазорами и боковыми ярмами) является овальная форма обмотки и дисков стержня, а также ввод высокого напряжения не в середину, а в нижнюю часть обмотки (рис.2).

Как видно из рис.2 из-за нижнего ввода высокого напряжения высота нижней ярмовой изоляции значительно больше высоты верхней изоляции, а расстояние от стенки бака до обмотки реактора со стороны ввода 500 кВ тоже значительно больше расстояния от бака до обмотки с противоположной стороны (в дальнейшем будем их называть «сторона 500 кВ» и «сторона 110 кВ» соответственно).

Такая конструкция (довольно сложная в изготовлении) позволяет уменьшить размеры и объём бака и, соответственно, масла, а также величину магнитных потоков, замыкающихся не по магнитопроводу, а по воздуху и баку (их можно условно назвать потоками рассеяния), т.к. часть обмотки, не закрытая вертикальными ярмами, существенно меньше части, параллельной большой оси овала и защищённой ярмами.

Особенностью магнитной системы реактора является ничтожно малый зазор между горизонтальными ярмами и крайними дисками стержня. Практически он совсем отсутствует, т.к. обеспечивается изоляционными полосами толщиной 0.5 мм и листом бумаги «Номекс» толщиной 0.18 мм. Обычно этот зазор делают не менее 6 мм, что обеспечивает устранение влияния неточности изготовления отдельных частей магнитопровода на распределение магнитных потоков по ним.

Очевидно, равномерность зазора между горизонтальным ярмом и крайними и центральными пакетами нижнего и верхнего дисков стержня обеспечивалась точностью изготовления пластин электротехнической стали для крайних дисков.

И при этом деформация изоляционных полос толщиной 0.5 мм считалась несущественной. А её влияние всё же проявилось, особенно в последние годы эксплуатации, т.к. нарастающий перегрев крайних пакетов верхнего диска происходил в результате уменьшения зазора и, соответственно, увеличения плотности магнитного потока через крайние пакеты диска.

 

Объём выполненных ремонтных работ

Специалисты аргентинской энергосистемы, учитывая, что рост количества выделявшихся газов был незначительным в течение длительного периода эксплуатации реактора, потребовали от ремонтной организации выполнения ремонта без изменения конструкции. Они справедливо считали, что восстановление первоначального состояния реактора обеспечит его надёжную работу в течение последующих 15 – 20 лет.

Поэтому в объём ремонтных работ вошли:

1. Замена изоляционных конструкций обмотки: электрокартонных барьеров, угловых шайб и другой ярмовой изоляции (всей изоляции, на которой были обнаружены следы загрязнения продуктами разложения масла и твёрдой изоляции).

2. Изготовление нового верхнего диска стержня магнитопровода, т. к. старый диск имеет следы сильного нагрева стали, в основном, крайних пакетов. Сталь в этих местах была покрыта слоем копоти толщиной 1-2 мм. Изоляционные плиты верхнего диска имеют трещины, деформацию и закопчение. Изоляция под этим диском частично выгорела (рис.3). Нижний диск также имеет следы нагрева стали (рис.4).

3. Традиционная термообработка (вакуумировка, сушка, заливка маслом) изоляции реактора. В том числе опрессовка обмотки в процессе сушки.

 

Негативные результаты ремонтных работ, проявившиеся уже в первые дни эксплуатации

1. Зафиксирована повышенная вибрация реактора.

2. В пробе масла выявлено большое количество углеводородных газов. Появился ацетилен – признак возникновения электродуговых разрядов.

3. После отключения реактора и демонтажа верхней части бака при осмотре доступных частей магнитопровода и обмотки выявлено следующее:

- в результате повышенной вибрации произошла распрессовка обмотки и стержня магнитопровода, что привело к повреждению изоляции между пластинами верхнего горизонтального и вертикальных ярем, обнаружены следы дуговых разрядов между отдельными пластинами (в результате чего и появился ацетилен);

- крайние пакеты верхнего диска стержня магнитопровода имеют такие же следы перегрева, как и после 30-летней эксплуатации.

К сожалению, от дальнейших попыток ремонта таких реакторов (их в энергосистеме используется целых 50 шт.) специалисты энергосистемы и ремонтной организации отказались.

 

Причины неудачи ремонтно-восстановительных работ

Главной причиной усилившегося перегрева крайних пакетов верхнего диска стержня магнитопровода явилось то, что при разработке чертежей верхнего диска не были учтены реальные причины его перегрева. Не был проведен глубокий анализ причин перегрева. Поверхностный анализ привёл к ошибочному заключению о том, что перегрев крайних пакетов верхнего диска вызван магнитными потоками, замыкающимися по воздуху (и поэтому называемыми «потоками рассеяния») в обход горизонтальных ярем и имеющими направление перпендикулярное пластинам пакетов верхнего диска (а в этом направлении магнитное сопротивление наибольшее).

Такое объяснение противоречит следующим неучтенным ремонтниками фактам:

- равномерный перегрев крайних пакетов верхнего диска (при перегреве горизонтальными потоками рассеяния интенсивность перегрева должна бы нарастать от середины к концу крайнего пакета);

- одинаковые перегревы крайних пакетов как со стороны 500 кВ, так и со стороны 110 кВ, хотя поток рассеяния должен быть на много больше со стороны 110 кВ, где, кроме меньшего в несколько раз расстояния от обмотки до бака, имеется ещё и установленный (для снижения потерь в стенке бака) магнитный шунт.

Реальной причиной перегрева крайних пакетов верхнего диска явилось уменьшение зазора между горизонтальным ярмом и крайними пакетами верхнего диска, по сравнению с тем же зазором у средних пакетов. Уменьшение происходило постепенно, о чем говорит постоянное увеличение скорости выделения углеводородных газов в течение длительного периода эксплуатации.

Перегрев увеличивался в результате увеличения степени деформации полосок изоляции в зоне последних пакетов, по сравнению со степенью деформации таких полосок под средними пакетами, имеющими большую площадь и, соответственно, меньшую удельную механическую нагрузку.

При изготовлении нового диска принятые допуски на точность изготовления пластин не только не устранили, но, что очевидно, привели к ещё большему смятию изоляционных пластин между горизонтальным ярмом и крайними пакетами верхнего диска.

Следует также отметить, что аналогичный перегрев нижнего диска стержня менее выражен. Что также подтверждает изложенную причину перегрева, т.к. высота пластин пакетов нижнего диска почти вдвое больше, поэтому изменение магнитного сопротивления воздушного зазора менее заметно на фоне большего вдвое магнитного сопротивления листов пакетов нижнего диска.

Причина повышенного уровня вибраций

Более банальной выглядит причина появления недопустимого уровня вибраций.

Как известно, уровень вибраций реакторов со стержнем с воздушными зазорами зависит от неизбежных при изготовлении отклонений от симметричного расположения обмотки по отношению к последним воздушным зазорам стержня магнитопровода.

Поэтому естественно предположить, что в проекте работ по ремонту реактора не были заложены или не были соблюдены достаточные требования для обеспечения нужной высоты нижней и верхней ярмовой изоляции, с обязательным их контролем после сушки и прессовки активной части.

 

Выводы

Таким образом, при правильном проведении ремонтных работ с учётом особенностей конструкции, правильном определении и последующем устранении причин повреждений ремонт реакторов фирмы «Fuji» позволит обеспечить надёжную работу этих реакторов в течение последующих 15 – 20 лет. В процессе ремонта было выяснено, что старение витковой изоляции не критично, и остаточный ресурс не меньше 20 лет.

Впрочем, разрушение изоляции, частично теряющей механическую прочность при старении, менее вероятно для реакторов, т.к. через их обмотки не протекают такие токи короткого замыкания, как через обмотки трансформаторов.

 

Вместо заключения

Может возникнуть естественный вопрос – зачем этот запоздалый анализ, тем более, что задним числом делать его значительно легче.

Единственной целью его было страстное желание убедить специалистов энергосистемы не отказываться от ремонтов реакторов, т. к. они требуют значительно меньших экономических и временных затрат, чем изготовление, транспортировка и монтаж новых. Это следует учитывать, поскольку речь идёт о таком большом количестве – 50 шт.!

Также хотелось бы надеяться, что проводящие ремонтно-восстановительные работы организации будут более серьёзно относиться к проведению тщательного анализа конструкции старого трансформаторного оборудования в процессе проектирования работ по его реконструкции и модернизации.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus