ПНСТ 661-2022 Контроль состояния и диагностика машин. Трансформаторы силовые.

       

ПНСТ 661-2022

(ИСО 18095:2018)

 

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 Контроль состояния и диагностика машин

 

 ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ

 

 Condition monitoring and diagnostics of machines. Power transformers

ОКС 29.180

Дата введения с 2022-12-01

до 2025-12-01

 

 Предисловие

     

1 ПОДГОТОВЛЕН Закрытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (ЗАО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 октября 2022 г. N 80-пнст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 18095:2018* "Контроль состояния и диагностика силовых трансформаторов" (ISO 18095:2018 "Condition monitoring and diagnostics of power transformers", MOD) путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении. При этом модификация выделена в тексте курсивом**.

 

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011** (разделы 5 и 6).

Федеральный орган исполнительной власти в сфере стандартизации собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 603079 Нижний Новгород, Московское шоссе, д.213а, офис 805, e-mail: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

 

 Введение

В настоящем стандарте рассматриваются вопросы организации контроля состояния и диагностирования силовых трансформаторов по параметрам, характеризующим их условия работы, таким как качество масла и наличие в нем загрязнений, качество диэлектрика, температура, мощность, электрическое напряжение и сила тока.

Настоящий стандарт может быть использован менеджерами по управлению активами предприятий, составителями спецификации оборудования, владельцами предприятий, операторами машин, а также специалистами в области надежности и технического обслуживания. В нем рассмотрена возможность выбора параметров и методов контроля, позволяющего реализовать техническое обслуживание трансформаторов по параметрам их состояния, выявлять неисправности и оценивать степень их развития, определять возможности по их дальнейшему использованию.

Настоящий стандарт следует общему подходу к организации программ контроля состояния машин, установленному ИСО 17359.

По сравнению с примененным международным стандартом ИСО 18095:2018 в настоящий стандарт внесены следующие изменения:

- в раздел 1 из элемента "Введение" перенесено и дано в примечании положение о целевых пользователях стандарта;

- в разделе 2 международные стандарты заменены соответствующими национальными стандартами;

- в структурном элементе "Библиография" к международным стандартам, для которых существуют гармонизированные национальные (межгосударственные) стандарты, даны соответствующие примечания;

- в таблице 1 указана возможность применения регулятора под напряжением (РПН) в конструкции элегазового трансформатора;

- в таблице 3:

а) исключена связь неисправности вида "электрический разряд" в контролируемой характеристикой "слышимый шум" ввиду низкой чувствительности соответствующего метода контроля к указанной неисправности;

б) добавлен способ контроля состояния РПН-переключателя методом внешнего осмотра;

в) добавлена связь шума и вибрации с состоянием системы охлаждения (неисправностью одного из вентиляторов);

- в пункте 9.3.1 приведены расширенные рекомендации в соответствии со ссылочным международным стандартом МЭК 60422:2013;

- в пункте 9.10.2 исключено описание прямого метода измерений тангенса угла диэлектрических потерь и коэффициента мощности, поскольку для них общеупотребительными являются также косвенные методы.

Дополнительно внесенные фразы набраны курсивом.

      1 Область применения

Настоящий стандарт содержит руководство по применению методов контроля состояния в программах контроля состояния силовых трансформаторов. Указанные программы применяют совместно с программами по техническому обслуживанию для реализации общего подхода к обеспечению готовности оборудования, описанного в [1].

Настоящий стандарт распространяется на однофазные трансформаторы переменного тока мощностью свыше 1 кВА и трехфазные трансформаторы переменного тока мощностью свыше 5 кВА.

Примечание - Настоящий стандарт рассчитан на применение, в первую очередь, предприятиями и производственными участками с относительно небольшим количеством трансформаторов максимальной мощностью около 50 МВА, а также специализированными организациями, ведущими работы по контролю состояния и диагностированию такого оборудования. Объем и нормы испытаний силовых трансформаторов на объектах электросетевого хозяйства и электрических станций устанавливаются в соответствии с законодательством об электроэнергетике и требованиями к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок.

Требования к организации контроля состояния и диагностирования силовых трансформаторов общего или специального назначения для применения в отдельных отраслях экономики могут быть установлены в соответствующих документах по стандартизации.

 

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 16110 Трансформаторы силовые. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 13372 Контроль состояния и диагностика машин. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

 

      3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р ИСО 13372 и ГОСТ 16110, а также следующий термин с соответствующим определением.

3.1 магнитострикция (magnetostriction): Свойство ферромагнитных материалов изменять свою форму или размеры при намагничивании.

 

      4 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения и сокращения:

 

 

 

-

коэффициент мощности;

C1

-

основная емкость ввода, определяемая как емкость между центральным проводником и измерительным выводом ввода;

 

DGA

-

анализ растворенных газов;

 

DFR

-

частотная характеристика диэлектрика;

 

ПБВ

-

переключение без возбуждения;

 

БПФ

-

быстрое преобразование Фурье;

 

FRA

-

анализ частотных характеристик;

 

IEEE

-

Институт инженеров электротехники и электроники;

 

НН

-

сторона низшего напряжения трансформатора;

 

РПН

-

регулирование под нагрузкой;

 

БМИ

-

конструкция ввода трансформатора с использованием твердой бумажно-масляной изоляции (БМИ-изоляции) (ср. RBP, RIP и RIN);

 

ЧР

-

частичный разряд;

 

PDC

-

токи поляризации и деполяризации;

 

RBP

-

конструкция ввода трансформатора с использованием твердой изоляции из бумаги, склеенной эпоксидным компаундом (RBP-изоляции);

 

RIP

-

конструкция ввода трансформатора с использованием твердой изоляции из бумаги, пропитанной специальным компаундом (RIP-изоляции);

 

RIN

-

конструкция ввода трансформатора с использованием твердой изоляции из нетканого синтетического материала, пропитанного специальным компаундом (RIN-изоляции);

 

RVM

-

метод восстанавливающегося напряжения;

 

 

-

тангенс угла диэлектрических потерь.

 

 

      5 Выбор метода контроля состояния

5.1 Программы контроля состояния трансформаторов

Основы создания программ контроля состояния и технического обслуживания по состоянию установлены в [1]. В настоящем стандарте более подробно рассматриваются примеры и рекомендации в отношении методов контроля применительно к силовым трансформаторам.

5.2 Узлы, виды отказов и методы их обнаружения

Главной задачей контроля является получение информации о состоянии оборудования, позволяющей предупредить его возможные отказы и организовать соответствующее обслуживание в наиболее подходящее для этого время. Задачей же технического обслуживания является предупреждение или минимизация негативных последствий отказов. В связи с этим ключевым элементом технического обслуживания по состоянию является понимание видов возможных отказов и их влияния на оборудование, а также способов раннего обнаружения зарождающихся неисправностей до наступления функционального отказа. Разные виды отказа влияют на разные элементы оборудования и могут быть обнаружены с применением методов, наиболее чувствительных к данному виду отказа. Выбор метода и наиболее подходящего режима контроля состояния оборудования зависит от контролируемого элемента оборудования и видов его отказа. Наглядное представление об этом дает рисунок 1, на котором синим цветом отмечены области применения разных методов контроля состояния.

 

 

 

1 - виды отказа; 2 - элементы трансформатора; 3 - метод контроля; 4 - область применения

 

Рисунок 1 - Матрица применимости методов контроля состояния для разных элементов трансформатора и видов отказов

В разделах 6-10 рассматриваются типы силовых трансформаторов общего назначения, их элементы, соответствующие этим элементам виды отказов и методы обнаружения соответствующих неисправностей.

 

      6 Типы силовых трансформаторов

6.1 Масляные трансформаторы

В большинстве крупных трансформаторов в целях охлаждения и электрической изоляции используют трансформаторное масло или схожие по физическим свойствам диэлектрические жидкости.

Такие трансформаторы могут иметь разные наименования в зависимости от размеров и назначения, например:

- выходной повышающий трансформатор (обычно мощностью от 100 до 1000 МВА), используемый для передачи электрической энергии от генераторной станции в высоковольтную линию электропередач;

- линейный трансформатор (обычно мощностью от 30 до 400 МВА);

- распределительный трансформатор (обычно мощностью от 2,5 до 70 МВА);

- мачтовый трансформатор (обычно мощностью от 10 кВА до 3 МВА);

- местный питающий трансформатор (обычно мощностью от 1 до 50 МВА).

Устройство масляного трансформатора с указанием элементов, рассматриваемых в 7.1 и таблице 2, схематично изображено на рисунке 2.

 

 

 

1 - расширитель; 2 - радиатор и вентилятор; 3 - вводы высокого напряжения; 4 - бак; 5 - магнитопровод с обмотками

 

Рисунок 2 - Масляный трансформатор и его основные элементы

6.2 Сухие трансформаторы

Сухие трансформаторы используют в ситуациях, когда главными требованиями являются пожаробезопасность и экологичность оборудования. Отсутствие в трансформаторе диэлектрической жидкости, такой как трансформаторное масло, снижает его способность к возгоранию. Их используют также при необходимости избежать загрязнений окружающей среды маслами и другими жидкостями.

Сухие трансформаторы применяют в промышленности (нефтегазовой, металлургической, горнорудной и т.п.), строительстве (включая крупные объекты, такие как больницы, аэропорты, стадионы), в береговых и морских сооружениях (ветроэнергетические установки, суда, морские платформы и пр.) и многих других случаях.

Современные сухие трансформаторы обеспечивают мощность до 63 МВА и выходное напряжение до 72,5 кВ.

Изоляция сухих трансформаторов обычно обеспечивается применением твердых диэлектрических материалов или сочетанием твердой и воздушной изоляции. Для изоляции обмоток используют специальные лаки. Такие особенности конструкции приводят к тому, что виды отказов сухих трансформаторов иные, чем трансформаторов масляных, в частности из-за отсутствия бумажной изоляции и масла, склонных к ухудшению своих свойств в процессе эксплуатации. Типичный сухой трансформатор показан на рисунке 3.

 

 

 

Примечание - Фотография публикуется с разрешения ABB Inc.

Рисунок 3 - Внешний вид типичного сухого трансформатора

Как видно из таблицы 1, число элементов в сухом трансформаторе меньше, чем в масляном. Это важно с точки зрения возможных видов отказов, применяемым методам контроля и организации технического обслуживания.

Сухой трансформатор может иметь устройство регулирования напряжений под нагрузкой с нежидкостной изоляцией. Пример такого трансформатора напряжением 69 кВ и мощностью 25 МВА и показан на рисунке 4.

6.3 Газонаполненные трансформаторы

В случаях, когда ключевым является требование низкой воспламеняемости трансформатора, применяют конструкции, в которых изоляция и охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гексафторида серы (элегаза). Газонаполненные трансформаторы являются альтернативой сухим трансформаторам при необходимости обеспечения пожаробезопасности и низкого риска загрязнения окружающей среды.

Существуют элегазовые трансформаторы напряжением до 275 кВ (с перспективой доведения этого значения до 500 кВ) и мощностью до 300 МВА. Такие трансформаторы дороже масляных, но их повышенная стоимость оправдана за счет снижения риска возгорания (отсутствия необходимости содержать средства пожаротушения), практичности применения и малого влияния на окружающую среду.

 

 

 

Примечание - Фотография публикуется с разрешения ABB Inc.

Рисунок 4 - Пример сухого трансформатора с устройством регулирования напряжения под нагрузкой напряжением 69 кВ и мощностью 25 МВА

 

      7 Анализ видов отказов силовых трансформаторов

7.1 Элементы трансформатора

Целью контроля состояния является обнаружение зарождающихся неисправностей на их ранней стадии, чтобы принять соответствующие меры до наступления отказа, т.е. обеспечить возможность технического обслуживания по состоянию. Поскольку каждый отказ связан с конкретным элементом трансформатора, в настоящем стандарте описание видов отказа и методов контроля дано в отношении соответствующих им элементов. Рассматриваемые элементы трансформаторов разных типов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Элементы трансформаторов основных типов

 

Тип

Элементы трансформатора

трансфор-

Обмо-

Маг-

Вну-

Вводы

Изо-

Бак/

Рас-

Система охлаждения

Переключатель

 

матора

тка

нито- про-

вод

трен- ние сое-

дине-

ния

 

ляция

кожух

шири-

тель

Масло

Насос

Ради-

атор

Вен-

тиля-

тор

РПН

ПБВ

 

Масляный

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Сухой

 
 
 
 
 
 

-

-

-

 
 
 
 

 

Элегазовый

 
 
 
 
 
 
 

-

 
 
 
 
 

 

     Обозначения:
- элемент есть всегда;
- элемент может быть; - - элемент обычно отсутствует
 

 

 

7.2 Категории видов отказов

7.2.1 Общие положения

Неисправности силовых трансформаторов обычно группируют по следующим категориям:

a) деградация диэлектрического материала;

b) нарушения температурного режима;

c) механические факторы;

d) внешние причины.

7.2.2 Деградация диэлектрического материала

Деградация изолирующего материала, размещенного между проводящими элементами и заземленными частями трансформатора (стержни и ярмо магнитопровода, другие металлические элементы внутри трансформатора) приводит к ослаблению посадки его элементов, чрезмерному нагреву и загазованности масла (для масляных трансформаторов). По мере деградации материала ухудшается способность трансформатора выдерживать подаваемое напряжение и резко падает способность противостоять скачкам напряжения. С дальнейшим ухудшением свойств материала изоляция перестает выполнять свои функции при обычных нормальных условиях работы трансформатора, что может привести к его внезапному и полному отказу.

7.2.3 Нарушения температурного режима

Чтобы поддерживать температуру трансформатора в допустимых границах, необходимо правильное функционирование всех элементов системы охлаждения (радиаторов, вентиляторов, насосов, теплообменников, охладителей воды и масла). Чрезмерный нагрев трансформатора вызывает ускоренную деградацию изолирующего материала и неравномерное температурное расширение элементов трансформатора. Высокая температура масла может ухудшить его диэлектрические свойства и вызвать проблемы, связанные с его тепловым расширением. Неисправности ряда элементов внутри трансформатора (соединений, вводов, обмоток и т.д.) могут вызвать локальные нагревы, вызывающие вторичные повреждения даже в том случае, когда средняя температура трансформатора остается в допустимых пределах.

7.2.4 Механические факторы

Основной задачей конструкции трансформатора с точки зрения его механической надежности является способность противостоять большим токам, вызываемым сквозными внешними короткими замыканиями. Общими факторами, влияющими на механическую целость сборки обмоток и магнитопровода, являются плотность посадки сердечника и степень деградации изолирующего материала. Ослабление плотности посадки с большой вероятностью приведет к повреждению обмотки под действием сил, вызванных токами короткого замыкания. Целлюлозное волокно, являющееся основным элементом бумажной изоляции в большинстве масляных трансформаторов, по мере его деградации теряет механическую прочность, становится неспособным выдерживать силы, вызванные короткими замыканиями. Среди других механических факторов можно отметить повышение шума и вибрации трансформатора.

7.2.5 Внешние факторы

Следствием ухудшения состояния бака (кожуха) трансформатора, элементов шкафа управления, электропроводки, изоляции, уплотнительных прокладок, клапанов, датчиков и т.п. могут быть утечки масла в трансформаторе, внешние электрические разряды, неправильная работа систем управления, мониторинга и защиты оборудования.

7.3 Виды отказов

В таблице 2 приведены виды отказов, связанных с разными элементами трансформатора.

Сильная связь неисправности с конкретным элементом трансформатора в таблице 2 обозначена знаком "
", более слабая - знаком "
". Указанные в таблице связи могут иметь двусторонний характер - с одной стороны, дефекты элемента трансформатора могут вызывать индикацию неисправности, с другой - обнаруженная неисправность может влиять на состояние элемента трансформатора.
 

Более подробная информация о связях между элементами оборудования и неисправностях, выявляемых в ходе анализа признаков видов отказов (FMSA), приведена в приложении C.

7.4 Факторы, влияющие на скорость развития неисправности

7.4.1 Общие положения

В число факторов, влияющих на скорость развития неисправностей трансформатора, входят:

a) повышения входного напряжения;

b) климатические и другие факторы внешней среды;

c) тип конструкции трансформатора;

d) качество технического обслуживания;

e) наличие устройств защиты.

7.4.2 Скачки питающего напряжения

Уровень и характер входного напряжения трансформатора в значительной степени влияют на срок его службы. Дефекты, вызываемые скачками напряжения, сквозными короткими замыканиями и т.п., накапливаются во времени. Необнаруженные своевременно дефекты приводят к ускоренной деградации отдельных элементов трансформатора, что в конечном счете приводит к отказу.

Таблица 2 - Типичные виды отказов основных элементов силового трансформатора