Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

transform.ru :: Левицкая Е.И., Лурье А.И., Панибратец А.Н. Проблема электродинамической стойкости трансформаторов при коротких замыканиях // Электротехника. – 2001. – № 9. – С. 31-38.
 

Проблема электродинамической стойкости трансформаторов при коротких замыканиях

Левицкая Е.И., Лурье А.И., Панибратец А.Н.


 

 

Дана общая характеристика проблемы стойкости при КЗ трансформаторов, подробно рассмотрены наиболее важные аспекты проблемы в применении кок к мощным, так и к распределительным трансформаторам. Показано, что в России (СССР) ряд лет тому назад уже было сильное обострение проблемы из-за аварий трансформаторов. В настоящее время появились признаки очередного обострения проблемы, и в статье даются предложения по тому, какими должны быть принимаемые меры. Даны материалы по состоянию проблемы за рубежом.

С 1967 г. до начала 90-х годов в России прошла волна очень серьезных аварий трансформаторов по причине их недостаточной стойкости при КЗ. Ежегодно повреждались несколько мощных трансформаторов. Обнаружилось, что некоторые типы трансформаторов (например, автотрансформаторы связи, некоторые блочные трансформаторы, трансформаторы собственных нужд электростанций) спроектированы или изготовлены так, что они оказались аварийными.

Сначала повреждались почти исключительно автотрансформаторы 220. 330, 500 кВ трехфазной мощностью до 501 МВ-А; АТДЦТН-20000П/330/110, АТДЦТГ-240000/220/110, АТДЦТГ-240000/330/220. АОДЦТН-167000/500/220 и др. Но примерно с 1982 г. начались аварии при КЗ блочных трансформаторов 400 МВА на 220, 330. 500 кВ и 1000 МВ-А/330 кВ, затем наиболее крупных однофазных автотрансформаторов, в том числе 267 МВ-А/330 кВ и 333 МВ-А/750 кВ. Если в те годы для автотрансформаторов очередные аварии происходили только у наиболее старой модификации, снятой с производства, то аварии ходовых блочных трансформаторов 400 МВ-А были особенно угрожающими, так как они выявили нестойкую конструкцию недавних лет изготовления. Так, если автотрансформаторы 330 кВ 200—240 МВ-А были переработаны к 1977 г. и новые не повреждались, то авария трансформатора ТЦ-400000/500 в 1990 г. продемонстрировала, что эти ответственные трансформаторы имеют нестойкую конструкцию.

Волна аварийности при КЗ (наряду с волнами аварийности по причине больших добавочных потерь, и по причине ползущего разряда) была для энергетики весьма неожиданна и болезненна. Кроме роста мощностей энергосистем и уравнений токов КЗ волне аварий предшествовала многолетняя недооценка как изготовителями (заводами), так и потребителями трансформаторной продукции проблемы стойкости при КЗ. В СССР в 60—70-х годах еще не было массовых испытаний трансформаторов при КЗ. испытательных стендов было мало, они не были приспособлены для испытаний трансформаторов.

Аварийность трансформаторов в эксплуатации по какой-либо "систематической причине", в частности из-за недостаточной стойкости при КЗ, очень опасна тем, что ее ликвидация занимает многие годы и требует больших средств. Аварийная ситуация 60—70-х годов была существенно снижена примерно через 10 лет благодаря многим факторам. Особенно помогли исследования и испытания сотен трансформаторов и моделей в ВЭИ и НИЦ ВВА, которые предсказали нарастающую остроту проблемы стойкости при КЗ. Были созданы новые испытательные стенды (вслед за стендом ВЭИ) в НИЦ ВВА. УЭТМ, на Минском заводе. Начались всесторонние исследования проблемы стойкости при КЗ, закончившиеся конкретными мероприятиями по усилению конструкций трансформаторов: внедрением технологии стабилизации механических характеристик и размеров обмоток (прессовка при сушке, тренировка и др.), применением упрочненных медных и алюминиевых сплавов, транспонированного провода со склеенными витками, новых изоляционных материалов, внедрением оптимизированных (в части сил КЗ) конструкции обмоток, и что очень важно, созданием новых компьютерных методов расчета обмоток при КЗ.

Так как в течение многих лет не было возможности испытывать мощные трансформаторы (выше 125 МВ-А), были разработаны устройства для испытания обмоток и их фрагментов в натуральную величину (МДУ-1, МДУ-3. РОСТ-М, РОСТ, ЛДУ, ДИНА). Наконец, в 1983 г. были организованы испытания на стойкость при КЗ трансформаторов предельных мощностей на самом мощном в Европе сетевом испытательном стенде МИС филиала ВЭИ в г. Тольятти. На этом стенде были испытаны однофазные трансформаторы мощностью до 333 МВ-А, трехфазные мощностью до 630 МВ-А, класса напряжения 220, 500 и 750 кВ и многие другие.

На основе массовых испытаний распределительных трансформаторов, специальных трансформаторов и мощных трансформаторов были разработаны и внедрены меры, обеспечившие на многие годы вперед выпуск трансформаторов, надежных с точки зрения стойкости при КЗ.

Большую роль в решении проблемы сыграла разработанная в 1977 г. стандартная методика расчета, которая была модернизирована в 1988 г. (РД 16.431-88) и оснащена современными пакетами программ РЭСТ (ВЭИ). РСТ (ВЭИ и ВИТ, г. Запорожье). Методика и сейчас используется при проектировании и оптимизации практически всех новых конструкций высоковольтных трансформаторов, при модернизации существующих, а также при исследованиях и динамических испытаниях в РФ и странах СНГ, что позволяет существенно сократить сроки проектирования, обеспечить оптимальное вложение материалов, повысить надежность оборудования н экстремальных условиях.

Работы по исследованию стойкости при КЗ трансформаторов, проводившиеся последние 25—30 лет в ВЭИ, НИЦ ВВА, ВИТ, УЭТМ и ОАО "Электрозавод". привели к улучшению ситуации с надежностью трансформаторов в эксплуатации в части стойкости при КЗ.

Однако в последние годы снова наблюдается рост аварийности. Это явно не заметно, так как в последние годы ни у энергетиков, ни у трансформаторщиков, к сожалению, не работает система сбора и анализа данных об аварийности трансформаторов. Но при профилактических измерениях сопротивления КЗ Zx, а также при диагностических обследованиях (например, с применением метода низковольтных импульсов и установки "Импульс" разработки ВЭИ) были выявлены выводимые в ремонт (ревизию) или даже эксплуатируемые трансформаторы, в которых имеются подозрения на механические деформации обмоток. В течение 1995—2000 гг. повредились такие трансформаторы, как АТДЦТН-200000/330/110, АТДЦТН-250000/500/110, ТД-80000/110, ТДНС-40000/220/11, ТРДЦН-125000/110, АОДЦТН-1 25000/110, АОРТЦ-135000/500/220.

В 2000 г. произошла авария при КЗ на шинах 220 кВ автотрансформатора АОДЦТН -167000/500/220-76У1, включенного в эксплуатацию в 1985 г. Важно подчеркнуть, что это трансформатор новой, относительно стойкой конструкции. Произошло сильное разрушение с дуговыми замыканиями последовательной обмотки ВН (из-за чрезмерных осевых сил), общая обмотка СН потеряла радиальную устойчивость, различные деформации получили обмотки НН, КО, РО.

Имеются сведения, что в последние годы были также аварии распределительных трансформаторов.

Далеко не все благополучно с новыми разработками распределительных трансформаторов. Это выявляется при немногочисленных испытаниях этих трансформаторов на стойкость при КЗ, примерно в каждом четвертом испытанном трансформаторе обнаруживались повреждения разной тяжести.

Таким образом, даже по неполным сведениям о современной ситуации с авариями трансформаторов проблема электродинамической стойкости трансформаторов при КЗ остается достаточно острой.

Вот уже десять лет, как практически прекращены массовые испытания на стойкость при КЗ распределительных трансформаторов. Вместо ежегодных испытаний 30—40 типов испытывается не более 4—5 трансформаторов. Только один Минский электротехнический завод, сохранивший свое производство, проводит испытания всех новых разработок на стойкость при КЗ, другие заводы РФ и СНГ объемы испытаний резко снизили.

Полностью прекращены испытания мощных трансформаторов на МИС г. Тольятти (стенд закрыт), почти прекращены испытания полноразмерных моделей. Прекращены экспериментальные исследовательские работы, связанные с разработкой новых конструкций, технологий и материалов. Не финансируются работы по усовершенствованию методов расчета, по модернизации устаревших стандартов на нормы расчета и методы испытаний.

На основе внесенных ранее без согласования с ведущими организациями и специалистами "лазеек" в устаревшие стандарты развивается порочная система сертификации трансформаторов, при которой становится возможной закупка энергосистемами и промышленными предприятиями на заводах РФ, в ближнем и дальнем зарубежье трансформаторов без должной оценки их стойкости при КЗ в соответствии с требованиями стандартов РФ. Вопреки мнению специалистов в РФ сертификаты безопасности выдаются на трансформаторы, не прошедшие испытания на стойкость при КЗ.

В настоящее время нарушена ранее существовавшая специализация трансформаторных заводов, и теперь заводы России осваивают разработку многочисленных типов трансформаторов, которые ранее выпускались заводами в Запорожье и Хмельницком (Украина), Минске (Белоруссия), Чирчике (Узбекистан): блочных, трехобмоточных, тяговых, автотрансформаторов связи, распределительных и др. Возрастает объем экспорта и бесконтрольного импорта трансформаторного оборудования. Практически все эти конструкции приходят на подстанции, и даже на атомные станции, без испытаний на стойкость при КЗ. Чем чревата авария и пожар (или взрыв) трансформатора на АЭС понятно даже не специалисту.

Нельзя не отметить еще раз и практически полную ликвидацию в масштабах страны системы анализа отказов и аварий трансформаторов, которая раньше служила обратной связью эксплуатации с изготовителем. Некоторые аварии просто по разным причинам не попадают в статистику.

Нельзя сказать, что работы по динамической стойкости трансформаторов при КЗ в стране полностью прекращены. Эпизодически проводятся испытания трансформаторов в ВЭИ, НИЦ ВВА, УЭТМ. ОАО "Электрозавод" и УЭТМ пытаются осваивать новые технические решения, иногда проводят испытания моделей обмоток и заказывают независимую экспертизу своих новых проектов. Ведутся работы в ВЭИ по совершенствованию методов расчета, разрабатываются собственные методы расчета на Украине (ЗТЗ с помощью ВЭИ, ВИТ) и в Беларуссии (МЭТЗ с помощью ВЭИ). Однако этого явно не достаточно.

Для специалистов очевидно, что все рассмотренные факторы, как показал опыт развития аварий 60— 70-х годов, могут стать предвестниками новой волны аварийности трансформаторов.

В статье приведен список наиболее важной (за последние годы) литературы по рассматриваемой проблеме (1—23).

Стойкость при КЗ мощных трансформаторов. В настоящее время в России Московский электрозавод (ОАО "Электрозавод") стал единственным заводом по производству мощных трансформаторов классов напряжений 500 кВ и выше, мощные трансформаторы до 220 кВ кроме этого завода выпускает ТЭЗ, а в последнее время и УЭТМ

Из-за прекращения работы сетевого стенда МИС (г. Тольятти) на ближайшие годы мощные трансформаторы не смогут быть испытаны на стойкость при КЗ. Это значит, что продукция заводов, производящих мощные трансформаторы для РФ, не может считаться полностью надежной (и конкурентоспособной), т.е. вскоре возникнет необходимость и восстановления стенда МИС, и проведения чрезвычайно дорогостоящих испытаний на стойкость при КЗ на зарубежных стендах. Известно, что испытания сухого трансформатора УЭТМ (мощностью 1000 кВ-А) и двух трансформаторов ЗТЗ (мощностью 63 и 62,5 МВ-А) уже проведены на стенде КЕМА (Голландия). Последние два трансформатора ЗТЗ поставлены в Турцию. В этой стране, так же как в Италии и Франции, испытания трансформаторов на стойкость при КЗ (или ссылка на успешно испытанный прототип) обязательны.

Недостаточно организована и работа по обеспечению стойкости при КЗ мощных трансформаторов по другим направлениям. Не проводится в достаточном объеме экспертное рецензирование принятых технических решений и обсуждение их специалистами (в том числе на НТС, МВК), не проводится квалифицированное расчетное сравнение с испытанными ранее трансформаторами производства других заводов (материалы испытаний имеются, например, в ВЭИ, специалисты могут провести такую работу).

Следует особо отметить, что на заводах РФ, в отличие от ЗТЗ, только еще будут осваиваться современные технологические процессы по обработке изоляционных материалов и обмоток (например, сушка под давлением), обеспечивающие стабильные их размеры и сохранение запрессовки в эксплуатации.

Поскольку не только массовых, но и единичных испытании на стойкость при КЗ мощных трансформаторов в ближайшее время не предвидится, необходимо планировать испытания полноразмерных моделей на стендах ВЭИ, НИЦ ВВА, однако такая работа пока находится в зачаточном состоянии. Например, "Электрозавод" провел в ВЭИ испытания нескольких моделей обмоток из импортного склеенного транспонированного провода, но эта важная работа, к сожалению, проведена в очень небольшом объеме.

Еще в течение долгих лет мощные трансформаторы в России будут закупаться за рубежом, прежде всего на ЗТЗ. Многие мощные трансформаторы ЗТЗ прошли испытания на стойкость при КЗ в г. Тольятти, однако эти испытания проходили 10 и более лет тому назад. Вряд ли в ближайшие годы ЗТЗ будет испытывать в Голландии трансформаторы, предназначенные для продажи в РФ.

Следует отметить, что внедрен ряд технических решений, надежность и достаточность которых не успели проверить испытаниями мощных трансформаторов или полноразмерных моделей, например, склеенный и упрочненный провод, общая прессовка обмоток и др. Остаются мало исследованными радиальная и осевая устойчивость склеенных транспонированных проводов при рабочей температуре обмоток (при размягчении склеивающего состава); меры по укреплению обмоток, на которые действуют тангенциальные силы КЗ; устойчивость на полегание крайних катушек; устойчивость обмоток к возникновению новых видов деформаций, выявленных при испытаниях мощных трансформаторов в г. Тольятти (осевые деформации из-за радиальных сил, деформации внешних обмоток под действием неравномерно распределенных по окружности радиальных растягивающих сил, стойкость сложных и относительно тонких обмоток РО).

Нуждается в пересмотре стандартизированная ранее методика расчета электродинамической стойкости трансформаторов (разработка ВЭИ [4]), поскольку уже накоплен опыт расчетов и испытаний, выявлены относительно новые виды деформаций обмоток, которые в полной мере не обеспечены пока расчетными методами. Явно устарели, как уже указывалось, требования стандартов, в первую очередь ГОСТ 11677 (1).

На ближайшие годы стоит на очереди решение ряда новых вопросов обеспечения надежности мощных трансформаторов: тепловое старение при эксплуатации; переход на современную конструкцию прессовки всех обмоток единой мощной плитой из толстого склеенного электрокартона; возможное изменение нормированного ударного коэффициента тока КЗ с 1,8 на 1,9 (увеличение нормированных расчетных сил на 11,4%) в соответствии с новыми требованиями МЭК и др.

Стойкость при КЗ распределительных трансформаторов. Особенностью развития трансформаторостроения последние лет является то, что нарушена специализация заводов, которая была в СССР. В условиях рыночной экономики в целях выживания на рынке заводы вынуждены принимать любые заказы на трансформаторы. Это обстоятельство привело к существенному расширению номенклатуры распределительных трансформаторов на заводах РФ и СНГ, ранее ими не выпускавшихся.

Так, "Электрозавод" освоил выпуск значительной части номенклатуры 3 ГЗ, АО "Трансформатор" (г. Тольятти) осваивает производство бывшей номенклатуры "Укрэлектроаппарат" (г. Хмельницкий), БирЗСТ (г. Биробиджан) начал выпускать трансформаторы 1—2 габаритов из номенклатуры МЭТЗ (г. Минск), начал выпуск распределительных трансформаторов и УЭТМ (г. Екатеринбург). В связи с возросшими требованиями пожаробезопасности все заводы осваивают разные виды сухих трансформаторов. Такое расширение номенклатуры, часто по документации другого завода (с другой технологией), возможно без ущерба для надежности только при наличии испытании на стойкость при КЗ по крайней мере очень близкого прототипа. Так как по требованию стандарта каждый завод должен испытывать свою продукцию, число типов трансформаторов, подлежащих испытаниям, накапливается. Однако число испытаний — единицы в год. Следовательно, большое количество типов распределительных трансформаторов остаются не испытанными, не подверглись проверке ни конструкция, ни технология и качество изготовления.

В последние годы укоренилась порочная практика использования всех возможных оговорок, существующих в последней редакции ГОСТ 11677, для отказа от испытаний на стойкость при КЗ с соответствующим снижением себестоимости и, на первый взгляд, выгодным для покупателя снижением продажной цены трансформатора. Однако, очевидно, что для массовых серий трансформаторов экономия на стоимости испытаний ничтожна (стоимость испытаний не превышает нескольких десятков процентов от стоимости одного трансформатора), а возможный ущерб от низкой надежности массовой продукции у потребителей может быть неизмеримо больше. Именно поэтому в развитых странах, в отличие от существующей практики в России, испытываются на стойкость при КЗ практически все новые типы распределительных трансформаторов.

Для иллюстрации положения с испытаниями трансформаторов рассмотрим динамику испытаний на стенде ВЭИ. До 1990 г. на стенде ВЭИ ежегодно испытывалось до 15 трансформаторов. За период 1980—1984 гг. испытано 50 трансформаторов, в 1985—1989 гг. — 65, в 1990-1994 гг. - 40 (8 не выдержали), в 1995-2000 гг. -только 13 (3 не выдержали). Примерно такая же картина на испытательном стенде НИЦ ВВА, УЭТМ.

В настоящее время в условиях рыночной экономики объем испытаний резко упал из-за ошибочной политики сертификации (без участия специалистов по стойкости при КЗ), фактически полностью прекратились испытания поставляемых в Россию зарубежных распределительных трансформаторов.

Как показала практика нескольких десятилетий испытаний распределительных трансформаторов на стендах ВЭИ и НИЦ ВВА, эти испытания не только подтверждают их стойкость при КЗ, но и выявляют часто существенные недостатки в конструкции, в технологии и качестве изготовления трансформаторов. Это особенно важно в связи с резким ослаблением на заводах в последние годы контроля технологии и техдокументации. Рекомендации по улучшению трансформаторов, которые дают специалисты стендов в процессе испытаний, способствуют обмену передовым опытом между заводами, нарушенному в последние годы. А его отсутствие сказывается, к сожалению, в том, что начали возникать грубые ошибки в конструировании и технологии изготовления трансформаторов. Например, на одном заводе для усиления стойкости при КЗ трансформатора мощностью 400 кВ-А применяли запечку лаком не только обмотки, но и всей выемной части. Для данного трансформатора такая "дикая" пропитка вряд ли существенно повысила его стойкость при КЗ. Но ведь вопросы отказа от пропитки решались еще 30 лет назад, за прошедшие десятилетия были найдены многие рекомендации, позволившие отказаться от пропитки лаком в распределительных трансформаторах при обеспечении надежной стойкости при КЗ. Другие примеры: специалисты неоднократно указывали на необходимость расчетной оптимизации конструкций по осевым силам, в том числе на недопустимость выполнения обмотки НН с осевым размером расчетного сечения меньше, чем в обмотке ВН, или на необходимость симметрирования обмоток и регулировочных витков по высоте обмоток, или на необходимость обеспечения надежной осевой опоры обмотки НН. Однако и эти простейшие требования часто нарушаются.

При таком положении отсутствие поголовных испытаний всех новых типов распределительных трансформаторов может привести к массовым авариям в эксплуатации.

В условиях ослабленного контроля за качеством изготовления распределительных трансформаторов опасность представляет и полное отсутствие периодических испытании на стойкость при КЗ. По мнению специалистов их необходимо проводить каждые 5—8 лет. В свое время при составлении стандарта ГОСТ 11677 эти испытания были включены для подтверждения как надежности конструкции, так и стабильности технологического процесса. Однако эти испытания (с помощью оговорок в стандарте) затем были фактически необоснованно отменены. Главной причиной отмены периодических испытаний в то время было вовсе не то, что они не необходимы, а перегрузка в то время испытательных стендов испытаниями новых трансформаторов. Сейчас уже давно такой причины нет. В результате эти испытания сейчас вообще не проводятся, получается так, что их можно отменить при формальной договоренности с потребителем (в настоящее время — с покупателем).

О замене испытаний сравнительным расчетом с испытанным прототипом. Особо заслуживает освещения вопрос о применении "правила прототипов", разрешающего в соответствии с ГОСТ 11677 и МЭК 76-5 [3] заменять испытания трансформатора сравнительным расчетом с успешно выдержавшим испытания трансформатором аналогичной конструкции. В свое время применение "правила прототипов" было введено как исключительная процедура из-за перегрузки испытательных стендов и только для того, чтобы избежать испытаний типоисполнении одною и того же трансформатора. Причем применение правила прототипов стало возможным только после разработки и внедрения практически на всех заводах СССР единой методики электродинамических расчетов (ВЭИ), доведенной до формы отраслевого стандарта и снабженной комплектом компьютерных программ.

В настоящее время "правило прототипов" зачастую понимается изготовителями трансформаторов и "сертификаторами" как официальный путь замены испытаний трансформаторов расчетами, что недопустимо. Для сопоставительных расчетов необоснованно и без согласования со специалистами по стойкости при КЗ применяются в качестве "прототипа" трансформаторы, прошедшие испытания 10 —15 лет тому назад, трансформаторы, изготовленные по другой технологии, или вообще другой конструкции, или даже на другом заводе.

К тому же перечень требований, которым должны удовлетворять сравниваемые трансформаторы (критерии подобия и правило выбора прототипа), изложенный в п.9 ГОСТ 11677, является неполным, а правильность сравнительных расчетов может быть установлена только специалистами по стойкости трансформаторов при КЗ. В свое время в ВЭИ была разработана методика сравнительного расчета для применения "правила прототипов", сейчас разработан усовершенствованный ее вариант, который необходимо будет внедрить в практику

Правильному и обоснованному применению "правила прототипов" препятствует отсутствие массовых испытаний, так как исчезают сами "прототипы" (особенно для мощных трансформаторов).

Из-за снижения технического уровня проектирования и расчетов стойкости при КЗ на заводах стали появляться конструкции с более высоким уровнем расчетных электродинамических "нагрузок, чем в ранее испытанных аналогах, которые в результате этого не могут быть приняты в качестве прототипа. Другой пример: из-за роста несимметрии нагрузок в трехфазных распределительных сетях заводы стали изготавливать типоисполнения распределительных трансформаторов с группой соединения D/У-11. Расчеты показали, что силы в этих трансформаторах могут существенно отличаться, от сил в испытанных трансформаторах этого тина с группой соединения У/У-0, т.е. испытанные трансформаторы не могут быть приняты в качестве прототипа для новых трансформаторов, т.е. необходимы испытания.

С другой стороны, заводы часто проектируют по давно испытанным "аналогам", часто в угоду надежности вкладывают лишние материалы, снижающие конкурентоспособность отечественных трансформаторов, при этом никак не проверяется уровень и стабильность технологии.

О сертификации трансформаторов без обязательных испытаний на стойкость при КЗ. Единственной официальной оценкой технического уровня, надежности и безопасности трансформаторного оборудования в настоящее время является их сертификация. Однако, используя несовершенство ГОСТ 11677, изготовители часто при сертификации представляют протоколы испытаний на стойкость при КЗ или ссылки на протоколы испытаний прототипа давности, существенно превышающей сроки периодических испытаний — 5—8 лет. Например, при сертификации на рынке России трансформатора типа ТДТ1-1Ж-2501)и/11-0 производитель (ЗТЗ) представил в 1996 г. протокол испытаний на стойкость при КЗ трансформатора типа ТДТН-25000/110, явно не являющегося прототипом для ТДТНЖ, да еще и 1980 г.! Несмотря на отрицательное заключение специалистов, трансформатор был сертифицирован, хотя известны случаи аварий этих трансформаторов. Подобные примеры можно приводить еще. Для облегчения процедуры сертификации испытания на стойкость при КЗ не включены в список обязательных сертификационных испытаний на безопасность, предусмотренные процедурой сертификации периодические испытания (для подтверждения уровня производства), как правило, не проводятся. Выдачей сертификатов могут заниматься разные организации без привлечения в качестве экспертов специалистов по стойкости при КЗ.

В условиях рыночной экономики вопрос купли-продажи трансформатора и его сертификации (по безопасности и по параметрам) некоторые пытаются свести к децентрализованным взаимоотношениям производителя (отечественного или зарубежного) и покупателя (энергосистемы, подстанции предприятия), а также организации, выдающей сертификат. Такое положение следует считать недопустимым. Ведь производитель прежде всего хочет подороже продать трансформатор, а покупатель хочет подешевле купить трансформатор, свой интерес есть и у "сертификатора". В сложившейся ситуации принципиально неверно пренебрежение интересами потребителей электроэнергии, не входящих в эту "тройку", для которых важна надежность работы трансформаторов (надежность энергоснабжения), а не формальное удовлетворение требованиям устаревшего стандарта в угоду интересам продавца и покупателя. Эти отношения должен регулировать стандарт.

Предложения по изменению стандарта ГОСТ 11677. Прежде всего из п.6.5 этого стандарта необходимо исключить допущение о возможности непроведения как приемочных. так и периодических испытаний трансформаторов на стойкость при КЗ. Необходимо четко указать, что непроведение испытаний — это исключительный случай, связанный с отсутствием технической возможности таких испытаний, а также четко связать процедуру отказа от испытаний с обязательным сравнением по установленным правилам с успешно испытанным прототипом.

Если нет технической возможности испытать трансформатор и нет прототипа, можно ввести возможность проведения независимой экспертизы с указанием организаций (или межведомственных комиссий), имеющих право на проведение такой экспертизы в силу своей профессиональной подготовки.

Необходимо определить в стандарте термин "основной потребитель", который решает ряд важных вопросов: испытывать ли трансформатор или делать сравнение трансформатора с прототипом по определенной методике. Если раньше роль "основного потребителя" играло Минэнерго СССР, то теперь эти обязанности необходимо возложить на РАО "ЕС России" или другую компетентную организацию. Во всяком случае вопросы стойкости трансформаторов при КЗ должны решать специалисты м организации, ответственные за надежное снабжение страны электроэнергией, а не только производители трансформаторов, покупатели трансформаторов и "сертификаторы", заинтересованные прежде всего в цене на трансформатор.

Необходимо изменить п.6.5 стандарта ГОСТ 11677 и заново ввести периодические испытания на стойкость при КЗ. Возможность отмены или переноса этих испытаний должна быть оговорена лишь при отсутствии технической возможности (например, для трансформаторов мощностью более 125 МВ-А). При этом как минимум должна быть проведена экспертиза неизменности уровня технологии.

Необходимо уточнить и расширить раздел стандарта, касающийся сравнения с испытанным прототипом (п.6.9 стандарта)

Эти предложения уже были представлены Постоянной Российской части (ПРЧ) ТК14 МЭК и не вызвали возражений специалистов.

Ситуация за рубежом (МЭК, СИГРЭ). В противоположность положению в РФ и СНГ, за рубежом проблеме стойкости при КЗ трансформаторов уделяется большое внимание.

Последние несколько лет работа Комитета 14 МЭК и Комитета 12 СИГРЭ "Трансформаторы" проходит пол знаком стойкости при КЗ (последний раз СИГРЭ так подробно рассматривал эти вопросы более 20 лет назад). Завершен пересмотр Публикации 76-5 МЭК "Стойкость при КЗ", практически закончена работа СИГРЭ по созданию методики расчетной оценки стойкости при КЗ (для включения в Стандарт МЭК).

Несколько слов о новой Публикации 76-5 МЭК. В новой редакции, хотя и сняты ограничения на испытания самых мощных трансформаторов (более 100 МВ-А), фактически усилена роль расчетно-конструкторской оценки стойкости при КЗ (ранее допускалась только ссылка на испытанный трансформатор-прототип, теперь допускается использовать испытания моделей). Причем выбор способа фактически отдан на откуп потребителю. Более того, соответствующий пункт в русском переводе зпучЙь"й8(к,'' что по согласованию между покупателем и изготовителем стойкость при КЗ может вообще не демонстрироваться. Такая позиция устраивает не всех, в результате ряд стран проголосовал против ноной редакции Публикации, в том числе Франция, Италия и Россия, мотивируя это неравноценностью этих способов и необходимостью приоритета испытаний до тех пор, пока не будет выработана единая достоверная методика расчетной демонстрации стойкости. Однако такое кажущееся умаление роли испытаний фактически не является у "них", в отличие от России, "откатом" от испытаний, поскольку в передовых странах производитель отвечает за качество своей продукции, а потребитель трансформаторов отвечает за качество электроснабжения и выбирает надежного поставщика, имеющего положительный опыт испытаний своей продукции. Т.е. и тот, и другой заинтересованы в испытаниях, что, кстати, подтверждается на деле: за рубежом стенды загружены испытаниями трансформаторов на стойкость при КЗ, о чем будет сказано далее. Другие изменения в Публикации 76-5 направлены как раз на ужесточение требований к стойкости при КЗ. Это и увеличение расчетного ударного коэффициента тока КЗ для мощных трансформаторов с 1,8 до 1.9, фактический запрет испытаний "без бака", при которых по некоторым данным возможно изменение и снижение в некоторых случаях осевых сил, и др.

Фактически весь ход работы Комитета 12 на сессии СИГРЭ-2000 г. в Париже проходил под девизом:

"To test or not to test", как выразился один из участников дискуссии, перефразируя классика.

Тон дискуссии задан вопросами в специальном докладе: чем объяснить большой процент повреждений при испытаниях (около половины), являются ли испытания единственным способом подтверждения стойкости при КЗ, должны ли трансформаторы проектироваться на повышенные испытательные требования, как долго еще нужно испытывать трансформаторы, ведь их конструкции улучшаются с каждым годом, не нужно ли снизить расчетные токи КЗ, должны ли быть пересмотрены критерии оценки результатов испытаний, как много производителей готовы заплатить за дорогостоящие испытания на стойкость при КЗ, можно ли заменить испытания расчетом, должны ли мы рассматривать поле в окне или вне окна при расчете осевых сил, наступит ли время, когда только производственные дефекты станут причиной повреждений, возможно ли измерение сил при испытаниях для получения большего эффекта от дорогостоящих испытаний, правильно ли ориентироваться при испытаниях на наихудшее сочетание условий КЗ, не принимая во внимание вероятность их появления?

В докладах прослеживается схожесть развития ситуации со стойкостью при КЗ мощных высоковольтных трансформаторов в разных странах с развитием ситуации в СССР (России). Вначале (примерно до 60-х годов) практически не предъявлялось особых требований к стойкости при КЗ, трансформаторы проектировали и изготавливали по образу и подобию трансформаторов более низких классов напряжений, уделяя особое внимание вопросам изоляции и потерь. Например; в Италии вначале такие трансформаторы стали производить 8 фирм, сегодня осталось только 2, причем те, трансформаторы которых имели наименьший уровень аварийности. Возникла лавина повреждений, связанных с недостаточной стойкостью при КЗ. Первой реакцией было — ограничить значения токов КЗ. В частности, для ограничения тока КЗ наиболее частых однофазных КЗ стали применять установку сопротивления в заземленных нейтралях. В ряде случаев пришлось пойти на повышение напряжения КЗ трансформаторов (в 2 раза и более), применять трансформаторы там, где более выгодны автотрансформаторы. Однако эти меры оказались экономически менее выгодными, чем создание трансформаторов с достаточной динамической стойкостью. Ведь, например, увеличение напряжения КЗ приводит к необходимости применения более широкого диапазона РПН, к нежелательному росту реактивной мощности. Полное или частичное разземление нейтрали может подвергнуть оборудование большим перенапряжениям, это может привести к необходимости повышения уровня изоляции нейтрали и т.д. Под давлением проблемы обеспечения стойкости трансформаторов при КЗ стали проектировать трансформаторы под конкретные требования систем (т.е. разумно снижать нормируемые тока КЗ), отказываться от третичных обмоток НН (имеющих низкую стойкость при КЗ), развивать методы расчетной оптимизации и экспертизы, использовать новые материалы, применять строгий процесс производственного и технологического контроля: при намотке, стабилизации, сборке, сушке, пропитке, установке и прессовке обмоток. Во всех странах стали проводить много теоретических и экспериментальных исследований. И самое главное — приступили к систематическим массовым испытаниям трансформаторов на стойкость при КЗ. Этот путь прошла Франция, начиная с 70-х годов, Италия — с 80-х, Турция — с 90-х. Например, в Италии до конца 80-х годов повреждаемость автотрансформаторов из-за КЗ была достаточно высокой, она составляла более 2% (более половины всех аварий), причем основные повреждения были связаны с потерей радиальной устойчивости общей обмотки. А в настоящее время повреждений практически нет.

Установленный факт: производители, испытывающие свою продукцию, имеют значительно более высокий авторитет у покупателя, причем такая продукция не всегда дороже. Имея "прошлые" испытанные прототипы, продавец предъявляет их сертификат и может не повышать цену. Тот же, кто не испытывал раньше, вынужден на всякий случай вкладывать больше материалов на незнание, снижать плотность тока, т.е. фактически завышать цену.

По результатам опроса СИГРЭ повреждаемость трансформаторов 110 кВ и выше по причине стойкости при КЗ в среднем очень низка — 15 повреждении за последние 5 лет на 120000 трансформаторо-лет! Правда, не были получены данные от самых неблагополучных в этом отношении стран (по оценкам — это Юго-восточная Азия, Индия, Китай). Эти результаты находятся в вопиющем противоречии с результатами испытаний на стойкость при КЗ: около половины мощных трансформаторов не выдерживают испытаний. В дискуссии по этому поводу противники испытаний говорили: "Вот видите, насколько испытания не адекватны эксплуатации!", а сторонники: "Вот видите, к какому повышению надежности приводят испытания!" Кстати, ни один из 15 поврежденных трансформаторов не проходил испытаний и лишь 5 имели экспертизу конструкции, но без сравнений с прототипом.

Во Франции, которая проводит испытания с 1965 г., — сегодняшний день фактически нет ни одного мощного (до 600 МВ-А, 400 кВ) не испытанного (или не имеющего успешно испытанного прототипа) трансформатора. Расчетные методы и методы сопоставления с прототипом развиваются на базе испытаний. Повреждаемость в эксплуатации близка к нулю.

В одной из крупнейших а мире испытательной лаборатории КЕМА (Голландия) за 1996—1999 гг. испытано 8, б, 12 и 15 единиц в год соответственно (мощностью более 25 МВ-А), в том числе 14 единиц мощностью до 50 МВ-А (2 испытаны успешно), 14-50-100 МВ-А (6 успешно), 7 — 100-200 МВ-А (2 успешно) и 6 — более 200 МВ-А (3 успешно). По классу напряжений: до 150 кВ (15) почти все неуспешно, 150—250 кВ — успешно 7 из 17, 350-550 кВ — успешно 5 из 9. Испытывались одно- и трехфазные трансформаторы, автотрансформаторы, блочные, вспомогательные, -трехобмоточные и др., частота 50—60 Гц, схемы соединения У и D. Наибольшие из испытанных — 250 МВ-А однофазный и 440 МВ-А трехфазный. При испытаниях нередки случаи, когда трансформаторы их не выдерживали или выдерживали с серьезными замечаниями. Например, из 20 трансформаторов, результаты испытаний которых известны, 10 повредились в первых испытаниях. Основные примеры повреждений при испытаниях: выпадение прокладок и ослабление прессовки, потеря радиальной устойчивости, закручивание обмоток тангенциальными силами, деформации и повреждение отводов, разрушение изоляторов.

В Канаде на сетевом стенде 1КЕО (Квебек) в 1999 г. испытаны 2 блочных трансформатора: 775 МВ-А (крупнейший в мире из испытанных), 230±5% кВ для АЭС и 102 МВ-А с расщепленной обмоткой НН для ГЭС. По результатам неудачных испытаний (в первом зафиксированы тангенциальные деформации, во втором сильные деформации от осевых сил) трансформаторы были усилены, после чего успешно выдержали повторные испытания.

В Италии испытываются практически все распределительные трансформаторы. Повреждаемость в эксплуатации очень низкая. Введен новый мощный стенд, на котором уже испытан очень мощный трансформатор. Ежегодно испытывают десятки трансформаторов.

Постоянно проводят испытания на стойкость при КЗ в Китае, Южной Корее, Индии, Чехии, Мексике, Аргентине, Колумбии и других странах. Имеются сведения о введении в строй новых стендов для испытаний трансформаторов в этих и других странах.

В Великобритании проводится большая работа по исследованиям электродинамической стойкости, в. частности радиальной устойчивости обмоток, на моделях.

Все испытательные лаборатории делают выводы о том, что результаты испытаний почти всегда показывают необходимость улучшения конструкции и производства, производители практически всегда удовлетворены опытом испытаний, а трансформаторы, успешно выдержавшие испытания на стойкость при КЗ, практически не имеют аварийности по этой причине.

Таким образом, за рубежом, в отличие от РФ, проводится большая работа по обеспечению надежности трансформаторов при КЗ.

Выводы

  1. Парк трансформаторов и РФ стареет. Заводы россии осваивают новые, не свойственные им ранее типы трансформаторов, в том числе самые мощные и ответственные, с применением новых технических решений без проведения их испытании на стойкость при КЗ, часто без квалифицированной экспертизы специалистов. На заводах снижается квалификация разработчиков трансформаторов по вопросам стойкости при КЗ по ряду причин (резкое снижение объема испытаний, отсутствие техучебы и т.д.). Возрастает фактически бесконтрольный (без экспертизы специалистов по стойкости при КЗ) импорт трансформаторного оборудования. Государственные стандарты устарели. В МЭК утвержден новый вариант стандарта на стойкость при КЗ, поставивший равенство между испытаниями и расчетным подтверждением стойкости при КЗ, есть вероятность его прямого применения в РФ, что недопустимо. Катастрофически возрастает число типов трансформаторов, не имеющих успешно испытанных прототипов. Назрела необходимость совершенствования методов расчета и экспертизы.
  2. В настоящее время из-за резкого снижения объема испытаний существующие в РФ испытательные стенды приходят в упадок. Пока еще теплится работа на стендах ВЭИ. НИЦ ВВА, УЭТМ, "Электрозавод", но полностью пришел в нерабочее состояние стенд МИС г. Тольятти, один из самых мощных в мире. Если после принятия ряда экстренных мер и удастся восстановить требуемый объем испытаний трансформаторов мощностью до 125 МВ-А, то на долгие годы в РФ более мощные трансформаторы испытывать будет негде. А нужда испытывать их рано или поздно придет. Поэтому уже сейчас необходимо принципиально решать, где и когда нужно организовывать испытания мощных трансформаторов (восстанавливать стенд в Тольятти или организовывать новый, например, в Белом Расте). Чем раньше поставить, и решить этот вопрос, тем менее болезненно будет ощущаться отсутствие испытательной базы для мощных трансформаторов.
  3. Положение в России по проблеме стойкости трансформаторов при КЗ контрастирует с положением в развитых зарубежных странах, в которых проводится большое число испытаний, вводятся в работу новые испытательные стенды. А ведь в СССР проблеме стойкости при КЗ уделялось такое же внимание, как и в передовой в этом отношении Франции.

Отсутствие решения в ближайшие годы этих проблем будет способствовать снижению технического уровня, безопасности и конкурентоспособности отечественных трансформаторов. Необходимо довести до понимания руководителей РАО "ЕЭС России", энергосистем, подстанции, руководителей производства, испытательных стендов, специалистов по трансформаторам в сферах производства и эксплуатации тревожное состояние всех основных аспектов проблемы электродинамической стойкости трансформаторов при КЗ. Если такое понимание возникает, то при помощи специалистов по стойкости при КЗ возникнут и действия, которые позволят смягчить и предотвратить возможное развитие аварийной ситуации в энергетике РФ.

Список литературы

  1. International standard 1ЕС60076-5. Power transformers Part 5. Ability to withstand short circuit. Second edition 2000-07.
  2. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия (Power Transformers/General specifications); М.: Изд-во стандартов 1990.
  3. ГОСТ 20243-74. Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стойкость при коротком замыкании (Power transformers. Method of short circuit tests). М.: Изд-во стандартов. 1986.
  4. Лурье А.И.. ЗеноваВ.П., Мнльман Л.И. и др. Отраслевая методика расчета: Трансформаторы силовые. Расчет электродинамической стойкости обмоток при коротком замыкании (РТМ16800.428-77, РД16-431-88).
  5. Fyvie J.D., Christensen P.W. Special report for group 12 (Transformers). 2000 session papere. Special Reports, Paris, 2000.
  6. Зенова В.П., Мильман Л.И. Использование моделей для оценки радиальной устойчивости сжимаемых обмоток трансформаторов//Электротехника. 1976. № 4. С.17—21.
  7. Конов Ю.С., Хубларов Н.Н. Полноразмерные модели для исследования электродинамической стойкости крупных трансформаторов // Электрические станции 1980. № 3. С.44—49.
  8. Конов Ю.С., Могузов В.Ф., Хубларов Н.Н. Основные вопросы контроля и обеспечения стойкости мощных трансформаторов при коротких замыканиях // Электрические станции. 1981. №3. С 37-40.
  9. Апакин А.В., Ашавин В.Т., Белов П.В. и др. Результаты испытаний трансформатора ТДТН-25000/110 на стойкость при коротком замыкании // Электротехника. 1987. № 4. С.5—10.
  10. Кохан П.Г., Лазарев В.И., Дубинин Ю.А. и др. Изучение радиальной устойчивости обмоток трансформаторов из транспонированного провода со склеенными элементарными проводниками на физических моделях//Техническая электродинамика. 19S8.M"fi. C.74—77.
  11. Зенова В.П., Лурье А.И., Мильман Л.И., Паннбратец А.Н. Тангенциальные силы в обмотках трансформаторов при коротком замыкании//Всесоюз. научно-техн. конф. "Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники". М.: ВЭИ, 1990.
  12. Лазарев В.И., Науменко Л.В. Радиальная устойчивость цилиндрических обмоток трансформаторов // Техническая электродинамика. 1990. №6. С.83—88.
  13. Лазарев В.И., Дубинин Ю.И„ Семусева В.П., Сорока М.В. Осевые колебания обмоток трансформаторов под общим прессующим кольцом // Техническая электродинамика. 1993.№1.С.48-52.
  14. Долгополов А.Г., Шлегель О.А., Червяков В.А. и др. Мощный сетевой стенд в г. Тольятти для испытаний и исследований электрооборудования на напряжение до 1150 кВ// Доклад на конференции ТРАВЕК-95. М., 1995
  15. Зенова В.П., Левицкая Е.И., Лурье А.И. и др. Система программ РЭСТ для расчета электродинамической стойкости, потерь и нагревов трансформаторов и реакторов // Электротехника. 1996. №.8. С.37—44.
  16. Дулькин И.Н., Зенова В.П., Лурье А.И. и др. Новые возможности и области применения системы программ по тепловому и электродинамическому расчету трансформаторов (РЭСТ-Т)//Научн. тр. ВЭИ. Тепловые процессы в электротехническом оборудовании. 1996. С.7—13.
  17. Дробышевский А.А., Левицкая Е.И., Андреев Д.В., Бельцер В.Р.Диагностика деформаций обмоток силовых трансформаторов и реакторов методом низковольтных импульсов // Электротехника. 1997. Ne.3. C.48-51.
  18. Зенова В.П., Лурье А.И., Панибратец А.Н. Совершенствование методов и норм расчета трансформаторов на стойкость при коротких замыканиях // Доклад на конференции "Электротехника-2010 год. Наука, производство, рынок". М., ВЭИ-ТРАВЕК. Т.1. 1997. С. 201.
  19. Дробышевский А.А., Зенова В.П., Левицкая Е.И. др. Вопросы современной международной и российской стандартизации в области электродинамической стойкости трансформаторов при коротких замыканиях // Доклад на конференции "Электротехника-2010 год. Наука, производство, рынок". М., ВЭИ-ТРАВЕК. Т.2., С.40.
  20. Лурье А.И. Об определении максимального тока при включении цепи RL на переменное напряжение// Электричество. 1997, .№ 12., С.23-29.
  21. Bertagnolli G. Short-circuit duty of power transformers// ABB Transfonnatori. Legnano (Milano), Italy. 1998. P. 200.
  22. Панибратец А.Н. Исследования и расчеты электродинамической стойкости при коротких замыканиях мощных силовых трансформаторов. Дисс. ... канд. техн. наук М.: ВЭИ, 1999., С. 220.
  23. Лурье А.И. Ударный ток трансформаторов и реакторов .при коротком замыкании с учетом добавочных потерь //Электричество. 2001. № 2.
 
  Источник:  ©  Электротехника.
Материал размещен на www.transform.ru18.02.2005 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????