ДИАГНОСТИКА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

ДИАГНОСТИКА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Мамедова Гулая Вейсал

канд. техн. наук, доц., Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

Пириева Наджиба Мелик

д-р философии по технике, доц., Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

Ширинова  Мелекханум Черказ

магистр, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

DIAGNOSIS OF POWER TRANSFORMERS

Gulaya Mamedova

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Azerbaijan State University of Oil and Industry,

Azerbaijan, Baku

Najiba Pirieva

Doctor of Philosophy in Engineering, Associate Professor, Azerbaijan State University Oil and Industry,

Azerbaijan, Baku

Malakhanim Shirinova

Magistr, Azerbaijan State University of Oil and Industry,

Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Для повышения надежности системы электроснабжения очень важно раз­ра­бо­тать современные методы диагностики, позволяющие контролировать рабо­ту си­ло­вого трансформаторного оборудования. Рассмотренная в статье сис­те­ма диаг­нос­тики позволяет оценить техническое состояние силового транс­фор­маторного оборудования, вовремя определить начавшиеся изменения в тех­ни­ческом сос­тоя­нии и своевременно провести профилактические работы и ремонт, продлить срок службы силового трансформатора. На основе диаг­нос­тики пра­виль­ная оценка будущих эксплуатационных возмож­нос­тей обору­до­ва­ния поз­воляет избе­жать излишних финансовых затрат, а также потерь из-за прек­ра­щения элек­тро­снабжения вследствие аварии.

ABSTRACT

To improve the reliability of the power supply system, it is very important to develop modern diagnostic methods that allow you to control the operation of power transformer equipment. The diagnostic system considered in the article makes it pos­sible to assess the technical condition of power transformer equipment, to determine in time the changes that have begun in the technical condition and to carry out preventive maintenance and repairs in a timely manner, to extend the service life of the power transformer. On the basis of diagnostics, a correct assessment of the future opera­tional capabilities of the equipment helps to avoid unnecessary financial costs, as well as losses due to interruption of power supply due to an accident.

Ключевые слова: трансформатор, диагностика, изоляция, сопротивление, анализ, измерение.

Keywords: transformer, diagnosis, isolation, resistance, analysis, measurement.

Диагностика силовых трансформаторов проводится для оценки состояния изоляции и выявления возникающих там дефектов. Наиболее характерными видами дефектов изоляции являются локальные - дефекты, охватывающие небольшую часть площади изоляции (трещины, складки, воздушные включения,

 локальные прогревы и др.).

Диагностика силовых трансформаторов проводится для оценки состояния изоляции и выявления возникающих там дефектов. Наиболее характерными видами дефектов изоляции являются локальные - дефекты, охватывающие небольшую часть площади изоляции (трещины, складки, воздушные включения, локальные прогревы и др.). Так как внутренняя изоляция силового транс­фор­ма­тора состоит из твердых (бумага, картон и др.) и жидких диэлектриков, характер происходящих в них физико-химических изменений также различен. Для выяв­ления износа отдельных компонентов изоляции во времени измеряют харак­те­рис­тики изоляции силового трансформатора (сопротивление изоляции, угол диэ­лек­трических потерь и емкость). Объектом контроля является, прежде всего, ак­тив­ная часть трансформатора, жидкий диэлектрик (для маслонаполненных транс­форматоров), изоляция вводов, см. целостность, устройства защиты и защитные устройства [1].

Измерение сопротивления изоляции. Измерение сопротивления изоля­ции Р_из позволяет обнаружить демпфирование изоляции в целом и только демп­фи­рование любого из слоистых слоев изоляции. Для нахождения сопротивления изоляции к изоляции прикладывают постоянное напряжение и через период 1 мин. измеряется значение тока, проходящего через поперечное сечение этой изоляции. Сопротивление изоляции находится как отношение этого напряжения к номинальному току.

Коэффициент поглощения является одним из основных параметров, указы­вающих на демпфирование изоляции трансформатора. С помощью этого коэф­фи­циента можно определить влажностное состояние слоистой изоляции (между обмотками) трансформатора. Из-за наличия явлений поглощения при прило­же­нии к изоляции постоянного напряжения через определенное время, около 10 секунд, величина протекающего тока изменяется. Следовательно, сопротивление изоляции через 60 секунд после подачи напряжения. (R60) то меряют. Таким образом, контролируя количество R60, мы можем получить информацию о влажности утеплителя в целом. Они используют следующий коэффициент поглощения для определения содержания влаги между слоями изоляции.

K_abs = R₆₀ / R₁₅

где R60 — измеренное сопротивление изоляции через 60 секунд после подачи напряжения, R15 — измеренное сопротивление изоляции через 15 секунд после подачи напряжения. Если K_abs<1,3 изоляция недопустимо намокает [2,3].       

Схема измерения сопротивления представлена ​​на рис. 1.

Рисунок 1. Схема измерения сопротивления обмоток трансформатора

Перед измерением поверхность трансформатора и изоляторов необходимо полностью очистить от грязи. Сопротивление изоляции измеряют мегаомметром на 2500 В с максимальным пределом измерения не менее 10000 МОм. Перед измерением трансформатор должен быть выключен не менее чем на 2 минуты для разрядки емкостной нагрузки (электрической нагрузки). должны быть заземлены во время После подключения мегаомметра, как показано на схеме, его опора составляет два цикла в секунду, а коэффициент поглощения рассчи­ты­вается путем записи стрелки на 15-й и 60-й секундах

В настоящее время для измерения сопротивления применяют современные электронные мегаомметры. По схеме, представленной на рисунке 1, можно измерять сопротивления между отдельными цепями, между цепью и баком и т.д. Допустимые значения R60 - минимального сопротивления (в МОм) масло­на­пол­нен­ных трансформаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 Допустимые значения R60 - минимальное сопротивление маслонаполненных трансформаторов, в МОм

Хроматографический анализ маслорастворимых газов. При возникновении дефектов в маслонаполненной изоляции (масляные трансформаторы, масло­на­пол­ненные вводы, трансформаторы тока и др.) изменяются физические свойства и химический состав масла. Такие распределенные дефекты изоляции можно обнаружить, проводя общий химический анализ нефтяного масла или измеряя электрическую прочность и угол диэлектрических потерь. В последнее время все большее распространение получил метод выявления повреждений в силовых трансформаторах по результатам анализа растворенных в масле газов. Этот ме­тод заключается в отделении различных газов, не содержащихся в масле при нор­мальной работе, при неисправностях трансформатора. Эти газы сначала раст­воряются в масле и практически не ощущаются газовым реле. Отделив эти газы от масла и проанализировав их, можно обнаружить повреждения. Анализы про­водятся на специальном приборе - хроматографе, сотрудниками с соот­вет­ству­ющей химической подготовкой. При анализе в масле содержатся: угле­кис­лый газ СО₂, окись углерода СО, водород Н₂ и углеводороды - метан СН₄, ацетилен С₂Н₂, этилен С₂Н₄, этан C₂H₆, а также кислорода O₂ и азота N₂ такие соединения обнаружены.

В настоящее время с помощью хроматографического анализа можно выделить две группы повреждений силовых трансформаторов:

1) дефекты твердой изоляции (перегрев и ускорение износа твердой электроизоляции, частичные (местные) разряды в бумажно-масляной изоляции);

2) перегрев металла и возникновение частичных разрядов в масле (дефекты

токоведущих частей, особенно контактных соединений, магнитопроводов и деталей конструкций, в том числе возникновение коротких замыканий и др.) [4].

В таблице 2 показан характер дефектов в зависимости от концентрации различных газов, образующихся внутри масла.

Таблица 2.

Характер развития дефектов, связанных с концентрацией газов внутри масла

Таким образом, по концентрации газов в жидкости можно судить о харак­тере дефектов, которые могут возникнуть в маслонаполненных устройствах.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) изоляции цепи. Энер­гия (тепло), выделяющаяся из электроизоляционного материала под дей­ствием электрического поля, называется диэлектрическими потерями. Энергия, выделяющаяся из диэлектрика в электрическом поле, обычно харак­те­ри­зуется углом диэлектрических потерь, а также тангенсом угла диэлек­три­чес­ких потерь. При испытании диэлектрик рассматривают как конденсатор и из­меряют угол δ, дополняющий угол между напряжением и током в емкостной цепи до 90  градусов (рис. 2).

Рисунок 2. Векторная диаграмма токов, протекающих через диэлектрик при переменном напряжении

U-напряжение, приложенное диэлектрику; I-полный ток, протекающий через диэлектрик; I_a, I_c - активный и пассивный токи; φ- угол сдвига фаз между напряжением и полным током; δ- угол между полным током и током емкости

Отношение активного тока к реактивному току (активной мощности к реактивной мощности) называется углом диэлектрических потерь и выражается в процентах.

Идеальный диэлектрик не имеет потерь и δ=0 и соответственно tgδ=0. Однако при смачивании изоляции увеличивается значение активной части тока, и как следствие, увеличивается и значение tgδ. Чем больше значение tgδ, тем больше диэлектрические потери, а это свидетельствует об ухудшении состояния изоляции. Для каждого электрооборудования значение tgδ нормировано и зависит от величины приложенного напряжения и температуры. Измерения сле­дует производить при температуре не ниже +10°С. Измерение tgδ проводят в элек­­тротехнической лаборатории. Значения угла диэлектрических потерь изол­я­ции обмоток при различных температурах приведены в таблице 3. Измерение tgδ осуществляется по мостовым схемам низкого и высокого напряжения.

Таблица 3.

Значения угла диэлектрических потерь изоляции обмоток

На рис. 3 показана нормальная (прямая) схема подключения измери­тель­ного моста. Эта схема используется, когда оба электрода измеряемого объекта изолированы от земли. При этом меняются положения заземляющих зажимов моста и зажимов подачи напряжения.

Рисунок 3. Нормальная (прямая) схема включения моста переменного тока

Т_р-испытательный трансформатор; C_N-образцовый конденсатор;

C_X-тестируемый объект; Г-гальванометр; R₃-переменный резистор;

R₄-постоянный резистор; C₄ -магазин емкостью

При измерениях также используется инвертированная (обратная) схема. Хотя точность преобразованной схемы меньше, чем у нормальной схемы, эта схема используется при измерении tgδ изоляции трансформаторов.

Измерение величины изоляции tgδ проводят при напряжениях, равных номинальному напряжению, при условии, что оно не выше 10 кВ. В случаях, ког­да номинальное напряжение ниже 6 кВ, измерения производят при напряжении 220-380В.

Испытания повышенным напряжением промышленной частоты (метод разрушающего контроля). Трансформаторы проходят испытания перед вводом в эксплуатацию и после ремонта. Сначала проверяется цепь низкого напря­жения, затем цепь высокого напряжения. Все три входа проверяемой цепи подключены к испытательному трансформатору через предохранитель. Вводы другой цепи и бака заземлены. Испытательное напряжение повышают пос­тепенно (медленно) и поддерживают при этом напряжении в течение 1 минуты, а затем напряжение постепенно снижают до нуля. В зависимости от класса напря­жения значения испытательных напряжений силовых трансформаторов и реакторов приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Испытательные напряжения промышленной частоты внутренней изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов и реакторов

При испытании допускается возникновение внутри трансформатора сла­бых разрядов, сопровождающихся характерным звуком «треск». В первые пол­ми­нуты возможны некоторые разряды, а затем процесс останавливается. Если в течение 1 минуты пробой не происходит, испытательное напряжение сни­жают до нуля, и трансформатор считается прошедшим испытание. Трансфор­ма­торное масло испытывают, определяя его электрическую прочность (напряжение пробоя) и измеряя tgδ.

Для защиты испытуемого объекта от случайных скачков напряжения параллельно ему подключается сферический разрядник. Пробивное напряжение разрядника при­ни­мается равным 115-120% испытательного напряжения. Па­рал­лельно искро­гасителю подключен токоограничивающий резистор. При испы­тании транс­фор­ма­торов температура изоляции обмоток не должна быть выше 40 ⁰С. Величину испытательного напряжения можно контролировать с помощью электро­ста­ти­ческого киловольтметра, подключенного к цепи [5]. 

В настоящее время существуют такие высоковольтные испытательные при­боры, что установленный на приборе вольтметр показывает значение вто­рич­ного напряжения.

В целях повышения надежности системы электроснабжения разработка современных методов диагностики, позволяющих контролировать работу силового трансформаторного оборудования в режиме онлайн, является одним из важных вопросов и требует изучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В статье проанализированы современные системы и методы диаг­нос­тики силового трансформаторного оборудования. Эти методы позволяют сво­ев­ре­менно выявлять дефекты трансформаторов, вступившие в их техни­ческое состояние, а также своевременно осуществлять профи­лак­ти­ческие работы и ремонт. Это продлевает срок службы трансформатора. Про­ве­дение дан­ной диагностики позволяет выявить отказ трансформатора на начальной стадии, что немаловажно при эксплуатации электрических сетей.

Список литературы:

1. А.П. Батрак, В.С. Секацкий, А.В. Тюрюмина Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов. Современные материалы, техника и технологии, №3 (3), 2015 с 245-250
2. Романов А.С. Анализ и классификация известных методов и средств диагностики силовых масляных трансформаторов /Молодой ученый-2020.-№22(312).-с138-142.
3. Алексеев Б.А.Системы непрерывного контроля состояния крупных силовых трансформаторов. Электр. Станции.-2000.№8-с.62-70
4. Хренников А.Ю. «On-line» система защиты и мониторинга механи­ческого состояния обмоток силовых трансформаторов и реакторов Вест.СамГТУ-Технические науки.-2007 №2(20)-с.158-163
5. Костинский С.С. Обзор состояния отрасли трансформаторного производства и тенденций развития конструкции силовых транс­фор­ма­торов. Журнал Известия высших учебных заведений. Энергетика, №1, 2018