Диагностика обмоток силовых трансформаторов методом низковольтных импульсов

С. В. АЛИКИН, инж., А. А. ДРОБЫШЕВСКИЙ, канд. техн. наук, Е. И. ЛЕВИЦКАЯ, М. А. ФИЛАТОВА, инженеры
ВЭИ имени В. И. Ленина
Метод низковольтных импульсов (НВИ) известен уже 25 лет [1] как наиболее чувствительный метод обнаружения остаточных деформаций в обмотках силовых трансформаторов вследствие электродинамических воздействий.
В ряде стран, в том числе в СССР, метод НВИ включен в национальные стандарты на методики испытаний силовых трансформаторов на стойкость при к. з. [2]. Применяется метод НВИ и для диагностики остаточных деформаций обмоток в эксплуатации.
Суть метода заключается в подаче прямоугольного импульса низкого напряжения на одну из обмоток трансформатора, регистрации и анализе переходного импульсного тока, представляющего собой реакцию обмоток на этот импульс (рис. 1). Сравнительный анализ различий в кривых импульсного переходного тока до и после электродинамического воздействия и лежит в основе метода НВИ.
При относительно малых механических перемещениях в обмотках могут существенно меняться емкости отдельных элементов обмотки (межвитковые и межкатушечные емкости, а также емкости на соседний концентр или магнитопровод), а при существенных деформациях и индуктивности деформированных элементов (рис. 2). Поэтому переходный импульсный ток, амплитуды и частоты которого зависят от емкостных и индуктивных связей в обмотке и между обмотками, является наиболее чувствительным индикатором к механическим деформациям.
Установки типа "Импульс" разных модификаций применяются на основных испытательных стендах и в ряде энергосистем СССР. За период с 1974—1991 гг. накоплены данные обмеров методом НВИ нескольких сотен трансформаторов разнообразных конструкций мощностью от 0,1 до 1000 МВ-А.

На рис. 3 показана установка типа "Импульс-5", а на рис. 4 — несколько осциллограмм, иллюстрирующих применение метода для диагностики повреждений разного вида.

Рис. 1. Одна из схем импульсною дефектографирования трансформатора

Рис. 2. Упрощенная схема замещения обмотки трансформатора

На основе полученного опыта дефектографирования был разработан каталог дефектограмм характерных повреждений обмоток трансформатора, предложен простой метод количественной оценки изменения состояния обмоток [3].
Наиболее часто используемым при дефектографировании трансформаторов является метод измерения сопротивления к. з. Z., получивший широкое распространение благодаря своей высокой чувствительности к деформациям обмоток [4, 5].
Однако высокая эффективность метода измерения сопротивления к. з. для обнаружения остаточных
деформаций может быть достигнута только при обеспечении стабильности схем измерений, идентичности за короток и применении приборов высокой точности. Такие требования выполнимы на испытательных стендах, но затруднительны в эксплуатации. Поэтому допустимые изменения сопротивления к. з Z по-разному нормируются для испытательных стендов и в эксплуатации: по ГОСТ 20213-74 [7] изменения Z могут быть не более 1—1,5 %, тогда как по циркуляру Минэнерго Ц- 02-88(0) допускается изменение Z до 3 %.

Рис. 3. Установка "Импулъс-5"

Рис. 4. Характерные осциллограммы для наиболее часто всречающихся повреждении обмоток при электродинамических воздействиях для трансформаторов разной мощности:
а — повреждения отсутствуют; б — распрессовка обмоток; в — потеря прессовки, взаимное перемещение обмоток; г — потеря осевой устойчивости; ду е — потеря радиальной устойчивости внутренней обмотки; ж, э — электрическое повреждение испытаний трансформаторов на динамических стендах подтвердил, что механические повреждения обмоток трансформаторов вследствие электродинамических воздействий могут сопровождаться значительно меньшими изменениями Z^ [6], что отражено и в [7].

В табл. 1 приведено сравнение результатов диагностических обмеров ряда трансформаторов методом НВИ и измерением Z’ (по критериям ГОСТ 20243-74 и методики Ц-02-88(Э)).
Как видно из табл. 1, оценка состояния обмоток трансформаторов по методике НВИ и по изменениям Z в соответствии с критериями ГОСТ 20243-74 в большинстве случаев совпадает, в то время как оценка по измерениям Z^ в соответствии с методикой Ц-02-88(Э). 

Сравнение результатов диагностических измерений и фактического состояния трансформаторов до и после динамических испытаний
Таблица 1

Опыт в ряде случаев оказалась неэффективной. Следует отметить, что в практике динамических испытаний на стен де ВЭИ не было случаев, чтобы чувствительность метода НВИ была ниже чувствительности традиционных методов диагностики или оказалась недостаточной для обнаружения повреждений.
В табл. 2 приведено сопоставление чувствительности метода НВИ с основным методом, используемым для дефектографирования трансформаторов при испытаниях и в эксплуатации — измерением сопротивления к. з. на основе данных, полученных при динамических испытаниях трансформаторов.
Как видно из табл. 2, метод НВИ обладает хорошей чувствительностью к большему количеству видов повреждений. Важно, что этот метод позволяет определить не только фазу, но и обмотку, в которой произошло повреждение.
Эксплуатация предыдущих установок "Импульс" в энергосистемах требовала высокой квалификации операторов, поэтому установки приобрели только такие мощные энергосистемы страны, как "Донбассэнерго", "Ленэнерго", "Мосэнерго", "Свердловэнерго".
В настоящее время в связи с ростом компьютеризации и автоматизации измерений появилась возможность переложить наиболее тонкие и квалифицированные функции операторов, связанные с обработкой и интерпретацией результатов дефектографирования, на ЭВМ.