Надежностью объекта называется свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени в заданных пределах значения установленных эксплуатационных показателей при заданных режимах использования и условиях обслуживания и ремонта. При этом количественные показатели надежности определяются статистической вероятностью выполнения этих функций или случайными значениями частоты вынужденных отказов и длительности нормальной и аварийной работы, в связи с чем при оценке надежности используются методы теории вероятности и математической статистики.
В соответствии с ГОСТ 27.002—83 могут использоваться 16 единичных показателей надежности, определяющих отдельно безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость объекта. Кроме того, надежность как комплексное свойство технического объекта могут характеризовать пять комплексных показателей.
Из всего многообразия показателей для оценки надежности трансформаторов практически используются лишь следующие: параметр потока отказов со — среднее число отказов ремонтируемого изделия в единицу времени (например, отказ/год); время восстановления после отказа Т„ — среднее время вынужденного простоя, необходимого для выявления и устранения одного отказа (ч/отказ); частота плановых ремонтов р (ремонт/год); средняя продолжительность одного планового ремонта Тр (ч/ремонт); коэффициенты вынужденного простоя /Св=со7 в и планового /Ср = рГр (иногда называемые среднегодовой продолжительностью простоя соответственно в аварийном и плановом ремонтах)—вероятности нахождения элемента в вынужденном и плановом простое соответственно (ч/год); коэффициент технического использования /Ст. и = 1 — (Гв + ЛГр) — вероятность нахождения элемента в работоспособном состоянии, т. е. в работе или в резерве. Определение перечисленных показателей надежности рассмотрено .
Маслонаполненный трансформатор, содержащий большое количество горючей жидкости, обладающей относительно невысокой температурой вспышки (135—150 °С), является оборудованием с повышенной пожарной опасностью. При повреждениях внутри бака, во вводе, на изоляции или на ошиновке трансформатора возникает электрическая дуга, способная при известных условиях воспламенить как трансформаторное масло, так и твердую изоляцию трансформатора. Возникновение пожара при внутренних повреждениях в трансформаторе тем более вероятно, что эти повреждения обычно сопровождаются образованием горючих и взрывоопасных газов (метан, водород и т. п.). Кроме того, сопровождающее КЗ резкое повышение давления в баке или во вводе (гидравлический удар) зачастую вызывает нарушение целости бака и ввода с выбрасыванием струи масла и горючих газов, воспламеняющихся под действием той же дуги КЗ.
Воспламенение масла может быть также следствием недопустимого нагрева контакта на вводе или на ошиновке трансформатора, либо замыкания в контрольных и силовых кабелях проводки к приводу РПН, к электродвигателям системы охлаждения и т. п.
Отметим, что как возникновению возгорания, так и его развитию способствует нередкое в эксплуатации образование промасленного слоя загрязнений трансформатора, охладителей, гравийной засыпки, маслосборной ямы.
Возникшие на трансформаторе до или в ходе пожара повреждения обычно связаны с растеканием горящего масла, которое вызывает распространение возгорания по территории энергообъекта или на соседние помещения и оборудование. Отметим, что температура горящего масла превышает 1100 °С, и на каждый кубический метр сгоревшего масла выделяется более 10 м3 газов, которые задымляют территорию и помещения, затрудняя или делая невозможным доступ туда персонала без применения дыхательных аппаратов. Образующаяся копоть отлагается на изоляции, вызывая дополнительные перекрытия и КЗ и создавая необходимость большого объема работ по чистке изоляции перед повторной подачей напряжения на оборудование после завершения тушения пожара и локализации повреждения в электроустановке.
Действия эксплуатационного персонала при автоматическом отключении трансформатора зависят, в частности, от того, какая защита сработала, а также от последствий отключения.
При автоматическом отключении трансформатора от защит следует прежде всего по типу сработавшей защиты и по известной зоне ее действия найти возможное место повреждения. Следует различать газовую защиту и струйное реле, зоны действия которых находятся соответственно внутри баков трансформатора или устройства РПН, отсечку и дифзащиту трансформатора, зоны действия которых, кроме самого трансформатора, охватывают также аппаратуру и ошиновку присоединения трансформатора, и, наконец, защиты от внешних КЗ, зоны действия которых охватывают элементы электроустановки и сети, внешние по отношению к трансформатору.
При срабатывании какой-либо одной из указанных защит можно с определенной вероятностью предполагать и ее ложное действие. Поэтому, если осмотр зоны действия защиты не выявит повреждения и последующие испытания самого трансформатора также не обнаружат дефекта, следует проверить сработавшее устройство защиты. При выявлении дефекта защиты она должна быть выведена из действия, а трансформатор при необходимости может быть включен в работу. Одновременно должны быть приняты меры по восстановлению неисправной защиты. При этом следует учитывать повышенную опасность развития возможного повреждения трансформатора при отсутствии быстродействующей газовой защиты. Особенно опасна работа трансформатора без струйного реле, которое практически является единственной защитой бака контактора. Такая работа допустима на период не более суток по особому решению главного инженера энергопредприятия.
В настоящее время в Средневолжском ПО «Трансформатор» изготовлена первая опытно-промышленная партия трансформаторов с повышенной нагрузочной способностью (коэффициент аварийной перегрузки 2,24), обеспечиваемой за счет форсированного охлаждения, основанного на сочетании стандартной дутьевой системы охлаждения с направленной принудительной циркуляцией масла и дополнительного охладителя ДЦ на баке трансформатора.
Специфической особенностью охлаждения трансформаторов при установке их
в закрытых помещениях (камерах) является необходимость оснащения камеры вентиляцией для предупреждения недопустимого перегрева как помещения, так и самого трансформатора.
Отметим, что только при системах охлаждения М и Д вся теплота, генерируемая в трансформаторе, выделяется в пределах трансформаторной камеры. У трансформаторов с масляно-водяным охлаждением основная часть потерь отводится водой и вентиляция камеры должна удалить только теплоту, выделяемую поверхностью бака трансформатора. При системе охлаждения ДЦ количество теплоты, выделяемой в камере, зависит от места расположения охладителей.
Вентиляционные системы подразделяются на приточные (нагнетающие воздух в помещение) и вытяжные (извлекающие воздух из помещения и выбрасывающие его в атмосферу). Комбинация обоих этих методов носит название приточно-вытяжной системы.
Если перемещение воздуха обеспечивается только за счет разности температур, а следовательно, и плотности внутреннего и внешнего воздуха или за счет воздействия ветра на здание, то система вентиляции называется естественной.
При естественной вентиляции может быть получено усиление тяги путем использования давления ветра; с этой целью в вытяжных вентиляционных каналах в месте выхода их на крышу здания устанавливаются специальные насадки-дефлекторы. Поток ветра, обтекая дефлектор, создает эжекционный
эффект.
Особенности распространения и физиологическое воздействие звука. Звуком называется акустическая вибрация, создающая ощущения в органах слуха. Органы слуха человека воспринимают звуковые частоты в диапазоне от 16 до 16 000 Гц при условии, что их интенсивность больше некоторого минимального значения, называемого порогом слышимости.
Акустические вибрации сложного частотного состава носят название шума. Трансформатор и его вспомогательные устройства (система охлаждения, вентиляция) при работе генерируют именно шум. Шум способен оказывать вредное или раздражающее действие на человека: под его воздействием может повышаться артериальное давление, ускоряться пульс, понижаться острота зрения, меняться ритм дыхания. Воздействуя на кору головного мозга, шум вызывает раздражение нервной системы, приводящее к усталости, ослаблению внимательности, снижению четкости речи. Как следствие, снижается производительность труда работника, возрастает вероятность ошибки.
Степень вредного воздействия шума зависит, в первую очередь, от уровня его интенсивности, спектрального состава, продолжительности и распределения шума в течение рассматриваемого промежутка времени (рабочего дня, суток и т. д.); существенную роль играет и само состояние организма человека.
Для ориентировочной оценки постоянного шума используется уровень звука в децибелах (уровень акустического давления), измеряемый по шкале А шумомера. Эта шкала обладает скорректированной частотной характеристикой, примерно соответствующей по чувствительности человеческому уху.
Более точной характеристикой шума является его частотный спектр, представляющий собой значения уровня звука, рассчитанные отдельно для нескольких частотных полос, перекрывающих весь диапазон звуковых частот. Обычно для такой характеристики используются так называемые октавные полосы, для которых соотношение граничных частот равно двум.
Дело в том, что регламентированные директивными документами предельные перегрузки не сокращают срок службы трансформатора против нормированного; если же пойти на ускоренный износ изоляции, то можно повысить предел допустимых перегрузок. На практике повышенные систематические перегрузки допускают, например, на трансформаторах временных подстанции или при предполагаемой в ближайшее время замене трансформатора.
При повышении температуры масла трансформатора вне связи с его перегрузкой оперативный персонал должен попытаться выяснить, причину перегрева, в частности, связь ее с возможным повышением температуры охлаждающей среды (воздух, вода) или с неисправностью устройства охлаждения; целесобразно также уточнить достоверность показаний термосигнализатора.
При неисправности какого-либо элемента устройства охлаждения следует принять срочные меры по подключению резервных охлаждающих устройств (при их наличии) и ускорить ликвидацию дефекта, а при необходимости — разгрузить тем или иным путем перегревшийся трансформатор. Если перегрев вызван повышением температуры охлаждающей среды, то необходимо форсировать охлаждение (увеличение расхода воды, подключение дополнительных охладителей) или разгрузить трансформатор.
Заметим, что трансформатор с системой охлаждения Д при отключении всех вентиляторов допускает длительную работу с нагрузкой, меньшей номинальной, если температура верхних слоев масла не превышает 55 °С, а при температуре окружающего воздуха ниже нуля — с любой нагрузкой, если температура верхних слоев масла не превышает 45 °С. Кратковременная работа этих же трансформаторов с номинальной нагрузкой без ограничения по температуре масла допускается в зависимости от температуры окружающего воздуха.
Определение вида дефекта трансформатора по анализу состава газа в газовом реле. При внутренних повреждениях в трансформаторе выделяющиеся с газовое реле газы характеризуются пониженным содержанием кислорода и наличием водорода, окиси углерода, углекислого газа и углеводородов. При этом по мере развития повреждения содержание кислорода в газе будет уменьшаться, а остальных газов увеличиваться. Именно поэтому анализ газа в реле позволяет определить внутренние повреждения в трансформаторе, а в некоторых случаях также и характер этих повреждений.
Анализ состава пробы газа из газового реле может выполняться с помощью либо химического газоанализатора (ГХЛ-1 или ВТИ-2), либо хроматографа (ЛХМ-8НД, ЦВЕТ-102 и др.). Результаты анализа сопоставляются с обобщенными данными по составу газа, выделяющегося при различных внутренних повреждениях.
Трансформаторы 35 кВ и ниже, имеющие внутренние повреждения, при которых разлагается масло, но не повреждена твердая изоляция, могут быть временно оставлены в работе с учетом местных условий. Масло из этих трансформаторов должно контролироваться не реже раза в месяц в объеме сокращенного анализа и определения 1б б, и при возрастании скорости выделения газа или ухудшении показателей масла трансформатор следует вывести из работы.
При анализе состава газа следует иметь в виду, что в масле трансформаторов, не оснащенных азотной (пленочной) защитой, содержится от 5 до 10 % растворенного воздуха. При внутренних повреждениях в таком трансформаторе значительная часть образующихся газов вначале будет растворяться в масле и вытеснять воздух, именно поэтому первоначальное выделение в газовом реле воздуха еще не гарантирует отсутствия внутренних повреждений трансформатора и необходим дальнейший отбор проб газа с их анализом, а также анализ газосодержания масла.
Во всех случаях для индикации повреждения и определения возможного характера дефекта кроме пробы газа из газового реле следует дополнительно использовать другие методы и способы контроля, а также анализировать режим работы трансформатора, данные о его предшествующем состоянии, перенесенные внешние КЗ и т. п.
Для исключения возможности прорыва воды в масляный контур охладителя при случайном повышении давления воды в системе можно рекомендовать схему водоснабжения с использованием предельными значениями. Кроме того, необходимо контролировать состояние масляных фильтров, входящих в комплект охлаждающего устройства, по манометрам, установленным для измерения давления в системе (возрастание давления свидетельствует о необходимости очистки фильтрующего пакета).
Эффективность работы масляных радиаторов при системах охлаждения М и Д может быть проверена прикосновением руки: холодный радиатор указывает на отсутствие циркуляции через него масла, что скорее всего объясняется закрытым положением радиаторных кранов.
При эксплуатации системы охлаждения ДЦ могут загрязняться наружные поверхности оребренных трубок калорифера, резко снижая его эффективность.
Особое внимание следует уделять контролю вращающихся элементов системы охлаждения: вентиляторов, насосов, электродвигателей; прежде всего необходимо обратить внимание на отсутствие повышенной вибрации и ненормального шума вращающегося агрегата. Требует периодического контроля и состояние самих рабочих колес (крыльчаток) вентиляторов, так как возможен их излом в месте крепления лопасти к диску ступицы (или образование трещины в этом месте). Подобный контроль проводится на остановленном вентиляторе.
Во избежание ухудшения циркуляции масла через маслоочистной фильтр из него необходимо периодически удалять загрязнения. Эта операция проводится первый раз после 72 ч непрерывной работы вновь смонтированного или введенного после капитального ремонта трансформатора, а в дальнейшем очистка фильтра повторяется при каждом ремонте трансформатора или его масляной системы.
Назначение системы охлаждения и основные типы ее исполнения. Работа трансформатора сопровождается выделением теплоты в элементах его конструкции за счет нагрузочных потерь в обмотках и отводах, потерь в стали магнитопровода, добавочных потерь в некоторых конструктивных элементах.
Задачу отвода теплоты непосредственно от нагретых детален у масляного трансформатора выполняет изоляционное масло, которым залит его бак. В практике отечественного трансформаторостроения для масляных трансформаторов применяется один из четырех видов охлаждения: естественное масляное, дутьевое, циркуляционное масляно-воздушное и циркуляционное масляно-водяное, условно обозначаемые соответственно М, Д, ДЦ и Ц .
Охлаждение системы М использует естественную, за счет тепловой конвекции, циркуляцию как масла, так и охлаждающего воздуха. При этом интенсификация охлаждения практически может осуществляться только за счет увеличения поверхности, охлаждаемой воздухом, что конструктивно выполняется путем применения волнистых или трубчатых баков (для маломощных трансформаторов) и охлаждающих радиаторов (для более мощных трансформаторов). Усиление охлаждения активной части трансформатора осуществляется путем создания необходимых маслопроводящих каналов как в магнитопроводе, так и в обмотках, а также между обмотками.
В отечественном трансформаторостроении гладкие баки при охлаждении системы М используются для трансформаторов мощностью до 100 кВ-А, при больших мощностях в настоящее время используются радиаторы; трансформаторы с баком, в стенки которого вварены изогнутые трубы (трубчатый бак) применялись в прошлом при мощностях вплоть до 1800 кВ-А.
Наиболее широко применялись до последнего времени радиаторы с гнутыми трубами круглого сечения. В усовершенствованной конструкции трубчатых радиаторов, так называемых прямотрубных, разработанных в последние годы, используются трубы овального сечения. Такие радиаторы могут быть как однорядными, с вертикальным расположением труб, так и двухрядными, с наклонным расположением рядов труб, разнесенных внизу и сближенных кверху (шатрообразный радиатор).
Укр
Рус
Eng