Опасности и анализ чрезмерной температуры масла в трансформаторах коробчатого типа
2025-12-24
Как критически важное оборудование для передачи и преобразования электроэнергии в электрических системах, рабочее состояние трансформаторов коробчатого типа напрямую влияет на надежность снабжения и безопасность энергосистемы. Температура трансформаторного масла служит важным показателем работоспособности; повышенная температура может вызвать цепь опасностей, потенциально приводящих к выходу оборудования из строя или даже к пожарам в тяжелых условиях. В данной статье представлен подробный анализ опасностей, связанных с повышенной температурой масла в трансформаторах коробчатого типа, что поможет эксплуатационному и техническому персоналу в полной мере осознать их серьезность и принять эффективные меры по предотвращению и устранению.
I. Основные принципы повышения температуры трансформаторного масла
Во время работы трансформаторы генерируют тепло в основном за счет:
Потери в сердечнике (потери без нагрузки): потери на вихревые токи и потери на гистерезис, вызванные переменным магнитным потоком в сердечнике.
Потери в обмотке (потери под нагрузкой): потери I²R, возникающие в результате протекания тока через сопротивление обмотки.
Дополнительные потери: включая паразитные потери и потери на вихревые токи в конструктивных элементах.
В нормальных условиях это тепло рассеивается в окружающую среду посредством конвективной циркуляции трансформаторного масла и радиационной проводимости через радиаторы, поддерживая температуру масла в допустимых пределах. Когда баланс между выделением и рассеиванием тепла нарушается, это приводит к ненормальному повышению температуры масла.
II. Прямые опасности чрезмерной температуры масла
1. Ускоренное старение трансформаторного масла
(1) При каждом повышении температуры масла на 10 °C скорость окисления масла примерно удваивается. При повышенных температурах усиливается молекулярное разложение масла с образованием низкомолекулярных углеводородных газов и кислотных веществ.
(2) В масле образуется значительное количество свободного углерода, что снижает его диэлектрическую прочность и увеличивает диэлектрические потери.
(3) Кислотные вещества вызывают коррозию металлических компонентов и изоляционных материалов, образуя отложения шлама, которые препятствуют отводу тепла.
(4) Продукты разложения масла еще больше ухудшают его свойства, создавая замкнутый круг.
2. Ухудшение характеристик изоляционных материалов
(1) При температуре выше 105 °C скорость старения изоляционной бумаги удваивается с каждым повышением температуры на 6 °C («правило 6 градусов»).
(2) Повышенные температуры вызывают разрыв молекулярных цепей целлюлозы, снижая степень полимеризации и механическую прочность.
(3) Длительная эксплуатация при высоких температурах приводит к охрупчиванию изоляционного материала, увеличивая риск разрушения под воздействием электродвижущей силы короткого замыкания.
(4) Ухудшение изоляционных характеристик повышает риск частичных разрядов и пробоев.
3. Риск неисправности газового реле
(1) Повышенные температуры ускоряют разложение масла, вызывая образование аномальных газов (H₂, CH₄, C₂H₄ и т. д.).
(2) Накопление газа может вызвать срабатывание сигнализации о легких газах, что в критических случаях может привести к серьезному срабатыванию газового реле.
(3) Мешает точной идентификации газа неисправности, снижая точность диагностики.
III. Косвенные опасности чрезмерной температуры масла
1. Сокращение срока службы трансформатора
(1) Согласно моделям теплового старения изоляционных материалов, длительное превышение номинальных значений температуры значительно сокращает срок службы трансформатора.
(2) Эмпирические данные показывают, что длительное превышение номинальных значений температуры масла на 10 °C может сократить срок службы трансформатора вдвое.
(3) Ожидаемый срок службы трансформаторов с изоляцией класса A составляет 20 лет при температуре 98 °C и сокращается примерно до 7 лет при температуре 108 °C.
2. Повышенный риск выхода из строя
(1) Повышенные температуры вызывают повышение внутреннего давления, что может привести к утечке масла или выходу из строя уплотнений.
(2) Деградация изоляции повышает риск коротких замыканий между витками и слоями.
(3) Такие компоненты, как вводы и переключатели, становятся более подверженными выходу из строя при высоких температурах.
(4) Может вызвать локальный перегрев, создавая горячие точки, которые ускоряют порочный круг.
3. Влияние на надежность энергоснабжения
(1) Сильный перегрев может привести к срабатыванию защитных устройств, вызывая незапланированные отключения.
(2) Увеличение времени ремонта неисправностей нарушает нормальное энергоснабжение пользователей.
(3) Возможные цепные реакции могут поставить под угрозу безопасность и стабильность энергосистемы.
4. Экономические потери
(1) Значительные затраты на преждевременную замену трансформатора.
(2) Расходы на ремонт и потери от отключений электроэнергии.
(3) Увеличение затрат на техническое обслуживание (частая фильтрация масла, замена масла и т. д.).
(4) Снижение энергоэффективности и увеличение эксплуатационных потерь.
IV. Серьезные последствия в экстремальных условиях
1. Риск возгорания трансформатора
(1) Температура масла, превышающая температуру вспышки (обычно 135–160 °C), может привести к возгоранию.
(2) Внутренние неисправности при высоких температурах могут привести к образованию дуги, способной воспламенить пары масла.
(3) Ограниченное пространство в трансформаторах коробчатого типа способствует быстрому распространению огня.
(4) Пожары на подстанциях могут распространиться на соседнее оборудование, причиняя значительный ущерб.
2. Взрывоопасные инциденты
(1) Сильный перегрев приводит к быстрому испарению масла и резкому скачку давления.
(2) Это может привести к повреждению устройств сброса давления или корпуса, вызвав взрыв.
(3) Взрывоопасные газовые смеси, образованные в результате высокотемпературного разложения, могут взорваться при искровом зажигании.
3. Загрязнение окружающей среды
(1) Пожар или взрыв приводят к утечке трансформаторного масла, загрязняя почву и водные источники.
(2) При сгорании образуются токсичные газы и дым, загрязняющие атмосферу.
(3) Старые трансформаторные масла, содержащие ПХД (полихлорированные дифенилы), представляют большую опасность.
V. Распространенные причины чрезмерного повышения температуры масла
Для эффективного предотвращения чрезмерного повышения температуры масла необходимо понимать его распространенные причины:
Длительная перегрузка
Неисправности системы охлаждения (остановка вентилятора, неисправность масляного насоса, засорение радиатора)
Недостаточный уровень масла или ухудшение его качества
Чрезмерная температура окружающей среды или недостаточная вентиляция
Внутренние неисправности (например, короткое замыкание между витками, множественные замыкания на землю в сердечнике)
Неточность или отказ устройства измерения температуры
Плохой контакт переключателя отводов
Конструктивные недостатки или недостаточная площадь охлаждающей поверхности
VI. Профилактические и корректирующие меры
1. Профилактические меры
(1) Рационально рассчитать мощность трансформатора, чтобы избежать длительной перегрузки
(2) Регулярно проводить проверки системы охлаждения для обеспечения ее правильной работы
(3) Усилить контроль качества масла; проводить фильтрацию или замену масла в соответствии с графиком.
(4) Улучшить условия вентиляции; при необходимости установить вспомогательное охлаждающее оборудование.
(5) Установить системы онлайн-мониторинга для отслеживания температуры масла в режиме реального времени.
(6) Проводить регулярные инфракрасные измерения температуры; оперативно устранять аномалии.
2. Аварийное реагирование
(1) При обнаружении аномального повышения температуры масла сначала проверить условия нагрузки и охлаждающее оборудование.
(2) Соответствующим образом снизить нагрузку и наблюдать за динамикой температуры.
(3) Включите резервное охлаждающее оборудование или примите временные меры по охлаждению.
(4) Если температура продолжает повышаться до критических значений, выведите оборудование из эксплуатации для проверки в соответствии с правилами.
(5) Возобновите работу только после выявления основных причин и устранения опасностей.
Чрезмерная температура масла в трансформаторах коробчатого типа представляет собой критическую эксплуатационную аномалию, требующую повышенной бдительности. Ее пагубные последствия носят прогрессирующий и кумулятивный характер, что может проявляться сначала незаметно, но со временем приводить к серьезным последствиям. Персонал, ответственный за эксплуатацию и техническое обслуживание, должен полностью понимать разнообразные опасности, связанные с повышенной температурой масла. С помощью научных методов мониторинга и стандартизированных методов технического обслуживания необходимо обеспечить работу трансформаторов в пределах нормального диапазона температур, чтобы продлить срок службы оборудования и обеспечить безопасное и надежное энергоснабжение. Одновременно с этим необходимо разработать комплексные планы действий в чрезвычайных ситуациях, чтобы обеспечить быстрое и правильное реагирование на аномальные ситуации, связанные с температурой масла, и тем самым свести к минимуму убытки.
