Силовые трансформаторы и маслохозяйство: какой контроль обязателен и что спрашивает инспектор

Силовой трансформатор редко отказывает внезапно. Почти всегда повреждению предшествуют месяцы, а то и годы накопления признаков, которые видны в анализах масла и в результатах испытаний. Проблема в том, что признаки эти читают формально: протокол хроматографии подшили, цифры в норме не сравнили с прошлым разом, динамику не построили. А потом трансформатор на 110 кВ выбрасывает масло через выхлопную трубу, горит, и вопрос переходит из плоскости энергослужбы в плоскость расследования с участием надзора.

Разбираем два контура контроля — электротехнические испытания и анализ масла, — а также маслохозяйство как отдельный объект со своими требованиями и своими рисками.

Электротехнические испытания: что и зачем

Объём и периодичность испытаний силовых трансформаторов задаются нормами испытаний электрооборудования, действующими правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей электрической энергии и инструкциями заводов-изготовителей. Актуальные редакции этих документов сверяйте в справочно-правовых системах — правила технической эксплуатации переиздавались, и работа по старому приказу даёт замечание сама по себе.

Базовый набор, который инспектор ожидает увидеть в протоколах:

• Измерение сопротивления изоляции обмоток с определением коэффициента абсорбции. Простейший и самый показательный тест на увлажнение изоляции.
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции обмоток и вводов. Растущий тангенс — интегральный признак старения и увлажнения изоляции.
• Измерение сопротивления обмоток постоянному току на всех положениях переключателя. Выявляет обрывы, плохие контакты, дефекты переключающего устройства.
• Проверка коэффициента трансформации и группы соединений.
• Измерение тока и потерь холостого хода, испытание бака на герметичность.
• Контроль вводов — отдельно и внимательно: маслонаполненные высоковольтные вводы дают заметную долю тяжёлых повреждений трансформаторов с пожарами.
• Проверка и испытание защит: газовая защита, дифференциальная, защита от перегрузки, температурный контроль, устройства сброса давления.
• Тепловизионный контроль в работе: контактные соединения на вводах, состояние системы охлаждения, распределение температур по баку и радиаторам.

Ключевое требование к работе с протоколами — вести историю по каждому трансформатору. Абсолютное значение параметра менее информативно, чем его тренд. Тангенс, выросший вдвое, но формально оставшийся в допустимом диапазоне, — это уже повод для внеочередного обследования.

Анализ масла: главный диагностический канал

Трансформаторное масло одновременно и изоляция, и охлаждающая среда, и носитель информации о том, что происходит внутри бака. Разбирать бак дорого и долго, а взять пробу масла — операция на полчаса. Поэтому в диагностике силовых трансформаторов масло — основной источник данных.

Хроматографический анализ растворённых газов

Метод основан на простом принципе: любой дефект внутри бака разлагает масло и твёрдую изоляцию, и состав образующихся газов зависит от вида и энергии дефекта. Хроматограф определяет концентрации водорода, метана, этана, этилена, ацетилена, оксида и диоксида углерода.

Общая логика интерпретации такова:

• преобладание водорода при малых концентрациях углеводородов характерно для частичных разрядов низкой энергии;
• рост метана и этана — признак термического дефекта умеренной температуры, перегрева;
• появление этилена в заметных количествах говорит о более высокой температуре в зоне дефекта;
• ацетилен — маркер дуговых процессов и разрядов высокой энергии, самый тревожный компонент; его появление там, где раньше не было, требует немедленной реакции;
• рост оксида и диоксида углерода указывает на разложение твёрдой целлюлозной изоляции, то есть на повреждение или старение бумажно-масляной изоляции обмоток.

Диагностика строится не на одной пробе, а на двух вещах: соотношении концентраций между собой и скорости их нарастания от пробы к пробе. Медленно растущая концентрация при стабильном соотношении газов — это старение. Скачок концентрации за короткий период — это развивающийся дефект, даже если абсолютные значения ещё не превысили граничных. Конкретные граничные концентрации и критерии отношения газов принимаются по действующим методическим документам и по рекомендациям изготовителя; подставлять значения по памяти здесь нельзя, слишком велика цена ошибки в обе стороны.

Физико-химические показатели

Вторая группа анализов характеризует само масло как изоляционную среду.

• Пробивное напряжение. Прямая характеристика электрической прочности. Падает в первую очередь от влаги и механических примесей. Резкое снижение — сигнал о попадании воды, разгерметизации, отказе воздухоосушителя.
• Влагосодержание. Вода — главный враг бумажно-масляной изоляции: она снижает прочность масла и необратимо разрушает целлюлозу. Важно понимать, что основная масса влаги находится не в масле, а в твёрдой изоляции, и масло показывает лишь часть картины.
• Кислотное число. Мера накопления продуктов окисления. Рост означает, что масло стареет, а продукты окисления агрессивны к изоляции и образуют шлам, забивающий каналы охлаждения.
• Тангенс угла диэлектрических потерь масла. Чувствителен к полярным продуктам старения и загрязнениям.
• Содержание механических примесей, температура вспышки, содержание антиокислительной присадки, наличие растворённого шлама. Падение температуры вспышки говорит о появлении лёгких фракций — то есть о разложении масла дефектом.

Практический вывод для главного инженера: пробы нужно отбирать по графику и в одних и тех же условиях, а результаты сводить в таблицу по годам. Одиночный протокол почти бесполезен, ряд из пяти — даёт прогноз.

Маслохозяйство: то, о чём вспоминают после разлива

Трансформатор на 110 кВ несёт десятки тонн горючей жидкости. Маслохозяйство подстанции — это система, которая должна удержать это масло при повреждении и не дать пожару распространиться.

• Маслоприёмник под трансформатором. Рассчитан на приём масла при повреждении бака, засыпан слоем чистого гравия установленной фракции и толщины. Функция гравия — гасить горящее масло. Заиленный, замазученный, заросший травой или просевший маслоприёмник свою задачу не выполняет. Это один из самых частых пунктов предписаний.
• Маслоотвод и маслосборник. Маслосборник должен иметь вместимость, достаточную для приёма полного объёма масла из одного трансформатора с запасом на воду пожаротушения и осадки. Проверяется его фактический свободный объём, а не проектный: наполовину заполненный дождевой водой маслосборник вместимости не имеет.
• Разделительные перегородки и противопожарные стены между близко стоящими трансформаторами, нормируемые расстояния до зданий и оборудования.
• Установки пожаротушения там, где они предусмотрены, их работоспособность и регламентные проверки.
• Маслоочистка и маслохозяйство склада масел: ёмкости чистого и отработанного масла, насосное и фильтровальное оборудование, помещение маслоаппаратной, заземление ёмкостей и трубопроводов, вентиляция, молниезащита, обвалование резервуаров.
• Экологический контур: отработанное масло — отход, требующий учёта, паспортизации и передачи лицензированной организации. Разлив на грунт — это уже ущерб окружающей среде со своими последствиями и расчётом вреда.

Где проходит граница ответственности

Здесь регулярно возникает путаница между энергослужбой и службой промышленной безопасности. Разграничение работает так.

Энергетический контур. Сам трансформатор, его испытания, релейная защита, оперативная документация, допуск персонала к работам в электроустановках, состояние электрической части — зона ответственности ответственного за электрохозяйство и требований к эксплуатации электроустановок.

Контур промышленной и пожарной безопасности. Маслохозяйство как объект с обращением горючей жидкости, маслоприёмники и маслосборники, склад масел, обвалование, пожаротушение, план локализации и ликвидации аварий, обучение персонала действиям при разливе и возгорании.

Экологический контур. Учёт образования отработанного масла и замасленных отходов, паспорта отходов, договоры на передачу, контроль состояния почв в зоне маслоприёмников.

Инспектор смотрит на объект целиком и не принимает довод «это не наша служба». Поэтому связка этих трёх контуров должна быть закреплена приказом и подкреплена одним общим графиком мероприятий, а не тремя параллельными.

Разъяснения по надзорной практике и формы проверочных листов публикует Ростехнадзор — проверочные листы стоит прочитать до проверки, а не после: они показывают ровно тот перечень вопросов, который вам зададут.

Что сделать в ближайший месяц

• Свести по каждому силовому трансформатору историю анализов масла и испытаний за последние пять лет в одну таблицу и посмотреть на тренды, а не на последние цифры.
• Проверить фактическое состояние маслоприёмников и свободный объём маслосборников, а не наличие их на схеме.
• Сверить график испытаний и отбора проб с фактически выполненным и закрыть просроченные позиции.
• Проверить учёт и передачу отработанного масла и наличие паспортов отходов.

НПИ «Недра» закрывает эту задачу с обеих сторон: обследование и экспертиза промышленной безопасности технических устройств, зданий и сооружений с работой собственной лаборатории неразрушающего контроля, разработка и актуализация планов мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий, экологическое сопровождение по обращению с отходами, обучение и аттестация персонала. Когда заключение экспертизы нужно быстро, работает сервис «Блиц-эксперт»: заявка оформляется онлайн и сразу видна экспертам с нужной областью аттестации, первый свободный берёт её в работу, срок от одного дня, цена по тарифу видна до регистрации, оплата двумя частями по 50%, заключение приходит с электронной подписью, счёт и акт — в личном кабинете.

Фото: cowlet, Flickr, CC BY 2.0