Использование метода FRA (Frequency Response Analysis) при проведении восстановительного ремонта силового трансформатора 110 кВ

В статье описывается авария на блочном трансформаторе и как благодаря применению метода FRA (Frequency Response Analysis) удалось определить состояние обмоток трансформатора после длительного воздействия тока короткого замыкания и провести ремонт в короткие сроки.

При эксплуатации трансформатора типа ТДГ-70000/110 (Рисунок 1) установленного на ГЭС произошло повреждение ввода фазы «А» и его замыкание на верхнюю крышку трансформатора. При этом трансформатор успешно отключился масляным выключателем со стороны ВН. Стационарная система пожаротушения отработала штатно и потушила пожар масла на баке трансформатора.

Так как со стороны НН нет генераторного выключателя, а останов данного типа гидрогенератора составляет 3-5 секунд, то это привело к тому, что через трансформатор протекали токи короткого замыкания длительностью около 3,5-4 секунд. Из-за этого трансформатор получил дополнительные повреждения.

При повреждении трансформатора произошло (Рисунки 3-6) разрушение всех высоковольтных вводов, разрушение крепежных деталей отводов, оплавление токоведущих шин и разрушение их крепления со стороны НН, на внешней стороне обмотки ВН визуально видны смещения отдельных витков. Из-за особенностей установки трансформатора в теле плотины произошёл подъем пламени вверх (выше системы пожаротушения) и распространение вдоль линии установки трансформаторов, что привело к перекрытию линейной изоляции 110 кВ на данном и соседних трансформаторах (из-за осаждения сажи на подвесных изоляторах) и полной остановке оборудования всей ГЭС.

Рисунок 1. Общий вид трансформатора до повреждения

Рисунок 2. Общий вид трансформатора после повреждения

Рисунок 3. Разрушение деталей крепления отводов

Рисунок 4. Разрушение высоковольтного ввода

Рисунок 5. Незначительное изменение геометрии наружных витков обмотки ВН

Рисунок 6. Разрушение ошиновки на баке трансформатора

После ликвидации последствий аварии встал вопрос о ремонтопригодности данного трансформатора или его замене. В данном случае проблема с заменой трансформатора на бывший в эксплуатации заключалась в невозможности использования большинства имеющихся в резерве трансформаторов из-за напряжения вторичной обмотки данного трансформатора 13,8 кВ. В наличии оказался только один подходящий по параметрам трансформатор, но более старый и за 5000 км. Доставка около 2 месяцев без гарантии, что трансформатор доедет целым. Замена трансформатора на новый составляет примерно 8-12 месяцев.

Определение состояния поврежденного трансформатора затруднялось отсутствием высоковольтных вводов, наличием механических повреждений. Значение сопротивления постоянному току и сопротивление изоляции обмоток указывали на целостность обмоток. Однако характер повреждений и видимые смещения наружных витков обмотки ВН предполагали наличие деформаций в обмотке, которые не могут быть выявлены традиционными методами. Метод измерения сопротивления переменному току трансформатора довольно грубый и часто не позволяет выявить локальных изменений в геометрии обмоток. Гарантии что данный трансформатор сможет работать без перемотки обмоток никто дать не мог. На основании этого ремонтное предприятие настаивало на необходимости перемотки обмотки ВН, а возможно и НН трансформатора. Время ремонта около 3-4 месяцев. Стоимость ремонта от 50% стоимости нового трансформатора.

Оба варианта не удовлетворяли эксплуатацию.

Диагностика обмоток трансформатора методом FRA (Frequency Response Analysis или НВИ - метод Низковольтных Импульсов)

В этой ситуации был предложен вариант проведения диагностики обмоток трансформатора методом FRA (Frequency Response Analysis) или по-другому методом НВИ (метод Низковольтных Импульсов). На тот момент времени этот метод был еще мало распространен и не получил должного признания. Для работы был использован комплекс Импульс-8 (ВЭИ). Опыт использования данного метода у испытательной лаборатории, проводившей диагностику, составлял меньше двух лет (около тридцати обследованных трансформаторов данным методом).

Для проведения диагностики трансформатор был установлен в машзале, отводы трансформатора жестко закреплены в районе верхнего разъема через изоляционные подкладки, восстановлены сломанные крепления отводов, бак трансформатора был очищен от осколков фарфора.

В результате обследования были получены отклики сигналов с разных фаз. Сравнение проводилось между соседними фазами, т.к. отсутствовали данные предыдущих обследований. Это не самый лучший способ, разница между фазами может быть обусловлена конструктивными особенностями трансформатора, а не деформацией обмоток. В данном случае результаты получились очень хорошие (Рисунок 7-12). Коэффициент идентичности обмоток ВН составил не менее 0,983 (максимум 1,0), отклики сигналов практически совпадают, существенной разницы между спектрами нет. На основании полученных данных можно было с уверенностью дать заключение об отсутствие значительных деформации обмоток угрожающих нормальной работе трансформатора. Экспертная система определяет состояние трансформатора как: «Незначительные изменения (уплотнение витков, концентраторов вследствие радиальных и осевых сил, небольшая распрессовка, смещение отводов». Изменения геометрии наружных витков обмотки ВН наиболее вероятно было вызвано механическим замятием вследствие разрушения вводов и поломки крепежных деталей отводов.

На основании заключения об отсутствии деформации обмоток, был проведен восстановительный ремонт трансформатора в объеме: замена вводов ВН и НН, замена поврежденных крепежных деталей из дельта-древесины, очистка внутреннего объема бака трансформатора, покраска трансформатора, заливка трансформатора новым маслом и сушка твердой изоляции. Время проведения ремонта составило менее одного месяца. После ремонта трансформатор исправно отработал около трех лет и был заменен по инвестиционной программе.

Рисунок 7. Сигналы отклика, полученные с обмотки ВН

Рисунок 8. Спектры сигналов отклика, полученные с обмотки ВН

Рисунок 9. Парная корреляционная функция для обмоток ВН

Рисунок 10. Сигналы отклика, полученные с обмотки НН

Рисунок 11. Спектры сигналов отклика, полученные с обмотки НН

Рисунок 12. Парная корреляционная функция для обмоток НН

Если Вам требуется консультация или подбор оборудования, заполните форму: