Стартовая >> Статьи >> Измерение абсорбционных характеристик изоляции

Измерение абсорбционных характеристик изоляции

Живодерников С.В., Лазарев Е.А., Овсянников А.Г.
(НСБП «Электросетьсервис», Новосибирск)

Введение

В настоящее время актуальным является разработка и внедрение в эксплуатацию новых методов профилактического обследования и измерительно-диагностических приборов, которые бы позволили получить дополнительную информацию о техническом состоянии изоляции контролируемого высоковольтного оборудования. В этом отношении привлекают внимание давно известные из теории диэлектриков абсорбционные процессы /1,2,3/, динамика которых во времени может предоставить ценную информацию о наличии увлажнения и других видов неоднородностей практически любого используемого в настоящее время вида изоляции.
В работе представлены результаты измерения динамики абсорбционных процессов в изоляции маслонаполненного оборудования с использованием транспортабельного и относительно простого в изготовлении измерителя. Также приведена методика получения информации о степени увлажнения изоляции на высоком по чувствительности уровне объемного содержания влаги для высоковольтного оборудования, независимо от его рабочего напряжения.

1. Описание аппаратуры и методики измерений.

Измерения токов абсорбции проводились с помощью автоматического цифрового измерителя токов абсорбции ЦИТА-1.
Основные характеристики прибора следующие:

  1. испытательное постоянное напряжение, регулируемое

в диапазоне                                                                                        +0,3... 1,8 кВ;

  1. канал измерения напряжения в диапазоне                              + 0,03.. .5 кВ;
  2. три канала измерения тока в диапазоне от                          +15 нА до 5 мА;
  3. входные (измерительные) сопротивления каналов                    1 МОм;
  4. общее время измерений от 0,35 секунды до 30 минут

(можно прервать раньше);

  1. интервал между отдельными измерениями: меняется по логарифмичес­кой шкале от 0,05 с в начале до 10 и более секунд в конце общего време­ни измерений;
  2. режим работы: автоматический программно-управляемый.

Для силовых трансформаторов испытывались вводы 500 и 220 кВ, изоляция между обмотками ВН-СН и НН всех фаз, а также межобмоточная изоляция измерительных трансформаторов тока.
На всех приведенных ниже графиках по вертикальной оси приведены значения падений напряжения от токов абсорбции (Uo, Uj, U2) на измеряемых объектах и сигнал с делителя высокого испытательного напряжения (U3) с коэффициентом деления 1300, а по горизонтальной - время в секундах. На большей части графиков курсоры выставлены на отметке, примерно равной 60 секундам. Чтобы определить токи абсорбции в любой момент времени надо значения Uo, Ui, U2 разделить на входное сопротивление 1 МОм.

  1. Результаты измерений.
    1. Силовые трансформаторы.

Измерения токов абсорбции в автотрансформаторах проводились по двум схемам.
В схеме №1 постоянное напряжение положительной полярности (U3Ap) подавалось на нейтраль расшинованной обмотки ВН-СН. Измерительные выводы (ИВ) вводов 220 и 500 кВ, а также вывод одной из обмоток НН заземлялись через измерительные сопротивления входов прибора ЦИТА-1 (RBx = 1 МОм).
В схеме №2 включение было противоположным: U3Ap подавалось на ИВ ввода 500 или 220 кВ, а нейтраль расшинованной обмотки ВН-СН заземлялась через измерительное сопротивление одного из входов цифрового измерителя токов абсорбции ЦИТА-1 (R = 1 МОм). При этом смена схемы подключений производилась достаточно быстро, без «сброса» зарядов с абсорбционных цепочек. Аналогичные схемы применялись и при испытаниях изоляции между обмотками.

      1. ПС «КРАС-500».

Ниже приведены результаты измерений абсорбционных характеристик изоляции обмоток фаз и вводов автотрансформатора АТ-1 на ПС «КРАС-500» КП МЭС Сибири.

U3AP- нейтраль обмотки ВН-СН, I0 - 2НН; I! - ИВ ввода 500; Ь - ИВ ввода 220

U3Ap - ИВ ввода 220,10 - 2НН;
Ii~ нейтраль обмотки ВН; I2 — отключен
Токи абсорбции в изоляции вводов и между обмотками в фазе «А» АТ -1
Диагноз: резкое различие в величине и характере спада тока при изменении схемы приложения зарядного напряжения (ср левый и правый
графики) говорит о дефекте ввода 220 кВ вероятная причина - загрязнение
или бурый налет на внутренней поверхности фарфоровой покрышки.


Рис. a. U3ap - нейтраль обмотки ВН;
10 - 2НН; 11 - ИВ ввода 500; I2 ~ ИВ ввода 220

Рис. б. U3AP - ИВ ввода 220; Io - 2НН;
I] - ИВ ввода 500 кВ; 1г - нейтраль обмотки ВН-СН
Токи абсорбции в изоляции вводов и между обмотками в фазе
«В» АТ-1
Диагноз: состояние изоляции хорошее

Рис. a. U3AP - нейтраль обмотки ВН-СН;

  1. - 2НН; Ii - ИВ ввода 500; I2 - ИВ ввода 220


Рис. б. Uзар - ИВ ввода 220; Io - 1НН;

  1. - ИВ ввода 500; I2 - нейтраль обмотки ВН-СН Токи абсорбции в изоляции вводов и между обмотками в фазе «С» АТ -1


Диагноз: различие в величине и характере спада тока при изменении полярности зарядного напряжения на ввод 220 кВ указывает на значительную неоднородность, предположительно связанную с загрязнением внутренней поверхности фарфоровой покрышки или
наличия на ней бурого налета.
Общие выводы.
Из приведенных данных видно, что вводы 220 кВ на фазах «А» и «С» (особенно фазы «А»!) в схеме № 2 имеют значительные величины токов абсорбции, медленно спадающие со временем Наиболее вероятной причиной такого поведения токов является слоевая поляризация на границе раздела масла в баке трансформатора и фарфоровой покрышки ввода, которая, в свою очередь усилена загрязнением внутренней поверхности покрышки ввода полупроводящими веществами продуктов разложения и химического взаимодействия масла ввода с медью центральной токопроводящей трубы Как некоторое доказательство данной гипотезы надо воспринимать малые токи абсорбции в изоляции ввода 220 кВ фазы «В», который год назад ремонтировался, и в нем был обнаружен и смыт слой бурого налета на внутренней поверхности фарфоровой покрышки. Отметим также, что ввод 220 кВ на фазе «С» имеет меньший срок службы, что объясняет и меньшие значения тока абсорбции по сравнению с вводом фазы «А». Наконец, ввод фазы «А» был забракован нами при тепловизионном контроле, когда был обнаружен резкий перепад температуры в месте резиновой прокладки, между верхней и нижней полупокрышками.

      1. ПС «Заря».

В данном разделе представлены результаты измерений абсорбционных характеристик изоляции АТ-1 ПС «Заря» Восточного РЭС ОмПМЭС Сибири.
Резервная фаза.
Ввод 500 кВ.
Схема №1. Сопротивление основной изоляции ввода составило

  1. 7 ГОм в первый момент времени (t = 0,36 с). К первой секунде ток падает примерно в три раза и в дальнейшем не изменяется. Поэтому график зависимости здесь не приводится.

Схема №2. При смене полярности U3Ap прослеживается явная временная зависимость тока абсорбции (рис.а). Сопротивление возрастает с 1,6 ГОм на первой секунде приложения напряжения до 2,75 ГОм на 61-й секунде и 16 ГОм на 700-й. Стандартный коэффициент абсорбции R60 / R15 =1,51.

U3AP - ИВ ввода 500; lo - обмотка BH-CH Резервная фаза

U3AP - обмотка HH; I0 - обмотка BH-CH Резервная фаза

U3AP обмотка НН; 1о - обмотка ВН-СН; Фаза С
Токи абсорбции в межобмоточной изоляции
Общие выводы.
Главным результатом измерений является резкое отличие в токах абсорбции между резервной и рабочими фазами: межобмоточной изоляции

  1. в десять раз, основной изоляции вводов - 3...4 раза. Основной причиной резкого снижения сопротивления изоляции резервной фазы и ее вводов по отношению к рабочим фазам является, по-видимому, увлажнение бумаги. Резервная фаза не включалась 4 года! За это время вода, растворенная в масле, могла частично перейти в пропитанную маслом бумагу. Часть воды могла в коагулированном виде осесть на дно бака, но вряд ли ее уровень мог достичь нижнего края обмоток и повлиять таким образом на сопротивление изоляции. Также маловероятно проникновение воды снаружи через уплотнения, поскольку и в баке и, тем более, во вводах существует избыточное давление масла. Логично выглядит и тот факт, что изоляция вводов ухудшилась меньше по сравнению с изоляцией между обмотками из-за большего избыточного давления и меньшего исходного объема растворенной в масле воды.
    1. Трансформаторы тока.

Ниже представлены наиболее характерные результаты исследования абсорбционных характеристик на измерительных трансформаторах тока на ПС «Итатская» Итатского РЭС КПМЭС Сибири, находящихся на ОРУ и на открытом складе.
Измерения токов абсорбции в ТТ проводились также по двум схемам. В схеме №1 U3Ap прикладывалось к первичной обмотке. Измерительные входы подключались к выводу «О» последней емкостной обкладки, к выводам обмотки индукционного нагрева «6И» и к соединенным друг с другом выводам вторичных обмоток (И1+И2+ИЗ+И4+И5) В схеме №2 U3AP прикладывалось к выводу «О» последней емкостной обкладки. Измерительные входы подключались к выводам обмотки индукционного нагрева «6И» и к соединенным друг с другом выводам вторичных обмоток (И1+И2+ИЗ+И4+И5).

U3Ap- первичная обмотка; I0 - «0»; Ii - 6И


U3AP - вывод «0»; I0 - 6И;

  1. -(1И + 2И+ ...5Ш

Токи абсорбции в изоляции ТТ типа ТФРМ 500Б -У1 № 537Д9„ г.
Диагноз: состояние изоляции хорошее

U3AP приложено к первичной обмотке; I0 - «О»; I, - 6И; I2 - (1И + 2И + .., 5И)

U3AP- приложено к выводу «О»; 1о- 6И; 12-(1И + 2И+...5И)
Токи абсорбции в изоляции ТТ типа ТФРМ 500Б2 -У1 № 740,1989 г.
Диагноз: состояние изоляции вызывает большие опасения, так как относительно большие токи абсорбции с первичной на вторичные обмотки, а также с последней обкладки на вторичные обмотки и их рост со временем говорят о присутствии воды или другой неоднородности, вызывающей слоевую поляризацию.
По результатам измерений рекомендовалось все трансформаторы тока, в изоляции которых наблюдались повышенные величины токов абсорбции, подвергнуть дополнительным испытаниям и тщательным анализам масла, а при подтверждении диагноза - сушке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Примененный вид диагностики по токам абсорбции еще только начинает осваиваться, поэтому потребуется немалое время и опыт для правильной и углубленной интерпретации результатов измерений, введения нормативов на предельные значения, совершенствования аппаратуры и т. д. Тем не менее, полученный материал представляет, на наш взгляд, ценную информацию, к тому же имеющую очень наглядную и документально зафиксированную форму. Чтобы он стал безусловно полезен, необходимо иметь обратную связь в части сопоставления диагноза, реального опыта традиционных испытаний, предусмотренных нормативными документами, и опыта эксплуатации.
Существующий прибор в данное время позволяет контролировать токи абсорбции только на расшинованном оборудовании по стороне низкого напряжения. Сейчас ведутся работы по созданию аппаратуры, позволяющей контролировать токи абсорбции по высокопотенциальной стороне с оптронной развязкой - это существенно расширит диагностические возможности применения данного метода контроля. Другое направление - повышение рабочего ВН для увеличения помехозащищенности.

Литература

  1. Иерусалимов М. Е., Абрамов В. Б., Брейбурт В. И., Удод Е. И. Методы оценки увлажненности мощных трансформаторов Электротехника, 1978, №1, с 42-46.
  2. Кудратиллаев А. С. Методы и устройства контроля состояния изоляции оборудования и линий высокого напряжения. «Фан», 1988.
  3. Т. К. Saha, М. Darveniza, D.J.T.Hill, Z.T.Yao. The Application of Interfacial Polarization Spectra for Assessing Insulation Condition in Aging Power Transformers CIGRE, 37th session, International Conference on Large High Voltage Electric Systems, 1998.
 
« Заземляющие устройства для подстанций 1-10 кВ   Измерение частичных разрядов при выявлении дефектов »
электрические сети