Анализ и диагностика неисправностей трансформатора тока

Трансформаторы тока широко используются на подстанциях и являются ключевым оборудованием для обеспечения нормальной работы системы. В случае отказа трансформатора тока произойдет срабатывание выключателя, что может привести к аварийному отключению электроэнергии, что негативно скажется на безопасной и стабильной работе энергосистемы. На примере случая срабатывания дифференциальной защиты основного трансформатора, вызванного отказом трансформатора тока на низковольтной стороне основного трансформатора в подстанции 66 кВ, через осмотр на месте, проверку испытаний и исследование при разборке, анализируются и диагностируются причины отказа, а также предлагаются рекомендации по предотвращению подобных отказов.

1 Анализ и диагностика отказа
1.1 Основное состояние на месте
В сентябре 2020 года компьютерная система управления подстанцией 66 кВ выдала сигнал тревоги, указывающий на срабатывание второй группы продольной дифференциальной защиты второго основного трансформатора. Выключатели на высоковольтной и низковольтной сторонах второго основного трансформатора сработали, автоматическое повторное включение секции сработало, и выключатель секции закрылся без потери нагрузки. После прибытия на место оперативный персонал подстанции осмотрел все соответствующее оборудование и не обнаружил внешних признаков повреждений, наличие посторонних предметов, запаха горения или следов разрядов. Прибывший на место ремонтный персонал подстанции обнаружил, что первая группа защиты второго основного трансформатора не зафиксировала дифференциальный ток, сработала только резервная защита, но после срабатывания она не достигла заданного значения времени задержки, а вторая группа защиты зафиксировала дифференциальный ток и сработала, отключив выключатели на обеих сторонах основного трансформатора.

1.2 Анализ причин отказа
Значения настроек устройства защиты представлены в таблице 1, параметры трансформатора тока на низковольтной стороне — в таблице 2. После проверки установлено, что значения настроек правильные, результаты тестов точности измерений, торможения по отношению, дифференциального теста и торможения второй гармоникой хорошие. Проверена вторичная проводка трансформатора тока на низковольтной стороне основного трансформатора, и внешняя схема подключения терминалов верная.

Анализ данных и осциллограмм дифференциальной защиты показал параллельное соединение в фазе A второго трансформатора тока на низковольтной стороне. Для проверки было подано 30 А на фазы A/B первичной стороны. Первая группа показала правильные значения (A: 0,100 А, B: 0,099 А); вторая группа показала B: 0,098 А, но A: 0,049 А, что указывает на неисправность фазы A.

Подача ~5 А на вторичную цепь 1S1–1S2 вызвала малый ток во второй группе; прямое подключение к первой группе не вызвало тока во второй, что подтвердило правильность вторичной проводки. Испытания на прочность изоляции и частичные разряды трансформатора соответствовали стандартам. После удаления внешней проводки фазы A, межфазное испытание изоляции показало сопротивление 0 между 1S2 и 2S1, что подтверждает полный пробой.

Этот пробой вызвал параллельное соединение во второй группе фазы A, что привело к ошибкам измерения. До срабатывания защиты первая группа измерила 8,021 А, вторая — 4,171 А, что составляет фактическую ошибку 3,850 А. Это создало дифференциальный ток 3,217 А (превышающий настройку), что вызвало срабатывание защиты.

1.3 Диагностика неисправности

При разборке неисправного трансформатора тока и осмотре его внутренней структуры и технологического процесса производства было выявлено, что корень проблемы заключается в следующем: во время производства выводы из эмалированного провода (с избыточным удалением эмали) паяются к вторичным терминалам. Несмотря на использование изолирующих трубок, ручные операции и ограничения пространства приводят к недостаточному расстоянию между вторичными выводами. Со временем длительное воздействие тока приводит к ухудшению изоляции вторичной обмотки, что вызывает пробой между обмотками и приводит к отказу.

2 Устранение неисправности

Были проверены трансформаторы тока фаз B и C в том же интервале. После подтверждения правильности установки/подключения и успешного прохождения повторных приемочных испытаний они были оставлены. Были экстренно закуплены трансформаторы тока (с теми же характеристиками, но другой партии), которые после успешного прохождения испытаний были установлены, восстановив нормальную работу подстанции (на данный момент стабильно).

3 Рекомендации и предварительные меры контроля

На основе данного отказа:

• Производители должны усилить контроль производственного процесса (например, повторно проверять этапы подключения выводов и формовки) и строго соблюдать требования к качеству.

• Увеличить уровни напряжения для испытаний на прочность изоляции между обмотками при заводских испытаниях.

• Эксплуатационные и ремонтные службы должны планировать проактивное обслуживание, иметь запасные части, тщательно проверять трансформаторы тока одной партии и своевременно заменять неисправные единицы.