Технические науки/ 5. Энергетика

Аспирантка Антропова А.А.

Дальневосточный Федеральный Университет, Россия

Влияние климата на парк силовых трансформаторов системы электроснабжения Камчатского края.

         Трансформатор – надежное электромагнитное устройство. Его надежность заложена в проектировании, изготовлении,  а впоследствии реализована и в эксплуатации. Трансформатор ответственный электромагнитный аппарат, который играет огромную роль для всей энергосистемы. В процессе эксплуатации появляются причины, которые резко снижают надежность трансформаторов. Поэтому, необходимо качественное техническое обслуживание, квалифицированные эксплуатация и ремонт. Необходимо определить причины появления дефекта, чтобы не подвергнуть трансформатор более тяжелым последствиям, например как авария и как следствие неремонтопригодность.

         На территории Камчатского края более 80% трансформаторов подлежат замене, ввиду 100% износа, есть риск выхода из строя оборудования, т.к. превысили назначенный срок службы. Исследовано 80 трансформаторов, имеющие класс напряжения 110 и 35 кВ.

Причины, которые могли бы спровоцировать отказ или дефект могут иметь следующую природу:

1.     Электромагнитную, т.е. рабочие процессы внутри трансформатора. Это короткое замыкание (старение изоляции) [1]. Вибрации, которые получаются в результате перемагничивания  (расшатывание болтов и шпилек, появление трещин в изоляции всех уровней).

2.     Механическую, т.е. взаимодействии материальных тел друг с другом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1. Алгоритм возникновение неисправности.

3.     Эксплуатационную, «человеческий фактор» (некачественные ремонт, эксплуатация, техническое обслуживание).

4.      Климатическую: перепады температуры, ухудшение погодных условий, влияние морского воздуха, землетрясения, вулканический пепел (основной энергетический узел Камчатского края расположено на территории, так называемой Авачинской и Мутновской группы вулканов).

         Изменение влияющие на работу трансформатора можно определить путем измерения тока холостого тока (Iхх). При повышении Iхх, можно предположить о нарушении изоляции.

В результате испытаний были определены Iхх трансформаторов типа ТРДНС-40000/35

В таблице 1, представлены соотношения потерь холостого хода (Pxx прив) к заводским значениям (Pxx зав) [7]:

Таблица 1. Соотношения приведенных значений потерь холостого хода

Подано

Закорочено

U зав., В

РХХ зав., Вт

РХХ прив., Вт

Отличие от зав., %

Т - 1

а1-b1

b1-c1

380

98

96,7

-1,3

b1-c1

c1-a1

380

98

97,5

-0,5

c1-a1

а1-b1

380

140

135,7

-3,0

Т - 2

а1-b1

b1-c1

380

90

96,0

+6,7

b1-c1

c1-a1

380

90

96,0

+6,7

c1-a1

а1-b1

380

130

136,5

+5,0

        

         Допустимые  отклонения Iхх, не должны превышать +30% (небольшое отклонение наблюдается в Т-2 [6]. В железе магнитопровода Т-2 наблюдается незначительное старение. Если Iхх увеличится более допустимой нормы, то причины возрастания могут быть следующие:

         Коррозия стали магнитопровода, [1] происходит в результате разрушения межлистового изоляционного слоя трансформатора, вызванная образованием конденсата, внутри агрегата. На территории Камчатского края за два календарных месяца январь-февраль 2014 года [9;10], зафиксировано резкое изменение температуры, особенно в середине января и в начале февраля. 

График 1. Температурное изменение за январь 2014 года

 

 

 

 

 

 

График 2. Температурное изменение за февраль 2014 года.

         В результате возникают продукты распада масла, увеличивается и его удельная токопроводимость, что приводит к неудовлетворительному состоянию межлистовой изоляции.

         О состоянии трансформатора можно сказать, проанализировав его масло. Со временем оно накапливает различные загрязнения, путем химических и механических взаимодействий.  Эти загрязнения могут вызвать сбой в работе, короткие замыкания и значительно снизить надежность электростатического агрегата.

         Согласно анализу масла трансформатора ТРДНС-40000/35, отклонений от нормальной эксплуатации нет. Нарастания концентрации газов не обнаружено (Данный трансформатор расположен на территории центральной части России)[7].

         Большое влияние на масло оказывает окисление [5], уровень окисления показывает кислотное число, необходимого для определения калия в масле. О качестве масла судят, по наличию в нем примесей, воды и угля [5], а наличие серы не допустимо [3]. Под влиянием хлора и оксидов возникает коррозия электротехнической стали. Условия нормальной эксплуатации трансформаторов возможно в окружающей среде, не содержащей токопроводящей пыли.

         Трансформаторный парк  Камчатского края, находится на территории действующих вулканов, которые выбрасывают вулканический пепел. Состав: серу (S), хлор (Cl),  железо (Fe), вулканическое и др. [12]. Анализ пепла, произведенный в лабораторных условиях, показал, что происходит изменение пепла по химическому составу в сторону кислотности. (Таблица 3) [8].

Таблица 3. Химические составы пеплов извержения Корякского вулкана в 2009 г.

№

Образец

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

MgO

CaO

Na2O

K2O

P2O5

S

Дата отбора

1

О-15

58,9

0,73

14,97

3,09

3,96

0,11

3,06

6,41

3,01

1,4

0,175

н.о.

4.03.09

2

М-2009/3

58,14

0,85

17,72

7,61

н.о*

0,098

3,34

5,43

3,33

1,29

0,13

1,79

13.03.09

3

М-2009/1

58,58

0,83

17,81

7,49

н.о.

0,087

2,95

5,31

3,31

1,34

0,08

1,95

13.03.09

4

М-2009/6

55,87

0,86

17,14

8,12

н.о.

0,108

3,64

6,86

2,97

1,23

0,11

2,85

2.04.09г.

         Пепел, образует вулканическую пыль, содержащую в себе кислоты, которая ложится не только на корпус, расширитель, а также на изоляторы и токопроводящие части, что провоцирует образование дефектов.

         В мае 1999 году США применила против Югославии графитовые бомбы, эта бомба, состоящая из углерода (электропроводных тонких волокон). При соприкосновении этих волокон с токоведущими элементами (изоляторы, провода), возникают токопроводящие мостики, что ведет к появлению коротких замыканий, следовательно, все это способствует выходу из строя электрооборудования и электроцепей [11]. Вулканический пепел содержит токопроводящую пыль, которая провоцирует создание токопроводящих мостиков, в следствии приводят к возникновению коротких замыканий на токоведущих частях, изоляторах и других элементах.

         До 70% трансформаторных подстанций и распределительных устройств находятся на территории при морской и при океанской зонах на удалении от 50 м до 15 км. В условиях сейсмической активности, возможны механические повреждения, например, расшатывание болтовых соединений и шпилек.

         Природа развития дефектов может быть не только электромагнитной, механической и эксплуатационной, но как показано выше, климатической. Если мы лучше изучим влияние климата на электрооборудование, возможно удастся предотвратить многие неисправности трансформаторного парка, на территории Камчатского края.

Литература

1.      Акимова, Н.К.  Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования [Текст]: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /Н.К. Акимова, Н. Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин.; Под общ. ред. Н.Ф. Котеленца; - 10-е изд. испр. - М: Академия, 2013 г.- 304 с. ISBN 978-5-7695-9799-2

2.     Минскер, Е. Г. Сборка трансформаторов [Текст]: учебник для сред. проф.-тех. Училищ. -5 изд., перераб и доп. – М: Высш. школа, 1981. – 246 с., ил. ( Профтехобразование. Электрические машины и аппараты).

3.     Сибикин, Ю.Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий [Текст]. В 2 кн. Кн.2: учебник для нач. проф. образования / Ю.Д. Сибикин. – 7-е изд., стер. – М.: Академия, 2012. -  256 с. ISBN 978-5-7695-9003-0.

4.     Моряков, О.С. Материаловедение [Текст]: учебник для студ. Учреждений сред. Проф. образования / О.С. Моряков. – 2-е изд., стер. – М.: Академия, 2010. – 240 с. ISBN 978-5-7695-7374-3

5.     Куценко Г.Ф. Монтаж, эксплуатация и ремонт электроустановок [Текст]: учебное пособие для учащихся ССУЗов .– Мн.: Дизайн ПРО, 2003.- 272 с., ил. ISBN 985-452-072-2

6.     ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия [Текст]. – Взамен ГОСТ 11677-75; введ. 01.07.86. – М.: Издательство стандартов, 2002. – 38 с.

7.     Отчет о результатах испытаний по оценке технического состояния и обоснованию остаточного ресурса (срока службы) трансформаторов собственных нужд            1ВТ01 и 1ВТ02 энергоблока № 1 [Текст]. – Удомля: ООО «Электромонтажная компания», 2011.- 39 с.

8.     Максимов А.П., Аникин Л.П., Вергасова Л.П., Овсянников А.А., Чубаров В.М.  Пеплы извержения Корякского вулкана (Камчатка) в 2009 г.: особенности состава и генезис // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. г. Петропавловск – Камчатский, 2011. - Вып. 18 (2).- С. 73-86. ISBN 978-5-902424-09-3.

9.     Погода на январь 2014 года. // Ну и погода в Петропавловске – Камчатском: http://www.petropavlovsk-kamchatskiy.nuipogoda.ru/January. html. (2014 г. 1 февраля)

10.  Погода на февраль 2014 года. // Ну и погода в Петропавловске – Камчатском: http://www.petropavlovsk-kamchatskiy.nuipogoda.ru/february.html. (2014 г. 2 февраля)

11. Графитовая бомба. Военные технологии и разработки будущего со всего мира, новости и обзоры. http://www.zaqw.ru/voennye-tekhnologii/armejskie-razrabotki-vsego-mira/100-grafitovaya-bomba. (2014 г . 5 февраля).

12.  Вулканические пеплы и их состав. Большой информационный архив. http://www. http://big-archive.ru/geography/the_role_of_water_in_the_formation_of_the_Earth_crust/55.php. (2014 г. 5 февраля)