Приборы для диагностики состояния силовых трансформаторов, часть II.

Черепанов Алексей Борисович,
начальник отдела трансформаторов
генерирующей компании

Данная статья является продолжением публиковавшейся ранее статьи “Приборы для диагностики состояния силовых трансформаторов, часть I”

В статье приведен перечень методик и приборов, необходимых для комплектации лаборатории диагностики силовых трансформаторов. Основная часть приборов и оборудования проверены автором в работе, а также приведены те, которые находятся в планах на приобретение. Следует учитывать, что, большая часть приборов постоянно изменяется как в лучшую, так худшую сторону.

Испытание повышенным напряжением.

Испытанию повышенным напряжением подвергается сравнительно небольшой диапазон силовых трансформаторов. Большая емкость трансформаторов требуют соответствующей мощности испытательной установки. Обычно для испытаний используется установленный стационарно в передвижную электролабораторию испытательные трансформаторы масляные серии ИОМ или элегазовые серии ИОГ. Серия ИОГ более дорогая, но вместе с тем в несколько раз легче. Это имеет значение при выборе шасси на базе которого планируется создание лаборатории.

Для меня была важна мобильность и скорость передвижения. С учетом небольшой востребованности данного вида испытаний наша лаборатория была укомплектована переносной версией элегазового испытательного трансформатора с меньшей мощностью УИВ-100/7,5 (ТЕСТСЕТ). Установка упаковывается в два транспортировочных кейса. В случае отсутствия необходимости оборудование легко оставить на базе или наоборот загрузить в автомобиль. Качеством очень довольны. За 12 лет один раз вышел из строя регулировочный трансформатор по вине персонала.

Рисунок 9. Испытательные трансформаторы

слева – направо ИОМ-100/20, ИОГ-100/20, УИВ-100/7,5.

Для силовых трансформаторов класса напряжения 6-10 кВ обычно хватает переносных испытательных трансформаторов таких как АИД-70 (Мосренген), СКАТ-70 (ИЦ РСТ) АИСТ-50/70 (БрисЭнерго) и т.п. Наиболее удобный в работе для меня АИД-70 серии М. В серии Ц не понравилась куча меню. АИСТ напоминает мне первое поколение АИД-70, у которого постоянно при перевозке отрывали заземляющий нож. У СКАТ-70 неудобное управление заземляющим ножом и второй недостаток - для того чтобы сменить режим работы необходимо менять обычную вставку на диодную. Нет индикации какая вставка стоит и штатного места для хранения заменяемой в приборе.

Рисунок 10. Испытательные трансформаторы

слева – направо СКАТ-70, АИД-70М, АИСТ-50/70.

Измерение деформации обмоток методом FRA или SFRA

Измерение деформации обмоток производится методом низковольтных импульсов (Frequency Response Analysis). Отличие FRA от SFRA заключается в форме тестирующего импульса (прямоугольный и синусоидальный переменной частоты соответственно).

Для регистрации используются приборы Импульс-8 (ВЭИ), Импульс-9 (ВЭИ), FRAX-101 (Megger), FRANEO 800 (Omicron), FRA-100 (HAOMAI). С последней установкой не работал, нужно заказывать в Китае, полный аналог FRAX-101, но цена в 10 раз дешевле. Помимо FRA-100 HAOMAI выпускает большую линейку приборов для энергетики.

FRAX-101, FRANEO 800 имеют практически одинаковые характеристики. Разница в основном в компоновке. Работать очень приятно. Все сделано качественно, минимум соединительных проводов. До этого долго работал приборами семейства Импульс. Сделано все «на коленке». Вместо того чтобы собрать все в одном корпусе, сделана несколько коробочек разной величины соединенных кучей проводов. Периодически что-нибудь отваливается, ломается, для перевозки не приспособлено, поддержка никакая. Категорически не рекомендую брать, несмотря на более низкую цену, чем у FRAX.

Рисунок 11. Измерители деформации обмоток

слева – направо FRAX-101, Импульс-9, FRANEO-800, FRA-100.

Измерение влажности твердой изоляции.

Для оценки влажности твердой изоляции может использоваться анализ макета изоляции химическим методом (если макет изоляции был предусмотрен заводом изготовителем). Точность измерения может быть невысокой, т.к. макет работает в условиях отличных от условий в которых работает изоляция обмоток.

Можно использовать расчетный метод по измерению тангенса угла диэлектрических потерь масла и изоляции обмотки при одной температуре. Метод имеет ряд трудностей реализации, а также для точного расчета необходимы сведения о конструктивных размерах изоляции.

На сегодняшний момент доступны специализированные приборы типа IDAX300 (Megger), DARINA (Omicron), которые позволяют оценить состояние влажности твердой изоляции по измерению диэлектрической частотной характеристики (DFR). DFR - это измерение емкости и потерь (коэффициента рассеяния (tgδ) или коэффициента мощности) на нескольких частотах. С этой методикой и приборами не работал, но очень хочу попробовать. Довольно важный показатель для оценки состояния трансформатора для продления срока службы и необходимости проведения ремонта.

Рисунок 12. DFR анализаторы.

слева – направо IDAX300, DIRANA.

Проверка состояния переключающего устройства.

Для проверки состояния переключающего устройства используется снятие временной и круговой диаграмм работы контактора, а также измерение сопротивления постоянному току. Для снятия диаграмм в соответствии с заводской инструкцией необходим доступ к контактам переключающего устройства в баке контактора. Для части переключающих устройств (РС, РНОА) это возможно со вскрытием бака контактора, для других (MR, РНТА), данные проверки можно провести только со сливом масла из бака трансформатора.

Для снятия диаграмм можно использовать цифровой осциллограф или специализированные комплекты типа Ганимед 2 (Димрус), ПКР-2 (СКБ ЭП). Комплекты упрощают работу по снятию характеристик. Работал первыми версиями комплектов. На тот момент Ганимед выигрывал по удобству у ПКР, однако требовал определенной доработки. Кроме того, в Ганимед напихано много функций, которые не используются или неудобны для использования. Измерительные щупы стоит изготовить самому. Самое нужное в Ганимеде - это датчик-счетчик количества поворотов вала привода. Вторая версия комплекта Ганимед не сильно отличается от первой, а вот вторая ПКР изменилась в лучшую сторону. Во-второй версии комплектов реализована функция безразборной диагностики переключающих устройств - DRM (Dynamic Resistance Measurement) тест. Дефекты, предполагаемые по результатам DRM теста, обычно требуют подтверждения снятием диаграмм, т.к. завод регламентирует только их параметры.

Рисунок 13. Приборы контроля переключающих устройств.

слева – направо Ганимед, ПКР-2М.

Измерение характеристик частичных разрядов.

Существует несколько методов измерения уровня частичных разрядов (ЧР): электрический, акустический, оптический, электромагнитный. Для трансформаторов используются в основном первые два метода.

Электрический метод позволяет прогнозировать состояние изоляции. Для измерений существует много различных приборов различных фирм. При этом алгоритмы обработки данных и методы измерений могут очень сильно отличаться. Я очень долго работал приборами Р2000 и Р2100 (Димрус) совместно с осциллографами DPO4034 (Tektronix) и TPS2024 (Tektronix). Не могу сказать, что очень доволен данными регистраторами. Но вот осциллограф DPO4034 очень понравился.

При обновлении парка приборов рассматривали возможность приобретения следующих типов: MONTESTO-200 (Omicron), Longshot (HVPD), PD Analyzer (Димрус). Склонялись к Longshot, но как всегда, победила экономия, купили PD Analyzer. Это улучшенная версия Р2100, но до уровня других приведенных систем не дотягивает.

Рисунок 14. Измерители характеристик частичных разрядов электрическим методом

слева – направо MONTESTO-200, Longshot, PD Analyzer

Акустический метод мы использовали в основном для локации дефектов в магнитопроводе (замыкание шпилек, пластин, бандажей), т.е. там, где отсутствуют экраны и преимущественно на прямолинейных участках бака трансформатора. Например, обмотки закрыты картонными экранами и применение акустического метода не дает хорошего результата. Происходит переотражение и затухание сигнала и на поверхности бака трансформатора сигнал практически не фиксируется.

В работе использовал только два варианта одного прибора – AR200 и AR700. Отличие в том, что у последней версии 4 канала. И хотя работаем только по одному каналу, предпочтительнее именно второй вариант. Данный вариант работает быстрее, лучше и комплект из четырех датчиков позволяет продолжить работу в случае повреждения датчика.

Датчики довольно нежные и могут выходить из строя при сильном ударе о бак трансформатора при установке или в случае падения на твердую поверхность.

Рисунок 15. Измерители характеристик частичных разрядов акустическим методом

слева – направо AR200, AR700.

Измерение степени запрессовки обмоток и магнитопровода.

Для измерения степени запрессовки обмоток может использоваться виброакустический метод на базе прибора Корсар+ с программным обеспечением Веста (Димрус). Данный метод требует двух режимов работы трансформатора. Режим холостого хода и режим нагрузки, что вызывает определенный трудности, связанные с возможностью получения данных режимов в небольшой период времени. Для получения хороших результатов необходимо грамотно выбирать места установки датчиков и фиксировать (помечать) их расположение для повторных измерений. Метод позволяет получить общую оценку состояния запрессовки и результаты неплохо коррелируют с данными полученными другими методами.

Альтернативой может быть применение комплекса СДК-2Т (Логотех), измерения которым выполняются на отключенном трансформаторе. Второй комплекс получил меньшее распространение, и я не имею опыта работы с ним, чтобы корректно сравнивать результаты работы обоих комплексов.

В определенной мере ослабление запрессовки обмоток и магнитопровода может быть выявлено по результатам анализа FRA. Специализированных зарубежных комплексов аналогичных Веста или СДК я не встречал.

Рисунок 16. Измерители степени запрессовки обмоток и магнитопровода

слева – направо Корсар+, СДК-2Т.

Тепловизионный контроль.

По результатам тепловизионного контроля трансформаторов могут быть выявлены как внешние дефекты трансформатора и его навесного оборудования (дефекты вводов, системы охлаждения, контактов и т.д.) так и внутренние (дефекты магнитной системы, системы заземления, контактов, дефекты конструирования). Сегодня специалистам предлагается огромный выбор различных моделей тепловизоров. Чтобы говорить о достоинствах и недостатках необходимо поработать с конкретной моделью хотя бы несколько месяцев в различных климатических условиях. Профессионалов, у которых была бы возможность поработать большим количеством различных моделей либо в пределах одной ценовой группы, либо примерно одинаковых характеристик я не знаю.

Через мои руки прошло около десятка различных моделей. Но все они принадлежали к разным поколениям тепловизоров, с очень разными характеристиками различных ценовых групп. Сравнивать очень тяжело и некорректно.

Применительно к диагностике именно силовых трансформаторов из практики обследований могу порекомендовать делать выбор тепловизора исходя из следующих важных характеристик:

• наличие широкоформатного объектива (45-80 градусов) позволяет делать снимки объекта практически вплотную, что очень актуально для крупногабаритных трансформаторов электрических станций, установленных возле цеха;
• наличие телеобъектива (12 градусов) позволяет делать качественные снимки удаленных объектов (высоковольтных вводов и их контактов) с более полным заполнением кадра;
• чем больше разрешение матрицы тепловизора, е тем более качественные снимки получаться (стоит помнить, что использование тепловизора с меньшим разрешением, но с правильно подобранным по условиям съемки сменным объективом даст более качественный результат, чем использование тепловизора с более высоким разрешением и одним объективом в комплекте);
• удобство быстрой смены объективов в полевых условиях;
• качество материала корпуса тепловизора (определят срок службы модели при использовании в полевых условиях);
• удобство программного обеспечения для обработки данных;
• доступность сервиса и сроки выполнения ремонта/обслуживания оборудования.

Последний критерий - производитель. Например, мне исторически ближе тепловизоры фирмы Flir с которых я начинал, хотя я пробовал в работе и тепловизоры фирм Nec, Testo и др. TermoCAM P60 с тремя внешними объективами 9, 12, 80 градусами, лучший на мой взгляд тепловизор на период 2002-2005 годов. Да и сейчас при наличии объективов его достаточно для выполнения широкого спектра задач несмотря на разрешение 320х240. Существенным недостатком тепловизоров фирмы Flir является «тяжелое» программное обеспечение которое интегрируется в Microsoft Office и подвешивает довольно мощные компьютеры. Поэтому приходится использовать на более слабых компьютерах программу Термомозаика (ТПУ) (есть свои плюсы и минусы) вместо штатного программного обеспечения.

Рисунок 17. Эволюция тепловизоров Flir

слева – направо P60, P660, T1020.

Моя комплектация лаборатории для диагностики силовых трансформаторов.

Если Вам требуется консультация или подбор оборудования, заполните форму: