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:
- испытательное постоянное напряжение, регулируемое в диапазоне +0,3... 1,8 кВ;
- канал измерения напряжения в диапазоне + 0,03.. .5 кВ;
- три канала измерения тока в диапазоне от +15 нА до 5 мА;
- входные (измерительные) сопротивления каналов 1 МОм;
- общее время измерений от 0,35 секунды до 30 минут
(можно прервать раньше);
- интервал между отдельными измерениями: меняется по логарифмической шкале от 0,05 с в начале до 10 и более секунд в конце общего времени измерений;
- 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.
- Результаты измерений.
- 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.
- 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;
- - 2НН; Ii - ИВ ввода 500; I2 - ИВ ввода 220
Рис. б. Uзар - ИВ ввода 220; Io - 1НН;
- - 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.
- 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
- 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 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.
- 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;
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
- Иерусалимов М. Е., Абрамов В. Б., Брейбурт В. И., Удод Е. И. Методы оценки увлажненности мощных трансформаторов Электротехника, 1978, №1, с 42-46.
- Кудратиллаев А. С. Методы и устройства контроля состояния изоляции оборудования и линий высокого напряжения. «Фан», 1988.
- 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.