укрэлектросервис

(057) 763-16-04 (05)

info@ukrelektroservis.com.ua

Лучшее решение против взрывов масляных трансформаторов

Компания ООО «Укрэлектросервис» является эксклюзивным дистрибьютором французской фирмы SERGI и предлагает к поставке системы защиты масляных трансформаторов от взрывов. Взрывы и пожары силовых масляных трансформаторов могут привести к трагическим социальным, экологическим и экономическим последствиям, таким как: смертельные случаи, тяжелые ранения и травмы, загрязнение окружающей среды, потери от прекращения производства электроэнергии и затраты на импорт энергоресурсов, необходимость замены трансформатора и оборудования на поврежденной подстанции или электростанции, снижение производительности.

Специалисты компании ООО «Укрэлектросервис» на продолжении длительного периода времени занимались консалтингом семимесячный поиск в интернете, привел к обнаружению информации о 630 взрывах трансформаторов только на территории США. Финансовые потери, вызванные взрывами и пожарами, а также прекращением выработки электроэнергии, достигли сотен миллионов долларов США.

Силовые трансформаторы относятся к числу наиболее дорогостоящего оборудования, устанавливаемого на электростанциях и трансформаторных подстанциях.

Обычно они содержат значительное количество горючего вещества, при возгорании которого пожар может распространиться на близлежащие конструкции и сооружения. Следовательно, особое внимание в этом случае должно быть уделено их защите.

Компания SERGI специализируется в области защиты трансформаторов с 1955 года. Благодаря сети своих представителей и заказчиков в разных странах мира, а также сети Интернет, специалисты этой компании собирают каждодневную информацию о взрывах и пожарах силовых трансформаторов. Полученная компанией информация регистрируется и классифицируется в компьютерной базе данных, созданной в 1990 году.

Анализ этой базы данных показал, что все пострадавшие трансформаторы были оборудованы традиционными системами электрозащиты: дифференциальной, токовой, по земле, а также реле Бухгольца и, в некоторых случаях, реле быстрого возрастания давления. Единственным используемым средством механической защиты был клапан сброса давления. В большинстве случаев системы электрической защиты срабатывали должным образом и посылали сигнал на выключатель трансформатора.

К сожалению, взрыва не удавалось избежать даже в том случае, когда трансформатор был оборудован современными выключателями, обеспечивающими отключение в течение 50 миллисекунд. Единственный вид механической защиты - клапан сброса давления - не эффективен при коротких замыканиях, так как все уничтоженные трансформаторы были оборудованы именно этим устройством.

Проведенные исследования нашими специалистами показали, что скорость возрастания давления в баке, возникающего вследствие короткого замыкания, значительно превышает время реагирования всех систем защиты трансформатора. Это, в особенности, относится к клапану сброса давления, который не рассчитан для быстрой эвакуации необходимого количества масла, что позволило бы избежать взрыва бака трансформатора. При сильных коротких замыканиях клапан сброса давления иногда не успевает открыться вообще.

Взрывы и пожары трансформаторов обычно являются следствием пробоя изоляции. Причиной этого могут быть перегрузки или скачки в электрической цепи, вызванные молниями, переключениями, постепенным износом изоляции, недостаточным уровнем масла, влажностью, кислотой, содержащейся в масле, а также сбоями в сопутствующем оборудовании, таком, как устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) или электрические вводы.

Энергия электрической дуги, возникающая в результате пробоя изоляции, вызывает резкий скачок локальной температуры. Она также генерирует большое количество взрывчатых и горючих газов, которые провоцируют очень быстрое увеличение давления в баке трансформатора.

Затем трансформатор взрывается в течение долей секунды, и крышка бака при этом обычно срывается. Большое количество масло-газовой смеси выплескивается на значительное пространство. Контакт взрывчатых и горючих газов с воздухом (кислородом) может привести к мощному взрыву, который в некоторых случаях распространяет огонь по всей электростанции. В то же время температура поверхности масла в бакс быстро достигает точки воспламенения, и трансформатор загорается.

Чтобы разработать метод, предупреждающий взрыв бака трансформатора, в 1995 году компания SERGI приняла решение использовать результаты базы данных, содержащей параметры 50 случаев взрывов и пожаров трансформаторов, записанных системами SCADA, дающими временную шкалу основных событий происшествий. Однако зарегистрированная информация была противоречивой. Поэтому в 1995 году компания SERGI развернула широкую программу исследований для того, чтобы понять и смоделировать процесс преобразования энергии, происходящий в баке трансформатора во время короткого замыкания. Был проанализирован и формализован механизм преобразования масла под воздействием температуры. Результатом этого анализа стала магнитотермогидродинамическая модель (МТГ). МТГ-модель используется для расчета количества генерируемых взрывчатых и горючих газов, что позволяет вычислить возрастание давления в баке с течением времени. При расчетах выделения газов не следует забывать, что их количество зависит от величины тока электрической дуги и места возникновения короткого замыкания в баке трансформатора. Если электрическая дуга проходит непосредственно через диэлектрическое масло, возрастание давления происходит очень быстро, так как вся энергия дуги расходуется на нагрев масла, и это приводит к выделению большого количества горючих и взрывчатых газов. Если короткое замыкание происходит внутри обмоток, давление в баке будет возрастать медленнее, так как часть энергии пойдет на расплавление меди или алюминия.

Для моделирования любых видов коротких замыканий расчеты должны быть сделаны с учетом точной геометрии каждой конструкции и мощности трансформатора. Таким образом, МТГ-модель принимает во внимание все параметры трансформатора:

  • свойства материалов (толщина и качество меди, изоляционных материалов и т. д.);
  • количество витков, размеры и геометрия обмоток;
  • компоненты диэлектрического масла, характеристики потока и охлаждаю щей системы;
  • геометрические параметры трансформатора, включая устройства РПН и электрические вводы.

Перед моделированием пробоя изоляции результаты МТГ постоянно проверяются для номинального режима работы трансформатора и в условиях перегрузок, при этом учитываются особенности оборудования заказчиков. Осуществленная программа исследований привела к созданию концепции предупреждения взрывов и пожаров, а также системы TRANSFORMER PROTECTOR, разработанной с целью предотвращения взрыва бака трансформатора при различных типах коротких замыканий.

В ходе исследований решались следующие задачи:

  • определить количество взрывчатых и горючих газов, выделяющихся вследствие переноса энергии;
  • рассчитать возникающее при этом увеличение давления внутри бака;
  • рассчитать энергию, которая должна быть эвакуирована для предотвращения взрыва и пожара трансформатора;
  • разработать систему, позволяющую эвакуировать газы и масляную смесь и препятствующую доступу кислорода.

На электростанциях короткие замыкания трансформаторов представляют особенно большой риск, так как инерция генератора продолжает питать электрическую дугу в течение относительно большого промежутка времени, если между генератором и трансформатором нет выключателя. Для предотвращения взрыва бака трансформатора такие условия являются наиболее тяжелыми По этой причине были изучены проблемы предупреждения взрыва блочных трансформаторов на электростанциях во время трехлетней программы исследований, осуществленной при сотрудничестве с одной из американских энергокомпаний.

Результаты программы исследований показали следующее:

  • давление внутри бака трансформатора возрастает от 50 до 1 000 бар в секунду, в зависимости от места короткого замыкания и количества энергии, передаваемой маслу электрической дугой;
  • клапаны сброса давления, обычно устанавливаемые на баке трансформатора, не способны понизить внутреннее давление бака и предохранить его от взрыва во время короткого замыкания для всех моделируемых ситуаций;
  • в большинстве случаев трансформаторы взрываются в течение 5-50 миллисекунд после того, как давление внутри бака начинает возрастать.

Также стало очевидным, что информация, зарегистрированная системами SCADA во время коротких замыканий трансформаторов, является бесполезной. Так как градиент возрастания давления слишком высок для традиционных измерительных приборов, это не позволяет адекватно отображать течение события.

Эффективным средством защиты трансформаторов и их устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) является система TRANSFORMER PROTECTOR (ТР), разработанная компанией SERGI.

Система TP предназначена для применения на всех масляных трансформаторах мощностью свыше 0,1 МВА и выполняет следующие функции:

  • снижение давления в баке трансформатора (в течение нескольких миллисекунд);
  • эвакуация взрывчатых газов из бака трансформатора без контакта с воздухом;
  • отвод взрывчатых газов от трансформатора в отдаленную зону, где они могут сгореть в безопасности, что важно, например, на нефтеперерабатывающих предприятиях;
  • прекращение выделения взрывчатых газов благодаря использованию подачи азота.

В зависимости от мощности трансформатора и его местоположения находят применение системы ТР трех различных моделей. Каждый тип включает в себя один или несколько модулей сброса давления и один модуль устранения взрывчатых газов. Отличия состоят в особенностях осуществления декомпрессии, разделения масла и взрывчатых газов, хранения отведенного масла.

Система STP предназначена для относительно небольших трансформаторов мощностью от 0,1 до 5 МВА, расположенных вне или внутри помещений. Система МТР предназначена для любых трансформаторов мощностью от 0,1 до 1000 МВА или более, расположенных вне или внутри помещений. Система LTP предназначена для любых трансформаторов мощностью от 5 до 1000 МВА и более, расположенных вне помещений на электростанциях и трансформаторных подстанциях.