Диагностика механических деформаций обмоток

Опубликовано: 17 Май 2012

обмотки трансформатора

А.А.Дробышевский, Е.И.Левицкая (Всероссийский электротехнический институт, г. Москва)
В настоящее время состояние трансформаторного парка в энергосистемах характеризуется значительной долей изношенного оборудования, нормируемый срок службы которых уже истек или близок к этому. Периодически перед обслуживающим персоналом возникает вопрос нужно ли выводить трансформатор для капитального ремонта или его эксплуатация может быть продолжена
Нормально спроектированный трансформатор должен выдерживать КЗ. Однако известно, что в эксплуатации еще осталось значительное количество трансформаторов, стойкость которых к воздействию токов КЗ с самого начала была недостаточной: так они были спроектированы.
Продление жизни трансформатора в значительной степени зависит от стабильности механических характеристик его обмоток. Однако даже в правильно спроектированном трансформаторе очень часто (в большинстве случаев) заложены предпосылки его будущих проблем применительно к электродинамической стойкости. Причиной этих предпосылок является технология изготовления обмоток, а суть в том, что обмотки изначально могут иметь некоторую магнитную несимметрию.
Обмотки трансформаторов стараются делать магнитосимметричными, что позволяет минимизировать электродинамические силы, действующие в обмотках и на опоры прессующие кольца, ярмовые балки. В новом трансформаторе эта несимметрия невелика и не представляет опасности для трансформатора Однако, чем старше трансформатор, тем больше электродинамических воздействий при КЗ, толчках нагрузки он получает, тем больше меняются физико-химические свойства изоляции, тем больше меняются ее механические свойства.
В результате этих воздействий происходит увеличение начальной магнитной несимметрии. (Магнитная несимметрия обладает неприятной особенностью: она изменяется всегда в сторону увеличения). А чем больше магнитная несимметрия, тем больше электродинамические силы, которые, в свою очередь, вызывают еще больший рост несимметрии. И так до тех пор, пока электродинамические силы не возрастут настолько, что разрушат трансформатор При испытаниях трансформатора на стойкость при КЗ в условиях стенда это может произойти за 5 опытов КЗ, а иногда и быстрее. Естественно, в эксплуатации этот процесс очень растянут во времени и зависит от условий эксплуатации, тем не менее, он
представляет реальную опасность и к этому надо быть готовым.
Однако истинная оценка механического состояния обмоток трансформатора в эксплуатации довольно трудна и не всегда возможна даже при визуальном осмотре активной части.
В настоящее время в России для диагностики механических деформаций обмоток трансформаторов наиболее широко применяются два метода метод измерения сопротивления короткого замыкания (метод Zk) и метод низковольтных импульсов (метод НВИ).
Ниже приведены некоторые результаты исследований состояния обмоток трансформаторов в условиях эксплуатации, проведенных методом низковольтных импульсов.

Суть метода низковольтных импульсов.

Суть метода НВИ заключается в том, что на ввод одной из обмоток трансформатора подается короткий прямоугольный импульс низкого напряжения (100-500 В), а с вводов других обмоток записываются осциллограммы реакций обмоток на воздействие этого импульса. Изменения в осциллограммах и их спектрах (получаемых в результате математической обработки) свидетельствуют о наличии или отсутствии деформаций обмоток трансформатора.
В основе метода НВИ лежит принцип последовательного дефектографирования, когда результаты текущих измерений сравниваются с результатами предыдущих измерений, а состояние трансформатора оценивается степенью отклонения нормограммы от дефектограммы.
Особенностью проведения измерений методом НВИ в эксплуатации является то, что результаты предыдущих измерений зачастую отсутствуют, то есть база для сравнения отсутствует В связи с этим была поставлена задача оценить возможность анализа состояния обмоток только по результатам первичного дефектографирования, определить условия, при которых такая оценка является достоверной и дать рекомендации по применению метода в эксплуатации

Результаты диагностики трансформаторов в эксплуатации методом НВИ.

Диагностика механических деформаций обмоток трансформаторов методом низковольтных импульсов производилась с помощью диагностических установок типа ’’Импульс”, разработанных в ВЭИ
Анализ состояния трансформаторов, дефектографирование которых ранее не проводилось, производился только по результатам текущих измерений сравнением обмоток разных фаз между собой. Поврежденной считалась фаза, отличие которой от других являлось наибольшим и превышало допустимые значения. Основная сложность такого подхода заключается в том, что обмотки разных фаз изначально имеют некоторые отличия, обусловленные технологическими и конструктивными факторами. Однако дефектографирование, проведенное на десятках трансформаторов разной мощности и класса напряжения, показали, что в большинстве случаев обмотки разных фаз трансформаторов обладают высокой идентичностью, а установленные критерии "отбраковки" трансформаторов нуждаются лишь в незначительной коррекции.
В качестве примера на рис.1 приведены осциллограммы НВИ трех фаз трансформатора ТГ1 типа ТЦ-275000/220, а на рис.2 осциллограммы всех пятнадцати фаз пяти трансформаторов ТГ1-ТГ5 типа ТЦ-275000/220, установленных на Саратовской ГЭС. На рис.3 и 4 приведены осциллограммы НВИ шести фаз двух трансформаторов типа ТДНС- 16000/3 5. Как видно из рис. 1-4, обмотки разных фаз однотипных трансформаторов одинаковой конструкции, обладают высокой идентичностью.
Таким образом, оказывается возможной оценка механического состояния обмоток трансформатора даже при отсутствии результатов предыдущих измерений, путем сравнения разных фаз. В последние годы такой подход дал положительные результаты при обнаружении механических деформаций обмоток ряда трансформаторов: АТДЦТН- 200000/330 (Ленэнерго), АТДЦТН-200000/220 (Челябэнерго), ТД- 80000/110 (Мосэнерго). Все три трансформатора были выведены из эксплуатации, а последующая разборка подтвердила наличие деформаций обмоток. В качестве примера на рис. 5 приведены осциллограммы НВИ для трансформатора ТД-80000/110, откуда видно, что осциллограмма фазы А значительно отличается от других фаз (на обмотке НН фазы А были обнаружены обширные механические деформации в виде потери радиальной устойчивости).
Результаты диагностики трансформатора ТРДЦН-125 000/110 представлены на рис.6 а, б. Дефектографирование проводилось для двух режимов РПН: когда регулировочная обмотка полностью отключена и когда она полностью включена (рис.6,б). Как это видно из рисунков, при отключенной РО (рис.6,а) осциллограммы всех трех фаз полностью идентичны, а при включенной РО (рис. 6,6) осциллограмма фазы А существенно отличается от осциллограмм фаз В и С. Причина – значительные деформации обмотки РО на фазе А. Следует отметить, что отклонение измеренных Zk от паспортного значения не превысило 2% (предыдущие измерения Zk не производились).
Однако на практике возможны случаи, когда конструкция обмоток одной из фаз (для трансформаторов, установленных в группу) может отличаться от других фаз (например, после капремонта). Это нужно иметь ввиду, так как наличие значительных расхождений в осциллограммах НВИ не обязательно свидетельствует о наличии деформаций обмоток трансформатора.

Осциллограммы трех фаз трансформатора ТЦ-275000/220
Рис 1. Осциллограммы трех фаз трансформатора ТЦ-275000/220 (со стороны ВН)
Осциллограммы 15 фаз трансформаторов ТЦ-275000/220
Рис 2. Осциллограммы 15 фаз трансформаторов ТЦ-275000/220 (со стороны ВН)
Осциллограммы 6 фаз трансформаторов 101Т и 102Ттипа ТДНС- 16000/35
Рис 3. Осциллограммы 6 фаз трансформаторов 101Т и 102Ттипа ТДНС- 16000/35 (со стороны ВН)



Рис 5. Осциллограммы фаз А, В, С трансформатора ТД-80000/110 (со стороны НН)
Рис 4. Осциллограммы 6 фаз трансформаторов 101Т и 102Т типа ТДНС-16000/3 5 (со стороны НН)
Рис 6,а. Осциллограммы трех фаз трансформатора ТРДЦН-125000/110 – РО отключена
Так, на рис.7 приведены осциллограммы НВИ фаз А, В, С и резервной фазы трансформаторной группы однофазных автотрансформаторов типа АОДЦТН-333000/750/330, откуда видно, что обмотки фазы А значительно отличаются от фаз В, С и резервной. В связи с этим было сделано предположение о наличии серьезных повреждений обмоток фазы А. Однако на основе анализа конструкций обмоток трансформаторов был сделан вывод, что основной причиной отличия являются не механические деформации, а отличие конструкции обмотки СН фазы А от обмоток других фаз: на фазе А обмотка СН непрерывная, тогда как на других фазах переплетенные.

Благодаря применению метода НВИ при испытаниях трансформаторов на стойкость при КЗ оказалось возможным количественно оценить три типичных уровня состояния обмоток трансформатора по результатам дефектографирования с помощью установок "Импульс”:

  1. Кг >0,98, 8<3% – изменения механического состояния обмоток нет: продолжение эксплуатации трансформатора возможно без плановой ревизии. (Кг – коэффициент парной корреляции, характеризующий степень отличия двух осциллограмм; Кг-1, если осциллограммы полностью идентичны. 6 – разность осциллограмм в процентах).
  2. 0,98′КГ>0,96, 5%> д >3% – имеются начальные изменения механического состояния обмоток, наиболее часто связанные с распрессовкой отдельных фаз или обмоток, которые не являются еще опасными и не требуют немедленного вывода трансформатора из эксплуатации для ремонта или обширной ревизии.
  3. Kr<0,96, 3 >5% – имеются остаточные деформации в обмотках, требующие срочной ревизии и проведения полного комплекса диагностических обмеров.

Одним из основных требований, без удовлетворения которого невозможно получение достоверных результатов диагностики, является необходимость достижения высокой воспроизводимости результатов измерений. В отличие от диагностики при электродинамических испытаниях трансформаторов на испытательных стендах, когда интервал между двумя последовательными измерениями составляет минуты, в условиях эксплуатации повторная диагностика трансформатора может производиться через многие месяцы и даже годы. За это время возможно некоторое изменение параметров диагностической установки из-за вынужденной замены некоторых узлов, изменение процедуры диагностики (расположение кабелей, выбор каналов, соединителей, мест заземления и т.п.), что снижает воспроизводимость измерений.
Эта проблема может быть решена как ужесточением требований к обеспечению стабильности основных параметров аппаратуры, к процедуре измерений, так и совершенствованием самого метода диагностики таким образом, чтобы проблема воспроизводимости результатов перестала быть актуальной


Рис 6,6. Осциллограммы трех фаз трансформатора ТРДЦН-125000/110 – PO подключена

Рис 7. Осциллограммы фаз А, В С и резервной фазы трансформаторной группы автотрансформаторов типа АОДЦТН-333000750/330

Для реализации такого подхода в настоящее время в ВЭИ существующий метод НВИ дополняется методом частотного анализа (МЧА). Суть метода частотного анализа заключается в том, что от свип-генератора на ввод обмотки подается синусоидальный сигнал, изменяющийся от нескольких килогерц до 2-4 мегагерц, и записываются амплитудно-частотные характеристики A(F) реакции обмотки на воздействие этого сигнала. Как и в методе НВИ измерения проводятся до и после электродинамического воздействия на обмотку при КЗ. Сравнение спектральных характеристик, полученных до КЗ (нормограммы) и после КЗ (дефектограммы) позволяет судить о наличии механических деформаций в обмотке трансформатора. Достоинством МЧА является хорошая воспроизводимость измерений, обусловленная слабой чувствительностью к некоторым изменениям параметров генератора, к влиянию кабелей, соединителей и т.п. Для обоих методов используется единая элементная база. Предполагается, что созданные в ВЭИ и используемые в энергосистемах диагностические установки типа "Импульс" будут дооснащены необходимыми компонентами, что позволит использовать для диагностики обмоток трансформаторов обобщенный подход, использующий оба метода.

Выводы.

  1. Опыт диагностики трансформаторов в условиях эксплуатации показал, что достоверная оценка механического состояния обмоток трансформаторов возможна даже при отсутствии результатов первичного дефектографирования.
  2. Если обмотки разных фаз трансформатора имеют значительные отличия, обусловленные конструктивными факторами, то достоверная оценка их механического состояния при отсутствии результатов первичного дефектографирования затруднена. Такие измерения необходимо продублировать измерениями другого однотипного трансформатора.
  3. При проведении диагностики в условиях эксплуатации необходимо уделять большее внимание к воспроизводимости результатов измерений. Представляется, что в значительной степени эта проблема может быть решена с помощью разрабатываемой в ВЭИ новой методики диагностики, основанной на методе частотного анализа.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: , ,

Оставить отзыв