181 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

Электротехника и электроэнергетика
181
УДК 676.013.6-83
А.Н. ШУЛЕПОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ
СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 35/10 кВ
И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ИХ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ
Ключевые слова: диагностические признаки, трансформатор, под рабочим напряжением.
Представлены результаты анализа различных методов диагностики силовых трансформаторов, выявлены их недостатки. Приведено теоретическое обоснование частотных характеристик трансформаторов как диагностических признаков состояния изоляции силовых трансформаторов. Рассмотрена функциональная схема устройства
диагностирования силовых трансформаторов под рабочим напряжением.
A.N. SHULEPOV
RESEARCH OF DIAGNOSTIC SIGNS OF POWER TRANSFORMERS 35/10 кВ
AND WORKING OUT OF MEANS OF THEIR DIAGNOSING
UNDER WORKING PRESSURE
Key words: diagnostic signs, the transformer, under working pressure.
In article results of the analysis of various methods of diagnostics of power transformers
are presented, their lacks are revealed. Also the theoretical substantiation of frequency
characteristics of transformers as diagnostic signs of a condition of isolation of power
transformers is resulted. The function chart of the device of diagnosing of power transformers under working pressure is thus considered.
Диагностирование состояния трансформаторов в первую очередь требуется предприятию, эксплуатирующему отработавшее свой нормативный срок электрооборудование. Диагностирование трансформаторов позволит своевременно выявить любые неполадки, загрязнения и повреждения и, соответственно, поможет предотвратить их отказ.
Диагностирование силовых трансформаторов проводится только профессионально подготовленными специалистами с использованием специального оборудования.
Давно не ремонтировавшееся электрооборудование, диагностирование которого
проводится впервые за долгий срок, как правило, будет работать гораздо хуже, а уж о
его надежности и говорить не стоит.
Следовательно, вопрос выявления дефектов на ранней стадии их возникновения
у нормальных и, особенно, отработавших нормативный срок силовых трансформаторов для каждой энергоснабжающей компании является важным.
В то же время существующие средства и методы диагностирования состояния изоляции силовых трансформаторов не позволяют в полной мере выявить дефекты на ранней стадии их образования. Связано это с рядом причин:
1. Методы, используемые в настоящее время (измерение тангенса угла диэлектрических потерь, коэффициента абсорбции и др.), не обнаруживают опасные ухудшения состояния изоляции, нечувствительны к её старению, а в некоторых случаях
ошибочно оценивают состояние изоляции.
2. Большинство применяемых методов основано на использовании явления абсорбции, однако на абсорбционные зависимости изоляции кроме увлажнения влияет и
ряд иных факторов (температура, погрешность измерительной аппаратуры), затрудняющие определение состояния изоляции, и др.
3. Существующие методы проверки изоляции определяют состояние только
части объёма изоляции и не могут характеризовать состояние изоляции по всему
объёму трансформатора.
4. Всем традиционным методам присуща зависимость результата измерений от
физико-химических показателей масла, в то же время продукты разложения масла
твёрдой изоляции вносят большие погрешности в оценку состояния изоляции.
.
182
Вестник Чувашского университета. 2012. № 3
5. Результаты контроля на отключённом трансформаторе значительно отличаются от результатов контроля в рабочем состоянии из-за температурного режима,
миграции влаги в системе «бумага–масло», напряжённости электрического поля в
составных частях силового трансформатора.
Анализ перечисленных методов определяет следующие основные требования,
предъявляемые к разрабатываемым методам диагностирования состояния изоляции
силовых трансформаторов: универсальность, позволяющую учитывать как старение,
так и увлажнение изоляции, а также простоту, высокую чувствительность и однозначность оценки; обладание положительной диагностической полезностью в зоне
нормируемых значений параметров оценки состояния изоляции работающих силовых трансформаторов, в наибольшей степени отражающих весь комплекс физикохимических закономерностей, происходящих в изоляции при её старении [5].
С выходом «Объема и норм испытаний электрооборудования» (6-е изд., М.:
ЭНАС, 1998) уточнены требования к традиционным методам испытаний. Кроме того, в
них включены и современные диагностические методы, использовавшиеся в РАО
«ЕЭС России». Важным является то, что техническим руководителем энергопредприятий рекомендуется по мере накопления опыта отказываться от испытаний на отключенном оборудовании и назначать сроки ремонтов по результатам диагностики, рекомендовано большую часть диагностики выполнять на рабочем напряжении [4].
Таким образом, необходимо разработать новые методы и средства диагностирования силового трансформатора под рабочим напряжением, способные четко выявить и своевременно предупредить о наличии развивающегося дефекта в обмотке
силового трансформатора.
Увлажнение внутриобмоточной изоляции трансформатора вызывает увеличение
внутриобмоточных ёмкостей [1-3] и приводит к уменьшению собственных частот составляющих обмотки (слоя, катушки) трансформатора и коэффициента передачи.
На АЧХ (резонансных кривых) это отражается смещением экстремальных точек,
которое наглядно видно на экспериментальной АЧХ (рис. 1). Смещение экстремальных
точек можно рассматривать как диагностический признак состояния изоляции.
0,74
0,735
0,73
0,725
0,72
40 кГц
45 кГц
50 кГц
55 кГц
60 кГц
Рис. 1. АЧХ трансформатора ТМ-35/10
Изменение собственных частот составляющих обмоток (слой, катушка) трансформатора связано как с увлажнением или старением внутриобмоточной изоляции,
независимо для твердой или жидкой, так и с тем и другим одновременно.
Если зафиксировать частоту одной из экспериментальных точек частотной характеристики подачей тестового напряжения стабильной, выбранной частоты, то с
увлажнением или старением внутриобмоточной изоляции будет, соответственно,
меняться и напряжение в диагностируемой обмотке.
.
Электротехника и электроэнергетика
183
Отсюда вытекает, что разность напряжения также может служить диагностическим
признаком состояния внутриобмоточной изоляции.
Устройство диагностирования силовых трансформаторов под рабочим напряжением. Функциональная схема устройства диагностирования трансформаторов
под рабочим напряжением показана на рис. 2.
Высокочастотные сигналы с генератора Г поступают через соответствующий фильтр
присоединения ФП1 и конденсатор связи 1 по высокочастотному кабелю на обмотку ВН
проверяемого трансформатора 3 и одновременно на вход ВН прибора. Сигнал, прошедший
через диагностируемый трансформатор 3, поступает через соответствующий конденсатор
связи 2 и фильтр присоединения ФП2 по высокочастотному кабелю на вход НН прибора.
Рис. 2. Функциональная схема устройства диагностирования трансформаторов
под рабочим напряжением
С входов НН и ВН прибора высокочастотные сигналы поступают на активные
фильтры 4 и 6, а с их выходов – на входы резонансных усилителей 5 и 7, где усиливаются, а затем выпрямляются и фильтруются выпрямителями 9 и 15. Выпрямленные
сигналы поступают с них на входы дифференциального усилителя 10. Результирующий сигнал через последовательно соединенный ключевой элемент 11 и усилитель
12 поступает на цифровой индикатор 13, показывающий состояние изоляции.
Введение формирователей импульсов 8 и 14, выпрямителей с фильтром 9 и 15, ключевого элемента 11, формирователей длительности импульсов 16 и 18 и двухвходового
элемента 17 устраняет ложные срабатывания, возникающие при прохождении высокочастотных сигналов с обмотки низкого напряжения на обмотку высокого напряжения.
При нормальном состоянии изоляции проверяемого трансформатора 3 напряжение, поступающее на вход цифрового индикатора 13, равно нулю. При состоянии
изоляции контролируемого трансформатора, соответствующем предаварийному со.
184
Вестник Чувашского университета. 2012. № 3
стоянию ее увлажнения, изменяются численные значения ёмкостных и активных
проводимостей проверяемого трансформатора. При этом изменяется уровень прошедшего через трансформатор 3 сигнала соответствующей частоты. Индикатор 13
выдает информацию о снижении уровня изоляции ниже установленной нормы.
Ключевой элемент 11 открыт, если в объекте диагностирования высокочастотный
сигнал не является ложным, т.е. проходит с обмотки высокого напряжения в обмотку
низкого напряжения, и устройство на выходе выдает информацию о состоянии изоляции
объекта диагностирования. В этом случае импульсы на входы элемента 17 поступают не
одновременно, а с интервалом времени задержки . При этом на один из входов элемента
17 поступает импульс меньшей длительности U1(1), а через время задержки t на другой
вход элемента 17 поступает импульс большей длительности U2(2), в результате чего
сигнал на выходе элемента 17 отсутствует, ключевой элемент 11 открыт и исполнительный блок выдает информацию о состоянии изоляции объекта.
При наличии в сети ложного сигнала (прохождение указанного сигнала в обратном направлении – с обмотки низкого напряжения в обмотку высокого напряжения)
происходит блокировка прохождения сигнала в исполнительном блоке и, как следствие, блокировка выдачи ложной информации о состоянии объекта. В этом случае
после появления на одном из входов элемента 17 импульсов U2(2) с формирователя
16, подключенного со стороны обмотки низкого напряжения трансформатора 3, на
другом входе элемента 17 возникает импульс U1(1) меньшей длительности, который
задерживается по сравнению с первым импульсом на время , определяемое ёмкостными параметрами изоляции трансформатора 3.
В результате появления на обоих входах элемента 17 двух импульсов и, соответственно, импульса на управляющем входе ключевого элемента 11 последний закрывается
и блокирует срабатывание блока индикации 13 и выдачу ложного сигнала на выходе
устройства. Это повышает достоверность информации о состоянии изоляции объекта.
Частоты импульсов генератора уточняются по собственной частоте слоя, катушки и
обмотки в целом контролируемого трансформатора. Метод контроля основан на явлении:
при ухудшении изоляции обмотки трансформатора нелинейные частотные характеристики смещаются в сторону уменьшения частоты. Устройство позволяет также оценивать
состояние изоляции как между элементами, так и относительно корпуса. В результате
оценочные величины будут отличаться от первоначальных, когда изоляция соответствовала требованиям эксплуатационных нормативов. По динамике изменения измеряемых
величин прогнозируется время отбраковки контролируемого электрооборудования, что
позволяет обеспечить работоспособность силовых трансформаторов.
Литература
1. Вайда Д. Исследование повреждений изоляции: пер. с венгр. М.: Энергия, 1982. 400 с.
2. Краснова Н.С. О частотных характеристиках трансформаторов // Известия вузов.
Сер. Энергетика. 1970. № 11. С. 6-12.
3. Липкинд М.С. Высшие гармоники, генерируемые трансформаторами. М.: Изд-во АН
СССР, 1962. 98 с.
4. РД ЭО 0189-00. Методические рекомендации по диагностике силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих реакторов и их вводов в эксплуатации под рабочим
напряжением: введ. 01.01.2000 до 31.12.2001 [Электронный ресурс] / РОСЭНЕРГОАТОМ.
URL: http://www.moregost.ru/see/rd/rd_eo_0189-00/index.html.
5. Чичёв С.И., Калинин В.Ф., Глинкин Е.И. Контроль и диагностика силовых трансформаторов 110 кВ без отключения рабочего напряжения // Электрика. 2010. № 3.
ШУЛЕПОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ – инженер кафедры электроснабжения и
технической диагностики, Марийский государственный университет, Россия, ЙошкарОла (Alexander_Shulepov@mail.ru).
SHULEPOV ALEXANDER NIKOLAYEVICH – engineer of Electrical Supply and Technical Diagnostics Chair, Mari State University, Russia, Yoshkar-Ola.
.