Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок - Квалификационные, типовые и периодические испытания

Квалификационные* испытания проводят на первом образце каждого нового типа трансформатора или реактора до начала серийного или единичного повторяющегося производства.
Типовым испытаниям подвергают изделия по полной или сокращенной программе при изменении конструкции, материалов или технологии производства, если эти изменения могут оказать влияние на характеристики изделий.
Периодические испытания проводят в объеме и в сроки, достаточные для обеспечения соответствия трансформаторного оборудования стандартам и техническим условиям на конкретные группы и типы изделий, но не реже 1 раза в пять лег для трансформаторов и реакторов мощностью менее 10 МВ-А и 1 раза в восемь лет для трансформаторов и реакторов мощностью 10 МВ-А и более.
В квалификационные и периодические испытания входят все виды приемо-сдаточных испытаний, а также дополнительно следующие испытания; на нагрев, на электрическую прочность изоляции напряжениями грозовых импульсов и электрическую прочность внешней изоляции (воздушных промежутков), на стойкость при КЗ, баков на механическую прочность, на уровень шума, на стойкость к климатическим и механическим воздействиям. При периодических испытаниях трансформаторного оборудования испытания на стойкость при КЗ не являются обязательными.
Испытания на нагрев проводят по любому из методов, рекомендованных ГОСТ 3484-77, причем схемы соединения зажимов и закорачивания обмоток выбирают так, чтобы токи в обмотках и потери электроэнергии в опытах соответствовали режимам работы трансформаторного оборудования в составе преобразовательной установки. Допустимые превышения температуры отдельных частей масляного трансформатора или трансформатора с заполнением негорючей жидкостью над температурой охлаждающей среды не должны превышать значений, приведенных в табл. 7.2.

*Ранее эти испытания называли типовыми, приемочными.

Таблица 7.2

В отдельных обоснованных случаях допускается превышение температуры обмоток трансформатора и встроенных уравнительных реакторов или других встроенных в бак изделий до 65 С. В трансформаторах для преобразователей с выпрямленным напряжением до 100 В и выпрямленным током свыше 6300 А в отдельных точках магнитопровода и конструктивных элементов допускается превышение температуры металлической поверхности до 85 С.
Испытание электрической прочности изоляции СО масляных трансформаторов напряжениями грозовых импульсов, а также электрической прочности внешней изоляции (воздушных промежутков) испытательными напряжениями при промышленной частоте и грозовыми импульсами выполняют по методам ГОСТ 15162-76 и ГОСТ 22756-77 [7.7]; значения испытательных напряжений приведены в табл. 1.9. Трансформаторы классов напряжения 3—35 кВ с РПН при диапазоне регулирования напряжения более 20% импульсным испытаниям не подвергаются, так как они предназначены для работы в электрических установках, не подверженных воздействиям атмосферных перенапряжений или снабженных специальными устройствами грозозащиты. Трансформаторы с заполнением негорючей жидкостью и сухие испытываются коммутационными волнами и импульсными напряжениями, их значения приведены в табл. 1.10.
На стойкость при КЗ испытывают все ПТ мощностью до 80 МВ-А. Точность методов расчета электродинамической стойкости обмоток при КЗ недостаточна. Их можно использовать только для предварительной оценки стойкости конструкции новых трансформаторов или сравнения показателей аналогичных трансформаторов, достаточно близких по конструкции, мощности и технологии производства. Поэтому испытания на стойкость при КЗ являются основным, наиболее достоверным методом определения фактической электродинамической стойкости трансформатора. Они позволяют обнаружить неустойчивые узлы и дать рекомендации по их усилению.
Выбор режимов электродинамических испытаний ПТ связан с особенностями их конструкции и возможных аварийных ситуаций. Вентильная обмотка может состоять из двух, трех или четырех частей, занимающих соответственно половину, треть или четверть высоты стержня. При больших мощностях каждая часть обмотки работает на отдельный преобразователь. Номинальные токи ВО часто достигают десятков тысяч ампер. Это обусловливает в аварийных режимах амплитудные мгновенные значения токов до 400 кА. Большие выпрямленные токи требуют выполнения сложной ошиновки, а также специальных вводов, способных выдержать токи КЗ.

При эксплуатации трансформаторов, питающих полупроводниковую преобразовательную установку, возможны следующие аварийные режимы:
КЗ на вводах ВО трансформатора. Это наиболее тяжелый режим, особенно когда КЗ возникает на вводах одной из частей ВО;
КЗ в преобразователях или на шинах постоянного тока. В этом режиме токи КЗ несколько ограничены сопротивлениями ошиновки, реакторов, элементов преобразователей.
Для СО в большинстве случаев наиболее тяжелым является режим, при котором все части ВО закорочены и имеют минимальное эквивалентное сопротивление. Для ВО наиболее тяжелым является режим, когда замкнута одна ее часть. Этот режим особенно опасен, если закороченная часть ВО занимает часть высоты стержня. При этом на стыке закороченной и разомкнутой частей обмотки возникает большое радиальное поле рассеяния, вызывающее значительные осевые силы.
Перечисленные факторы определяют выбор испытательных режимов, однако их количество на одном испытуемом трансформаторе должно быть сведено до минимума. При этом необходимо проводить испытание части ВО, подверженной наибольшим силам и определяемой на основании расчета динамических усилий. Режимы КЗ указываются в программах испытаний на конкретные типы трансформаторов, причем в каждом режиме трансформатор должен подвергаться пяти опытам КЗ длительностью от 0,5 до 1 с. Последовательность режимов испытаний выбирают соответственно ожидаемому увеличению расчетных сил.
При наличии мощного сетевого стенда, способного стабильно поддерживать напряжение в установившемся аварийном режиме, кроме электродинамических испытаний проводят испытания термической стойкости трансформатора при относительно длительном воздействии аварийного тока. Для этого один из режимов внезапного КЗ, как правило последний, проводят в течение 5 с. Это испытание позволяет оценить правильность выбора сечений обмоток, подводящих шин, прочность изоляционных покрытий и качество пайки.
Учитывая, что напряжение, как правило, подается на высоковольтную сетевую обмотку, для обеспечения достаточной надежности изоляции трансформаторы испытывают полностью собранными в собственном баке с трансформаторным маслом. Это дает возможность также учесть влияние бака на поля рассеяния и одновременно испытать вводы на стойкость при КЗ.

В тех случаях, когда СО, на которую подается напряжение при предварительно замкнутой ВО, является внутренним концентром, принимают меры, исключающие насыщение магнитной системы. Для этой цели принудительно намагничивают трансформатор постоянным током с помощью специального источника питания [7.10].
При испытаниях на стойкость при КЗ преобразовательных трансформаторов в основном придерживаются методов, изложенных в ГОСТ 20243-74 и РТМ 16.688.026-74, и осциллографируют следующие основные электрические величины: первичное напряжение, первичный и вторичный токи. Осциллограммы позволяют определить значения подводимого напряжения, ударного и установившегося токов, длительность и характер протекания аварийного режима. Первичное напряжение осциллографируют через измерительный трансформатор напряжения, а ток — через трансформатор тока с номинальным током, близким к ударному значению тока в опыте. Встроенные в отводы ВО трансформаторы тока для записи аварийных токов непригодны, так как при испытаниях ток в десятки раз превышает номинальный и погрешность измерения возрастает недопустимо.
При электродинамических испытаниях особенно важны следующие этапы: методы обнаружения повреждений; осциллографирование тока и напряжения во время аварийного режима; проведение опыта XX и измерение напряжения КЗ после осуществления каждого из серии очередных режимов в целях определения возможного виткового замыкания или смещения обмоток; приемо-сдаточные испытания после полного цикла электродинамических режимов, подтверждающие неизменность электромагнитных характеристик; внешний осмотр активной части, тензометрические измерения усилий в обмотках, воздействующих на ярмовые балки. При подозрениях на повреждение внутренних обмоток производят полный демонтаж обмоток.
В соответствии с отраслевыми стандартами или техническими условиями баки масляных трансформаторов мощностью 1000 кВ А и более испытывают на механическую прочность при остаточном давлении 50 кПа внутри них, и, кроме того, их испытывают на механическую прочность при избыточном внутреннем давлении 50 кПа.
Допускается распространять на трансформатор данного типа, если он идентичен ранее прошедшему испытания трансформатору другого типа, результаты следующих испытаний: на нагрев; переключающих устройств и блока автоматики управления приводом; на стойкость при КЗ; бака на механическую прочность при вакууме и повышенном внутреннем давлении.

Допускается также распространять результаты испытания на стойкость при КЗ одною типа трансформатора на новый тип аналогичной (но не полностью идентичной) конструкции, если на основании расчетных данных и типовых испытаний стойкость нового типа трансформатора при КЗ оценивается достаточной.
Допустимые значения среднего уровня звука нормируют, так же как и для силовых масляных трансформаторов общего назначения, по ГОСТ 12.2.024-76 в зависимости от типовой мощности и класса напряжения. Они приведены в табл. 7.3.
Уровень шума измеряют на линии, расположенной на расстоянии 0,3 м от условной излучающей шум поверхности трансформатора, при номинальном напряжении и номинальной частоте на основных ответвлениях обмоток в режиме XX. Для трансформаторов с установленной системой охлаждения видов Д и ДЦ уровень шума измеряют при отключенном дутье на расстоянии 0,3 м и при включенном дутье на расстоянии 2 м от поверхности излучения. Допустимый уровень шума трансформаторов с заполнением негорючей жидкостью, а также реакторов независимо от способа охлаждения не должен превышать 80 дБ·А, если в технических условиях на конкретные типы изделий не предусмотрены другие нормы.
Испытания трансформаторов и реакторов к климатическим воздействиям в зависимости от климатического исполнения и категории размещения изделия проводят по методам ГОСТ 16962-71 в следующем объеме: испытание на воздействие смены температур; испытание на теплостойкость в эксплуатации; испытание на влагостойкость; испытание на холодостойкость при транспортировании, хранении и эксплуатации; испытание на воздействие инея с последующим его оттаиванием; испытание на брызгозащищенность. Эти испытания могут проводиться и на составных частях (узлах) трансформаторов и реакторов [7-12].

*D — диаметр стержня магнитопровода, мм.

При испытаниях на стойкость к механическим воздействиям определяют механическую прочность изделий при транспортировании по ГОСТ 23216-78. Испытания проводят по методам ГОСТ 23216-78 при транспортировании железнодорожным или автомобильным транспортом в зависимости от условий транспортирования— легких Л, средних С, жестких Ж, которые установлены для конкретных типов изделий.
Кроме рассмотренных выше в процессе производства проводят и ряд других испытаний, имеющих цель выявить возможные отклонения и дефекты на ранней стадии производства. У магнитопроводов проверяют мегаомметром сопротивление изоляции ярмовых балок, прессующих шпилек и пластин, а также сопротивление изоляции листовой стали. Минимально допустимые сопротивления межлистовой изоляции постоянному току приведены в табл. 7.4.
В многопараллельных дисковых обмотках определяют коэффициенты трансформации всех параллельных ветвей до запайки. В ВО проверяют правильность выполнения транспозиций и отсутствие замыкания между параллельными проводами [7.14].