Менеджер по безопасности коммунальных услуг в настоящее время изучает причины, по которым три подстанции не смогли пройти внутренний аудит. Одна из подстанций не проверила газовый триггерный контур реле Бухгольца, который был подключен к сигнальной лампе. На второй подстанции противопожарная стена, разделяющая два трансформатора мощностью 10 МВА, была короче, чем бунт для удержания масла, и в случае разрыва бака горящее масло могло бы перелиться через стену. На третьей подстанции трансформаторное масло использовалось в течение девяти лет без единого теста на диэлектрическую прочность, и его содержание воды было почти в четыре раза выше допустимого предела. Во всех трех случаях основной причиной было то, что члены проектной команды не использовали стандарты безопасности трансформаторов с масляным погружением.
Руководство описывает важные технические стандарты безопасности трансформаторов с масляным погружением, такие как международные стандарты (IEC, IEEE, NFPA), национальные кодексы (GB, NEC) и практики эксплуатации, и объясняет, как эти стандарты могут защитить людей, оборудование и окружающую среду. Руководство написано для инженеров, менеджеров проектов и покупателей, которые должны понимать, что подразумевается под соблюдением стандартов, прежде чем они утвердят спецификации.
Быстрый ответ: Основные правила безопасности для трансформаторов с масляным погружением — это серия IEC 60076 (дизайн, испытания, работа при коротком замыкании), IEC 60296 и IEC 60422 (качество масла), IEC 60599 (интерпретация DGA), IEEE C57.12.00 и C57.104 (североамериканские аналоги и оценка газа), а также пожарные и электрические кодексы — NFPA 70 (NEC), NFPA 850 (защита от пожаров на заводе), IEC 61936 (установка свыше 1 кВ). Критические показатели соблюдения: диэлектрическая прочность масла ≥ 50 кВ/2,5 мм для нового масла; температура вспышки минерального масла ≥ 135°; температура воспламенения ~160°; увеличение температуры обмотки ≤ 65K; сопротивление удару молнии 170 кВп для трансформаторов класса 35 кВ. Устройства безопасности, такие как реле Бухгольца, сброс давления, удержание масла, должны соблюдаться в соответствии с IEC 60076-1 и IEC 61936.
Почему стандарты важны для трансформаторов с масляным погружением
Погружной трансформатор имеет в одном баке три класса опасностей. Здесь мы говорим о различных ситуациях, когда присутствуют большие объемы горючей жидкости, энергетическая емкость, достаточная для создания дуги, и сжатые газы в случае, если что-то пойдет не так. Когда что-то идет не так, ущерб не пропорционален. Небольшая неисправность в изоляции в трансформаторе мощностью 30 МВА может привести к взрыву бака и распылению горящего масла на большую территорию. Руководящие принципы существуют в результате того, что физика отказов безжалостна, а уроки, извлеченные из несчастных случаев, стоят жизней и целых подстанций.
Система стандартов работает по уровням. Система проектных стандартов обеспечивает достаточную прочность устройств для выдерживания необходимых нагрузок. Стандарты испытаний позволяют убедиться, что прочность достигается на заводе. Стандарт установки гарантирует правильную установку оборудования. Стандарт эксплуатации обеспечивает долговечную работу машины. Наконец, противопожарные нормы предотвращают значительные разрушения в случае, если что-то пойдет не так. Соответствующая установка — это установка, которая использует все уровни стандартов.
IEC 60076: Основные стандарты проектирования и испытаний
Серия IEC 60076 относится к международным стандартам для трансформаторов и признается почти каждым национальным кодом в мире. Наиболее актуальные стандарты для масляных трансформаторов:
| Стандарт | Объем | Ключевое требование безопасности |
|---|---|---|
| IEC 60076-1 | Общие требования | Номинал, повышение температуры, отводы, требования к аксессуарам |
| IEC 60076-2 | Повышение температуры | Среднее повышение температуры обмотки ≤ 65K, повышение температуры горячей точки ≤ 78K выше 40°C |
| IEC 60076-3 | Уровни изоляции и диэлектрические испытания | 170 kVp LI для трансформаторов класса 35kV; пределы выдержки переменного тока и PD |
| IEC 60076-4 | Испытания на импульсные перенапряжения | Полные и обрезанные процедуры испытаний импульсами |
| IEC 60076-5 | Стойкость к короткому замыканию | Проверка проектирования и испытаний на короткое замыкание 2s |
| IEC 60076-7 | Руководство по нагрузке | Безопасные режимы перегрузки на основе температуры горячей точки |
| IEC 60076-10 | Определение уровня шума | Соответствие шумовым нормам для жилых районов |
Каждый из этих компонентов переводится в отметку "сдан/не сдан", представленную в заводском испытательном отчете. Диэлектрические испытания демонстрируют сопротивление изоляции к самым высоким перенапряжениям, возникающим в сети. Испытания на короткое замыкание демонстрируют способность обмоток и зажимов устройства выдерживать замыкание на болтах. Пределы повышения температуры гарантируют, что изоляция поддерживается в пределах запланированного диапазона старения. Если производитель не может представить эти отчеты, безопасность устройства является лишь заявлением, а не доказанным фактом.
Стандарты масла: IEC 60296, IEC 60422 и DGA
Изолирующее масло характеризуется как диэлектрик и диагностическая среда и подлежит двум стандартам относительно его срока службы.
IEC 60296 устанавливает спецификации для нового трансформаторного масла. Основные значения: напряжение пробоя ≥ 30 kV/2.5mm до обработки и ≥ 60 kV/2.5mm после обработки для высших сортов, содержание воды ≤ 30 ppm, тангенс угла диэлектрических потерь ≤ 0.005 при 90 градусах Цельсия и температура вспышки ≥ 135° C для ингибированного минерального масла.
IEC 60422 касается контроля в полевых условиях. Он устанавливает пороговые значения для содержания воды, кислотности, напряжения пробоя и тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости от класса напряжения, а также определяет интервалы для отбора проб. Для трансформатора класса 35 кВ рекомендуемое значение напряжения пробоя в эксплуатации обычно составляет 50 kV/2.5mm.
Анализ растворенных газов представляет собой диагностический слой. IEC 60599 определяет, как анализировать семь ключевых газов, возникающих из-за различных неисправностей: водород, метан, этан, этилен, ацетилен, угарный газ и углекислый газ. Удвоение водорода с увеличением ацетилена показывает, что происходит дуга, в то время как устойчивый этилен с большим количеством водорода указывает на тепловые неисправности. Эта интерпретация неисправностей в соответствии со стандартом представляет собой, безусловно, самый важный диагностический инструмент для своевременного мониторинга устройств, заполненных маслом, на текущем этапе.
| Свойство масла | Новое масло (IEC 60296) | Предел в эксплуатации (IEC 60422) |
|---|---|---|
| Напряжение пробоя | ≥ 30 кВ/2.5мм (необработанное), ≥ 60 кВ/2.5мм (обработанное) | ≥ 50 кВ/2.5мм для класса >72.5 кВ |
| Содержание воды | ≤ 30 ppm | Растущая тенденция исследуется > 20-30 ppm |
| Кислотность (значение нейтрализации) | ≤ 0.01 мг KOH/г | ≤ 0.10-0.15 мг KOH/г |
| Тан дельта при 90°C | ≤ 0.005 | ≤ 0.05-0.10 в зависимости от класса |
| Температура вспышки | ≥ 135°C | Нет значительного падения от нового значения |
Эти требования являются осязаемыми измерениями производительности безопасности трансформаторного масла; соблюдение этих требований считается критерием для закупки и использования, а не просто намерением.
С операционной точки зрения это финансово выгодно. Регулярное тестирование масла трансформатора мощностью 10 МВА стоит $200–$600 в зависимости от лаборатории, используемой для тестирования, и объема потребностей. Пропущенная тенденция DGA, которая приводит к возникновению высокоточных неисправностей, влечет за собой затраты в размере $200,000–1,000,000 на замену и простой устройства. Соотношение демонстрирует рентабельность практики, которая составляет 1:1,000.
Стандарты IEEE: C57.12.00 и C57.104
В Северной Америке и других территориях, где пропагандируется технология США, IEEE C57 тем не менее выполняет функцию IEC 60076 в других местах.
- IEEE C57.12.00 является стандартом общих требований в области распределительных и силовых трансформаторов с жидким наполнителем, специфицируя номиналы, импеданс, повышение температуры, диэлектрические испытания (базовый импульсный уровень, BIL) и практики тестирования. Например, согласно определениям IEEE, трансформатор класса 35 кВ должен обычно иметь BIL 200 кВ.
- Документ IEEE C57.104 служит руководством для интерпретации результатов DGA, сгруппировав концентрации газов на 4 категории (нормальная, повышенная, высокая и очень высокая) с заранее установленными действиями и повторениями для отбора проб.
- IEEE C57.12.10 является стандартом, который обсуждает конструкции, включая установки на подставках и типы в подземных помещениях.
IEC и IEEE различаются только на этапе спецификаций. Устройства, разработанные по одному стандарту, не могут соответствовать требованиям другого стандарта, поскольку уровни импульсов, допуски по импедансу и наименования различаются. Поэтому лица, желающие приобрести устройства, должны указывать применимые стандарты в каждом запросе без возможности использовать “IEC 60076“ и "IEEE C57.12.00" как взаимозаменяемые термины.
Кодексы пожарной безопасности и установки: NFPA и IEC 61936
Отдельный уровень нормативных актов регулирует безопасность установок. Большинство покупателей оборудования совершенно не осведомлены о таких законах, но они давно определили, может ли определенный трансформатор быть установлен на конкретном объекте.
| Кодекс | Объем | Ключевые требования к масляным трансформаторам |
|---|---|---|
| NFPA 70 (NEC) | Электрические установки в США. | Минимальные расстояния, камеры, расстояния для трансформаторов с жидким наполнителем |
| NFPA 850 | Пожарная безопасность для электростанций | Разделение, подавление, удержание масла для трансформаторов |
| IEC 61936-1 | Установка электрического оборудования выше 1 кВ | Минимальные расстояния, барьеры, заземление и требования к удержанию масла |
| NFPA 921 / NFPA 30 | Пожарное расследование / горючие жидкости | Основные правила пожарной безопасности, касающиеся обращения с трансформаторным маслом |
Применение этого кодекса имеет практические проявления в любой правильно построенной подстанции: противопожарная стена или расстояние, разделяющее трансформаторы (обычно около 4–8 метров или стена, которая была сертифицирована на 3-часовой пожар между единицами), яма для удержания масла или бунт, который может удерживать 100% масла плюс количество воды для тушения пожара, дренаж от уязвимых зон и минимальные расстояния между вводами и кабельными коробками. Более того, многие районы требуют автоматического обнаружения или подавления пожара для внутренних установок с определенным рейтингом (например, внутренние установки мощностью более 10 МВА или 500 кВА в населенных местах обычно требуют установки автоматических систем обнаружения и подавления пожара).
Требования к средствам безопасности
Стандартный набор защитных устройств для масляных трансформаторов с консерваторами, как указано в IEC 60076-1, и стандарты установки были определены, и каждому элементу этого набора была назначена функция вместе с режимом отказа, который необходимо контролировать, например:
- Реле Бухгольца (газ): Способно как на сигнализацию медленного накопления газа, так и на функциональность быстрого отключения при всплеске масла; проводка и тестирование цепи отключения газа являются неудачей аудита, как упоминалось ранее.
- Устройство сброса давления: Быстро освобождает бак для снижения любого увеличения внутреннего давления; оно должно быть достаточным для размера трансформатора и должно проверяться на эффективную работу на постоянной основе.
- Индикатор уровня масла; устройство, которое поддерживает уровень масла с учетом теплового расширения; низкий уровень масла позволяет обнажать обмотки теплому воздуху и вызывает утечку газа.
- Датчики температуры; сигнализации, указывающие как на температуру верхнего масла, так и на температуру обмоток (указывает, является ли она чрезмерной), должны соответствовать пределам, указанным в документации IEC 60076-2.
- Силикагельные воздухоотводчики; устройство, которое обеспечивает дегидратацию воздуха, поступающего в консерватор; розовый силикагель свидетельствует о насыщении влагой, что является требованием для рутинной визуальной проверки.
- Удержание масла; удержание с прямой пропорцией к объему масла ожидается в соответствии с документом IEC 61936-1 и местными нормативами.
Ни одно из этих устройств не слишком дорого по сравнению с оригинальным устройством, но каждое из них является необходимым компонентом цепи безопасности.
| Защитное устройство | Функция | Частота испытаний |
|---|---|---|
| Реле Бухгольца (газовое) | Медленный газовый сигнал тревоги, быстрый сброс масла | Ежегодно, плюс испытание при вводе в эксплуатацию |
| Устройство сброса давления | Быстрое вентиляция резервуара при внутреннем давлении | Проверка повторной герметизации ежегодно |
| Указатель уровня масла | Предупреждение о низком уровне перед воздействием | Ежеквартальная визуальная проверка |
| Индикаторы температуры масла / обмотки | Сигнал тревоги и сброс при термических ограничениях | Калибровка каждые 2–3 года |
| Силикагельный воздухоотводчик | Удаление влаги из входящего воздуха | Визуальная проверка каждый квартал |
Короткое замыкание, которое правильно срабатывает реле Бухгольца, является событием; та же неисправность с неработающим реле — это катастрофа.
Национальные кодексы: GB и NEC на практике
Китайская практика экспорта трансформаторов в основном основывается на серии GB, которая близка к стандартам IEC. Что касается трансформаторов с масляным погружением, применяемые в соответствующей области стандарты GB — это GB 1094 (эквивалент IEC 60076), GB/T 6451 (уровни потерь), GB 20052 (классы эффективности) и GB/T 50065 вместе с GB 50060 (связанные с заземлением подстанций и планировкой). Система классов эффективности согласно GB 20052-2020 позволяет реализовать уровни потерь.
Что касается Соединенных Штатов, Национальный электрический кодекс (NFPA 70) Статья 450 регулирует практику установки трансформаторов в отношении расстояний для трансформаторов с масляной изоляцией в зданиях и определенных требований к подвалам для трансформаторов выше 35 кВ. В случае трансформаторов с жидким наполнителем, находящихся в помещениях, NEC требует либо наличие огнестойкой комнаты, либо соответствующих мер разделения вместе с системой пожаротушения.
Практическое сообщение для покупателей на экспорт: запрашивайте сертификат IEC или IEEE от завода, но убедитесь, что установка соответствует местному кодексу.
Контрольный список соответствия для покупателей и операторов
- Запросите полный пакет испытаний: стандартный отчет об испытаниях согласно IEC 60076-1, отчет о типовых испытаниях (повышение температуры, импульс, короткое замыкание) в отношении конструкции и сертификат масла согласно IEC 60296.
- Убедитесь, что сертификат — это не просто логотип: запросите орган, выдавший его, и номер отчета; проверьте рейтинг с табличкой.
- Проверьте уровни импульса: для устройства в классе 35 кВ вы должны ожидать 170 кВп согласно IEC или 200 кВ BIL согласно стандарту IEEE; уточните, что применимо для вашего устройства.
- Проектируйте удержание масла до, а не после его заказа: бункер должен быть в состоянии содержать общий объем масла и соответствовать требованиям, соблюдая практики в вашем регионе.
- Подключите и протестируйте все защитные устройства во время ввода в эксплуатацию: газовый реле Бухгольца и реле перенапряжения, предохранительный клапан, а также оба уровня сигнализации температуры.
- Установите период тестирования: ежегодное ДГА и диэлектрическое тестирование в соответствии с IEC 60422; чаще, если происходят изменения в соотношениях газов или ключевых газах.
- Храните документы на протяжении всего срока службы актива: отчеты о тестах, история ДГА и блог переключателя могут служить основой для безопасной эксплуатации и требований к страхованию.
Как производители демонстрируют соответствие
| Бренд | Подход к соблюдению требований | Фокус |
|---|---|---|
| Hitachi Energy | Сертифицировано IEC/IEEE, обширная история типовых испытаний | Электрические трансформаторы, коммунальные услуги |
| ABB | Глобальная сеть испытательных лабораторий, отчеты о типовых испытаниях KEMA | Распределительные и силовые трансформаторы |
| Siemens Energy | Программы двойного соответствия IEC/IEEE | Большие силовые трансформаторы |
| Schneider Electric | Трансформаторы распределения, внесенные в список UL в Америке | Распределение, коммерческие |
| Индийские крупные компании (TBEA, EMCO) | Сертификация IEC/IS, сильные доказательства типовых испытаний | Экспортные трансформаторы распределения |
| Jiangsu Subian Electric Power | Сертифицировано IEC 60076, отчеты о заводских испытаниях на единицу | Экспортные трансформаторы с масляным погружением |
Премиум-бренды основывают часть своей ценовой структуры на доказательствах испытаний, объеме документации и проверенной глобальной репутации по безопасности. Тем не менее, соблюдение требований стало более доступным. Способные китайские и индийские заводы, несмотря на менее известный производственный фон, соответствуют требованиям IEC, используя откалиброванное оборудование и предоставляя сертификаты. Покупатель больше заботится о реальности этих сертификатов, чем о любых других деталях, включая страну производства, результаты тестирования np431p4 и т.д.
Стоит также упомянуть случай Jiangsu Subian Electric Power. Завод разработал трансформаторы с масляным погружением в соответствии со стандартом IEC 60076 и выдает регулярные отчеты о соотношении, векторной группе, импедансе, потерях в холостом и рабочем режиме и диэлектрических испытаниях с каждой поставкой. Завод открыт для аудитов третьих сторон и выдает сертификаты масла в соответствии с IEC 60296 и документирует оборудование безопасности соответственно. Подробности на subian-electric.com.
Часто задаваемые вопросы
Какова минимальная диэлектрическая прочность для трансформаторного масла?
Согласно IEC 60296, напряжение пробоя нового масла не должно быть менее 30 кВ/2,5 мм до обработки и 60 кВ/2,5 мм после обработки для наилучшего качества. Напряжение пробоя для эксплуатационного использования в электроснабжении при напряжениях выше 72,5 кВ должно составлять минимум 50 кВ/2,5 мм в соответствии с требованиями IEC 60422, и более низкие пределы применяются к другим категориям. Все, что ниже 30 кВ/2,5 мм в эксплуатации, требует немедленной проверки.
В чем разница между IEC 60076 и IEEE C57.12.00?
Хотя оба стандарта предоставляют определения номиналов, испытаний и спецификаций в отношении трансформаторов с жидким наполнителем, они различаются по уровню импульса, значениям импеданса, методам повышения температуры и процедурам испытаний. Например, в трансформаторах IEC 35 кВ импульсное напряжение составляет 170 кВп, тогда как его аналог IEEE обычно использует 200 кВ BIL. Рекомендуется применять один регулирующий стандарт для каждого проекта.
Как часто необходимо тестировать трансформаторное масло?
Согласно IEC 60422, частота отбора проб для оборудования в нормальных условиях составляет один раз в год и включает анализ растворенных газов, пробивное напряжение, кислотность, содержание воды и тесты на тангенс угла. Оборудование, находящееся в эксплуатации, должно иметь первоначальное измерение растворенных газов в течение нескольких недель после ввода в эксплуатацию. В случае резкого увеличения концентрации газа или изменения соотношения ключевых газов частота отбора проб изменяется на один раз в месяц до стабилизации результатов.
Является ли реле Бухгольца обязательным?
Масляные трансформаторы с консерватором мощностью около 1 МВА или выше действительно требуют какого-либо реле Бухгольца для защиты в соответствии со стандартом IEC 60076-1 и стандартами релейной защиты. Для герметично запечатанных трансформаторов или малых распределительных трансформаторов заменой могут служить реле давления газа или предохранительные клапаны с сигнализацией.
Добавляют ли стандарты безопасности трансформаторов значительные затраты?
Незначительно. Обычно затраты, связанные с защитным оборудованием, результатами испытаний и документацией, необходимой для соблюдения IEC/IEEE, добавляются к общей цене продукта, что составляет 1–3%. Напротив, любое несоответствие этому стандарту может привести к гораздо большим расходам, таким как пожар, который можно полностью предотвратить, отказ в страховых выплатах или крупные отключения.
Ссылки
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы – Общие сведения — Основной стандарт проектирования и испытаний для масляных силовых трансформаторов.
- IEC 60296: Жидкости для электротехнических приложений – Минеральные изоляционные масла — Спецификация для качества нового трансформаторного масла.
- IEC 60422: Минеральные изоляционные масла – Руководство по надзору и обслуживанию — Пределы и графики тестирования масла в эксплуатации.
- IEC 61936-1: Электрические установки, превышающие 1 кВ переменного тока. — Требования к установке, зазорам и удержанию масла.
- IEEE C57.12.00: Жидкостные распределительные и силовые трансформаторы — Соответствующий общий стандарт для Северной Америки.
- IEEE C57.104: Интерпретация газов, образующихся в масляных трансформаторах — Интерпретация DGA и уровни действий.
- NFPA 850: Пожарная безопасность для электростанций и станций преобразования высоковольтного постоянного тока. — Практика разделения и подавления пожара для трансформаторов.
- Официальный сайт Jiangsu Subian Electric Power — Продукты трансформаторов, сертифицированные по IEC 60076, и испытательная документация.
Заключение
Безопасность масляных трансформаторов не является изолированным стандартом, а представляет собой комбинацию нескольких стандартов, включая IEC 60076, что означает требования к проектированию и испытаниям, стандарты масла, IEEE C57 для Северной Америки, NFPA и IEC 61936 для требований к установке и пожарной безопасности. Каждый стандарт имеет свои собственные меры безопасности, такие как повышение на 65K, импульс 170 кВп и прочность масла, оцененная на 50 кВ/2.5мм.
Важные моменты:
- Всегда запрашивайте пакет испытаний перед покупкой, так как отчеты о типовых испытаниях подтвердят безопасность конструкции.
- Убедитесь, что DGA и тестирование масла рассматриваются как ежегодные расходы, так как это обязательно, а не дополнительные.
- Убедитесь, что все устройства подключены, протестированы и зарегистрированы во время ввода в эксплуатацию.
- Не забудьте спроектировать систему удержания масла в соответствии с местными стандартами до отгрузки трансформатора.
Компании, такие как Jiangsu Subian Electric Power, производят масляные трансформаторы, соответствующие IEC 60076, с всей необходимой документацией по испытаниям по конкурентоспособным ценам.