Диагностика опрессовки активных элементов и механических деформаций обмоток трансформаторов

Вибрационный метод оценки состояния опрессовки активных элементов трансформаторов. Методы ранней диагностики состояния высоковольтных масляных трансформаторов в рабочих режимах оценкой состояния опрессовки активных элементов «безразборным» способом позволяют повысить надежность эксплуатации и снизить затраты на проведение ремонтных работ. Реальное техническое состояние опрессовки обмотки и магнитопровода может быть определено по замерам вибрации в определенных точках на наруж -ной поверхности масляного бака трансформатора.

Для диагностики высоковольтных масляных трансформаторов разработано специальное приложение спектрального виброанализа «Веста» («Вибро-центр», г. Пермь). Техническое состояние опрессовки обмотки и магнитопровода определяется по замерам вибрации в 12 точках на баке трансформатора. Программа достаточно корректно моделирует физические процессы в трехфазном трансформаторе, учитывает влияние насыщения активной стали на распределение гармоник тока и магнитного потока при изменении нагрузки. Программа содержит математические модели распределения вибраций в «распрессованной» обмотке и «ослабленной» стали магнитопровода. Обработка результатов измерений и математическое моделирование позволяют сделать заключение о состоянии активных материалов трансформатора.

В процессе диагностирования масляного трансформатора с помощью экспертной системы «Веста» выполняется один замер на холостом ходу, другой в режиме, близком к режиму полной нагрузки, не менее 50 – 80 % от номинала, чем ближе к 100 %, тем выше достоверность. Замеры выполняют переносным спектроанализаторомКорсар +(описание спектроанализатора дано в главе 8 данного учебного пособия), который входит в состав экспертной системы. Результаты измерений «сбрасываются» по кабелю в компьютер, где обрабатываются и хранятся в памяти.

На основе анализа спектров вибросигналов, учета мощности целых и дробных гармоник в диапазоне от 10 до 1000 Гц, программа в автоматическом режиме позволяет:

- контролировать качество опрессовки обмоток по всем фазам трансформатора со сторон ВН и НН, обнаруживать «дефектную фазу» и даже место с ослаблением опрессовки обмоток, определить относительную степень ослабления;

- определять состояние прессовки сердечника трансформатора, на ранней стадии выявлять места в сердечнике, «склонные» к ослаблению прессовки пакета, в которых в дальнейшем может возникнуть «пожар стали»;

- выявлять общее состояние элементов конструкции трансформатора контролируя магнитный поток по путям рассеяния обмоток;

- своевременно выявлять все тенденции ухудшения любого из параметров, выбирать из всего эксплуатируемого на предприятии оборудования то, состояние которого нестабильно и ухудшается.

Все контролируемые параметры приводятся в диагнозах в виде обобщенных расчетных «коэффициентов состояния». Это позволяет применять данную методику без корректировки практически для всех типов применяемых трансформаторов.

Если значение какого-либо коэффициента (коэффициент общего состояния трансформатора, коэффициенты прессовки обмотки, опрессовки активной стали, крепления элементов конструкции) не меньше, чем 0,9, то это зона хорошего состояния. Если он меньше 0,9, но больше, чем 0,8, то данный параметр соответствует критериям удовлетворительного состояния. Если его значение ниже этого предела – это зона аварийного состояния. Необходимо срочно принимать меры по улучшению состояния трансформатора.

Диагноз по состоянию элементов трансформатора представляется программой в двух модификациях – в графическом виде и в виде справки. Графический диагноз может быть просмотрен на экране для одной фазы, для меди или активной стали. Программа рассчитывает комплексный коэффициент качества эксплуатации каждого трансформатора, учитывающий особенности его эксплуатации. На основании анализа трех и более замеров вибрации, выполненных на трансформаторе, по изменению «коэффициента состояния» программа дает рекомендации по рациональным срокам и объемам проведения ремонтных работ активных элементов трансформатора.

Диагностика механических деформаций обмоток трансформаторов методом низковольтных импульсов. Недостаточная электродинамическая стойкость обмоток трансформатора при протекании токов короткого замыкания, приводящая к механическим деформациям обмоток, является одной из основных причин аварийного выхода трансформатора из строя. Продление жизни трансформатора в значительной степени зависит от стабильности механических характеристик его обмоток. Однако даже в правильно спроектированном трансформаторе заложены предпосылки его будущих проблем применительно к электродинамической стойкости при КЗ. Причиной этих предпосылок является технология изготовления обмоток, из-за чего обмотки нового трансформатора с самого начала имеют некоторые дефекты плотности намотки. Обмотки трансформаторов стараются делать магнитосимметричными, что позволяет минимизировать электродинамические силы, действующие в обмотках и на опоры: прессующие кольца, ярмовые балки. В новом трансформаторе эта несимметрия невелика и не представляет опасности для трансформатора. Однако, чем старше трансформатор, тем больше электродинамических воздействий при КЗ, толчках нагрузки он получает, тем больше меняются физико-химические свойства изоляции, тем больше меняются ее механические свойства. В результате этих воздействий происходит снижение запрессовки обмоток, увеличение начальной магнитной несимметрии, которая всегда стремится в сторону увеличения. При снижении усилия запрессовки обмоток, при увеличении их магнитной несимметрии растут электродинамические силы, что приводит к еще большему снижению запрессовки и увеличению несимметрии. И так до тех пор, пока электродинамические силы не возрастут настолько, что разрушат трансформатор.

В настоящее время для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов наиболее широко применяются два метода: метод измерения сопротивления короткого замыкания и более чувствительный метод - метод низковольтных импульсов (НВИ) или близкий к нему по сути метод частотного анализа. Суть метода НВИ состоит в том, что от специального генератора на обмотки (или в нейтраль) расшинованного трансформатора подается прямоугольный зондирующий импульс низкого напряжения (100 - 500 В) и одновременно осциллографируются реакции обмоток на воздействие этого импульса - напряжения на измерительных сопротивлениях, подключенных к другим обмоткам. Сначала при первичном дефектографировании на трансформаторе снимаются нормограммы, которые в дальнейшем будут сравниваться с дефектограммами - осциллограммами, полученными при последующих измерениях. Сравнение по определенной методике нормограмм и дефектограмм позволяет оценить состояние обмоток трансформатора. Если диагностика для данного трансформатора проводится впервые, то оценка состояния обмоток производится сравнением осциллограмм разных фаз. Более высокая чувствительность метода низковольтных импульсов по сравнению с другими обусловлена тем, что даже относительно небольшие смещения элементов обмоток (витков, катушек) приводят к значительным локальным изменениям соответствующих емкостей. Изменение емкости приводит к изменению собственной частоты колебаний соответствующего контура, что и проявляется в осциллограмме. В этом преимущество метода НВИ перед методом измерения комплексного сопротивления обмотки Z _k, который обладает высокой чувствительностью, в основном, только к тем деформациям, которые приводят к изменению главного канала рассеяния трансформатора.

Установка включает в себя:

- портативный персональный компьютер с программным обеспечением для проведения диагностики;

- платы аналого-цифрового преобразователя и устройства связи с объектом, устанавливаемые в компьютер;

- генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для формирования зондирующих импульсов с амплитудой до 500 В, длительностью 1 мкс, фронтом и спадом 50 нс.

Программное обеспечение включает в себя:

- программу сбора данных - тестирование измерительной схемы, управление процедурой сбора, фильтрация от помех, запись в базу данных;

- программу обработки и анализа результатов диагностики - сравнение нормограммы и дефектограммы и их спектров, статистическая обработка, анализ и оценка результатов диагностики.

Время проведения диагностики одного трансформатора - около 1 часа.

 

Контрольные вопросы

 

1 Перечислите характерные повреждения силовых трансформаторов.

2 На каких физическиъх явлениях основан хроматографический метод диагностики силовых трансформаторов?

3 Как расшифровывается хроматограмма анализа смеси газов?

4 Назначение, принцип действия и основные технические характеристики микропроцессорного электронного прибора КАЛИСТО?

5 Расскажите технологию применения тепловизионного метода обследования силовых трансформаторов?

6 Как осуществляется математический анализ термограмм?

7 Каковы особенности диагностики измерительных трансформаторов тепловизионным методом контроля?

8 Какие задачи решаются применением программного обеспечения тепловизионной диагностики трансформаторов?

9 Какие физические явления лежат в основе диагностики трансформаторов по характеристикам частичных разрядов?

10 Назначение, принцип действия и основные технические характеристики прибора для контроля состояния контактов и соединений РПН масляных трансформаторов Ганимед?

11 Устройство и принцип действия датчиков для измерения параметров частичных разрядов?

12 Расскажите про вибрационный метод оценки состояния опрессовки активных элементов трансформаторов.

13 Как осуществляется диагностика механических деформаций обмоток трансформаторов методом низковольтных импульсов?

14 Как используется математическая модель нагрузочной способности трансформатора для решения задач диагностики?