8. Метод частотного анализа.

При комплексном обследовании трансформаторов метод низковольтных импульсов дополняется методом частотного анализа. Суть метода частотного анализа заключается в том, что от свип-генератора на ввод обмотки подается синусоидальный сигнал, изменяющийся от нескольких килогерц до 2-4 мегагерц, и записываются амплитудно-частотные характеристики A(F) реакции обмотки на воздействие этого сигнала. Как и в методе низковольтных импульсов измерения проводятся до и после электродинамического воздействия на обмотку при КЗ. Сравнение спектральных характеристик, полученных до КЗ (нормограммы) и после КЗ (дефектограммы) позволяет судить о наличии механических деформаций в обмотке трансформатора. Достоинством метода частотного анализа является хорошая воспроизводимость измерений, обусловленная слабой чувствительностью к некоторым изменениям параметров генератора, к влиянию кабелей, соединителей и т. п. Для обоих методов используется единая элементная база.

8. Измерение параметров изоляции.

Измерение характеристик изоляции проводится при температуре изоляции не ниже 10 ⁰С для тяговых трансформаторов 110 кВ и не ниже 20 ⁰С для тяговых трансформаторов 220 кВ, не ранее, чем через 12 ч после окончания заливки трансформатора маслом. Перед изме­рением необходимо протереть поверхность вво­дов трансформаторов. При измерениях во влажную погоду рекомендуется применять эк­раны. Измерение всех характеристик изоляции производится по схемам, приведенным в табл. 2.7.

Табл. 2.7

Схемы измерения характеристик изоляции

Обмотки, на которых производят измерения	Заземляемые части трансформатора
НН	Бак, СН, ВН
СН	Бак, НН, ВН
ВН	Бак, СН, НН
ВН+СН	Бак, НН
ВН+СН+НН	Бак

При измерении все выводы обмоток одно­го напряжения соединяют вместе. Остальные обмотки и бак трансформатора должны быть заземлены. Вначале измеряют сопротивление изоляции, затем - остальные характеристики изоляции трансформатора.

За температуру изоляции трансформатора, не подвергавшегося нагреву, принимается тем­пература верхних слоев масла. Если температура масла ниже необходимого, то для измерения характеристик изоляции трансфор­матор должен быть нагрет. При нагреве трансформатора температура изоляции принимается равной средней темпе­ратуре обмотки ВН, определяемой по сопротив­лению обмотки постоянному току. Измерение указанного сопротивления производится не ра­нее, чем через 60 мин после прекращения на­грева током в обмотке или через 30 мин после прекращения внешнего нагрева.

Сопротивление изоляции измеряется по схемам табл. 2.7 мегаомметром 2500 В. Перед началом измерения испытуемая обмотка долж­на быть заземлена на время не менее 5 мин.

Показания мегаомметра считываются че­рез 15 и 60 с после приложения напряжения к изоляции обмотки. Допускается за начало от­счета принимать начало вращения рукоятки мегаомметра. При приложении постоянного напряжения к выводам обмоток их измеряемое сопротивление изоляции изменяется во времени и, как правило, через 60 с достигает постоянного значения, которое обозна­чают R_60” (рис.2.27).

Для трансформаторов класса напряжения 110-150 кВ R_60” изоляции, определенная при температуре заводских испытаний или приве­денное к одинаковой температуре (если темпе­ратура при измерении отличается от завод­ской), должна быть не менее 70 % значения, указанного в паспорте трансформатора, а так же указанных в табл. 2.8.

Табл. 2.8

Наименьшие допустимые сопротивления изоляции R_60” обмоток трансформатора /2/

Номинальное напряжение обмотки ВН	Значение R60”, Мом, при температуре обмоток, 0С
	10	20	30	40	50	60	70
110 кВ	900	600	400	260	180	120	80
220 кВ	Не нормируется

По методу измерения сопротивления R_60” наиболее эффективно вы­являются дефекты, приводящие к увеличению тока сквозной проводимости изоляции. Этот ток при приложении постоянного напряжения к изоляции устанавливается практически мгновенно и во времени не изменяется. Сквозной ток обусловливается как повышением наружной проводимости изоляции, так и наличием в ней путей сквозной утечки. Выявляемые дефекты:

местные увлажнения изоляции;

загрязнения изоляции;

повреждения изоляции;

попадание в изоляционный промежуток токопроводящих элементов (металлической стружки, следов от графита карандаша и т.д.).

Характерными видами этих дефектов являются увлажнение и загрязнение:

верхней и нижней ярмовой изоляции;

изоляционной плиты и изоляционных участков приводных валов РПН;

нижней фарфоровой юбки вводов и др.

По методу измерения сопротивления R_60” недостаточно эффек­тивно выявляются:

местные увлажнения и загрязнения участков изоляции, располо­женных на значительном расстоянии от заземленных частей (лучше определяются по методу измерения tgδ изоляции обмоток);

увлажнение изоляции, при котором основная масса влаги сосре­доточена во внутренних слоях изоляции (лучше определяется измере­нием tgδ изоляции обмоток);

места неоднородности изоляции, например, вследствие наличия в ней воздушных пузырьков (лучше определяется методом частичных разрядов).

Таким образом, метод измерения сопротивления R_60” позволяет выполнить лишь грубую оценку усредненного состояния изоляции, для слу­чая ее изменения, главным образом, под действием увлажнения и за­гря­зне­ния. Однако, метод является наиболее простым и доступным и он находит широкое применение при необходимости быстрой оценки состояния изоляции, например, перед включением оборудования под напряжение.

Значение сопротивления R_60” дает представление о среднем состоянии всей изоляции, подвергнутой испытанию (т. е. о суммарном сопротивлении изоляции). Измерением сопротивления R_60” местные и сосредоточенные дефекты в изоляции большого объема обнаруживаются плохо. В этом отношении можно расширить возможности метода. На рис.2.28 показаны участки изоляции двухобмоточного трансформатора при измерении со­про­тив­ле­ния R_60” по схемам, приведенным в методике измерения.

При помощи расчетов можно определить поврежденный участок изоляции, что иногда делают для уточнения места ухудшения изоляции.

Абсолютные значения сопротивления изоляции R_60” не всегда опре­де­ля­­ют степень увлажнения трансформатора, поэтому допол­нительной ха­рак­те­­ристикой служит коэффициент абсорбции Кабс, который представляет со­бой отношение сопротивления изоляции, измеренного за 60 с, к со­про­тив­ле­нию, измеренному за 15 с:

Значения К_абс не зависят от геометрических размеров изоляции и характеризуют только интенсивность спадания тока абсорбции. Коэффициент абсорбции не должен быть менее чем 1,3. С уда­лением влаги из изоляции коэффициент абсорбции возрастает (отсутствует дефект), с увлажнением - падает (имеется дефект), что видно на рис.2.25.

Диэлектрическими потерями называется мощность Р_д, рас­сеи­­ваемая в изоляции при приложении к ней переменного напряжения. Однако мощность потерь зависит не только от состояния изоляции, но и от ее объема. Поэтому для оценки состояния изоляции обычно используется тангенс угла диэлектрических потерь:

,

где U - напряжение, прикладываемое к изоляции;

Iа, Iр - активная и реактивная составляющие тока (рис. 2.29).

Тангенс угла диэлектрических потерь почти не зависит от размеров изоляционной конструкции, так как при их изменении про­порционально изменяются активная и реактивная составляющие тока, проходящего через диэлектрик.

Следовательно, tgδ является показателем только состояния изоляции, но не ее геометрических размеров, что является достоинством метода. Ве­ли­чи­на tgδ дает усредненную объемную характеристику состояния ди­элек­три­ка, ибо активная составляющая тока, вызванная диэлектрическими потерями в местном дефекте, при измерении относится к общему емкостному току объекта.

Как правило, измерение tgδ позволяет обнаружить общее (т. е. охватывающее большую часть объема) ухудшение изоляции.

Повышенное значение tgδ свидетельствует о дефектах

об увлажнении изоляции (главным образом объемном);

о загрязнении изоляции;

о неоднородности изоляции.

Увлажнение и другие вышеперечисленные дефекты изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока I_а, причем она растет во много раз быстрее, чем емкостная составляющая I_р. Это приводит к увеличению угла  и соответственно tgδ.

Ценность этого параметра заключается в следующем:

значение tgδ существенно меньше зависит от влияния посторон­них факторов, чем другие показатели состояния изоляции;

его можно измерять в условиях работы оборудования при напря­же­нии 10 кВ.

Измерением tgδ местные и сосредоточенные дефекты в изоляции большого объема обнаруживаются плохо. Это объясняется тем, что в этих случаях увеличение активной составляющей тока в изоляции вызывается ухудшением небольшой части объема изоляции, а емкост­ная составляющая хотя и остается практически неизменной, но опре­деляется всем объемом изоляции. Поэтому в ряде случаев, для уточнения места ухудшения изоляции, преднамеренно уменьшают объем испытываемой изоляции.

Измеренные значения tgδ изоляции при температуре изоляции 20 ⁰С и выше не превышающие 1% считаются удовлетворительными их сравнение с исходными данными не требуется.

Табл. 2.9

Наибольшие допустимые значения tgδ изоляции трансформаторов /2/

Номинальное напряжение обмотки ВН	Значение tgδ, %, при температуре обмоток, 0С
	10	20	30	40	50	60	70
110 кВ	1,8	2,5	3,5	5,0	7,0	10,0	14,0
220 кВ	1,0	1,3	1,6	2,0	2,5	3,2	4,0

Сопротивление изоляции обмоток R_60” и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, измеренные при температуре t₂ приводятся к сопротивлению и tgδ при t₁=20 ⁰С по формуле:

Rt₁= Rt₂ K₂ , МОм; tgδ t₁= tgδ t₂ K₁,

Где К₁ и К₂ приведены в табл.2.10.

Табл. 2.10

Поправочные коэффициенты

Δ t= t2- t1	1	2	3	4	5	6	7	10	15	20	25	30
К2	1,04	1,08	1,13	1,17	1,22	1,28	1,34	1,50	1,84	2,25	2,75	3,40
К1	1,03	1,06	1,09	1,12	1,15	1,18	1,21	1,31	1,51	1,75	2,00	2,30

Результаты измерений tgδ обмоток в процессе эксплуатации, включая динамику их изменения, должны учитываться при комплексном рассмотрении данных всех испытаний.

М етод емкость-частота основан на измерении емкости при двух частотах 2 и 50 Гц и применяется в основном для залитых маслом трансформаторов. Температура при измерении 10-20 ⁰С. Степень увлажненности оценивается по соотношению:

Для сухой изоляции значение соотношения не превышает 1,21,3.

М етод емкость-температура основан на измерении емкости увлажненной изоляции в интервале температур 20-80 ⁰С. Для неувлажненной изоляции увеличение емкости не превышает 1520 %:

где С₈₀ и С₂₀ – емкости соответственно при 80 и 20 ⁰С.

Для определения указанных параметров для тяговых трансформаторов наиболее удобным в применении может являться автоматизированный комплекс для измерения сопротивления изоляции MEGGER ВМ25 (АVO Intегnаtiоnаl) (рис. 2.30), позволяющий вести непрерывные измерения контролируемой величины практиче­ски в любом временном диапазоне, что необходимо для правильной оценки со­стояния изоляции (рис. 2.31), связанного, в частности, с явлением абсорбции.

Для измерений tgб и С может используется установка М4000 (рис. 2.32, 2.33). Возможности данной уста­новки позволяют выполнять необходимые тесты в условиях действующих подстанций с высокой точностью и устойчивостью к внешним помехам. Измерения изоляционных характеристик высоковольтных вводов также осуществляется с помощью установки М4000. Компьютерное управление измерениями обеспечивает полную автоматизацию процесса измерений, обработки и хранения результатов.