Приложение А
Методы, средства и обработка результатов по измерениям характеристик частичных разрядов в изоляции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов и их вводов
Электроразрядная активность (ЭРА) является индикатором числа и степени развитости дефекта в электрической изоляции. Характеристики разрядных явлений, главным образом, динамика (их цикличность, зависимость от температуры окружающей среды) при анализе всего потока импульсов на рабочем напряжении за длительный период времени (6-10 месяцев) позволяет оценивать техническое состояние изоляции.
1. Пояснения терминов, используемых в тексте (по ГОСТ 20074-83)
Термин | Пояснение |
1. Частичный разряд | Электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами. |
2. Заряд частичного разряда qЧР | Заряд, переносимый по каналу разряда при каждом частичном разряде в диэлектрике |
3. Нормированная интенсивность частичных разрядов | Предельно допустимое численное значение какой-либо характеристики интенсивности частичных разрядов, установленное для данного объекта испытаний стандартом на электрооборудование конкретного типа. |
4. Нормированное напряжение частичных разрядов | Напряжение, для которого установлена нормированная интенсивность частичных разрядов. |
5. Кажущийся заряд q частичного разряда | Абсолютное значение такого заряда, при мгновенном введении которого между электродами испытуемого объекта напряжение между его электродами кратковременно изменится на такое же значение, на какое изменилось бы при частичном разряде. |
6. Частота следования n частичных разрядов | Среднее количество частичных разрядов за 1 с, в настоящих МУ принято число импульсов за период промышленной частоты (имп/пер). |
7. Средний ток I частичных разрядов | Сумма абсолютных значений кажущихся зарядов qi частичных разрядов, взятых за определенный временной интервал Т, деленная на этот временной интервал (Кл/с, А). |
8. Напряжение возникновения частичных разрядов Ui | Наименьшее значение напряжения, при котором интенсивность частичных разрядов становится равной или превышает нормированную интенсивность при повышении напряжения на объекте испытаний. |
9. Напряжение погасания частичных разрядов Ue | Наименьшее значение напряжения, при котором интенсивность частичных разрядов становится равной или меньше нормированной интенсивности при снижении напряжения на объекте испытаний. |
10. Помехи | Электромагнитные процессы, воздействующие на измерительную схему, вносящие искажения в показания измерительного устройства и ограничивающие его чувствительность. |
10.1 Внешние помехи | Помехи независящие от напряжения, приложенного к объекту испытаний, и вызываемые коммутационными процессами в посторонних цепях, излучениями радиопередающих устройств, работой вращающихся машин и т.п. |
10.2 Внутренние помехи | Помехи, зависящие от приложенного к объекту испытаний напряжения, обычно возрастающие при увеличении напряжения и вызываемые разрядами в элементах схемы (например, в испытательном трансформаторе, соединительном конденсаторе, на соединениях высокого напряжения) или искрением в местах некачественного заземления близко расположенного постороннего оборудования. |
11. Нижняя и верхняя частоты полосы пропускания f1 и f2 измерительной схемы | Частоты, при которых частотная характеристика изменяется не более чем на 3 дБ от ее значения в горизонтальной части. |
12. Амплитуда импульса от ЧР – Q | Максимальное значение амплитуды импульса в Вольтах, используется при измерениях на рабочем напряжении, когда нет возможности проведения градуировки. |
2. Контролируемые характеристики
2.1. Измеряемые характеристики
Разрядные явления количественно характеризуются кажущимися зарядами Q единичных разрядов и частотой их следования n. Методические Указания предусматривают измерения частоты следования импульсов напряжения разрядов – ni с амплитудами напряжений. В результате измерений формируется распределение числа импульсов от ЧР в единицу времени от величины амплитуды напряжения, т.е. n(Q).
Количественные соотношения между измеренными амплитудами напряжения и кажущимся зарядом разрядов устанавливаются с помощью градуировки: Qi = Aq · Umax, где Aq – градуировочный коэффициент, (Кл/B), а Umax – амплитудное значение напряжения импульса разряда, (В).
2.2. Рассчитываемые характеристики
Для оценки состояния изоляции определяются:
- средняя мощность ЧР, рассчитываемая как:
(Вт),
где:
U – значение рабочего напряжения «фаза-земля», при котором производились измерения параметров разрядов, в Вольтах.
- тренды характеристик (изменений мощности P(t), величины зарядов Q(t)).
3. Измерения характеристик ЧР на рабочем напряжении с применением переносных датчиков и измерительных приборов
Средства измерений характеристик разрядной активности указаны в Приложении Б.
3.1. Программное обеспечение:
"DIACS Expert" – выполнена в оболочке "Windows". Программа выполняет расчет по разделу 2, включая: управление измерениями при использовании анализатора по заданной временной программе; расчет распределений n(Q); пересчет шкалы амплитуд в единицы заряда; расчет мощности разрядов – Р; сравнение результатов, построение зависимости изменений мощности разрядов от времени – P(t); подготовку протокола испытаний; архивацию результатов.
"DIACS PD Book" – в оболочке «DOS» для анализатора типа PDA-1B. Ручным вводом данных по q и по n позволяет выполнять: расчет распределений n(Q); пересчет шкалы амплитуд в единицы заряда; расчет мощности разрядов – Р.
"DIACS Expert 2002" – выполнена в оболочке "Windows" 95/ 98/ Ме/NT/2000. Программа включает: расчет распределений n(Q); расчет мощности разрядов – Р; сравнение результатов, построение зависимости изменений мощности разрядов от времени – P(t); подготовку протокола испытаний; архивацию результатов
3.2. Градуировка
Градуировка выполняется на отключенном оборудовании с использованием градуировочного генератора и градуировочного конденсатора.
3.3. Практически достигаемые уровни чувствительности
При измерениях в машинном зале - не хуже 20 пКл.
При измерениях на ОРУ напряжением до 220 кВ - не хуже 30 пКл.
Для ОРУ более 330 кВ – не хуже 100 пКл.
4. Формы разрядных явлений
Определение формы разрядного явления, обнаруженного при проведении измерений на рабочем напряжении, проводится по структуре импульса от разряда.
Структуры импульсов для ЧР, искры и дуги с описанием их особенностей даны в табл. А.1.
Таблица А.1 – Формы разрядных явлений
Типичная осциллограмма | Описание явлений |
Частичный разряд в изоляции | |
| «Частичный разряд» происходит в расслоениях изоляции, в газовых включениях и т.д. Частичные разряды имеют место только в том случае, если имеется электрическое поле. Поверхностные ЧР происходят вдоль поверхности диэлектрика под действием тангенциальной составляющей электрического поля. Из структуры импульса видно, что это одиночный выброс, обусловленный явлениями ионизации и далее, рекомбинацией, нейтрализациями и т.д. (задний фронт, длина – сотни нс). После заднего фронта следует колебательная структура, зависящая от схемы вывода сигнала из объекта испытаний и резонансных свойств его электрической схемы. |
Искрения между металлическими частями. | |
| «Искрения» - разрядные явления с большим током между металлическими деталями, перенос зарядов в контакте происходит не за счет ионизации (образования электронных лавин), а за счет электролитических, тепловых и иных механизмов в контактном слое между двумя пластинами. Искрения имеют место в том случае, если протекают большие (хотя бы в импульсе) токи. Импульс высокочастотный (характерная частота ~3-10 МГц) имеет структуру «цуга волн», длина цуга 0,5-1,5 нс. |
Дуговые явления. | |
| «Дуга» |
5. Проведение измерений
Принципиальная схема измерений представлена на рис. А.1. После установки датчиков производятся замеры:
разрядной активности по контрольным точкам по распределениям n(Q);
выполняется локация зон разрядов по анализу осциллограмм.
Рис. А.1 Применение измерительного комплекса ДКЧР для контроля разрядной активности (PDPA+TMP2 или СТ) и локации (осциллограф + ТМР5 + ВИШ).
Расшифровка датчиков приведена в Приложении Б.
6. Анализ технического состояния по результатам измерений разрядной активности
В зависимости от характера n(Q) трансформаторы(реакторы) разделяются на три группы (рис. А.2, А.3)*:
______________________
* Следует указать, что приведенные критериальные кривые являются достоверными для указанных типов оборудования. В зависимости от конструкции, завода-изготовителя, режима эксплуатации кривая будет иметь отличия.
1) с состоянием изоляции, соответствующей «НОРМА» – если qmax менее принятого уровня помех и ниже кривой №1 (область, ограниченная сверху кривой №1).
2) с состоянием изоляции, соответствующей «НОРМА С ОТКЛОНЕНИЯМИ» и «НОРМА СО ЗНАЧИТЕЛЬНЫМИ ОТКЛОНЕНИЯМИ» - если qmax лежит в области между кривыми №1 и №2.
3) с состоянием изоляции, соответствующем «УХУДШЕННОМУ» - если полученная зависимость n(Q) превышает критериальную (область, лежащая выше кривой №2).
Анализ технического состояния по измерениям разрядной активности является предварительным методом. На основании измерений ЧР далее проводится полный объем мероприятий.
Рис. А.2 Критериальные кривые для трансформаторов.
Рис. А.3 Критериальные кривые для реакторов.
7. Проведение объемной локации
Блок-схема измерений дана на рис. А.4. Состав оборудования приведен в подрисуночной надписи. Для идентичности измерений все используемые датчики должны иметь одинаковые частотные характеристики, а соединительные кабели тождественную электрическую длину, выровненную с точностью до 1нс, что позволяет обеспечить точность поверхностной локации 0,2-0,3 м. Каждый измерительный канал (датчик ТМР-5) состоит из датчика и измерительного кабеля длинной не менее 10 м, размещенного на транспортную катушку, которые маркируются следующими цветами: 1-й канал - «красный», 2-й канал – «желтый», 3-й канал - « зеленый», 4-й канал - «синий».
Особенности установки датчиков ЧР на трансформатор.
1) Общее представление об особенностях установки элементов схемы измерений приведено на рис. А.5. Датчик ТМР-5 («красный», «желтый», «зеленый», «синий») устанавливается на баке трансформатора, (автотрансформатора) в четырех точках в узлах координатной сетки.
2) Прокладка кабелей от транспортных катушек к измерительным приборам следует осуществлять без образования «барашков» параллельно. Кабель с катушек должен быть полностью смотан.
3) Точки установки датчиков, при измерениях параметров частичных разрядов, на трансформаторы (автотрансформаторы, шунтирующие реакторы).
4) Для трансформаторов (автотрансформаторов, шунтирующих реакторов), первоначально производится анализ потока импульсов электроразрядной активности с использованием «Анализатора частичных разрядов». После этого выполняется процедура осциллографирования сигналов от ЧР.
Рис. А.4 Блок-схема (1 – датчики ЧР типа ТМР-5; 2 – специальная кабельная линия (кабель РК50); 3 – встроенный декодер; 4 – осциллограф, 5 – компьютер).
Рис. А.5 Установка датчиков измерений разрядной активности на баке трансформатора для проведения объемной локации (слева-направо: красный, желтый, зеленый, синий).
7.1. Измеряемые характеристики и анализ результатов
1) Характеристики потока импульсов.
Измерения распределений n(Q), характеризующих поток импульсов, проводятся с каждого датчика, устанавливаемого в соответствующие точки бака трансформатора (автотрансформатора, шунтирующего реактора).
2) Анализ осциллограмм.
Осциллограммы являются наиболее информативной характеристикой, так как показывают, какие разновидности сигнала имеются. Осциллограммы свидетельствуют о временных особенностях электроразрядного процесса.
3) Установку датчиков на бак трансформатора следует проводить с учетом анализа конструктивного исполнения изоляционной конструкции трансформатора или шунтирующего реактора и учитывать расположение узлов, имеющих повышенную вероятность образования дефектов.
4) Определение типа разрядного явления по структуре осциллограммы:
Измерения осциллограмм должно быть выполнено на нескольких развертках, позволяющих оценить как структуру всего сигнала, так и отдельных его составляющих.
Обязательным является панорамирование сигналов ЧР на длинных развертках (0,5 – 1 мкс/дел), это позволяет оценить общий характер сигналов. Далее измерения производятся с повышенным временным разрешением до 10-100 нс/дел, это дает возможность определить тонкую структуру сигналов и провести их сопоставление с имеющимися данными. Для определения типа разрядного явления осциллограммы, полученные с разных точек установки датчиков для определения типа дефекта, сопоставляются со стандартными или определяются экспертным путем.
7.2. Размещения датчиков на колоколе трансформатора (реактора) при проведении объемной локации
Многообразие явлений и конструктивных вариантов исполнения трансформаторов (автотрансформаторов, реакторов) не позволяет рассмотреть все возможные ситуации, возникающие на практике. Можно выделить наиболее характерные области:
1) Электроразрядные явления в изоляции ввода.
2) Электроразрядные явления и искрения в месте крепления «косы» ввода к обмотке.
3) Электроразрядные явления в изоляции обмоток.
4) Искрения в элементах крепления магнитопровода.
С учетом указанных обстоятельств контроль разрядной активности проводят по 30 зонам поверхности бака трансформатора (рис. А.6) и 12 зонам бака шунтирующего реактора (рис. А.7).
Рис. А.6 Расположение точек съема электроразрядной активности с бака трансформатора (автотрансформатора). Точка №1 находится со стороны ВН в верхней части слева.
Рис. А.7 Расположение точек съема электроразрядной активности с бака шунтирующего реактора. Точка 1 – около нулевого вывода в верхней части.
7.2.1 Порядок проведения измерений на однофазных трансформаторах (автотрансформаторах).
На трансформаторах датчики ЧР размещаются следующим образом:
1-й («красный») датчик (I канал) размещается под вводом ВН;
2-й («желтый») датчик (II канал) размещается под вводом НН ф.В;
3-й («зеленый») и 4-й («синий») датчики размещают в областях верхней и нижней ярмовых балок магнитопровода (III и IV каналы измерений) соответственно.
Для однофазных автотрансформаторов:
1-й («красный») датчик (I канал) размещается под вводом ВН;
2-й («желтый») датчик (II канал) размещается под вводом СН;
3-й («зеленый») датчик (III канал) размещают под вводами НН;
4-й («синий») датчик (IV канал) размещают в области бака РПН.
7.2.2 Порядок проведения измерений на трехфазных трансформаторах:
7.2.2.1 Начальное размещение датчиков следующее:
1-й («красный»), 2-й («желтый»), 3-й («зеленый») датчики размещаются под вводами фаз «А», «В» и «С»;
4-й («синий») датчик размещают в область бака с повышенной электроразрядной активностью, измеренной до проведения процедуры осциллографирования.
7.2.2.2 Далее датчики переставляются около зоны дефекта для уточнения узла изоляции, имеющего разрядные явления.
7.2.3 Порядок проведения измерений на шунтирующих реакторах:
1-й («красный») датчик (I канал) размещают в области «0» вывода обмотки реактора;
2-й («желтый») датчик (II канал) размещают в средней части бака (область куклы ввода), ориентированной в направлении прохождения шлейфа;
3-й («зеленый») датчик (III канал) – в области днища реактора со стороны шлейфа;
4-й («синий») датчик (IV канал) помещают в зону с предварительно установленной областью повышенной активности поверхности бака реактора.
При наличии нескольких зон повышенной активности 4-й датчик устанавливается по отмеченным зонам последовательно.
7.2.4 Проведение амплитудно-временной селекции для групп однофазных трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов. При использовании групп однофазного оборудования, высоковольтные шлейфы проходят параллельно друг другу, являясь прекрасными антеннами для распространения помех на соседнее оборудование.
Во избежание ошибок при определении дефектов необходимо проводить амплитудно-временную селекцию между баками трансформаторов (реакторов). Датчики устанавливаются в одинаковые зоны на баках разных фаз (соответственно). Затем по амплитуде и времени прихода сигнала на вход осциллографа определяют фазу, в которой находится источник сигнала. Дальнейшее обследование проводится по п.7.2.
7.2.5. Проведение амплитудно-временной селекции для оборудования подключенного по стороне ВН или СН высоковольтным кабелем.
Для избегания ошибок при диагностике трансформаторов, подключенных по сторонам ВН или СН высоковольтным кабелем с использованием соединения высоковольтных вводов и концевых муфт кабеля открытым способом (воздушная линия) или закрытым (в масляном баке), необходимо провести амплитудно-временную селекцию, для отделения сигналов собственно трансформатора от сигналов приходящих из кабеля. В этом случае расстановка датчиков должна выглядеть следующим образом.
1-й («красный») датчик (I канал) размещают под вводом ВН;
2-й («желтый») датчик (II канал) размещают под вводом СН;
3-й («зеленый») датчик (III канал) – размещают под вводом НН ф.В;
4-й («синий») датчик (IV канал) на элементы крепления кабеля в кабельной шахте.
Указанная расстановка датчиков может использоваться и для сухих трансформаторов с кабельными соединениями.
7.3. Принятие решений по результатам локации зон дефектов
7.3.1 Признаки типичных дефектов приведены на осциллограммах табл. А.2.
7.3.1.1 Дефекты в верхней части колокола. Типичными дефектами трансформатора являются разряды в изоляции узла «ввод-кукла-выход обмотки ВН». Признаками этих дефектов являются (осциллограммы П1, П2 табл. А.2):
- сигналы, кроме одного, ослаблены
- наличие задержки во времени относительно сигнала фиксируемого с датчика расположенного вблизи дефектного ввода
7.3.1.2. Зона на баке. В случае наличия электроразрядных явлений в активной части, датчик, регистрирующий опережающий сигнал, будет наиболее близко расположен к дефекту, место которого в последствии уточняется путем перемещением датчика в окрестности аномальной зоны бака.
Дефектами в баке могут быть, ЧР в изоляции (П3¸П5), искрения или дуговые явления (П6¸П8).
7.3.1.3 Узел РПН. Типичным дефектом РПН является искрение в контактах предизбирателя и главного контакта, а также в болтовых контактах, фиксируется по осциллограммам. Для контроля изменения интенсивности явлений в РПН целесообразно применять РИП (табл. Б.1) для непрерывных измерений в течение нескольких дней.
7.3.2. По результатам анализа данных по п.7.3.1 определяется форма разрядного явления и дефектные узлы. Учитывая величину амплитуды и интенсивность по табл. А.3 делается заключение о техническом состоянии.
7.4. Оформление протокола по результатам объемной локации
Результаты измерений, которые вносятся в Протокол:
расположение датчиков, схема измерений;
распределения n(Q) для всех положений датчиков;
результаты осциллографирования:
- таблицы по всем типам дефектов;
- типичные осциллограммы по всем дефектам.
Таблица А.2 – Типовые осциллограммы сигналов от частичных разрядов, в трансформаторах
ЧР в изоляции узла ввода | ||
| П.1 | ЧР в изоляции ввода или в бумажно-масляной изоляции около ввода (верхний луч) и на соседнем вводе (нижний луч). |
| П.2 | Однополярный (короткий ~50 нс) импульс на одной из фаз (А) – верхний луч, импульс короткий, последующих колебаний нет. Наведенный сигнал на другую фазу (С) практически отсутствует. |
ЧР в изоляции обмотки | ||
| П.3 | Импульс однополярный, длинный (более 200 нс) с последующими колебаниями – верхний луч, заметен наведенный сигнал на другой фазе В. |
| П.4 | Разряд по поверхности бумажной изоляции. |
| П.5 | Ползущий разряд – верхний луч, нижний луч – сигнал на соседней фазе. |
Искровые и дуговые явления в конструкциях крепления магнитопровода | ||
| П.6 | Разрядное явление – верхний луч. |
| П.7 | Сигналы с ф. «А» и ф. «С» примерно одинаковые. Это соответствует искрению в магнитопроводе в окрестности фазы «В». |
| П.8 | Искровой разряд на фазе «В» –верхний луч. |
Таблица А.3 – Определение технического состояние изоляции трансформаторов (реакторов) по результатам контроля разрядных явлений
Классификация в соответствии с «Объемом и нормами…» | Классификация технического состояния | Степень развития дефекта в соответствии с РД ЭО-0069-97 | Величины максимальных амплитуд частичных разрядов, Кл | Величины амплитуд искровых или дуговых явлений, В | |||
В обмотках и между катушками | Главная изоляция, барьеры, в соответствии с РД*, п.4.9.4 | Вводы в соответствии с РД*, п.4.9.4 | Разряды в креплениях активной части | Разряды в пакете и магнитных шунтах | |||
Неисправное состояние | ПРЕДАВАРИЙНОЕ | Предельное состояние | более 5 нКл | более 100 нКл | более 10 нКл | - |
|
УХУДШЕННОЕ | Критический дефект | до 2,5 нКл | 5-25 нКл | 0,5-2,5 нКл | искровые явления более 10 В | дуговые явления | |
НОРМА | Значительный дефект | до 500 пКл | 1-5 нКл | до 500 пКл | искровые явления до 2 В | ||
Исправное состояние | НОРМА с отклонениями | Малозначительный дефект | до 100 пКл | до 1000 пКл | до 100 пКл | искровые явления до 0,5 В | |
НОРМА | Отсутствие явных дефектов |
| до 100 пКл | - | отсутствие разрядных явлений | ||
