ТРАНСФОРМАТОРЫ С БОЛЬШИМ СРОКОМ СЛУЖБЫ
Методология оценки состояния

Вадим Осотов, главный специалист ОАО «Свердловэлектроремонт», г. Екатеринбург

Проблема оценки состояния изоляции силовых трансформаторов с большим сроком службы является одной из самых сложных при решении вопроса о продлении ресурса.
При этом для подтверждения работоспособности изоляции не обязательно прибегать к прямым методам оценки с отбором образцов и определением степени полимеризации целлюлозы. Для этой цели можно использовать комплекс косвен- ных методов оценки, позволяющих избежать дорогостоящих и небезопасных для изоляции трансформатора работ по вскрытию его активной части. Так считает Вадим Никифорович Осотов, основываясь на опыте работы своего предприятия.

Несмотря на обилие разговоров на всех уровнях о постоянном увеличении в эксплуатации доли оборудования, выработавшего не только назначенный, но и парковый ресурс, темпы его замены настолько малы, что процесс старения парка силового электрооборудования практически не снижает своих темпов.
Мощная встряска, какой явилась московская авария 2005 г., безусловно, способствовала прояснению умов высшего энергетического менеджмента. Однако болезнь настолько запущена, что ожидать быстрого выздоровления не приходится. Существующие темпы ввода новых энергетических мощностей не успевают за темпами роста энергопотребления, что в ряде российских регионов уже сегодня является фактором, сдерживающим рост экономики в целом. В этих условиях необходимо совершенствовать систему технического обслуживания стареющего электрооборудования с целью поддержания на должном уровне не только его работоспособности, но надежности электроснабжения потребителей в целом.
Ключевыми в этой ситуации становятся следующие вопросы:

• Каков фактический или остаточный ресурс работоспособности конкретной группы или единицы электрооборудования?
• Каковы фактические характеристики надежности конкретной группы или единицы электрооборудования, срок службы которого существенно превышает назначенный в технической документации?

К сожалению, в настоящее время точных и однозначных ответов на эти вопросы чаще всего не бывает. Это обусловлено прежде всего отсутствием достоверных исходных данных и сложностью их получения в реальных условиях эксплуатации. Однако это не означает, что решения этой задачи вообще не существует. В реальной жизни совсем не обязательно иметь однозначные ответы на все вопросы. Во многих случаях достаточно получить качественную оценку состояния оборудования с приемлемым уровнем достоверности.
Рассмотрим возможные пути решения этой проблемы на примере оценки состояния изоляции силовых трансформаторов.

НОРМАТИВНЫЕ МЕТОДЫ

Теоретически кардинальным решением является определение степени полимеризации образцов изоляции из зоны, где изоляция подвержена наибольшему разрушению. Чаще всего это наиболее нагретая зона обмоток трансформатора, которая расположена в труднодоступном месте. Поэтому на практике это означает, что для проведения относительно простого и недорогого анализа необходимо, по сути дела, провести капитальный ремонт трансформатора (разгерметизировать активную часть, слить масло, отобрать образец изоляции из труднодоступной зоны обмоток, восстановить повреж- денную в месте отбора образцов изоляцию и т.д.). Если даже предположить идеальные условия проведения процедуры отбора образцов, то и тогда такая работа должна проводиться только в том случае, когда имеются достаточные основания ожидать значительного износа изоляции. Проводить такие работы, чтобы убедиться в незначительном термическом старении изоляции, не имеет никакого практического смысла. Если же учесть, что на любом этапе работ по отбору образцов витковой изоляции могут быть допущены ошибки, способные привести в дальнейшем к повреждению трансформатора, то станет ясно, что необходимо «семь раз отмерить», прежде чем проводить такие процедуры.
Это особенно актуально на современном этапе реформирования электроэнергетики, когда сервисные услуги объявлены «непрофильным бизнесом», а исполнители этих услуг определяются по результатам торгов, где компетенция исполнителя, как показывает реальная практика, является второстепенным фактором. В совокупности подобное означает, что в действительности образцы изоляции отбираются из удобной для отбора зоны, а не из зоны с наибольшим старением изоляции, в результате достоверность, казалось бы, абсолютного метода контроля достаточно далека от 100%.

КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ

В такой ситуации важную роль должны играть косвенные методы, позволяющие накопить достаточные данные для оценки состояния изоляции и обоснованного решения о проведении отбора образцов изоляции. Такие методы косвенной оценки известны и должны использоваться на практике.
Законы термического старения бумажной изоляции изучены достаточно хорошо, и на их основе разработаны многочисленные, в том числе и стандартизованные, методики оценки относительного расхода ресурса изоляции силовых трансформаторов по температуре наиболее нагретой точки.
Однако по трансформаторам с большим сроком службы невозможно получить точные данные для расчетов, так как в относительно недалеком прошлом отсутствовали системы автоматизированного сбора и длительного хранения необходимой информации (текущая нагрузка, систематические и аварийные перегрузки, температура масла и окружающей среды и т.п.). В ретроспективе эти данные могут быть получены только экспертным путем, что позволяет оценить термический износ изоляции лишь в первом приближении. Однако на практике в ряде случаев и этих данных бывает достаточно для принятия решения об отборе образцов изоляции.

Содержание фурановых соединений в масле

Например, если известно, что нагрузка трансформатора на протяжении всего срока службы не превышала 50% номинальной, температура верхних слоев масла при этом была ниже допустимой на 30–40°С и другие данные указывают на отсутствие опасных перегревов, то очевидно, что и через 30–40 лет эксплуатации термический износ незначителен и поэтому проведение дорогостоящих процедур для подтверждения этого факта не имеет смысла.
Другое дело, когда нагрузка и другие параметры, определяющие процесс износа изоляции, близки к предельным значениям. В этом случае неточность исходных данных может существенно повлиять на корректность оценки степени старения изоляции. Для повышения точности оценки в этом случае необходимо применение дополнительных косвенных методов.
Наименее затратным из таких методов является определение содержания фурановых соединений в масле, которое теоретически хорошо согласуется со степенью полимеризации бумаги и соответственно со степенью ее старения. Однако, к сожалению, на содержание фурановых соединений в масле влияют и другие факторы, снижающие их концентрацию в масле (прежде всего разложение фурановых соединений в термосифонных фильтрах при наличии поглощенных силикагелем кислот). Тем не менее высокое содержание фурановых соединений в масле является достаточным основанием для проведения отбора образцов изоляции с целью определения степени полимеризации бумаги. Если небольшое содержание фурановых соединений в масле хорошо согласуется с другими косвенными показателями, свидетельствующими о незначительном старении изоляции, то нет никакой необходимости проводить отбор образцов для определения степени полимеризации бумаги.
Опыт ОАО «Свердловэлектроремонт» подтверждает это: во всех трансформаторах с аномально большим содержанием фурановых соединений степень полимеризации бумажной изоляции была очень близка к предельным значениям, а при небольшом содержании фурановых соединений ни разу не было зафиксировано значение степени полимеризации, приближающееся к предельному. Случай, когда небольшая концентрация фурановых соединений явно противоречит другим данным, свидетельствующим о предельном старении изоляции, в практике ОАО «Свердловэлектроремонт» пока не встречался. Однако при возникновении такой ситуации отбор образцов изоляции для определения степени полимеризации будет вполне оправданным.

Содержание газа в масле

В качестве дополнительных косвенных показателей степени старения изоляции полезны также данные хроматографического анализа растворенных в масле газов. Как правило, у трансформаторов, изоляция которых приближается к предельному состоянию, фиксируется аномально высокое содержание окиси и двуокиси углерода.
Процесс старения изоляции зависит ещё от степени ее увлажнения и загрязнения изоляционных промежутков, чему способствуют процессы старения трансформаторного масла, продукты разложения которого откладываются на поверхности изоляции, ускоряют процесс ее деградации, а также снижают ее изоляционные характеристики и затрудняют отвод тепла.

АНАЛИЗ ИЗМЕРЕНИЙ

Таким образом, при оценке степени старения изоляции в качестве косвенных показателей вполне можно использовать данные о диэлектрических характеристиках изоляции и масла. Однако для получения достоверной информации методика проведения этих измерений должна отличаться от закрепленной в действующей нормативной документации («Объем и нормы испытания электрооборудования»).
Прежде всего это касается условий отбора проб масла и проведения измерений диэлектрических характеристик изоляции. Для подтверждения предыдущих данных в табл. 1 приведены новые результаты измерений на трансформаторе, предельное состояние изоляции которого было подтверждено комплексом других измерений, в том числе и измерением степени полимеризации целлюлозы образцов, отобранных при ревизии активной части.
Эти данные еще раз показывают, что измерения характеристик изоляции трансформаторов с большим сроком службы при относительно низких значениях температуры могут создать ложное представление о состоянии их изоляции.
Подобных примеров можно привести десятки, но этот является наиболее наглядным и подтвержден результатами осмотра активной части трансформатора.

Особо следует подчеркнуть, что ни один из перечисленных методов оценки степени старения изоляции не дает 100-процентной достоверности (вероятности абсолютно точной оценки). Например, по данным «ЗТЗ-СЕРВИС», ошибка в оценке степени полимеризации целлюлозы за счет ошибки в выборе места отбора образца (определении места наиболее нагретой точки) может достигать 10–20%. Поэтому суммарная достоверность этого, казалось бы, абсолютного метода, может быть оценена значением 0,8–0,9. Достоверность каждого косвенного метода может быть оценена значением 0,6–0,7. Однако в случае совпадения оценок двух независимых косвенных методов суммарная достоверность достигнет уже значения 0,84–0,91, что не уступает достоверности наиболее точного метода.
Таким образом, для подтверждения работоспособности изоляции силовых трансформаторов совсем не обязательно прибегать к прямым методам оценки с отбором образцов и определением степени полимеризации целлюлозы. Для этих целей можно использовать комплекс косвенных методов оценки, позволяющих избежать дорогостоящих и небезопасных для изоляции трансформатора работ по вскрытию его активной части. Отбор образцов следует проводить только тогда, когда это необходимо для получения количественных оценок при наличии достаточных оснований по результатам косвенных методов оценки.
Проблема оценки состояния изоляции силовых трансформаторов с большим сроком службы является ключевой и одной из самых сложных при решении вопроса о продлении ресурса трансформаторов.
В настоящем материале не рассматривались методы оценки остаточного ресурса других элементов силовых трансформаторов. Но несложно показать, что корректная оценка их состояния и ресурса также может быть выполнена на основании комплекса косвенных методов, а прямые измерения при ревизии активной части целесообразно проводить только при наличии достаточных оснований по данным косвенных методов.

ВЫВОДЫ

Несмотря на то, что в настоящее время накоплен достаточный научный и практический опыт оценки и прогнозирования ресурса электрооборудования, до сих пор отсутствует какой-либо нормативный документ, регламентирующий саму процедуру продления ресурса.
В современных условиях, когда ранее единые отраслевые комплексы раздроблены на многочисленные акционерные компании (не только в энергетике), зачастую имеющие противоположные экономические интересы, разработка такого документа связана с вполне определенными проблемами.
Технические аспекты этой проблемы являются общими для всех отраслей и структур и единое решение среди технических специалистов может быть достигнуто достаточно быстро. Гораздо сложнее преодолеть различие экономических интересов различных собственников, так как неизбежное снижение надежности электрооборудования с большим сроком службы будет иметь для них разные экономические последствия.