Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Практика >> Методология диагностики трансформаторов

Частичные разряды - Методология диагностики трансформаторов

Оглавление
Методология диагностики трансформаторов
Система двухступенчатых профилактических испытаний
Приемы диагностики
Диагностические характеристики
Частичные разряды
Диагностика состояния посредством измерения характеристик масла
Диагностика состояния трансформаторов по результатам анализа растворенных в масле газов
Диагностика увлажнения изоляции
Оценка степени увлажнения по температурной миграции влаги в масло
Диагностика состояния вводов

Все виды развивающихся повреждений изоляции начинаются с частичных разрядов (ЧР).
Цели измерения ЧР в эксплуатации:
• выявление разрядов и искрения в масле, определенных по результатам хроматографического анализа растворенных в масле газов;
• уточнение состояния оборудования, имеющего симптомы снижения электрической прочности изоляции (увлажнение, загрязнение и пр.);
• оценка качества изоляции после ремонта, реконструкции, модернизации;
• определение необходимости проведения ремонта после длительной эксплуатации;
• оценка состояния особо ответственного оборудования.
Характеристиками ЧР являются: значение кажущегося заряда, частота следования
ЧР, средний ток ЧР, средняя мощность ЧР, квадратичный параметр.
Диагностические подходы в эксплуатации могут быть существенно отличными от подходов при оценке состояния изоляции на заводе-изготовителе, где максимальное значение кажущегося заряда является основной контрольной характеристикой. В эксплуатации необходимо также определить место и оценить опасность ЧР.
ЧР могут возникать в изоляции активной части, вводов и переключающих устройств.
В изоляции активной части следует различать разряды, возникающие или развивающиеся под рабочим напряжением непосредственно в главной и продольной изоляции, и разряды под действием напряжения, индуктированного основным магнитным потоком или потоком рассеяния в замкнутых контурах, а также искрение, вызванное плавающим потенциалом.
Опыт эксплуатации показывает, что большая часть отказов трансформаторов из-за ЧР связана с нарушениями в изоляции обмоток, и во многих случаях эксплуатация трансформатора может быть продолжена, если идентифицирован источник ЧР.
Критерием нормальной изоляции при испытании на заводе является отсутствие ЧР интенсивностью 300—500 пКл.
Очевидно, что для разрушения материала требуется достаточная энергия. Если энергия разрядов составляет микроджоули, можно ожидать образование Х-воска и газов (водород, метан, ацетилен). Энергия разрядов порядка миллиджоулей может разрушать бумагу с выделением ненасыщенных углеводородов.
Опыт обследования трансформаторов показывает возможность распознавания степени загрязнения изоляционных промежутков по параметрам ЧР (табл. 8).
При нормальном уровне интенсивности ЧР загрязнение изоляционных промежутков характеризуется увеличением частоты повторения импульсов и мощности ЧР.
Для обнаружения ЧР и измерения их характеристик используется электрический метод.
При эффективном устранении внешних помех метод позволяет измерять непосредственно параметры внутренних ЧР с высокой чувствительностью, определять зону возникновения ЧР, а также природу ЧР. Измерения могут проводиться одновременно по нескольким схемам (в разных точках трансформатора), что облегчает определение места ЧР.
Универсальный Анализатор частичных разрядов UPDA (Cutler Hammer, США) измеряет и одновременно анализирует спектры сигналов от восьми датчиков. Измеряется амплитуда разрядов, частота повторения и мощность. Анализатор обеспечивает возможность выявления полезных сигналов на уровне до 50 пКл на новых подстанциях и до 100—150 пКл на старых подстанциях (с высоких уровнем помех).
Измерительная система ВА РТРТ ABB Power Transformers, Швейцария выполняет амплитудно-фазовый анализ, спектральный анализ (в полосе от 1 кГц до 20 МГц) и регистрацию на многоканальном цифровом осциллографе.
Опыт применения показал, что во всех случаях достигнута чувствительность лучше, чем 50 пКл.
Акустический метод дает возможность геометрической локации источника сигналов. Акустическая детекция проводится обычно после обнаружения симптомов ЧР по результатам анализа растворенных газов.
Метод менее чувствителен к источникам, расположенным внутри изоляционной структуры. На распространение сигналов оказывает существенное влияние расположение барьеров главной изоляции.
Эффективность метода значительно повышается при его комбинации с электрическим методом и синхронизацией сигналов ЧР.
Для регистрации ЧР применяются широкополосные акустические датчики от 30 до 150 или даже 500 кГц, а также резонансные датчики 125—150 кГц. До 8—24 датчиков устанавливаются вокруг бака на разной высоте. В некоторых случаях датчики устанавливаются внутри бака трансформатора, что может обеспечить чувствительность 100 пКл на уровне помех до 10,0 пКл.
В странах СНГ нашли широкое применение индикаторные акустические приборы типа АИР, которые обеспечивают чувствительность не менее 10 дел/мВ в полосе частот 40—500 кГц.
Электромагнитный метод основан на дистанционной регистрации электромагнитного излучения ЧР в СВЧ-диапазоне с помощью антенны. Метод позволяет выявить только разряды очень высокого уровня и подвержен сильному влиянию со стороны соседнего оборудования. Эффективность метода может быть значительно повышена при установке антенны СВЧ внутри бака.

Переходные и частотные характеристики обмоток

Для непрерывного или периодического контроля механического состояния обмоток трансформаторов в процессе эксплуатации с целью определения начального смещения элементов обмоток, пока деформации обмоток не привели к диэлектрическим или термическим проблемам, требуются специальные методы.
Наиболее чувствительными методами диагностики механического состояния обмоток являются рекомендуемые СИГРЭ методы низковольтных импульсов (НВИ) и частотного анализа (МЧА).

Метод низковольтных импульсов (НВИ)

Даже при очень небольших механических перемещениях в обмотках могут существенно меняться емкости отдельных элементов (межвитковые и межкатушечные емкости, емкости на соседний концентр или магнитопровод), а при существенных деформациях — и индуктивности деформированных элементов. Это приводит к изменению собственных частот колебаний, что проявляется в осциллограммах импульсных токов и напряжений.
Метод контроля с помощью НВИ обладает более высокой чувствительностью, чем измерение сопротивления КЗ.
К недостаткам метода НВИ можно отнести то, что высокая воспроизводимость результатов измерений возможна только при обеспечении полной идентичности измерений, интервал времени между которыми может составлять годы: схема и процедура измерений, используемые кабели и соединители, их взаимное расположение при испытаниях. Интерпретация результатов измерений требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

Метод частотного анализа (МЧА)

Проблемы воспроизводимости метода НВИ решены в методе частотного анализа (МЧА). Если приложенный импульс и соответствующий отклик записываются с использованием высокоточных аналого-цифровых преобразователей, а результаты преобразуются в частотную область с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье, то рассчитанная передаточная функция зависит только от параметров испытуемого объекта и не зависит от приложенного сигнала и схемы измерений. Изменения в объекте могут быть отчетливо идентифицированы и отделены от внешних факторов, что существенно облегчает интерпретацию результатов.
Параллельно такому подходу получил развитие другой: вместо импульсного воздействия на ввод обмотки подается синусоидальное напряжение, изменяющееся по частоте в широком диапазоне, а с других вводов снимается амплитудно-частотная характеристика — реакция обмоток на приложенное воздействие. Оба способа получили достаточно широкое распространение.
При анализе результатов измерений принимаются во внимание изменения в спектрах испытуемого трансформатора через определенный интервал времени, различие в спектрах однотипных трансформаторов и в спектрах трех фаз испытуемого трансформатора.

Вибрационные характеристики

Целью вибрационного обследования трансформаторного оборудования является оценка состояния механической системы, выявление и последующее устранение дефектов внешних устройств (например, резонансных вибраций трубопроводов, износа подшипников маслонасосов и вентиляторов и др.) и внутренних систем (распрессовки обмоток, магнитопровода, вибрационных перемещений магнитных шунтов и др.).
Вибрации трансформаторов имеют вид полигармонических колебаний с частотами, кратными 100 Гц. Источником вибрации являются магнитопроводы, что обусловлено явлением магнитострикции.
Кроме того, электродвигатели маслонасосов и вентиляторов являются самостоятельными источниками вибраций, но их энергия гораздо меньше.
Частоты воздействий со стороны навесного оборудования связаны с частотами вращения электродвигателей (720—1440 об/мин).
Вибрации от источников передаются на другие узлы и элементы трансформатора. При обследовании прежде всего измеряются вибрации бака. Наиболее важными характеристиками являются следующие.
Виброскорость — характеризует энергию вибрации. Значение виброскорости используют для оценки состояния бака и воздействия трансформатора на фундамент, навесное оборудование.
Виброускорение — характеризует инерционные силы, действующие на бак в результате перемещения внутренних элементов трансформатора.
Виброперемещение — характеризует вибрационные нагрузки, от которых зависит состояние бака, сварных швов и других элементов.
Частотный спектр виброскорости позволяет идентифицировать источники вибрации.
Измерения проводятся обычно в диапазоне частот до 1000 Гц, в котором сосредоточено более 90% всей энергии колебаний трансформатора.
При общей оценке состояния трансформатора необходимость дополнительного анализа возникает при следующих значениях параметров:
• виброускорение — более 10 м/с2;
• виброскорость — более 20 мм/с;
• виброперемещение — более 100 мкм. Оценка состояния вентиляторов и мас-
лонасосов зависит от конструкции системы охлаждения, но в среднем может основываться на следующих критериях:
• симптомом дефектного состояния вентилятора обдува является виброскорость на подшипниках выше 7,1 мм/с;
• дефектному состоянию маслонасоса соответствует виброскорость выше 4,5 мм/с. Определение качества прессовки обмоток и магнитопровода может быть выполнено на основании анализа спектрального состава вибрации на поверхности бака трансформатора. Измерения проводятся в двух режимах — холостого хода и нагрузки. Предполагается, что в режиме холостого хода вибрации вызываются магнитострикцией в магнитопроводе, а в режиме нагрузки добавляется влияние электромагнитных сил обмоток.
При ослаблении прессовки магнитопровода возникают частоты 300—500—700 Гц. Уменьшение силы прессовки обмотки приводит к уменьшению составляющей 200 Гц.
Уровень прессовки обмоток может быть оценен также путем измерения собственных частот колебаний обмоток при ударном механическом воздействии.
В основу метода положен эффект индуцирования на обмотках отключенного трансформатора при импульсном механическом воздействии ЭДС, которую можно зарегистрировать на вводах расшинованного трансформатора. Процесс имеет вид затухающих колебаний. Спектр этих колебаний при различных усилиях прессовки обмоток различен (рис. 2).

Спектр напряжения, наведенного в обмотке трансформатора ТЦ-630000/500

Рис. 2. Спектр напряжения, наведенного в обмотке трансформатора ТЦ-630000/500, при различных усилиях прессовки (По данным «Снежинсктехсервис»).

Тепловизионное обследование

Целью тепловизионного обследования является оценка теплового состояния трансформаторного оборудования в рабочем режиме.
Основные задачи обследования указаны ниже.
1. Проверка функционирования элементов системы охлаждения, адсорбных и термосифонных фильтров, запорной арматуры по разности температур на входе и выходе из элемента.
2. Выявление дефектов, связанных с возникновением «застойных» зон масла или «тепловых мешков», вызванных, например, неправильным расположением патрубков системы охлаждения.
3. Выявление воздушных «подушек» в верхней части бака, в маслоподпорных вводах, охладителях (радиаторах).
4. Температурная диагностика состояния охладителей, а также маслонасосов и вентиляторов.
5. Выявление аномальных нагревов циркулирующими токами разъемов бака и болтовых соединений коробок установки высокоамперных вводов.
6. Выявление местных нагревов бака.
7. Выявление дефектных соединений в местах присоединения к внешней электрической цепи.
8. Оценка температурного режима высоковольтных вводов.
9. Выявление аномальных нагревов кожухов токопроводов.
10. Выявление дефектных контактов низковольтной аппаратуры.
11. Определение уровня масла и работоспособности маслоуказателей. Параметрами контроля являются:
• превышение температуры — разность температур объекта и окружающего воздуха;
• разность температур между заданными точками (зонами);
• градиент температуры в заданной области;
• избыточная температура — превышение температуры объекта над температурой аналогичных объектов, находящихся в одинаковых условиях;
• коэффициент дефектности (для контактного соединения) — отношение измеренного превышения температуры контактного соединения к превышению температуры целого участка шины на расстоянии не менее 1 м от контакта.

Диагностика трансформаторного оборудования под рабочим напряжением

Контроль трансформатора непосредственно в рабочем режиме (мониторинг) является быстроирогрессирующим направлением в обслуживании оборудования, позволяющим выполнить традиционные нормированные испытания без отключения от сети, перейти на систему обслуживания по техническому состоянию, повысить эффективность контроля и диагностики и надежность эксплуатации.
Основные направления мониторинга:
1. Контроль и управление нормальными режимами и подсистемами трансформатора и реактора (температурно-нагрузочный режим; напряжения обмоток и возбуждение магнитной системы; уровни масла; функциональная исправность и управление системой охлаждения; функциональная исправность и управление РПН).
2. Контроль и ограничение аномальных режимов, вызывающих повышенные либо недопустимые воздействия на оборудование.
3. Контроль и диагностика технического состояния оборудования.
К параметрам непрерывного контроля трансформаторов под напряжением с целью диагностики состояния относятся растворенные в масле газы, влагосодержание, вибрации, уровень ЧР.
Основными параметрами, используемыми для непрерывного контроля вводов, являются ток утечки, емкость основной изоляции остова, тангенс угла диэлектрических потерь, ток небаланса.
Для контроля устройств РПН измеряются также мощность двигателя и момент сопротивления на валу привода.



 
« Метод непосредственной оценки увлажнения твердой изоляции силовых трансформаторов   Методы измерений шума трансформаторов »
электрические сети