Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Мониторинг деформаций обмоток трансформаторов по методу CPRA
 

Мониторинг деформаций обмоток трансформаторов по методу CPRA

Ботов С.В., Русов В.А.

 

 
Все используемые методы диагностики деформаций обмоток силовых трансфор¬маторов можно разделить на три группы, исходя из того, каким способом обнару¬живаются изменения реактивного сопро¬тивления деформированной обмотки:

Нарушения геометрической формы обмоток силовых трансформаторов, возникающие после воздействия электродинамических усилий на витки, обусловленных сквозными токами короткого замыкания, а также после грозовых и коммутационных импульсов - опасный дефект. Они приводят к изменению величины изоляционных промежутков между слоями и витками обмотки, что чаще всего завершается пробоем изоляции и аварийным отключением трансформатора.

Используемые на практике методы контроля нарушений формы обмоток обычно применяются в режиме off-line, т. е. на отключенном трансформаторе, что снижает их эффективность. Лучшие результаты при диагностировании этого дефекта может дать использование методов и средств, работающих в режиме on-line, т.е. на работающем трансформаторе. Применение таких методов позволит оперативно проводить оценку появления изменений формы обмоток непосредственно после каждого электродинамического воздействия на трансформатор, не выводя его из работы.

В приведенной статье рассматриваются теоретические предпосылки и техническая реализация метода CPRA (Corona Pulses Response Analysis), предназначенного для контроля деформаций обмоток силовых трансформатора в режиме мониторинга.

Все используемые методы диагностики деформаций обмоток силовых трансфор­маторов можно разделить на три группы, исходя из того, каким способом обнару­живаются изменения реактивного сопро­тивления деформированной обмотки:

·        измерение реактивного сопротивле­ния на промышленной частоте 50 Гц. Практическим специалистам этот ме­тод знаком как метод измерения па­раметра ZK, так он, первоначально, предполагает проведение измерений в режиме опытного короткого замыка­ния. В режиме мониторинга этот метод базируется на сравнении параметров приведенных падений векторов напря­жений внутри трансформатора;

·        выявление изменения реактивного сопротивления дефектной обмотки на основании анализа свободных электро­магнитных колебаний, возникающих по­сле воздействия на обмотку прямоуголь­ных электрических импульсов. Это т.н. метод низковольтных импульсов, НВИ или LVI (Low Voltage Impulse). В этом методе в одну обмотку трансформатора инжектируется прямоугольный импульс, а во второй обмотке этой фазы, но дру­гого напряжения, регистрируется наве­денный отклик от этого импульса;

·        выявление изменений реактивно­го сопротивления обмотки на осно­ве анализа частотной передаточной функции обмотки, полученной путем последовательной подачи на обмотку испытательного напряжения с различ­ными частотами. На практике он на­зывается методом анализа частотных характеристик FRA, или SFRA (Sweep Frequency Response Analysis). При ме­тоде SFRA в одну обмотку трансфор­матора инжектируется напряжение переменной частоты от тестового ге­нератора, а в другой обмотке опреде­ляется сигнал, наведенный по путям электромагнитного рассеяния.

По своей сути методы LVI и SFRA, пред­назначенные для диагностики дефор­маций обмоток трансформатора, очень близки и различаются только типом ис­пользуемых тестирующих сигналов. Вы­явление нарушений формы обмоток в этих методах производится сравнением передаточных функций по фазам, отно­сительно друг друга или относительно опорной передаточной функции, зареги­стрированной на трансформаторе рань­ше, в бездефектном состоянии.

Применение всех этих трех методов диагностики нарушений формы обмо­ток в режиме мониторинга сопряжено с большими трудностями. Наиболее часто делается попытка реализации в систе­мах мониторинга метода, основанного на контроле параметра ZK. В режиме мониторинга этот метод выявления де­формаций обмоток имеет очень низкую чувствительность, что обусловлено целым рядом причин. Это и низкая фа­зовая точность измерительных транс­форматоров тока, и влияние величины рабочего напряжения на потери в транс­форматоре, и влияние температуры обмоток и бака. Для генераторных (блоч­ных) трансформаторов, имеющих схему соединения «звезда-треугольник», этот метод вообще не удается применить. Поэтому метод контроля параметра ZK очень сложно реализуется в режиме не­прерывного мониторинга.

Для реализации в режиме монито­ринга методов LVI и SFRA в обмотки трансформатора необходимо подавать или прямоугольные импульсы, или на­пряжение с регулируемой частотой, что с позиций классической электротехники очень близко. Реализовать это можно, подключившись соответствующим гене­ратором (источником) непосредственно в высоковольтной питающей линии, что выполнить технически очень сложно, или же попытаться инжектировать необходи­мые тестовые сигналы в обмотки через измерительный вывод высоковольтного ввода трансформатора. В реальной системе мониторинга сделать это сопряжено с большими сложностями.

Наиболее часто разработчики систем мониторинга трансформаторов пыта­ются использовать в качестве тестовых сигналов коммутационные и грозовые импульсов, реализуя на их основе ме­тод LVI. Идея проста и понятна - если зарегистрировать внешний коммутаци­онный импульс, например, пришедший на первичную обмотку трансформатора, и вторичный сигнал от этого импуль­са, переданный на вторичную обмотку, то можно легко рассчитать частотную передаточную функцию обмоток транс­форматора по каждой фазе. Если будет обнаружено изменение этой функции, особенно после протекания через транс­форматор токов сквозного короткого за­мыкания, то можно уверенно говорить о появления нарушения формы обмотки.

Основное преимущество этого мето­да понятно - отпадает необходимость в использовании специального гене­ратора (источника) тестовых сигналов, стоимость которого обычно весьма значительна. С другой стороны, вся диагно­стика становится зависимой от момента и частоты появления коммутационных импульсов в энергосистеме, место воз­никновения которых не должно быть удалено от контролируемого трансфор­матора на большое расстояние. Кроме того, в трехфазной системе напряжений коммутация в фазах происходит в раз­ные моменты времени, и обычно, как минимум, в одной фазе переходный процесс существенно искажен. Про не­достатки использования грозовых им­пульсов в качестве тестовых сигналов мы даже не будем говорить, они вполне очевидны и так.

Проводятся активные исследования, v уже даже существуют практически готовые разработки таких систем, например фирмы NeeTrac, однако стоимость такое системы мониторинга, контролирующее наличие деформаций обмоток силового трансформатора, пока еще очень вели ка. Говорить о широком внедрении таки: систем в практику мониторинга транс форматоров пока преждевременно.

Сравнительно простую и дешевую систему мониторинга деформаций об моток трансформатора, работающую также на основе метода LVI. предлагает фирма DIMRUS. Особенность работ: этой системы - в ней в качестве тестовых сигналов используются импульс коронных разрядов, количество которых в энергосистеме обычно велико, до нескольких сотен в течение даже одной секунды. Благодаря этому, всегда можно выбрать те входные воздействия на трансформатор, которые можно считать  повторяющимися по всем параметра, что повысит точность работы систем мониторинга, контролирующей наличие  деформаций обмоток.

Основная сложность практической реализации этого метода заключается в синхронной регистрации и подробном совместном анализе не менее шести высокочастотных сигналов, зарегистри­рованных на внешних зажимах обмоток трехфазного трансформатора. Необхо­димо очень достоверно определять, в какой фазе, в какой обмотке и в какой момент времени относительно синусои­ды питающей сети возник импульс ко­ронного разряда, правильно зарегистри­ровать его форму на зажимах обмоток каждой фазы трансформатора.

Известен факт, что наиболее инфор­мативный диапазон частотной переда­точной функции обмоток фазы транс­форматора, необходимый для контроля наличия нарушений формы обмоток, находится в диапазоне от нескольких десятков кГц до одного-двух МГц. При меньших частотах увеличивается влия­ние сердечника трансформатора на па­раметры передаточной функции трансформатора, а при больших частотах значительно понижается чувствитель­ность к дефектам формы обмоток.

В этом случае вполне очевидно, что для регистрации необходимых высоко­частотных импульсов в наибольшей мере подходит оборудование, предна­значенное для регистрации частичных разрядов в изоляции трансформаторов. Кроме того, первичные датчики частич­ных разрядов практически всегда ста­раются установить именно на внешних выводах обмоток трансформатора, что также идеально подходит для системы контроля деформаций обмоток.

Таким образом, если на трансфор­маторе уже смонтирована система мониторинга частичных разрядов, об­ладающая всеми необходимыми частот­ными и временными свойствами, то для практической реализации подсистемы мониторинга деформаций обмоток ее необходимо дополнить только соответ­ствующими расчетными алгоритмами и экспертной программой. Дополнитель­ных технических средств, каких-либо первичных датчиков или приборов контроля и регистрации монтировать на трансформаторе не нужно.

Для регистрации импульсных сигна­лов с обмоток трансформатора в мето­де CPRA используются измерительные выводы вводов. На этих выводах монти­руются комплексные первичные датчики марки DB-2. Эти датчики позволяют регистрировать токи проводимости вводов промышлен­ной частоты, необходимые для контроля тангенса угла потерь изоляции вводов, и высокочастотные импульсы в широком диапазоне частот.

Если система мониторинга деформа­ций обмоток монтируется на блочном трансформаторе или на понижающем трансформаторе, у которого на вводах обмотки НН нет вводов с измеритель­ными выводами, то в качестве датчиков высокочастотных импульсов, наведен­ных в этой обмотке, можно использо­вать конденсаторы связи на соответ­ствующее напряжение.

Все шесть первичных датчиков под­ключаются к общему прибору марки TDM-3F.  Регистрация высокочастотных импульсов с датчиков DB-2 в измерительном модуле систе­мы TDM-3F производится синхронно, со всех шести высоковольтных вводов, расположенных на двух трехфазных об­мотках трансформатора, ВН и НН. Для повышения информативности и лучшей отстройки от помех регистрация произ­водится в двух диапазонах частот - ВЧ (HF) и СВЧ (UHF).

Импульсы коронных разрядов, про­ходя внутри трансформатора из пер­вичной обмотки во вторичную обмотку, достаточно сильно затухают, уменьша­ясь по амплитуде в несколько раз. Тем не менее, чувствительности первичных датчиков и комплекса регистрирующей аппаратуры системы TDM-3F вполне до­статочно для надежной фиксации фор­мы «входного» и «выходного» импуль­сов в фазе трансформатора.

В трансформаторах чаще всего ре­гистрируют высокочастотные импульсы двух типов. Это импульсы частичных разрядов в изоляции вводов и транс­форматора, используемые для мониторинга состояния изоляции, и импульсы коронных разрядов, которые используются для контроля деформаций обмоток трансформатора.

При помощи специальных технических средств и многоступенчатых алгорит­мов фильтрации все входные высокоча­стотные импульсы разделяются на две группы - импульсы частичных и коронных разрядов. Каждая группа импульсов используется по своему назначению. В момент контроля параметров изоляции анализируются импульсы частичных раз­рядов, а импульсы коронных разрядов «бракуются». Во время расчета частот­ной передаточной функции обмоток фаз «бракуются» импульсы частичных раз­рядов, а анализируются импульсы корон­ных разрядов. Если система регистрации частичных разрядов не оснащена совер­шенными средствами разделения импульсов, то использовать ее для монито­ринга деформаций обмоток невозможно.

Поскольку импульсов коронных раз­рядов в высоковольтном оборудовании обычно очень много, их количество мо­жет достигать сотен, и даже тысяч в се­кунду, то всегда имеется возможность статистического подбора «примерно одинаковых» по форме и амплитуде импульсов, что повышает точность по­строения частотной передаточной функ­ции фаз. Все высокочастотные импуль­сы с датчиков записываются в память модуля, поэтому всегда имеется воз­можность проведения дополнительного уточняющего анализа.

Для повышения точности расчетов системой мониторинга TDM регистри­руются технологические параметры, не­обходимые для проведения корректной диагностики деформаций обмоток. Это текущее положение РПН. нагрузка транс­форматора, температура бака трансфор­матора в момент проведения измерений. В наибольшей мере на форму передаточ­ной функции оказывает положение РПН, если он есть в трансформаторе.

Использование диагностического мо­дуля TDM-3F решает еще одну важную диагностическую задачу. Проблема за­ключается в анализе внутренних резо­нансных проблем в крупных силовых трансформаторах, возникающих при воздействии мощных коммутационных импульсов. Особенно остро этот вопрос встает при коммутации нагрузки транс­форматоров элегазовыми и вакуумными выключателями, создающими импульсы с крутыми коммутационными фронтами.

При помощи модуля TDM-3F можно произвести регистрацию и анализ «вход­ного» и «выходного» высокочастотных импульсов на обмотках трансформатора одной фазы, обусловленных мощным коммутационным импульсом. Контроли­руется любое движение коммутацион­ных импульсов внутри трансформатора, как в направлении ВН→НН, так и в на­правлении НН→ВН. Любой резонансный процесс, возникающий внутри трансфор­матора, всегда проявляется в сигнале с «выходной» обмотки трансформатора.

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Ботов С.В., Русов В.А. Мониторинг деформаций обмоток трансформаторов по методу CPRA. ЭнергоЭксперт, №  1,  2012.– С.66-69.
Материал размещен на www.transform.ru: 13.04.2012 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????