Нарушение геометрии обмоток силового трансформатора в результате воздействий при протекании больших токов или нарушения механизма прессовки является серьезным дефектом, приводящим к отказам из-за витковых замыканий или потери устойчивости обмотки.
При протекании по обмоткам трансформатора больших токов (например, токов внешних КЗ) возникают электродинамические силы, которые могут вызвать деформацию отдельных проводников, катушек или всей обмотки. Вероятность повреждений при таких воздействиях зависит не только от значения тока, но и от числа внешних КЗ, создавших броски тока через трансформатор. Ослабление усилий прессовки приводит к повышенным вибрациям обмотки и как следствие к витковым замыканиям из-за истирания изоляции.
К числу опасных дефектов относятся осевые смещения отдельных катушек и радиальные их деформации. Более 80% повреждений мощных трансформаторов при коротких замыканиях связано с потерей радиальной устойчивости обмоток.
Диагностирование описанных дефектов возможно как электрическими, так и вибрационными методами контроля.
Деформация обмотки изменяет ее локальные (частичные) емкости, а также собственные и взаимные индуктивности ее элементов (катушек). При этом меняется частотная характеристика обмотки. Изменение взаимного расположения обмоток создает соответствующие изменения их взаимной индуктивности и, следовательно, сопротивления короткого замыкания. Существенные изменения частотной характеристики обмотки связаны, как правило, с осевыми деформациями. Изменение значимо при радиальных смещениях обмотки.
Вибрация обмотки создает повышенную вибрацию бака трансформатора.
Диагностическими признаками, связанными с вышеперечисленными дефектами, являются частотная характеристика обмотки, сопротивление короткого замыкания между обмотками и вибрационная характеристика трансформатора. Развитие дефектов вызывает соответствующие изменения указанных характеристик. К электрическим методам контроля относятся метод импульсов низкого напряжения, метод частотных характеристик и измерение сопротивления короткого замыкания.
Метод импульсов основан на осциллографировании тока переходного процесса в обмотках при приложении коротких импульсов низкого напряжения (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Схема измерений при контроле импульсами низкого напряжения:
1 - генератор импульсов; 2 - осциллограф; R - измерительный резистор
При вводе трансформатора в эксплуатацию снимается исходная осциллограмма (нормограмма). В ходе эксплуатации при тех же схемах соединения снимается контрольная осциллограмма (дефектограмма).
Рис. 7.11. Схема измерений при контроле методом частотных характеристик:
1 — регистратор; 2 — измеритель частотных характеристик; 3 — детектор; 4 — генератор синусоидального напряжения
Изменение геометрии обмотки выявляется при сравнении дефектограммы с нормограммой. Спектр частот переходной характеристики трансформатора, несущий диагностическую информацию, охватывает область до 1 МГц. Соответственно выбираются параметры осциллографа и форма импульса напряжения, который в указанной области должен иметь плоский спектр.
Эксплуатационное применение метода связано с трудностями обеспечения необходимой воспроизводимости результатов. Источниками ошибок являются погрешности установки амплитуды и формы импульсов, изменения скорости развертки осциллографа и схемы измерений. Погрешность определения отклонений дефектограммы относительно нормограммы велика, так как реальные дефекты создают лишь небольшие изменения амплитуд. Применение дифференциальной схемы (рис. 7.10, фазы А и С), где осциллографируется разность переходных характеристик двух обмоток и, следовательно, сразу выявляется относительное изменение их состояния, уменьшает погрешность расшифровки дефектограмм, а также влияние внешних полей.
Рис. 7.12. Частотная характеристика трансформатора 550 ΜΒ·Α [62]:
а - обрыв заземления экрана обмотки ВН; б — замыкание 10% витков обмотки НН; без дефекта;---------- с дефектом
Однако неоднозначность получаемых результатов, связанная с тем, что разные по характеру дефекты могут дать похожие дефектограммы, ограничивает применение метода в эксплуатации.
Метод частотных характеристик позволяет выявить изменение параметров обмотки более точно, чем метод импульсов [62]. Частотная характеристика обмотки определяется путем подачи на вход трансформатора определенного напряжения, изменяемого по частоте, и измерения на выходе (нейтрали) соответствующего тока или напряжения (рис. 7.11). Отношение выходного напряжения к входному Ки и является искомой частотной характеристикой. Возможно также использование переходной частотной характеристики двух обмоток.
Для выявления изменений состояния обмотки полученная частотная характеристика сравнивается с исходной, снятой при вводе трансформатора в эксплуатацию. Метод пригоден для определения изменений как емкости, так и индуктивности обмоток (рис. 7.12).
Метод короткого замыкания основан на измерении тока через одну из обмоток трансформатора при замыкании выводов другой [44]. Измерение производится при низком напряжении промышленной частоты (обычно 380 В). По результатам измерения рассчитывается значение сопротивления короткого замыкания.
Диагностический параметр - относительное изменение сопротивления короткого замыкания: 
Здесь zκ. б. - исходное (базовое) значение сопротивления, по отношению к которому определяется изменение zκ. В качестве исходного следует использовать значение zκ, полученное измерениями при вводе трансформатора в эксплуатацию. Возможно применение паспортного значения
, где Uном и Iном - номинальные фазное напряжение и ток обмотки, на которую подается напряжение, a UK - паспортное значение напряжения короткого замыкания для проверяемой пары обмоток (в процентах).
Предельное (браковочное) значение изменения сопротивления короткого замыкания Δzκ/zκ.б. = 3%. Чувствительность метода зависит от точности определения значений zκ и zκ.б.· При использовании для расчетов паспортных значений zκ. п., которые могут отличаться от действительных на 2%, браковочный норматив увеличивается до 5%.
Изменения zκ, которые необходимо выявить, сопоставимы с возможными погрешностями измерений в эксплуатационных условиях. Необходимо применение измерительных приборов с высоким классом точности (не более 0,5). Если при измерениях частота сети f' отличается от номинальной, то полученное значение z'κ должно быть приведено к частоте 50 Гц:
На результат измерений влияет также качество выполнения перемычек между выводами трансформатора (переходные сопротивления контактов, сечения проводов).
Таблица 7.6. Результаты контроля трансформатора АТДЦТГ-240000/330/150
Таблица 7.7. Результаты контроля трансформатора АТДЦТН-125000/330/110
Примечание. Данные табл. 7.6 и 7.7 округлены с учетом реальной точности измерений.
Дополнительный контроль показал наибольшие изменения zκ между регулировочной обмоткой и обмоткой СН (СН—РО).
Положительные значения изменений zκ должны соответствовать деформациям, увеличивающим расстояние между соответствующими обмотками; отрицательные — их сближению. Знаки изменений zκ соответствуют взаимному расположению обмоток в диагностируемом трансформаторе. Диагноз: деформация обмотки СН, особенно на фазе С. При вскрытии обнаружено смещение изоляции в промежутках ВН-СН с выпучиванием проводников обмоток СН. На фазе С — деформации в двух местах окружности обмотки.
Метод вибрационных характеристик заключается в определении изменения во времени амплитуд вибрации бака трансформатора [46].
Вибрационные характеристики определяются путем измерения наибольших амплитуд вибрации поверхности бака, проводимых в 10-15 точках по периметру и в 3-4 сечениях по высоте.
Рис. 7.13. Уровни вибрации бака трансформатора ТДН 25000/110 [46]:
а — амплитуда вибрации; N — точка контроля; 1 — дефект на фазе А (повреждение со стороны точки 3); 2— средний уровень на аналогичных трансформаторах электростанции
Вибрация трансформатора зависит от большого количества факторов, в том числе и от его режима (нагрузки). Если сравнивать вибрационные характеристики трансформатора, снятые при одинаковых режимах, могут быть выявлены изменения, связанные с наличием механических дефектов, таких, как ослабление креплений, уменьшение усилия прессовки обмотки и т.п.
Возможно также сравнение с усредненными данными, полученными на группе однотипных трансформаторов, работающих в одинаковых (близких) режимах.
На рис. 7.13 приведены результаты измерений на группе трансформаторов при вводе их в эксплуатацию. Через непродолжительное время работы трансформатор с повышенной вибрацией повредился, причем дефект находился в обмотке фазы А с той стороны, где наблюдался наибольший ее уровень.
