Трансформаторное оборудование

Согласно технической политике ПАО «Россети», в современной энергетике приоритет в применении высоковольтных вводов 110 кВ отдается вводам с твердой RIP-изоляцией [1].
Дефекты в оборудовании с полимерной изоляцией развиваются стремительно, поэтому их раннее диагностирование становится особенно актуальным. В связи с этим многие исследования в области диагностики оборудования с полимерной изоляцией нацелены сегодня на поиск методов, позволяющих выявлять дефекты на начальном этапе их развития. Об одном из таких методов рассказывает Светлана Петровна Высогорец.

Светлана Высогорец, к.т.н., главный специалист ПАО «МРСК Северо-Запада», г. Санкт-Петербург

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВВОДЫ
Способы ранней диагностики оборудования с полимерной изоляцией

В результате проведения закупочных кампаний одним из филиалов ДЗО ПАО «Россети» общее количество приобретенных вводов 110 кВ за период с 2005 по 2013 годы составило
53 шт., среди которых 81% – это вводы с полимерной внешней изоляцией и 19% – вводы с фарфоровой внешней изоляцией.

При проведении плановых испытаний отбраковка высоковольтных трансформаторных вводов 110 кВ со сроком эксплуатации до 5 лет с внешней полимерной изоляцией и внутренней RIP-изоляцией составила: 2006 года выпуска (г.в.) – 1 шт.; 2007 г.в. – 5 шт.; 2008 г.в. – 3 шт.; 2009 г.в. – 3 шт. Причиной отбраковки послужило ухудшение электрических характеристик изоляции: рост емкости и tgδ основной изоляции в сравнении с заводскими испытаниями [2].

Первый отбракованный в 2010 году ввод ГКПТ-II-60-110/630 2006 года выпуска был отремонтирован в заводских условиях, в 2012 году повторно смонтирован на трансформатор и введен в работу. В 2013 году по результатам тепловизионных измерений вышеуказанный ввод вновь был отбракован. Межремонтный период составил только один год, что указывает на низкую эффективность проведенного ремонта.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФЕКТА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Высоковольтные вводы, отбракованные по результатам плановых электрических измерений (рост емкости и tgδ основной изоляции в сравнении с заводскими испытаниями), были подвергнуты тепловизионным измерениям с учетом приложенного напряжения определенной величины с целью определения места локализации дефектов.

При инфракрасном контроле было обнаружено появление локальных нагревов в зависимости от уровня рабочего напряжения:

• при линейном напряжении сети 110 кВ локальные нагревы не выявлены;
• при линейном напряжении сети 116 кВ и более обнаружены локальные нагревы трех вводов, установленных на силовых трансформаторах ТМТН 6300/110-71-У1 (место нагрева – 2-я–3-я и 4-я–5-я юбки вводов соответственно).

Оценка теплового состояния высоковольтных вводов производилась косвенным способом на основании:

• выявления температурных аномалий на поверхности покрышки;
• измерения значений температуры и анализа характера ее распределения;
• сопоставления мест нагрева с аналогичными участками фазы или других фаз;
• анализа причин возникновения температурной аномалии с учетом конструктивных особенностей оборудования [3].

В ходе анализа термограмм был применен расчет разности измеренных температур различных участков нагрева поверхности ввода (Т_макс – Т_мин); построен температурный профиль изменения температуры по поверхности высоко­вольтного ввода; произведен расчет коэффициента дефектности применительно к оценке состояния ввода (Т_{макс.деф.ввода} / Т_{мин.испр.аналога}) [3].

По результатам проведенных измерений установлено, что коэффициент дефектности вводов напряжением 110 кВ находится в диапазоне 1,3–1,6; наблюдаемая температурная разница между пятном локального нагрева и областью нормального состояния для вводов, имеющих ухудшенные электрические характеристики (тангенс угла диэлектрических потерь и емкость основной изоляции), составляет 3,2–9,4 °С.

Результаты представлены на рис.1–7.

Рис. 1. Термограмма ввода 110 кВ ПС 94 Т-1, фаза С

Рис. 2. Термограмма ввода 110 кВ ПС 94 Т-1, фаза В

Рис. 3. Термограмма ввода 110 кВ ПС 26 Т-2, фаза В

Рис. 4. Термограмма и температурный профиль ввода 110 кВ ПС 26 Т-1, фаза С

Рис. 5. Термограмма ввода 110 кВ, зав. № 11523

Рис. 6. Термограмма ввода 110 кВ, зав. № П06655

Рис. 7. Термограмма ввода 110 кВ, зав. № П06625

Построение температурного профиля по результатам обследования высоковольтного ввода 110 кВ ГКДПТ-110, представлено на рис. 4:

• температура пятна нагрева: 19,1 °С;
• температура ввода в нормальной области: 15,2–16,8 °С;
• температурная разница: 2,1–2,2 °С.

Построение температурного профиля позволило обнаружить локальную точку нагрева на поверхности ввода.
В лабораторных условиях проведены экспериментальные измерения высоковольтных вводов с полимерной изоляцией ГКТП (ГКПТ) напряжением 110 кВ. В исследуемую выборку были включены высоковольтные вводы, в которых до проведения экспериментальных испытаний было установлено значение тангенса угла диэлектрических потерь основной изоляции в пределах 0,7 до 1,9% (при этом был зафиксирован рост тангенса угла диэлектрических потерь основной изоляции по сравнению с заводскими испытаниями), а также в ходе эксплуатации которых установлен рост ёмкости ввода более чем на 5% (от 12% до 38%) в сравнении с заводскими измерениями. Работы проводились в два этапа.

Этап 1. На изолированный от земли высоковольтный ввод с RIP-изоляцией поочерёдно подавалось испытательное напряжение: Uф = 63, 70, 73, 100 кВ с частотой 50 Гц в течение 30 мин. Параллельно проводились тепловизионные измерения, в ходе которых было установлено появление на поверхности ввода локального нагрева при фазном напряжения 70 кВ и более.

Этап 2. Далее к вводу прикладывалось напряжение с шагом 1 кВ, начиная с напряжения 65 кВ. Установлено, что пороговым значением напряжения, при котором обнаруживался локальный нагрев, является значение 66 кВ (для всех испытуемых вводов). При напряжении выше 66 кВ наблюдался рост температуры локального нагрева, а при напряжении ниже 66 кВ полностью исчезало.

Так как допустимый диапазон изменения напряжения в распределительной сети составляет 110–119 кВ и, как правило, в сети 110 кВ Uл ниже 114 кВ (Uф 65,9 кВ для одного ввода), локальный нагрев в ходе текущей эксплуатации обнаружить тепловизором достаточно сложно.

Согласно требованиям [3] рекомендуется инфракрасный контроль проводить при максимальной токовой нагрузке. При этом указано, что контроль при нагрузке 0,3 Iном и ниже не обеспечивает выявление дефекта на ранней стадии его развития. Обнаруженные факты влияния величины приложенного напряжения на результативность тепловизионной съемки указывают на то, что, помимо токовой нагрузки, важным фактором позволяющим выявлять дефекты на ранней стадии развития является величина приложенного напряжения.

В случае обнаружения ухудшения состояния вводов с полимерной изоляцией по результатам электрических измерений, при проведении претензионной работы следует рекомендовать проведение аналогичных лабораторных экспериментов, позволяющих установить вероятное место локализации дефекта.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВСКРЫТИЯ ОТБРАКОВАННЫХ ВВОДОВ

При вскрытии кремнийорганической покрышки ввода ГКДПТ-110 кВ, в месте локального нагрева было обнаружено (фото 1):

• некачественное приклеивание к остову ввода;
• наличие скрытых незаполненных полостей;
• некачественное изготовление алюминиевых обкладок – «волновой эффект»;
• некачественный схлёст с видимым зазором при соединении в кольцо.

Фото 1. Обработанное место спила ввода между 4 и 5 юбкой

Согласно протоколу испытаний завода-изготовителя (раздел «Испытание повышенным напряжением 230 кВ в течение 60 сек») в период приемосдаточных измерений на высоковольт­ный ввод подается испытательное напряжение 230 кВ, что значительно превышает напряжение (70 кВ), при котором обнаруживалось локальное пятно нагрева. Соответственно для выявления дефектов изготовления при заводских испытаниях необходимо проводить параллельно с высоковольтными испытаниями инфракрасный контроль поверхности вводов с двух противоположных сторон.

ВЫВОДЫ

• Обнаружена температурная разница между пятном локального нагрева и областью нормального состояния вводов, имеющих ухудшенные электрические характеристики в диапазоне 3,2–9,4 °С. Рассчитанный коэффициент дефектности отбракованных вводов находится в диапазоне значений 1,3–1,6.
• Установлено влияние значения приложенного напряжения на результат тепловизионных измерений. Обнаружено появление локального пятна нагрева на поверхности ввода, обусловленное дефектом изготовления (пробой между обкладками ввода) при подаче напряжения U_ф 66 кВ и более. Соответственно фактор «величина приложенного напряжения» следует включить в перечень факторов, рекомендуемых авторами [3] к учету при проведении инфракрасного контроля.
• Целесообразно ввести в область обязательного анализа при тепловизионных измерениях построение и оценку температурного профиля высоковольтного ввода как элемента, позволяющего выявить локальные точки нагрева на поверхности ввода.
• С целью раннего выявления дефектов изготовления, заводам-производителям высоковольтных вводов 110 кВ с внешней полимерной и внутренней RIP-изоляцией целесообразно проводить при заводских испытаниях инфракрасный контроль поверхности вводов с двух противоположных сторон с обязательным вложением термограмм в паспорт оборудования.
• При обнаружении ухудшения состояния вводов с полимерной изоляцией по результатам электрических измерений следует рекомендовать проведение вышеизложенного лабораторного эксперимента с целью определения вероятного места локализации дефекта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Положение ОАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе. М.: МИК, 2013.
2. Объем и нормы испытания электрооборудования / под общ. ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. 6-е изд., изм. и доп. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.
3. РД 153-34.0-20.363-99. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ / Разраб. ОАО «Фирма ОРГРЭС». М., 2000.