Приборы для диагностики состояния силовых трансформаторов, часть I

Черепанов Алексей Борисович,
начальник отдела трансформаторов
генерирующей компании

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.

Эта статья написана в помощь тем, кто заниматься или только собирается заниматься диагностикой и испытаниями силовых трансформаторов. В этой статье не приводятся приборы для контроля параметров трансформаторных масел, т.к. это отдельный, специфичный и немаловажный раздел в диагностики трансформаторов. Проведением измерений параметров трансформаторного масла занимаются другие специалисты.

Я занимаюсь обследованием оборудования напряжением свыше 1000 В более 20 лет. Так получилось, что за это время, пришлось поработать в нескольких фирмах. Приборный парк этих фирм отличался довольно сильно. Это обусловлено подходом к выбору приборов, так как выбор делается на основании множества объективных и субъективных факторов, таких как:

• выбор фирмы производителя оборудования на основании личных предпочтений, на основании известности фирмы, на основании рекламы;
• выбор марки прибора на основании заявленных технических характеристик и рекомендаций специалистов;
• выбор приборов в рамках ограниченного бюджета;
• выбор приборов не специалистами;
• невозможность выбора определенных марок и типов приборов из-за корпоративной политики компании;
• замена типа прибора (не понравился ранее приобретенный);
• выбор в пользу дешевизны приборов.

При выборе прибора стоит очень внимательно ознакомится с его инструкцией. Потому что чтобы приборы лучше продавались производители или продавцы могут лукавить. Например, могут декларировать востребованную функцию размагничивания трансформатора. А по факту это может оказаться всего лишь функцией подмагничивания, которая предназначена для ускорения процесса измерения. Но вот размагнитить обмотку при помощи нее увы не получится. Или преподносят методику и прибор как «панацею от всех бед». Это сразу настораживает и заставляет задуматься, а так ли это и как такое возможно? Поэтому в случае, когда есть сомнения, лучше перед заказом прибора получить официальное подтверждение о наличие в нем тех или иных функций.

Рисунок 1. Лаборатория для диагностики трансформаторов СиамМастер.

На сегодняшний день для оценки состояния силовых трансформаторов применяются следующие основные методики:

Методики на отключенном оборудовании:

Методики под рабочим напряжением и в режиме нагрузки:

• измерение сопротивления изоляции;
• измерение диэлектрических характеристик изоляции;
• измерение сопротивления постоянному току;
• измерение сопротивления переменному току;
• измерение потерь холостого тока на пониженном напряжении;
• измерение коэффициента трансформации;
• испытание повышенным напряжением;
• измерение деформации обмоток методом FRA или SFRA;
• оценка степени увлажнения твердой изоляции;
• проверка состояния переключающих устройств.
  • измерение характеристик частичных разрядов;
  • измерение степени запрессовки активной части;
  • тепловизионнное обследование.

Измерение сопротивления изоляции.

Для измерения сопротивления изоляции используются мегаомметры. На сегодняшний день на рынке предлагается множество типов данного вида прибора. В работе сам я попробовал около двух десятков различных типов. Необходимо отметить, что многие модели мегаомметров под нагрузкой не выдают заявленной величины напряжения.

Для диагностики мощных силовых трансформаторов желательно использовать мегаомметры более дорогого ценового сегмента – тестеры изоляции. В них помимо стандартной функции измерения изоляции и испытания изоляции повышенным постоянным напряжением реализованы ряд дополнительных функций. Например, измерение напряжения приложенного к объекту испытания, измерение ёмкости изоляции, измерение токов абсорбции изоляции, проведение различных автоматических тестов. Пробовал в работе следующие марки тестеров изоляции: С.А6545/47(Chauvin Arnoux), Fluke 1550/55 (Fluke Industrial), MI3200 (Metrel), MIT525 (Megger). Все вышеперечисленные тестеры изоляции имеют примерно одинаковые характеристики. Единственное отличие - в зависимости от модификации может меняться максимальное тестовое напряжение: 5 или 10 кВ. Для диагностики трансформаторов этот параметр не имеет значения, но вот для ряда оборудования наличие тестового напряжения 10 кВ в работе предпочтительнее. Наиболее комфортным в работе для меня оказался MI3200. Основное преимущество - удобное меню настроек прибора и наглядность отображения информации на дисплее. После запуска измерения не нужно совершать дополнительных переключений, чтобы проконтролировать все необходимые величины. Меньше всего понравился Fluke 1550/55 из-за мягкого громоздкого кейса и невозможности производить подзарядку прибора пока в него вставлены измерительные щупы.

Рисунок 2. Тестеры изоляции

слева – направо С.А6545, Fluke 1555, MI3200, MIT525.

Измерение диэлектрический характеристик изоляции.

Для измерения диэлектрических характеристик изоляции используются мосты переменного тока. В начале карьеры работал мостами МД-16, Р5026, Р5026М. Потом попробовал в работе следующие марки мостов переменного тока: СА7100 (ОЛТЕСТ), Тангенс 2000 (НИИЭМП), Вектор-2М (Точприбор).

Мосты серии CA7100 поставляются в нескольких модификациях. В СА7100-3 встроен мегаомметр для совместного проведения измерений сопротивления изоляции и диэлектрических характеристик. С моей точки зрения выигрыш времени незначительный за счет необходимости коммутации блоков. При этом разница в цене между модификацией со встроенным мегаомметром и без мегаомметра равна хорошему тестеру изоляции, который пригодится и для других работ. Кроме того, синий кабель поставляемый в комплекте с мостом серии СА7100 очень неудобный и тяжелый из-за этого быстро выходит из строя. Поэтому как правило не используется. Наличие тележки, блока коммутации и встроенного повышающего трансформатора необходимо при выполнении работ в пределах одной станции при отсутствии передвижной лаборатории.

Тангенс 2000 неплохой мост. По характеристикам не уступает серии СА7100. Но более громоздкий. Имеет один недостаток. При снижении заряда аккумулятора менее 30% могут очень сильно «плыть» показания при измерениях.

Задумка измерителя Вектор-2М в целом неплохая. Измеритель работает не по классической мостовой схеме, а измеряет угол между током и напряжением. Но вот измерения в условиях наведенного напряжения, особенно по «обратной» схеме, может стать огромной проблемой. Не понравился эталонный конденсатор. Слабая изоляция корпуса от земли и без дополнительной изоляции легко перекрывается и конденсатор может выйти из строя. За десять лет эксплуатации четырех комплектов Вектор-2М вышли из строя 3 эталонных конденсатора.

Для меня с точки зрения перевозки (в том числе и авиатранспортом) удобнее блок СА7100-2 без дополнительного оборудования.

Рисунок 3. Мосты переменного тока

слева – направо СА7100-2, Тангенс 2000, Вектор-2М.

Измерение сопротивления постоянному току.

Для измерения сопротивления постоянному току применяются два метода. Метод амперметра – вольтметра и мостовой метод.

Для измерения мостовым методом применяются мосты постоянного тока. В зависимости от габарита трансформатора можно успешно применять те или иные типы приборов. Основные проблемы возникают при измерении трансформаторов мощностью от 125 МВА из-за высокой индуктивности обмоток и низкого значения сопротивления обмоток низкого напряжения. Такая же проблема возникает при измерении сопротивления обмоток низкого напряжения сухих трансформаторов (значение сопротивления обмоток менее 1 мОм). Все используемые мной в работе мосты постоянного тока ПТФ-1 (Элтех), С.А.6250 (Chauvin Arnoux), Виток (НИИЭМП), ПФИ24-10Р (НПФ Инфрохром-99), МЭН-3 (КБ Прибор), МИКО 2.3 (СКБ ЭП), МИКО-7 (СКБ ЭП), МИКО-8 (СКБ ЭП) и др. не смогли корректно измерить значение сопротивление обмотки низкого напряжения сухих трансформаторов. При измерение мощных трансформаторов плохо себя зарекомендовали МЭН-3, Виток, МИКО-7, С.А.6250. МИКО-7 у нас был в базовой версии и у него не хватало времени измерения, чтобы намагнитить измеряемую обмотку. Чтобы исправить этот недочет необходимо было платно перепрошить прибор до расширенной версии. У миллиомметра ПТФ-1 почти во всех диапазонах измерений показывается всего три разряда измеряемой величины, и он очень капризен - у него из-за нагрева или охлаждения могут плыть показания. Слышал неплохие отзывы о DLRO10HD (Megger) и о MI3250 (Metrel) но сам с ними не работал.

Рисунок 4. Мосты постоянного тока

слева – направо Виток, DLRO10HD, ПФИ24-10Р, МИКО-7.

Помучившись с различными типами мостов, мы вернулись к измерению сопротивления постоянного тока по классической схеме «амперметра – вольтметра». Заменили самый тяжелый и нестабильный элемент в схеме – автомобильный аккумулятор на сетевой, стабилизированный, трансформаторный источник питания на 30В/5А типа QJ3005C (Ningbo JiuYuan Electronic, существует более тяжелая версия на 10А). А «нежные» стрелочные вольтамперметры постоянного тока типа М2044 на цифровые мультиметры высокой точности типа PC500a или PC710 (Sanwa). При этом мультиметр можно использовать только один. Так ток, выдаваемый источником, практически не меняется во время проведения измерений (±0,01…0,02А при величине подаваемого тока 5А) и хорошо контролируется по встроенному в источник амперметру. Точность измерения мультиметра не менее 0,12%. Отключение такой схемы на время переключения РПН не требуется. Правильность измерения данной схемы проверена на мощных силовых трансформаторах (ТЦ 1000000/500, АТДЦТН 200000/220/110 и т.п.) и на сухих трансформаторах (ТRV -2000/6,3, ТСНЗ 2500/10 и т.п.) с сопротивлением обмоток менее 0,5 мОм.

Рисунок 5. Комплект для измерения сопротивления постоянному току

слева источник питания QJ3005C, справа мультиметр PC710.

Измерение сопротивления переменному току.

Для измерения сопротивления переменному току (сопротивление короткого замыкания) могут применяться специализированные комплекты или схема, собираемая на месте измерения из отдельных приборов переменного тока.

Наиболее широкую известность имеют комплекты К505 / К540 или их электронные аналоги типа К540-3 (Молния-Белгород), СА540 (ОЛТЕСТ). Основным недостатком электронных комплектов является высокая стоимость, в остальном комплекты удобны в работе. Для меня более удобным показался СА540.

Другим вариантом проведения измерений является использование мультиметров или аналоговых стрелочных приборов. При высоких значениях токов вместо мультиметров с трансформатором тока проще и удобнее использовать токовые клещи.

Рисунок 6. Комплекты для измерения сопротивления переменному току

слева – направо К540, Молния К540-3, СА540.

Измерение потерь холостого хода на пониженном напряжении.

Для измерения потерь холостого хода трансформаторов используются те же комплекты, что и для измерения сопротивления переменному току. При отсутствии комплекта для проведения измерения достаточно наличия аналогового ваттметра типа Д566 (Д5106) и двух мультиметров. Как правило ваттметры многопредельные, но все равно желательно оценить ожидаемое значение потерь, чтобы значение измеряемых величин не находилось в начале шкалы, что приведет к высокой погрешности измерений. И наоборот, чтобы диапазона выбранного ваттметра хватило для проведения измерений. В этом отношении аналоговый комплект К540 был очень неудобен.

Есть вариант использования цифрового ваттметра типа АСМ-8003 (АКТАКОМ) или СР3010/2-000 (ЗИП-Научприбор). Прибор АСМ-8003 позволяет регистрировать ток, напряжение и активную мощность. К сожалению, заявленный диапазон при измерении потерь ограничен разрешением по мощности 1 Вт. СР3010/2-000 является цифровой копией Д566. Существует несколько модификаций с различными пределами измерений.

Рисунок 7. Ваттметры

слева – направо Д566, АСМ-8003, СР3010/2-000.

Измерение коэффициента трансформации.

Для измерения коэффициента трансформации могут применяться цифровые комплекты К540-3 (Молния-Белгород), СА540 (ОЛТЕСТ) или специализированные приборы типа TTR330 (Megger), MI3250 (Metrel). К сожалению, из-за высокой стоимости специализированных приборов и комплектов на практике приходится использовать два вольтметра или мультиметра.

Рисунок 8. Измерители коэффициента трансформации

слева – направо TTR330, MI3250.

Продолжение читайте в следующей статье “Приборы для диагностики состояния силовых трансформаторов, часть II”

Если Вам требуется консультация или подбор оборудования, заполните форму: