Предложена структурная схема и методика проведения аудита электрооборудования трансформаторной подстанции. Рассмотрены результаты аудита электрооборудования подстанций. Выявлены повреждения электрооборудования и даны рекомендации по их устранению с целью обеспечения безопасной его эксплуатации.
Ключевые слова: электрооборудование, трансформаторные подстанции, аудит, структурная схема, идентификация объекта, визуальное обследование, инструментальное обследование.
В электроэнергетике нормы качества электрической энергии устанавливаются стандартами. Основными показателями считаются надежность электроснабжения потребителей и показатели качества электрической энергии в пределах регламентируемых ГОСТом [1–12].
Определить причины отклонений показателей надежности электроснабжения и качества электрической энергии и от заданных параметров позволяет проведение аудита электрооборудования подстанций и анализ эффективности использования действующего электрооборудования на основе общей оценки его состояния и режимов эксплуатации.
Задачами аудита электрооборудования подстанций являются: изучение его технического состояния и определение мероприятий дополнительного диагностического контроля, ремонта, модернизации, реконструкции или его замены для обеспечения безаварийного и безопасного выполнения технологических функций.
С целью повышения надежности электроснабжения и качества электрической энергии нами разработана методика проведения аудита электрооборудования (рис.1).
Рис. 1. Структурная схема проведения аудита электрооборудования трансформаторной подстанции
Основными её составляющими являются мероприятия:
1. Предварительная идентификация объекта.
2. Проверка технической документации, предусмотренной нормативными документами.
3. Визуальное обследование.
4. Инструментальное обследование.
5. Проверка выполнения предписаний надзорных органов и мероприятий, намеченных по результатам расследования нарушений в работе объекта.
6. Анализ результатов энергетического аудита.
Для предварительной идентификации подстанции на неё оформляют идентификационную карту, в которой указывают название, инвентарный номер подстанции, место расположения, год ввода в эксплуатацию.
В карту вносят инвентаризационный номер каждого силового трансформатора, установленного на подстанции, его марку, номинальное напряжение в кВ, мощность в кВа, год ввода в эксплуатацию. Отмечают сведения о загрузке трансформаторов в режимный день. При этом указывают напряжение на стороне высшей и низшей обмоток в кВ, номинальные значения мощности (МВА) и тока (А), фактические значения потребляемых мощностей (МВА) и тока (А), коэффициент загрузки (%), а также загрузку в аварийном режиме (%).
Указывают тип распределительных устройств; закрытое или открытое, номер секции шин подстанции, значение напряжения, количество распределительных ячеек в секции шин.
Проверяют техническую документацию, регламентированную нормативными документами, наличие или отсутствие их. Изучают проектные материалы, паспорт объекта, акт приемки его в эксплуатацию и акты на скрытые работы. Проверяют документы об отступлениях от проекта и различных заменах конструкций и оборудования, протоколы плановых осмотров объекта в период эксплуатации, сведения об отказах и авариях за время эксплуатации объекта, протоколы (журналы) испытаний, документы предыдущих обследований объекта, план-графики капитального и текущего ремонта оборудования.
При наружном и внутреннем осмотре выявляют дефекты и повреждения, влияющие на техническое состояние оборудования. Осматривают изоляторы вводов ВН и НН силового трансформатора, его корпус, радиатор системы охлаждения, расширительный бак, распределительное устройство, разъединители, трансформаторы напряжения и тока, отделители напряжением 110 кВ, а также распределительные устройства, масляные выключатели, трансформаторы напряжения и тока, разъединители напряжением 10 кВ.
При аудите электрооборудования 10 подстанций одного из электросетевых предприятий Рязанской области визуальным обследованием были выявлены подтеки масла силового трансформатора (60 % исследованных трансформаторов) (рис. 2, а), а также линейного и секционного маслянных выключателей (70 % от исследуемого их количества) (рис. 2, б).
У 47 % стоек ОРУ 110 кВ и 35 кВ обнаружены отслоение бетона и оголенная арматура стойки разъединителя 110 кВ (рис. 3).
Рис. 2. Подтеки масла трансформатора Т1 (а) и секционного маслянного выключателя (б) трансформаторной подстанции ПС 110/10 кВ «О…»
Инструментальное обследование объекта предусматривало проведение тепловизионного обследования, измерение вибрационных показателей, измерение сопротивления заземляющих устройств и цепи между заземлителем и заземляемым элементом, испытание силовых трансформаторов, испытание масляных выключателей, сокращенный физико-химический анализ трансформаторного масла и тепловизионное обследование.
Рис. 3. Отслоение бетона, оголенная арматура стойки разъединителя 110 кВ
При испытаниях масляных выключателей их осматривают, испытывают повышенным напряжением, измеряют сопротивление постоянному току, проверяют скорость движения подвижных контактов, срабатывания привода при пониженном напряжении.
Проводят тепловизионный контроль участков с механическими контактами (выключателей, контактных групп, разъединителей, отделителей), трансформаторов, воздушных и масляных выключателей, ограничителей перенапряжения, маслонаполненных токовых трансформаторов, высокочастотных заградителей, трансформаторов напряжения, маслонаполненных вводов, силовых кабельных линий, делительных конденсаторов и конденсаторов связи, контактных соединений распределительных устройств, вентильных разрядников, подвесных фарфоровых изоляторов, воздушных линий электропередачи, [12–17].
Проведение тепловизионной диагностики предупреждает отказы оборудования, так как позволяет выявлять неисправности в стадии возникновения. Данные используют для составления плана ремонтно-профилактических работ, что повышает их эффективность и снижает затраты на устранение возможных отказов и аварии. С помощью тепловизора фиксируется разница температур возникающих при прохождения тока через оборудование (расчетной или проектной и измененной в результате повреждения оборудования).
Исследование температуры контактного соединения фазы «А» проходного изолятора ввода трансформатора напряжением 10 кВ ПС 110/10 кВ прибором testo 875–2i со стандартным объективом 32° было установлено её изменение в осенний период от 10,5 до 16,10 С, что свидетельствует о плохом контакте (рис. 4).
Рис. 4. Тепловизинное обследование ввода 10 кВ трансформатора № 1 ПС 110/10 кВ «О…»
В местах соединения шины с оборудованием выделяется тепла больше, чем в самом трансформаторе. Нагрев проходного изолятора вызывает интенсивную коррозию и приводит к повышению переходных сопротивлений. Нагрев контакта до высокой температуры и последующее охлаждение ослабляет его и дополнительно увеличивает сопротивление. Дальнейший перегрев приводит к отгоранию шины или к перегоранию проходного изолятора трансформатора и т. д.
Эффективным способом оценки некоторых аспектов технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов является вибрационное обследование. Метод позволяет проводить диагностическое обследование трансформатора в процессе его работы, определить качество взаимного крепления внутренних и внешних его элементов, целостность конструкции, и диагностировать состояние механизмов системы охлаждения, возможность проведения технической оценки качества опрессовки обмоток и магнитопровода трансформатора.
В наших исследованиях вибрационные датчики располагали по периметру трансформатора, в шести точках для каждого уровня напряжения: со стороны выводов высокого напряжения и со стороны выводов низкого напряжения. На стороне выводов низкого напряжения максимальное виброускорение трансформаторов подстанции ПС 110/10 кВ, изменялось от а = 0,017 до а = 0,685 м/с2, а со стороны выводов высокого напряжения — от а = 0,369 до а = 0,832 м/с2 (рис 5, а и б) при различных частотах f колебаний.
Рис. 5. Данные виброускорения а по частотам f со стороны проходных изоляторов высокого (а) и низкого (б) напряжений трансформаторов подстанции ПС 110/10 кВ «О…»
Контроль состояния изоляции. Измерение сопротивления заземления. На всех исследуемых нами подстанциях значения измеренных сопротивлений заземляющих устройств соответствуют нормированной величине.
Руководствуясь действующей нормативно-технической документацией, ГОСТ, ПУЭ, ПТЭ и другими проводится испытание силовых трансформаторов. Объектом периодических испытаний является, в первую очередь, активная часть трансформатора и трансформаторное масло (для маслонаполненных трансформаторов).
Аналогично испытываются масляные выключатели: испытания повышенным напряжением, измерение сопротивления постоянному току, проверка скорости движения подвижных контактов, проверка срабатывания привода при пониженном напряжении, тепловизионный контроль, свойства трансформаторного масла.
Составляется протокол испытания силового трансформатора, масляного выключателя и другого оборудования. Полученные результаты анализируются и принимается решение по устранению выявленных дефектов.
В ходе аудита было установлено, что на исследуемых подстанциях выполняются предписания надзорных органов, а по результатам расследования нарушений в работе объекта проводятся соответствующие мероприятия.
При анализе надежности электроснабжения потребителей было выявлено, что на подстанции 110/10 кВ «О…» из-за отсутствия секционного масляного выключателя СМВ-110 кВ в транзите ВЛ — 110 кВ переключения, связанные с выводом в ремонт любой ВЛ -110 кВ транзита «Ш… — С …» или оборудования ПС «О…» приходится производить с полным погашением ПС «О…». Такая оперативная схема обслуживания подстанции снижает ее надежность и требует реконструкции в дальнейшем подстанции.
Далее анализируются результаты испытаний энергетического аудита.
На основании результатов аудита технического состояния 10 подстанций обследуемого электросетевого предприятия и выявления конструктивных особенностей, режимов эксплуатации, дефектов и повреждений установлено:
- состояние электроустановок работоспособное.
- возможно продление срока безопасной эксплуатации подстанций при условии выполнения плана корректирующих мероприятий.
Разработан план корректирующих мероприятий для подстанций по обеспечению безопасной эксплуатации электроустановок, (таблица 1).
Таблица 1
План мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации электрооборудования подстанции напряжением 110/10 кВ «О…»
|
№ п/п |
Дефекты и повреждения |
Мероприятия |
|
1 |
Подтеки масла (силовой трансформатор Т1, Т2) |
Устранить течь масла |
|
2 |
Отслоение бетона, оголенная арматура (ж/б конструкции) |
Очистить арматуру от ржавчины, замазать раствором |
|
3 |
Отсутствуют надписи, указывающие операцию (Вкл/Выкл) на разъединителях 110 кВ |
Выполнить надписи |
|
4 |
Нагрев контактного соединения фазы «А» проходного изолятора ввода 10 кВ в сторону Т1 (ЗРУ — 10 кВ) |
Провести протяжку болтового соединения |
|
5 |
Отсутствие секционного масляного выключателя СМВ-110кВ |
Реконструкция схемы подстанции |
Выводы:
Для обеспечения надежности электроснабжения транзита «Ш…-С…», необходимо провести реконструкцию схемы ПС 110/10 кВ «О…». При этом предусмотреть установку между 1 и 2 секциями шин 110 кВ секционный масляный выключатель СМВ — 110 кВ, с установкой 2х высокочастотных ВЧ приемоперередатчиков ДФЗ — 201 и двух комплектов резервных защит, направленных в сторону ПС «Л…» и ПС «Ш…». В последующем демонтировать линейный отделитель ЛОД — 110 кВ обеих воздушных линий, отходящих от ПС «О…». Необходимо также заменить масляные выключатели МВ — 10 кВ типа ВМПП — 10 по причине их сильного износа в механической части приводов выкатных тележек на вакуумные выключатели BB TEL — 10 в количестве 13 штук.
Предложения:
1. Для повышения надежности электроснабжения потребителей необходимо своевременно проводить аудит оборудования подстанций.
2. Состояние электроустановок трансформаторных подстанций, подлежащих аудиторскому обследованию по совокупности дефектов в целом оценивается как работоспособное.
3. Возможно продление срока безопасной эксплуатации подстанций при условии выполнения плана корректирующих мероприятий.
Литература:
1. Правила устройства электроустановок. — 6-ое изд. — М.: КНОРУС, 2012.- 488 с.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. — 264 с.
3. РД 34.45–51.300–97. Объем и нормы испытаний электрооборудования.. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. — 164 с.
4. ГОСТ Р 27.002–2009. Надежность в технике. Термины и определения IEC 600500 (191): 1990–12 (NEQ). — М.: Стандартинформ, 2010.
5. ГОСТ 27.301.-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: ИПК стандартов., 1996, — 15с.
6. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок. // Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.2013 г. № 328н. — С-П.: ООО «ЛИТПРИНТ». — 120 с.
7. Типовая инструкция по расследованию и учету нарушений в работе объектов энергетического хозяйства потребителей электрической и тепловой энергии. 2006–95 с.
8. Методические рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту оборудования и линейных сооружений коммунальных распределительных электрических сетей. Выпуск 1. Техническое обслуживание и ремонт трансформаторных подстанций 6–10кВ. — М.: Энергопромиздат, 1996.
9. Коган Ф. Л. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. — М.: ОАО «ОРГРЭС», 2001. — 497 с.
10. Федоров А. А. Теоретические основы электроснабжения промышленных предприятий. — М.: Энергия, 1976. — 271 с.
11. Васильева Т. Н., Захаров А. Н. Надежность системы электроснабжения напряжением 6–10/0,4 кВ при проектировании // Сборник научных трудов, посвященный 55-летию инженерного факультета, Рязань, 2005 г.- 4 с.
12. Васильева Т. Н., Микрюков Д. Н. Расчет показателей надежности электрооборудования // Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской ГСХА — Рязань, 2006 г. — 5 с.
13. Васильева Т. Н., Абакумов С. В. К организации эксплуатации сетевых сооружений//Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской ГСХА — Рязань, 2006г- 6 с.
14. Васильева Т. Н., Глимаков С. С. Герметичные силовые трансформаторы//Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской ГСХА — Рязань, 2007г. — 4 с.
15. Васильева Т. Н., Лисев А. С. Методы расчета показателей надежности систем электроснабжения // Материалы XIV Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Молодежь, талант, знания — АПК России», посвященный 80-летию ФГОУ ВПО УГАВМ, г. Троицк, 2–3 декабря, 2009 г.- 3с.
16. Васильева Т. Н., Лопатин Е. И. Анализ надежности электрооборудования распределительных сетей в сельском хозяйстве//Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве» Рязанского агротехнологического университета имени П. А. Костычева, — Рязань, 2011–5 с.
17. Васильева Т. Н. Надежность электрооборудования и систем электроснабжения.- М.: Горячая линия — Телеком, 2014. -152 с.: ил.
