Измерение изменения сопротивления КЗ при испытаниях трансформаторов на стойкость при КЗ

При однофазных испытаниях на стойкость при КЗ трёхфазных трансформаторов с применением эквивалентных схем для дефектографирования повреждения обычно измеряется изменение входной индуктивности схемы — эквивалентной индуктивности. Рассмотрен вопрос пересчёта эквивалентной индуктивности к индуктивности КЗ испытываемой фазы и ошибки, связанные с таким пересчётом.

Ключевые слова: трёхфазные трансформатора, однофазные испытания на стойкость при КЗ, эквивалентные схемы, фазная индуктивность, эквивалентная индуктивность.

В настоящее время в РФ из-за нехватки испытательных мощностей остро стоит проблема проведения испытаний на стойкость при КЗ высоковольтного электрооборудования, особенно мощных силовых трансформаторов [1,2]. Последние 20 лет (до 2011 г.) трансформаторы мощностью более 2,5 МВА (при выпускаемой номенклатуре до 630 МВ·А, в том числе для атомных станций) практически не проходили полноценных приёмочных испытаний (испытано всего 4 трансформатора 25—40 МВА). И это несмотря на то, что стойкость при КЗ наряду с электрической прочностью и нагревом (потерями) является одним из важнейших параметров, определяющих надёжность трансформатора (особенно более 40 МВ·А) и надёжность энергоснабжения потребителей в целом. Кроме того, повреждение трансформатора при КЗ зачастую сопровождается взрывом, разливом масла и пожаром, который практически достаточно сложно потушить. Это может нанести непоправимый ущерб окружающей среде, жизни и здоровью людей. Повреждение трансформатора обычно связано с длительным отключением электроснабжения, так как его быстрая замена или ремонт (особенно мощного трансформатора) затруднительны и могут занять много времени. Поэтому к тем относительно редким испытаниям на стойкость при КЗ трансформаторов, предназначенных для эксплуатации в РФ, которые проводятся на двух отечественных стендах (ВЭИ и НИЦ ВВА), а в последнее время и на зарубежных стендах (Беховицы, Чехия; КЕМА, Голландия; Чези, Италия; Бангалор, Индия и др.), должны быть предъявлены высокие требования к качеству их проведения на всех этапах.

Важно грамотно составить программу испытаний с анализом расчёта всех параметров стойкости при КЗ, выбрать режимы испытаний, провести сами испытания. Но одним из самых ответственных этапов является последний этап — оценка результатов испытаний в процессе испытаний и после их окончания.

Действительно, можно представить, что проведён очередной зачётный опыт КЗ и следует сделать заключение, успешно ли трансформатор выдержал ток КЗ в этом опыте или получил повреждение. Следует оперативно решить, продолжать испытания или прекратить. Необходимо зафиксировать начало повреждения, не допустить больших деформаций. Это важно и для определения причины повреждения, и для того, чтобы сделать обоснованные рекомендации по усилению стойкости при КЗ трансформатора, и для упрощения ремонта трансформатора, и для оценки точности расчёта сил КЗ.

Когда закончены испытания, проведены все опыты КЗ (во всех режимах в соответствии программой), то возникает проблема составления заключения, выдержал ли трансформатор испытания, следует ли делать разборку и т.д. На этом заключительном этапе наибольшую важность приобретают вопросы диагностики состояния трансформатора, вопросы индикации повреждений.

В настоящее время разработано большое число различных методов диагностики состояния трансформатора. Это анализ осциллограмм токов и напряжения в опытах КЗ, изменения реактивных сопротивлений КЗ, метод низковольтных импульсов и метод частотного анализа, анализ кривых шума, вибраций, давления масла и др. Методы имеют различную степень информативности и надёжности оценки, различную сложность (аппаратура, методы и техника применения). Практически на стендах стремятся к применению одновременно нескольких методов диагностики. Однако часто случается, что применяется один наиболее простой метод — метод измерения реактивного сопротивления КЗ.

Контрольные испытания и оперативная диагностика непосредственно в процессе испытаний трансформатора на стойкость при КЗ регламентируется [3—7] как отечественными стандартами (в том числе и ГОСТ 20243-74. Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стойкость при коротком замыкании), так и международными нормами (в том числе МЭК 60076-5:2006. Трансформаторы силовые. Стойкость при коротком замыкании).

Стандарт РФ [5] требует контроля состояния каждой фазы в процессе испытаний на стойкость при КЗ измерением фазных индуктивностей КЗ или фазных сопротивлений КЗ (п.5.1,б,д).

Стандарт МЭК содержит аналогичные требования: для трёхфазных трансформаторов реактивная составляющая сопротивления КЗ должна измеряться «пофазно», либо прямым измерением фаза — нейтраль при соединении в звезду, либо подходящим методом измерения для обмотки, соединённой треугольником [7 (п.4.2,7.3)].Стандарты предусматривают необходимость таких измерений после каждого зачётного опыта и перед началом испытаний в следующем режиме.

Тем не менее, в последнее время часто встречаются протоколы испытаний трансформаторов на стойкость при КЗ разных испытательных центров (в том числе и зарубежных), в которых измерения реактивного сопротивления проводятся только в схемах испытаний, а измерения фазных индуктивностей не проводятся. При трёхфазных испытаниях измеряются линейные значения сопротивлений КЗ (или линейные индуктивности КЗ L_K). При однофазных схемах испытаний, эквивалентных трёхфазному КЗ (в этих схемах задействованы все три фазы), измеряются только входные индуктивные сопротивления КЗ схемы z_к.экв (или индуктивности L_к.экв). т.е. измерения фазных сопротивлений КЗ и фазных индуктивностей часто не проводятся.

Основная причина этого заключается в том, что хтя измерений фазных сопротивлений КЗ в эквивалентных схемах испытаний необходимо перебирать не только измерительную, но и силовую схему. Для определения одного фазного сопротивления приходится делать не одно, а три измерения. По результатам этих измерений необходимо делать расчёты, что занимает много времени. А это существенно увеличивает объём работы и время испытаний на стенде, а следовательно, и стоимость испытаний.

Естественно, что проще провести измерение только одного входного сопротивления эквивалентной схемы z_к.экв (или индуктивности L_к.экв).Такие «усечённые» измерения, тем более без последующего определения расчётом фазных индуктивных сопротивлений КЗ или индуктивностей КЗ (в процессе контрольных измерений после окончания испытаний), могут приводить к ошибочным оценкам результатов испытаний каждой фазы отдельно.

Список литературы

1. Электродинамическая стойкость трансформаторов и реакторов при коротких замыканиях / Составитель и научный редактор А.И. Лурье. М.: Знак, 2005.

2. Смите Р.П.П., Тэ Паске Л.Х. (КЕМА) Испытания силовых трансформаторов большой мощности на стойкость при КЗ (с комментариями Горшунова В.Ю., Лурье А.И. и Панибратца А.Н.) // Энергоэксперт. 2009. №4(15). С. 104-114.

3. ГОСТ Р 52719-2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия (Power Transformers. General specifications). M.: Изд-во Стандартинформ, 2007.

4. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия (Power Transformers. General specifications). M.: Изд-во стандартов. 1990.

5. ГОСТ 20243-74. Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стойкость при коротком замыкании.

6. Стандарт МЭК IEC 60076-1:2010. Трансформаторы силовые. Общие технические требования.

7. Стандарт МЭК 1ЕС 60076-5:2006. Трансформаторы силовые. Стойкость к короткому замыканию.

8. РТМ16.800.428-77, РД 16.431-88. Руководящие технические материалы: Трансформаторы силовые. Расчет электродинамической стойкости обмоток при коротком замыкании. М.: Стандартэлектро, 1977, 1988.

9. Лурье А.И., Шлегель О.А., Измерение отклонения индуктивного сопротивления при электродинамических испытаниях силовых трансформаторов // Электротехника. 1991. №7.