Энергетика

Краткие обзоры докладов 43-й сессии СИГРЭ

Трансформаторы

ОБЗОР ДОКЛАДОВ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ НА 43-Й
СЕССИИ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СИГРЭ
ПО ТЕМАТИКЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО КОМИТЕТА А2
«ТРАНСФОРМАТОРЫ»


На церемонии открытия сессии с основным докладом «Инициативы и перспективы развития энергетики для обеспечения низкой  эмиссии углерода» выступил председатель совета директоров компании Kansai Electric Power Electric Company Inc. Шосуке Мори (Shosuke Mori).

Для решения задачи уменьшения  эмиссии углерода на 25% по сравнению с уровнем 1990 г. (эту задачу ставит перед собой Япония) при увеличении объема потребляемой  энергии необходимо изменить концепцию развития энергетики, считает Шосуке Мори. На период 2005—2030 гг. планируется удвоение  потребления электроэнергии в мире. Поэтому электроэнергетика играет фундаментальную роль.

В настоящее время в Японии принята концепция «Три Е» развития  энергетики — энергетическая безопасность, экономичность и защита  окружающей среды. Для реализации этой концепции необходимо расширить электрификацию во всех отраслях экономики, увеличить долю экологически чистых генерирующих станций, таких, как атомные и станции  на возобновляемых источниках энергии.

При этом необходимо будет повысить  эффективность атомных и тепловых станций (в частности, за счет применения котлов с ультрасуперкритическими параметрами пара), расширить применение газотурбинных  установок и быстро регулируемых источников энергии (аккумулирующие электростанции, накопители).

К 2020 году в Японии намечено установить 28 ГВт солнечных батарей,  что обеспечит 15% требуемой мощности. Однако при отсутствии пиковых нагрузок возникает проблема избыточной мощности, поскольку атомные и гидравлические станции работают в базисном режиме. Одно из решений — создание быстро регулируемых  гидроаккумулирующих систем и накопителей энергии. Возможно, также ввести ограничение (в определенные дни) на использование солнечной и ветряной энергии.

Все это приводит к новой концепции  создания энергетической сети, так называемой «умной сети» (Smart grid).

«Умная сеть» включает в себя не только традиционное понимание обеспечения баланса генерации и потребления электроэнергии с помощью  системного оператора, но и новый подход к управлению возобновляемыми источниками энергии и накопителями на базе современных информационных и телекоммуникационных технологий.

Реализация программы «умная сеть» потребует привлечения новых  интеллектуальных сил. Для подготовки  необходимого количества инженеров-электроэнергетиков в 2008 году в Японии была основана Академия энергетики.

На заседании дискуссионной группы исследовательского комитета А2 «Трансформаторы» было представлено 29 докладов по трем предпочтительным темам:
• происшествия с трансформаторами в эксплуатации;
• срок службы трансформаторов;
• моделирование трансформаторов.


ПЕРВАЯ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНАЯ ТЕМА


По первой предпочтительной теме было представлено 7 докладов.

Большинство из них посвящено проблеме пожара в трансформаторах, мерам по повышению прочности  бака и средствам по снижению негативных последствий пожара — загрязнение окружающей среды, повреждение другого электрооборудования, затраты на ликвидацию последствий пожара.

Доклад А2 101 «Вероятность пожара в трансформаторе и стратегия  ее уменьшения» (The risk of transformer fires and strategies which can be applied to reduse the risk) (Австралия).

Отмечается, что при общей повреждаемости силовых трансформаторов 0,5—2,5% в год (среднее ~1%) вероятность пожара составляет ~10% от общей повреждаемости, т.е. ~0,1%. Она растет с увеличением мощности и класса напряжения.

При сроке службы трансформатора 40 лет вероятность пожара на этот срок составляет 4%. Опыт эксплуатации трансформаторов в Австралии и Новой Зеландии показал, что основной причиной пожара (31%) явились вводы с бумажно-масляной изоляцией и кабельные муфты, и только 10% связано с повреждением  РПН. Представлено описание случаев пожара. Отмечается, что 54% случаев пожара были вызваны повреждением бака или установки ввода.

Для уменьшения вероятности пожара  рекомендуется использовать вводы с твердой изоляцией, исключить  применение кабельных муфт с воздушной или маслонаполненной изоляцией или предусматривать в них клапан для выноса дуги, повысить прочность и пластичность бака, применять мониторинг анализа растворенных газов, особенно для трансформаторов большой мощности.

Доклад А2 102 «Предотвращение  разрыва бака в трансформаторе» (Power transformer tank rupture prevention) (Канада).

Приведена статистика пожаров в трансформаторах и реакторах в системе «Гидро-Квебек» за 1985— 1986 гг. в классах напряжения 120—735 кВ. Средняя вероятность пожара составила 0,14%. Она растет с повышением класса напряжения. Рассмотрена градация по местам повреждения и случаям разрыва бака. Оценивается энергия дуги, приводящая  к разрыву бака. Определяется энергия, которую может выдержать обычная конструкция бака. Для трансформаторов 735 кВ она находится  в пределах 4—10 МДж. Даны рекомендации по значениям энергии дуги, которую должен выдержать бак, для различных классов напряжения.

Доклад А2 103 «Технологии предотвращения разрыва бака в трансформаторах  большой мощности» (Tank rupture prevention technology for a large power transformer) (Корея).

Дан анализ распределения давления  внутри бака трансформатора во времени в зависимости от места возникновения дуги. Для предотвращения разрыва бака рекомендуется устанавливать несколько клапанов давления, расположение которых определяется расчетом.

Доклад А2 104 «Повреждения высоковольтных вводов в эксплуатации,  диагностика и моделирование вводов» (HV bushing failure in service, diagnostic and modelling of oil-type bushings) (Польша).

Отмечается увеличение повреждаемости вводов с бумажно-масляной изоляцией, проработавших больше 30 лет. Рассматривается механизм их повреждения. Представлены  типичные случаи повреждений.  Анализируются методы диагностики  изоляции вводов, которые показали недостаточную эффективность  стандартного метода измерения емкости и тангенса дельта изоляции в части определения начальной стадии повреждения. Измерения частичных разрядов обеспечивают более высокую чувствительность к начальным повреждениям.

Доклад А2 105 «Стратегия уменьшения вероятности пожара и разлива масла на основании опыта эксплуатации» (Transformer fire mitigation and oil spill containment — strategies development from experience) (Австралия).  Представлена практика системы Trans Grid (Австралия). Приведено описание ряда случаев пожара  в трансформаторах на напряжение 132 и 330 кВ. Отмечается, что в случае пожара в автотрансформаторе 357 МВА 330/132 кВ потребовалось  удалить из подстанции около 1млн литров масла, воды и огнетушащих жидкостей, 1 тыс. тонн загрязненной почвы и 400 тонн загрязненного гравия.

Для снижения затрат от последствий пожара была создана система сброса масла из трансформатора в специальные отдельно стоящие маслоприемники и ввода воды непосредственно  в бак трансформатора для охлаждения магнитопровода и обмоток.

В качестве кардинального решения  предлагается замена масляных трансформаторов на элегазовые.

Доклад А2 106 «Новый подход к конструированию пожаро- и взрывобезопасных масляных трансформаторов» (A new approach to design of oil-filled transformers with high fire and explosion safety) (Россия).

Предложен новый метод испытания  маслонаполненного оборудования  на взрывобезопасность путем использования управляемого устройства импульсного давления. Энергия дугового разряда в одной экспериментальной модели достигала 100 кДж, в другой — 400 кДж, при амплитуде тока до 50 кА и длительности дуги 3—10 мс. Определено, что каждый МДж при разряде образует 110 литров газа. Приведены результаты  экспериментальных исследований зависимости изменения объема газа от энергии дуги и времени. Предложен метод численного расчета распределения давления при возникновении дуги.

Доклад А2 107 «Сравнительный анализ трансформаторов мощностью 50 МВА, заполненных натуральным  эфиром и трансформаторным маслом» (Detailed performance of a 50 MVA transformer filled with a natural ester fluid versus mineral oil) (США).

Приведены результаты испытаний  на нагрев трансформатора 50 МВА 141/13 кВ при заполнении его натуральным эфиром или минеральным  маслом. Показано, что из-за более высокой вязкости натурального  эфира перегрев при заполнении трансформатора натуральным эфиром  выше, чем при минеральном масле. Для наиболее нагретой точки обмотки эта разница может достигать 20°С и более.

Дискуссия
При обсуждении первой предпочтительной  темы отмечались случаи  повреждения трансформатора вследствие землетрясений, прямого попадания молнии и резонансных перенапряжений в системе трансформатор — кабель. Сообщалось о шести случаях пожара в автотрансформаторах 600 МВА 400/225 кВ, произошедших за 30 лет эксплуатации,  т.е. о вероятности 0,015% в год. Отмечалось, что баки обычных трансформаторов выдерживают давление 1—2 бара и в районе фланцев до 3 бар, что в ряде случаев недостаточно, чтобы исключить разрыв бака.

Наиболее эффективной мерой по уменьшению вероятности пожара  считается применение вводов с твердой изоляцией, а также проведение мониторинга переключателя и контроль влагосодержания во вводе и переключателе.

Другой мерой является применение  жидкости с более высокой точкой воспламенения — эфиры и кремнийорганические жидкости, а также добавление в масло газопоглощающих присадок.

В докладе информировалось о продолжении работ по усилению механической прочности бака.


ВТОРАЯ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНАЯ ТЕМА


По второй предпочтительной теме было представлено 12 докладов.

Проблема оценки остаточного ресурса трансформатора — одна из ключевых, и значимость ее все время возрастает. Несмотря на большой объем информации, полученной как на основе исследований, так и опыта эксплуатации, до настоящего времени остается еще много неопределенностей,  затрудняющих оценку срока службы. Представленные доклады отражают прогресс в этом направлении,  рассматривая применение новых методов анализа и критериев оценки.

Доклад А2 201 «Диагностика старения с помощью химического индикатора. Влияние конструкции — стержневой или броневой» (Ageing diagnosis by chemical markers — influence of core-type and shell-type technology) (Франция, Канада).

Приведены результаты оценки старения бумажной изоляции на основе измерения степени полимеризации,  соотношения СО2/СО, измерения содержания фуранов и метанола в масле. Исследования проводили на трансформаторах стержневого и броневого типов. Показано,  что содержание метанола дает наилучшую корреляцию со степенью полимеризации. Его применение  для оценки старения изоляции рекомендуется наряду с другими методами.

Доклад А2 202 «Виброакустическая диагностика переключающего  устройства как метод повышения эксплуатационной надежности  трансформатора» (Vibroacoustic diagnostic: contributing to an optimized On-Load Tap Changer (OLTC) maintenance strategy) (Швейцария, Канада).

Сообщается, что 45% отказов трансформатора связано с переключающим  устройством. Представлен  анализ опыта эксплуатации переключающих устройств под нагрузкой (~1200 единиц) в системе «Гидро-Квебек» (Канада). Указаны причины неполадок и вероятность их появления в зависимости от срока работы переключателя. Отмечается, что приблизительно 12% неполадок возникает в период между сроками  плановой проверки — примерно один раз в 6 лет. Приведен опыт оценки состояния переключающего устройства с помощью виброакустической диагностики. На рис. 1 представлена  установка датчиков при виброакустических испытаниях. Показана эффективность этого метода, который может быть использован как в системе мониторинга, так и при периодических проверках.

Доклад А2 203 «Новая методология  оценки остающегося срока службы масляных трансформаторов» (New methodology for remanent life assessment of oil-immersed power transformers) (Аргентина).

Представлена методология оценки остаточного ресурса, основанная на комплексном учете основных факторов, влияющих на старение бумажно-масляной изоляции. Каждый  из влияющих факторов — возникновение токов КЗ, концентрация растворенных газов и ее изменение во времени, график нагрузки, срок эксплуатации — индексируется, и на основе метода нечетной логики оценивается  вероятностное состояние трансформатора с точки зрения остаточного ресурса. Приводятся примеры  успешного применения предлагаемого подхода.

Доклад А2 204 «Значимость окислов  углерода и их соотношений для интерпретации результатов анализа растворенных газов в трансформаторах и переключателях» (Relevance and importance of the carbon oxide gases and their ratio for the interpretation of dissolved gas analysis in transformers and tap changers) (Германия).

Приведены результаты исследований  образования СО и СО2 и их соотношений в различных изоляционных  жидкостях при воздействии высокой (~150°С) температуры. Показано,  что образование СО и СО2 может быть обусловлено не только разложением твердой изоляции, но и самой жидкости. Приведены данные  хроматографического анализа растворенных газов, в том числе СО, СО2 и их соотношений для ряда трансформаторов (30—220 кВ) с различной системой защиты масла, показывающие, что в нормально  работающих с большой нагрузкой трансформаторах соотношение СО2/СО находится в диапазоне 0,5—5. В связи с этим заключение о старении, основанное на использовании  соотношения СО2/СО (обычный  критерий СО2/СО<3), может быть некорректным.

Приведены результаты исследований  образования растворенных газов в различных типах переключающих  устройств в зависимости от числа операций. Показано, что использование  соотношения СО2/СО повышает эффективность оценки состояния переключателя.

Доклад А2 205 «Эксплуатация состарившихся трансформаторов и новые методы диагностики на базе анализа растворенных газов в Японии» (Aged transformer maintenance and diagnostics using new methods with dissolved gas analysis in Japan) (Япония).

Приведен опыт Японии по анализу растворенных в масле газов. Дана градация состояния трансформатора (3 уровня) в зависимости от количества  характерных газов. Представлены основные этапы диагностики и критерии оценки. Приведены диагностические  нормы. В качестве нововведений даны уравнения по оценке площади перегрева и общие уравнения оценки состояния трансформатора, учитывающие вклад каждого газа с учетом эмпирических, основанных на опыте, коэффициентов. Отмечается  необходимость дальнейшего развития работ по уточнению состояния трансформатора.

Доклад А2 206 «Опыт с беспроводной  системой мониторинга, установленной производителем на трансформаторах  в энергосистеме Мексики» (Experiences with wireless transformer monitoring system installed by the manufacturer and operated at strategically important locations of the Mexican grid) (Мексика, Бразилия, Канада).

Приведено описание беспроводной системы мониторинга трансформатора,  включающей мониторинг ввода, влагосодержания в масле, температуры обмоток и магнитопровода, частиц в масле, хроматографический анализ семи растворенных газов, регистрацию частичных разрядов и мониторинг расширителя. На рис. 2 дано схематическое представление беспроводного мониторинга.

Доклад А2 207 «Опыт по заказу  генераторного трансформатора мощностью 225 МВА на напряжение 220/16/16 кВ» ( Experiences with procuring a 220/16/16 kV 225 MVA generator transformer) (Новая Зеландия).

Дан пример заказа трех генераторных  трансформаторов для гидроэлектростанции  Белмор (Новая Зеландия) мощностью 232 МВА 220/16/16 кВ с расщепленными обмотками  взамен ранее установленных  шести двухобмоточных трансформаторов мощностью 112,5 МВА каждый. Отмечается, что техническая брошюра СИГРЭ 156 «Руководство для проведения анализа конструкции  трансформаторов 100 МВА и более напряжением 123 кВ и выше» может быть положена в основу при заказе трансформатора, однако требуется учет ряда специфических факторов применительно к конкретному заказу. В частности, отмечаются различия  в оценке потерь и качества, потребовавшего более детального анализа условий эксплуатации.

Доклад А2 208 «Прогресс в диагностике  генераторных трансформаторов в Польше» (Advanced diagnostics of generator step-up transformers in Polish practice) (Польша).

Отмечается ряд повреждений мощных (240 и 270 МВА) генераторных  трансформаторов за последние годы. Основные причины: перенапряжения  в сети 220 кВ, частицы в масле, повреждение вводов (в основном  с большим сроком службы), локальные  перегревы, дефекты в магнитопроводе.  Приведены результаты анализа ряда случаев повреждений. Основываясь на опыте эксплуатации, были улучшены и расширены методы диагностики. Наряду с существующими  введены методы частотного анализа (имеющаяся база данных охватывает 68% трансформаторов), измерения влагосодержания главной  изоляции (в основном тангенса дельта и емкости в диапазоне частот 1—1000 Гц), расширенного анализа масла (в том числе определение активной серы, индекса старения), улучшена программа диагностики вводов (хроматография, влагосодержание, тангенс дельта).

Доклад А2 209 «Новый подход к обслуживанию силовых трансформаторов и основного вспомогательного оборудования. Испытания без подключения к сети и мониторинг» ( New approach of maintenance of power transformers and main accessories: off-line test vs. on-line monitoring systems) (Испания).

Представлен опыт по диагностике  силовых трансформаторов трех энергетических компаний Испании (Iberdrola Distribucion Electrica, Red Electrica de Espana, Iberdrola Power Generatian). Диагностика проводилась  как на работающих трансформаторах,  так и на отключенных (без напряжения). Общий вывод компаний:  диагностика без напряжения (по ней накоплен наибольший опыт) необходима и достаточно эффективна. Основная задача — выбрать интервал  времени между измерениями,  т.е. оптимизировать отношение стоимость/польза.

Широкое применение мониторинга  требует уверенности в надежности  измерений и разработки специальных  алгоритмов, позволяющих правильно оценить большой объем получаемой информации.

Доклад А2 210 «Новый метод для оценки состояния партий шунтирующих реакторов» (New tool for fleet screening of shunt reactors) (Швеция).

Дана процедура распространения метода ранжирования, успешно применяющегося к силовым трансформаторам,  на партию (20 штук) шунтирующих реакторов. При этом учитывались особенности характеристик  реакторов и режим их работы. Ранжирование проводилось по трем основным аспектам: электрический, механический и тепловой.

Доклад А2 211 «Опыт Швейцарии по испытаниям высоким напряжением  и диагностике мощных силовых трансформаторов на месте установки» (The Swiss experience of onsite high voltage tests and diagnostic measurements on large power transformers) (Швейцария).

Представлен шестнадцатилетний опыт Швейцарии по диагностике мощных (15—500 МВА) силовых трансформаторов (вплоть до напряжения 525 кВ). На рис. 3 приведены места наиболее вероятных дефектов. Самые распространенные методы: измерение частичных разрядов, частотный анализ, метод поляризации-деполяризации, хроматография.  Наиболее подробно представлен анализ результатов измерений частичных разрядов. Было испытано 155 новых трансформаторов (из них 76 на подстанции) и 116 старых трансформаторов (из них 112 на подстанции). Несколько трансформаторов по результатам измерений было отбраковано или выведено из эксплуатации. Испытания индуктированным напряжением на месте установки производились от преобразователя, подключаемого к обмотке низкого напряжения. Испытания  приложенным напряжением — с помощью последовательно-резонансной схемы. Отмечена неэффективность метода в части локации источника ЧР.

Доклад А2 212 «Оценка срока службы трансформатора на основе данных, полученных из трансформаторов,  выведенных из эксплуатации и моделирования теплового поля» (Transformer life prediction using data from units removed from service and thermal modelling) (Великобритания).

Дан анализ повреждаемости трансформаторов в системе National Grid в зависимости от срока их эксплуатации.  Приведены данные по степени полимеризации бумаги, полученные  из трансформаторов, выведенных из эксплуатации, в зависимости от срока их службы. Результаты анализа показали, что вероятность повреждения трансформатора однозначно не связана с его сроком службы, а степень полимеризации имеет большой разброс значений при различных сроках службы. Опыт эксплуатации и исследования на моделях показали, что старение  трансформатора определяется главным образом термическими условиями.

Статистический анализ не является надежным при оценке срока службы. Выход из строя трансформаторов по причине старения в основном начинается после 40 лет эксплуатации. На рис. 4 показана вероятность повреждения (1) и замены трансформаторов (2) с потенциально опасными дефектами.

Дискуссия
В дискуссии отмечалось, что существующие  критерии при анализе растворенных газов не учитывают различия между трансформатором со свободным дыханием и с пленочной защитой. Обращалось внимание на трудности диагностирования при превышении предельных значений газосодержания. Рекомендуется производить регулярные наблюдения уровня газосодержания. Указывалось также на неоднозначность связи (в ряде случаев) между степенью полимеризации и содержанием фурановых соединений  или химических индикаторов. Рассматривалась необходимость использования нескольких методов при оценке срока службы. Отмечалось  также, что скорость старения в значительной степени зависит от влагосодержания изоляции. При достаточно  низком влагосодержании срок службы трансформатора может составлять 65—70 лет.


ТРЕТЬЯ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНАЯ ТЕМА


По третьей предпочтительной теме было представлено 10 докладов.

Представленные доклады затрагивают две основные темы: переходные процессы и моделирование тепловых процессов, основанное на современной технике анализа и сопоставлении с результатами экспериментальных исследований. Значимость первого направления объясняется увеличением  случаев повреждений трансформаторов  при коммутациях в КРУЭ. Значимость второго объясняется тем, что тепловые процессы являются определяющими при старении трансформатора и оценке его нагрузочной способности.

Доклад А2 301 «Определение потоков масла и распределения температуры в силовых трансформаторах  с помощью компьютерной модели» (Prediction of the oil flow and temperature distribution in power transformers by CFD) (Германия).

Представлены результаты исследований  распределения температур в трансформаторе с помощью программы ANSYS-CFX и специально разработанной фирмой «Сименс» программы UNIFLOW. Результаты расчета  сопоставлялись с результатами, полученными на физической модели. Результаты сопоставления удовлетворительны, что позволяет использовать предложенный метод для оптимизации конструкции трансформатора.

Доклад А2 302 «Моделирование и измерение переходных процессов во вводе «трансформатор — КРУЭ» при высокочастотных воздействиях» (Modelling and measurements of VFT properties of a transformer to GIS bushing) (Швеция).

Представлены результаты расчета  и измерений перенапряжений во вводе «трансформатор — КРУЭ» при высокочастотных воздействиях. Ввод при моделировании представлялся  многоэлементной схемой. Показано,  что при совпадении частоты воздействия с собственной частотой ввода возникают значительные перенапряжения во вводе, которые могут вызвать его повреждение. При испытании ввода на выдерживание таких  воздействий путем приложения срезанного импульса частота высокочастотных  колебаний после среза зависела от месторасположения срезающего  промежутка, что необходимо  учитывать при выборе схемы испытаний.

Доклад А2 303 «Мощный генераторный  трансформатор с низкой температурой наиболее нагретой точки для АЭС компании EDF» (Large generator step up transformers with low temperature hot spot for EDF nuclear power plants) (Испания, Франция).

Представлены результаты исследований и испытаний трансформатора  мощностью 570 МВА на 400 кВ для замены существующих. Новые трансформаторы должны иметь более низкую температуру наиболее нагретой  точки (65° вместо 78° по МЭК) и более низкие потери. Исследования проводились как на математической трехмерной модели, так и путем измерений  с помощью оптоволоконной системы на реальном трансформаторе  при тепловых испытаниях и в условиях эксплуатации. Различия между расчетами и измерениями находились в диапазоне -7—5°С, что считалось удовлетворительным. Снижения  потерь были обеспечены за счет уменьшения значений циркулирующих  токов путем транспозиции и установки магнитных шунтов. Температура наиболее нагретой точки при испытании на нагрев оказалась на несколько градусов ниже, чем заданная в спецификации.

Доклад А2 304 «Сопоставление различных методов моделирования  распределения температур в трансформаторе с результатами измерений» (Comparison of various approaches to transformer thermal modelling with direct temperature measurements) (Австралия).

Дано сопоставление результатов  моделирования распределения температур в трансформаторе мощностью 468 кВА, 22 кВ на базе исследования  традиционной модели по МЭК 60354 «Нагрузочная способность масляных трансформаторов» и модели, основанной на применении нейронно-неопределенной логики. Проведены также сопоставления на трансформаторе 50 МВА, 132/11/ 11 кВ, заполненном растительным маслом. Показано, что использование  новой модели устраняет ряд неопределенностей и дает лучшее согласие с результатами измерений.

Доклад А2 305 «Оптимизация перегрузок трансформатора с помощью  модели распределения температур» (Optimization of transformer overload using advanced thermal modelling) (Канада).

Приведено сопоставление распределения  температур в трансформаторе 66 МВА, 225/26 кВ с помощью  двух моделей (Thermol Network Model — TNM и Computational Fluid Dynamics — CFD) и их сравнение с результатами прямых измерений (используя  оптоволоконную связь). Показано, что оба метода дают близкие результаты, если потери распределены  равномерно. При неравномерном распределении потерь различие существенно. Результаты, полученные с помощью метода CFD, лучше коррелируются с результатами измерений.

Доклад А2 306 «Явления, связанные  с коммутацией емкостных токов в КРУЭ и их влияние на обмотку  силового трансформатора, установленного на мощной электростанции  Египта» (Phenomena associated with switching capacitive currents in GIS substations and its effect on the winding of power transformer of a large power plant in Egypt) (Египет).

Сообщается о нескольких случаях  повреждений трансформатора 500 МВА, 500/220/11 кВ, связанных  с коммутацией разъединителя в КРУЭ. Анализируются воздействия на обмотку трансформатора при этих коммутациях, и делается вывод об их опасности. Обсуждаются возможные меры по уменьшению опасности воздействий, например, изменение очередности коммутаций.

Доклад А2 307 «Нагрузочная способность  трансформатора, определенная  на базе непосредственных измерений температуры наиболее нагретой точки и потерь с учетом тока нагрузки» (Transformer loadability based on directly measured hot-spot temperature and loss and load current correction exponents) (Таиланд).

Приведены результаты измерений распределения температур на четырех  трансформаторах. Показано, что нет корреляции между локальными потерями и локальной температурой. Это говорит о трудности определения наиболее нагретой точки. Рекомендуется  при испытаниях устанавливать по крайней мере восемь датчиков на основной обмотке мощного трансформатора, шесть датчиков на трансформаторе  средней мощности и четыре — на малой мощности.

Доклад А2 308 «Определение воздействий при включении трансформатора.  Моделирование электрической  сети и трансформатора» (Determination of the stresses when energizing transformers: modelling of the electrical network and the transformer) (Франция).

Представлена методика моделирования  трансформатора и связанной  с ним сети для оценки токовых воздействий на трансформатор при его включении, и в частности моделирования  магнитной цепи трансформатора.  Приведены результаты расчета и измерений токов включения  на трансформаторе 250 МВА, 400 кВ. Обсуждаются меры по ограничению  токов включения — последовательные  резисторы, синхронное  включение, включение полюса выключателя на фазу с наибольшей остаточной индукцией.

Доклад А2 309 «Расчет воздействий  в обмотках трансформатора при действии грозового импульса» (An insight into transformer winding response under the application of lightning impulse voltage) (Индия).

Приведены результаты расчета распределения напряжения в обмотках трансформаторов при воздействии грозового импульса (полного и срезанного)  при различных параметрах импульса (фронт, время среза и т.д.) для обмоток различного типа исполнения.

Доклад А2 310 «Расчетный анализ и экспериментальные исследования охлаждающего канала в форме зигзага в обмотке силового трансформатора» (CFD analyses and experiments of a winding with zig-zag cooling duct for power transformer) (Корея).

Приведены результаты расчета теплового потока в охлаждающем канале в форме зигзага при направленной  и естественной циркуляции масла с помощью программы Computational Fluid Dynamic. Результаты расчета сопоставлены с результатами  эксперимента на модели. Согласование расчета и измерений находится в пределах 10%.

Дискуссия
В дискуссии отмечалось, что для моделирования процессов при высокочастотных воздействиях требуется модель, воспроизводящая достаточно широкий диапазон частот. При этом модели должны включать параметры всех подсоединенных к трансформатору  элементов (линия, шина, коммутационный аппарат и т.д.). Сообщалось о повреждении трех трансформаторов 150 МВА, 500 кВ в Бразилии (CEPEL) из-за воздействия высокочастотных перенапряжений (длительности фронта оценивались десятками наносекунд, а максимальные значения — до 2,5 Uф). В связи с этим компания ввела испытания крутым импульсом 10—50 нс с максимальным значением 2,0 Uф.

Указывалось на необходимость дальнейшего изучения вопроса о перенапряжениях в системе трансформатор — сеть. Компания EDF сообщила о работах по изучению токов включения и мерах их ограничений.

В части термических процессов отмечалось успешное и широкое применение расчетных моделей. Основным фактором здесь является скорость теплового потока. Предлагалось, в частности, устанавливать измеритель скорости в нижней части обмотки. Диапазон измерений от нескольких единиц до 100 см/с.


СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ПЛАН РАБОТ ИК А2

Согласно стратегическому плану ИК А2 выделяется два приоритетных направления, базирующихся на удовлетворении  потребностей и требований потребителей («Обслуживание покупателей», Service to Customers, и «Вопросы технологии», Technology Issues, соответственно).

В рамках первого приоритетного направления («Обслуживание покупателей»)  намечена работа по следующим вопросам:
• информация по надежности и наличию  трансформаторов и реакторов в эксплуатации по результатам рассмотрения характеристик оборудования на международном уровне с периодическим обновлением;
• влияние вспомогательного оборудования  на надежность трансформаторов (вводы, переключающие  устройства и системы охлаждения);
• управление ресурсом трансформаторов и реакторов;
• влияние загрязнения масла на надежность трансформаторов;
• теория и практика эксплуатации оборудования;
• методы мониторинга и диагностики;
• процедуры установки, обработки масла, сушки и испытания непосредственно  на месте установки оборудования;
• оценка остаточного срока службы;
• методология принятия решения о ремонте (на месте или в заводских условиях) или утилизации;
• классификация неисправностей и разработка руководства по расследованию повреждений;
• системы защиты масла;
• доступные типы трансформаторных  масел, использование ингибиторов  и добавок, восстановление масла;
• утилизация отработанных материалов (например, масла);
• вопросы охраны окружающей среды;
• экономические вопросы (например,  стоимость приобретения в сравнении с затратами на обслуживание, модели для оценки затрат).

В рамках второго приоритетного направления («Вопросы технологии») намечена следующая работа:
• применение новых материалов, например, заменителей трансформаторного масла (с участием ИК D1), аморфных сталей, гибридных систем и пр.;
• вопросы безопасности трансформаторов,  например, разрушение бака, пожароопасность, разрушение вводов;
• электромагнитная совместимость, измерения и нормы;
• новые технологии для проектирования, производства и испытаний;
• вопросы, связанные с применением  новых концепций, таких, как устройства FACTS и использование  силовой электроники, переключающие устройства для фазоповоротных трансформаторов, трансформаторы и токоограничивающие реакторы на основе  сверхпроводимости, сборка трансформаторов на месте установки;
• анализ электрических, магнитных и тепловых полей — моделирование и проверка правильности путем сопоставлений;
• электрическое окружение трансформаторов,  например, работа при различных климатических условиях, взаимодействие с системой;
• работы, предшествующие стандартизации (по запросу ТК14 МЭК), как, например, электродинамическая  стойкость, применение цифровых методов испытаний и испытательного оборудования.

При этом приоритетными направлениями на предстоящий период являются:
• «умный» мониторинг;
• жизненный цикл, ремонт, обновление, замена и решение о конце срока службы трансформатора;
• анализ повреждений.

Очередной коллоквиум ИК-12 СИГРЭ состоится в Киото (Япония) с 11 по 16 сентября 2011 года. Основными  тремя вопросами для дискуссии будут: эксплуатация, мониторинг, диагностика; новые материалы и переходные процессы.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно