Некоторые вопросы прессовки обмоток силовых трансформаторов
В. И. Емельянов НПО «Логотех»

Известно, что в процессе эксплуатации трансформаторов происходит ослабление усилия прессовки обмоток из-за: усадки изоляции; релаксации напряжений в системе прессовки и старения материалов. Эти явления вызваны воздействием:
— вибрационных механических нагрузок (явление магнитострикции в магнитопроводе);
— импульсных электродинамических нагрузок (грозовые разряды и короткие замыкания и т. п.);
— времени.
Ослабление усилия поджатия обмоток при воздействии климатических и перечисленных выше факторов может привести к выходу трансформатора из строя.
Опыт работы ремонтных служб «Челябэнерго», «Свердловэнерго» и Сургутских электрических сетей заставил обратить внимание на следующие, с нашей точки зрения, весьма важные факторы:
— временной;
— силовой;
— тепловой.
Все эти факторы жестко связаны между собой. Рассмотрим каждый из них.
Временной фактор — влияние времени на усилие опрессовки обмоток. При механическом нагружении любых конструкций и материалов упругие напряжения с течением времени переходят в пластические деформации (явление релаксации). Особенно это заметно на материалах, имеющих нелинейные механические характеристики (дерево, картон, бумага, резина и пр.) Влияние этого фактора было отчетливо прослежено при испытаниях трансформатора ТДТГ-60000/110 в трансформаторном цехе г. Среднеуральск и на подстанции «Свердловская».
Силовой фактор — величина усилия прессовки обмоток. При конструировании любых машин и механизмов всегда закладываются некоторые запасы по прочности, которые используются в процессе эксплуатации при некоторых неучтенных при проектировании нагрузках. С течением времени происходит старение материалов и, следовательно, ухудшение изоляционных и механических характеристик (в частности коксование картона). Это явление существенно уменьшает податливость картона и бумажной изоляции. Поэтому нагружение обмоток заводским усилием при ремонте может привести к повреждению, а иногда и к разрушению системы «консоль — обмотки», что имело место при ремонте трансформаторов.
Тепловой фактор — влияние температуры на усилие опрессовки обмоток. При нагревании (охлаждении) меняются линейные размеры
силовых элементов конструкции трансформатора. Коэффициенты линейного расширения стали, меди и картона существенно разнятся. Поэтому при повышении температуры трансформатора происходит увеличение внутренних усилий в системе прессовки обмоток, то есть увеличение усилия опрессовки обмоток. Понижение температуры приводит к противоположным явлениям, то есть к снижению внутренних усилий в системе прессовки обмоток. При воздействии на трансформатор импульсных или ступенчатых нагрузок (например, резкое возрастание нагрузки, короткое замыкание, удар молнии и тому подобное) происходит смещение межвитковых расстояний (оно может быть в пределах упругости, то есть после прохождения импульса система возвращается в исходное состояние) и при пониженной электрической прочности масла возможен межвитковый пробой. Это явление можно продемонстрировать на обычных пружинах, на пружины с одинаковой высотой помещается один и тот же груз пружина, имеющая меньшую жесткость (меньшие внутренние усилия) переместится на большее расстояние.
О методах нагрева масла. Если нагрев трансформатора осуществляется постоянным током, изменение линейных размеров обмоток возрастает быстрее (обмотки изолированы бумагой, которая является хорошим теплоизолятором), чем изменение размеров магнитопровода или прессующих шпилек, то есть к возрастанию внутренних усилий прессовки, что может привести к перепрессовке обмоток и как следствие этого статический изгиб витков. Если нагрев трансформатора осуществляется разогретым маслом, то происходит противоположное явление, изменение размеров магнитопровода опережает изменение размеров обмоток и происходит ослабление внутренних усилий прессовки, то есть на некоторое время трансформатор становится распрессованным. Это явление наблюдалось при испытаниях трансформатора ТЦ-630000/500 на РГРЭС, где после подпрессовки обмоток до усилия 0,8 от заводского при температуре +40С при охлаждении его до ~ — 6С усилие прессовки снизилось до нуля.
В качестве иллюстрации к вышеизложенному, рассмотрим аварии трансформаторов ТЦ-630000/500 произошедшие на Экибастузской ГРЭС. Трансформатор, охлажденный до температуры минус 28о С, был подготовлен к эксплуатации. В процессе подготовки трансформатор был нагрет маслом. Через ~ 16 часов эксплуатации произошло витковое замыкание фазы «А» обмотки НН. Наиболее вероятной причиной этого представляется воздействие теплового фактора, следствиями которого являются:
— увлажнение масла в придонном слое бака трансформатора;
— глубокая распрессовка обмоток.
При низких температурах днище бака трансформатора покрывается слоем льда, который образуется из влаги, присутствующей в масле. Нагревание масла сопровождается растворением влаги в придонном слое масла, при некоторых условиях, возможно, его переувлажнение, и как следствие этого, уменьшение электрической прочности. [1].
Глубокая распрессовка обмоток приводит к образованию зазоров между обмоточными проводами и прокладками. Под воздействием пульсирующего электромагнитного поля в районе этих зазоров возможно появление кавитации и пузырьков. [2] В правомерность этого замечания указывает место повреждения – обмотка НН. Площадь контакта обмоточных проводов с прокладками обмотки НН существенно больше, чем у обмотки ВН и, несмотря на меньший градиент напряжения, повреждение произошло на обмотке НН. (Предполагается, что обе обмотки запрессованы одинаково).
Приведенные рассуждения указывают на необходимость внимательного отношения к уровню прессовки обмоток и к регламентным работам при пуске трансформатора в эксплуатацию, особенно при минусовых температурах.

Список использованных источников
1. Д. Н. Колушев, А. В. Широков, И. Л. Роберт, В. К. Козлов, «Относительное влагосодержание изоляции как параметр контроля для нормативных документов и систем мониторинга влагосодержания в мощных силовых трансформаторах», Информационный бюллетень № 32, Общественный Совет специалистов по диагностике силового электрооборудования при Уральском центре охраны труда и средств защиты энергетиков. 2011 г.
2. С. М. Коробейников, А. Ю. Рыжкина, «О возможном механизме повышенного газообразования в реакторах», «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы», Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Виктора Соколова, 2010 г.