Контроль и диагностика обмоток при импульсных воздействиях

Опубликовано: 18 Май 2012

диагностика обмоток трансформатора

Хлюпин Ю.А. (УГТУ-УПИ, Екатеринбург) Федоров Л.Н., Торохтий И.Г. (ОАО УЭТМ, Екатеринбург)

Все плановые и аварийные коммутационные операции, производимые выключателями и разъединителями в распределительных устройствах, которые, как правило, сопровождаются толчками напряжения с крутыми фронтами и величиной, соответствующей амплитуде рабочего напряжения установки, вызывают перенапряжения в обмотках и изоляции трансформаторов, аналогичные грозовым воздействиям.
Хотя толчки напряжений, провоцирующие перенапряжения, не превосходят амплитуды наибольшего рабочего напряжения, в некоторых элементах обмоток, на витковой, катушечной и других элементах изоляции они весьма значительны и при ослабленной изоляции, вызванной деформацией обмоток или другими причинами, эти перенапряжения могут привести к полному разряду или частичным разрядам большой интенсивности, которые способствуют развитию повреждений.
Для контроля уровня изоляции и состояния обмоток при производстве трансформаторов и реакторов стандартами и нормативными документами предусматриваются испытания стандартными импульсами напряжений.
В эксплуатации для контроля и диагностики состояния изоляции и обмоток «Объем и нормы испытаний электрооборудования» и другие нормативные и ведомственные документы предусматривают измерения характеристик изоляции и других показателей : емкость и тангенс дельта изоляции, сопротивление изоляции и обмоток при постоянном токе, измерение сопротивления короткого замыкания (Zk) трансформаторов и других, которые, как правило, косвенно характеризуют состояние обмоток и электрическую прочность изоляции.
Для диагностики механических деформаций обмоток трансформаторов наряду с методом измерения Zk, который дает интегрированную характеристику изменения состояния обмоток, увеличивается распространение метода зондирования обмоток короткими прямоугольными импульсами низкого напряжения с анализом осциллограмм зафиксированных переходных процессов.
Диагностика обмоток по анализу записанных осциллограмм колебаний, вызываемых генератором импульсов низкого напряжения (несколько сот вольт), имеет недостатки, которые отмечают сами разработчики и выявились при использовании этих устройств в системах, это необходимость адаптации устройства, схемы и методики испытания к трансформатору; чувствительность результатов к стабильности работы приборов, к схеме и технологии измерений; высокие требования к квалификации и точности работы персонала.
Кроме того, при измерениях в условиях действующих распределительных устройств на дефектограммы могут оказывать существенное влияние коронные разряды.
Для исключения или значительного уменьшения влияния указанных недостатков, видимо, целесообразно получать дефектограммы при высоких напряжениях.
В высоковольтной лаборатории завода УЭТМ на стадии проектирования и опытного производства применяется импульсный обмер трансформаторов низковольтными импульсами напряжения и для контроля уровня изоляции проводятся испытания стандартными грозовыми импульсами высокого напряжения с записью дефектограмм (осциллограмм) переходных процессов в обмотках, которые позволяют уверенно фиксировать разряды в изоляции наряду с другими способами контроля – звуки разрядов в баке, искажения формы импульса воздействующего напряжения, ухудшение характеристик при испытаниях переменным напряжением после импульсных испытаний.
По результатам импульсного обмера, при котором получают характеристики перенапряжений на главной витковой изоляции, по необходимости делают корректировки конструкции изоляции и обмоток.
Для записи дефектограмм при испытаниях импульсами высокого напряжения в зависимости от конструкций трансформаторов и вида испытаний осциллограф включают:

— в нейтраль испытываемой обмотки, заземленной через небольшое активное или емкостное сопротивление,
— на линейные выводы неиспытываемых фаз обмотки, подвергающейся испытаниям, и заземленных через активное, емкостное или активноемкостное сопротивление,
— на выводы закороченных фаз испытываемой обмотки, заземленных аналогично указанному выше.
Признаком повреждения изоляции (пробоев) является изменение формы и характеристик колебательных процессов дефектограмм в сравнении с нормограммами. Нормограммы снимаются при напряжениях не более 50% испытательного, поэтому вероятность повреждения весьма мала и ею можно пренебречь. Дефектограммы позволяют зафиксировать разряды, например, межвитковые и другие, которые другими способами не обнаруживаются.
Испытания импульсами высокого напряжения с анализом зафиксированных дефектограмм является надежным методом непосредственной оценки состояния уровня изоляции трансформаторов и может быть целесообразным его применение для диагностических испытаний в эксплуатации, при этом возбуждающее напряжение может быть много меньше амплитуды нормированного -близким к амплитуде рабочего напряжения в установке. Повышению качества и точности диагностических выводов способствует, также, достоверность знаний условий эксплуатации и процессов, происходящих в установках и оборудовании.
Анализ процессов в обмотках трансформаторов, возникающих при импульсных воздействиях, и сопоставление их с экспериментально полученными дефектограммами при испытаниях трансформаторов выполнен на основании моделирования и численных экспериментов на ПВМ с применением специальных пакетов программ.
В результате проведенных численных исследований можно сделать ряд выводов.
Высокочастотные колебания и перенаряжения, возникающие в обмотках трансформаторов при воздействии импульсов напряжений с крутым фронтом, аналогичны полученным при экспериментальных исследованиях и испытаниях.
Высокочастотные колебания на шинах, которые возникают при коммутациях выключателей и разъединителей в схемах распределительных устройств и имеют большие амплитуды, в обмотках трансформаторов вызывают колебания только на первых витках и катушках с незначительной амплитудой. В средней части обмотки колебаний практически не наблюдаются. Видимо, этот вид перенапряжений существенного влияния на работоспособность трансформатора не оказывает.
Расчетные исследования также показали, что для оценки механического состояния обмоток метод зондирования обмоток низковольтными импульсами обладает значительно большей чувствительностью к локальным изменениям состояния обмоток, чем измерения сопротивления короткого замыкания (Zk).
Дефектографирование обмоток трансформаторов в эксплуатации с помощью специальных установок типа “Импульс”, как указывают сами разработчики и испытатели, имеющие опыт их применения, имеют недостатки – это часто отсутствие базы диагностики “нормограмм”; отсутствие подготовленного персонала; чувствительность результатов к стабильности работы приборов, схемы и технологии измерений.
Кроме того, при измерениях в условиях действующих распределительных устройств и оборудования на дефектограммы может оказывать влияние коронные разряды.
Для исключения или значительного уменьшения влияния указанных недостатков предлагается снимать (получать) дефектограммы при высоком напряжении. Для этой цели возможно применить подключение испытуемой обмотки трансформатора через искровой промежуток к трансформатору, который используется для измерений tgδ, и произвести запись дефектограммы в определенных частях обмоток, как указывалось выше.
В записи дефектограммы возможно практически полностью избежать влияние короны от соседнего оборудования, если ее производить при пробое искрового разрядника, шунтирующего изоляцию обмотки и ввода испытуемой фазы, в момент достижения максимума приложенного напряжения.
При этом способе записи дефектограммы возможно использование установки выпрямленного напряжения с максимумом напряжения, близким к амплитуде рабочего напряжения или возможно, несколько больше.
В этом случае амплитуды колебаний и перенапряжения в обмотках будут соответствовать перенапряжениям, которые возникают при коммутациях в рабочем режиме установки. При этом одновременно проверяется минимальный уровень электрической прочности изоляции.
Таким образом, при таком способе диагностирования трансформаторов выявляются отклонения в состоянии обмоток и прямым способом определяется минимально допустимый уровень электрической прочности изоляции трансформаторов.
Во время коммутационных операций выключателей, разъединителей и других коммутационных аппаратов обмотки и изоляция трансформаторов подвергаются, также как при грозовых перенапряжениях, воздействию импульсов напряжения с крутыми фронтами.
Известно, что при таких воздействиях в средней части обмотки, отдельных выводах и других ее элементах возникают перенапряжения с амплитудами значительно превосходящими напряжения, которые их вызывают.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: , ,

Оставить отзыв