Почему перегрелся ввод трансформатора 220 кВ? Как ошибка при установке в 2,5 мм привела к дефекту сетки 

Трансформаторные вводы являются одними из наиболее важных компонентов высоковольтных передающих трансформаторов. Отраслевые данные показывают, что отказы, связанные с вводами, составляют около 9,8% от общего числа отказов трансформаторов, что делает их второй по величине причиной простоев трансформаторов.

Данное техническое описание основано на практическом случае, задокументированном инженерами Тяньцзиньской государственной сетевой электроэнергетической компании (Чжан Тяньсюй и др.), описывающем инцидент с перегревом трансформаторного блока напряжением 220 кВ. Он знакомит читателей с обнаружением неисправностей, устранением неполадок на месте, корректирующим обслуживанием и практическими бизнес-идеями для владельцев активов и участников закупок.

Инфракрасная термография обнаруживает серьезное состояние «горячей точки»

Аномалия была обнаружена в ходе профилактических работ на подстанции 220 кВ. Главный трансформатор (модель SFSZ‑180000/220) в целом работал в пределах рабочих пределов, однако инфракрасная проверка выявила явную горячую точку на верхней крышке изолятора фазы B на стороне 110 кВ.

Измерения были записаны при температуре окружающей среды 28°C:

– Фаза А: 45,9°C

– Фаза B: 78,4°C (место повреждения)

– Фаза C: 44,0°C

Существенная относительная разница температур наблюдалась для фазы B. В соответствии с общепринятыми критериями оценки дефектов нагрева, вызванных током, это было классифицировано как серьезное повреждение. По мере роста эксплуатационной нагрузки такие скрытые дефекты могут быстро прогрессировать и повышать угрозу катастрофического выхода оборудования из строя.

Расследование первопричин: незначительное смещение сборки приводит к прогрессирующему повреждению

Для расследования неисправности было произведено аварийное обесточивание. Испытание сопротивления постоянному току выявило значительно повышенные значения сопротивления для фазы B, при этом межфазный дисбаланс превысил порог приемлемости, определенный в Q/GDW168-2008 «Правила проведения испытаний на техническое обслуживание с учетом условий».

Как только технические специалисты разобрали верхнюю крышку втулки, стали видны вещественные доказательства. Как внутренняя резьба на крышке, так и внешняя резьба разъема провода подверглись сильному окислению. Бакелитовая изолирующая прокладка, призванная поддерживать постоянную силу зажима, имела явные признаки старения, хрупкости и растрескивания.

Основная причина кроется в отклонении сборки от первоначального этапа установки. Опорный буртик под ходовой резьбой имеет ширину всего 2 мм, а радиальная разница размеров (внешний минус внутренний диаметр) изолирующей прокладки составляет 4,5 мм. При сборке прокладка сместилась из положенного положения. Всего лишь 2 мм прокладки полностью опирались на опорное плечо, оставляя сегмент толщиной 2,5 мм неподдерживаемым и свободно свисающим.

За годы циклического теплового расширения и сжатия в эксплуатации накопилось неравномерное механическое напряжение, которое в конечном итоге привело к разрушению прокладки. Это уменьшило сжатие между верхней крышкой и разъемом провода. Ослабление контактов на интерфейсах увеличивает сопротивление контактов, вызывая деструктивную петлю обратной связи: более высокое сопротивление контактов приводит к дополнительному нагреву; тепло ускоряет окисление резьбы; окисление еще больше ухудшает характеристики электрических контактов.

Корректирующее обслуживание и валидация после ремонта

Команда технического обслуживания выполнила систематические работы по устранению неисправностей, следуя стандартной практике обслуживания:

Сопрягаемые поверхности резьбы были тщательно очищены спиртом и абразивными салфетками для удаления слоев окисления.

Поврежденное стопорное кольцо и изношенная изолирующая прокладка были заменены новыми запасными компонентами.

Особое внимание было уделено обеспечению полной посадки сменной прокладки на опорный выступ перед повторной сборкой верхней крышки.

Технические специалисты добавили позиционную маркировку для выравнивания крышки фланца, реализовали новые функции фиксации и установили пружинные шайбы для поддержания устойчивой предварительной нагрузки зажима в течение всего срока службы.

Тестирование сопротивления постоянному току после ремонта показало, что межфазный дисбаланс значительно ниже нормативного предела. Последующая инфракрасная тепловая проверка подтвердила, что горячая точка устранена, и трансформатор благополучно возвращен в коммерческую эксплуатацию.

Практические выводы по закупкам коммунальных предприятий и EPC

Высоковольтные трансформаторы представляют собой крупногабаритное и тяжелое оборудование, однако долгосрочная эксплуатационная надежность во многом зависит от небольших вспомогательных деталей и качества сборки на месте. Даже неправильное размещение прокладок и аналогичных аксессуаров на миллиметровый уровень может привести к возникновению скрытых механических напряжений в течение нескольких лет эксплуатации, что может привести к неожиданному выходу из строя компонентов и дорогостоящим незапланированным простоям.

Для энергетических компаний, EPC-подрядчиков и групп проектных закупок возникают два ключевых практических соображения:

Допуски компонентов и обеспечение качества. Соблюдайте строгие требования к допускам размеров для вспомогательных деталей, таких как изолирующие прокладки и верхние крышки втулок. Включите проверку соответствия аксессуаров в процедуры приемки основного оборудования.

Стандартизируйте выполнение установки на месте. Монтажные и сервисные бригады должны строго следовать официальным процедурам сборки. Проверьте правильность посадки внутренних компонентов (предохраняющих от вращения колец, изолирующих прокладок и т. д.), чтобы избежать неравномерного распределения давления по контактным поверхностям.

Справка: Чжан Тяньсюй, Жэнь Чжиюн, Нин Синь, Ван Пэнфэй, Лу Сюань. Анализ и устранение аномального нагрева в соединениях трансформаторных вводов 220 кВ, высоковольтный филиал Тяньцзиньской электроэнергетической компании государственной сети.