Способ диагностирования состояния изоляции трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника

Изобретение относится к способам диагностики состояния изоляции трансформаторов, а более конкретно к способам диагностики состояния изоляции трехфазных сухих трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника на наличие следующих дефектных явлений: межвиткового пробоя и замыкания обмотки на корпус (полного или частичного). Технический результат: уменьшение трудоемкости и расширение функциональных возможностей способа диагностирования состояния изоляции трехфазных трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника. Предложен способ диагностирования состояния изоляции трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника, включающий отключение трансформатора от сети питания и от выпрямительного агрегата, поочередную подачу испытательного импульса к фазным обмоткам трансформатора от генератора стандартных испытательных импульсов напряжения с заданными амплитудными значениями U_тр и измерение импульса тока с шунта, к которому подключено устройство для измерения тока. При этом шунт поочередно подключают между началами фазных обмоток высокого напряжения, расположенных на крайних стержнях, и сердечником. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способам диагностики состояния изоляции трансформаторов, а более конкретно к способам диагностики состояния изоляции трехфазных сухих трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника на наличие следующих дефектных явлений: межвиткового пробоя и замыкания обмотки на корпус (полного или частичного).

Известны так называемые малоударные способы (Стефанов К.С. Техника высоких напряжений. - Л.: Энергия. 1967. С.337), которые заключаются в подаче на трансформатор трех полных импульсов (1,5/40 мксек) и трех срезанных импульсов отрицательной полярности (длительность импульса 2-3 мксек). Данные способы основаны на применении высоковольтного импульсного оборудования, использование которого возможно только в стационарных лабораторных условиях, что в свою очередь приводит к необходимости доставки испытуемого трансформатора в лабораторию. Сказанное обуславливает значительную трудоемкость данных способов. К тому же эти способы позволяют только выявить уже существующий дефект изоляции обмоток трансформатора, зарождающееся ухудшение изоляции остается незамеченным.

Известен способ импульсной диагностики и испытания изоляции трансформаторов (Алексеенко Г.В., Ашрятов А.К., Еремей Е.В., Фрид Е.С. Испытания мощных трансформаторов и реакторов. - М.: Энергия, 1978. С.305-334), выбранный в качестве прототипа. Данный способ позволяет одновременно диагностировать и испытывать изоляцию обмоток трансформаторов, т.к. диагностирование изоляции обмотки проводится импульсом с амплитудным значением, превышающим амплитудное значение номинального напряжения трансформатора. Последовательность операций данного способа такова:

1. Отключение трансформатора от сети питания и от выпрямительного агрегата.

2. Демонтаж трансформатора.

3. Транспортировка в испытательную лабораторию.

4. Подсоединение к высоковольтной обмотке трансформатора генератора высоковольтных импульсов, измерительных шунтов и делителей напряжения (компенсированные делители и безындуктивные шунты).

5. Подача импульсов на обмотку высокого напряжения (ВН) тестирующего импульса напряжения.

6. Осциллографирование колебаний потенциала или тока в обмотке. Осциллограммы этих колебаний называют дефектограммами. Дефектограммы, полученные при пониженном напряжении (нормограммы), сравниваются с дефектограммами при испытательном напряжении.

Данный способ является трудоемким, т.к. испытания проводятся в заводских условиях, что требует демонтажа трансформатора и доставки к месту испытаний, и характеризуется недостаточно широкими функциональными возможностями т.к. способ позволяет обнаружить только межвитковые пробои, и не позволяет обнаружить частичные пробои изоляции на корпус трансформатора.

Перед авторами стояла задача уменьшения трудоемкости и расширения функциональных возможностей способа диагностирования состояния изоляции трехфазных трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника за счет дополнительной возможности обнаружения частичных пробоев изоляции на корпус трансформатора.

Технический результат достигается тем, что в известном способе диагностирования состояния изоляции трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника, включающим отключение трансформатора от сети питания и от выпрямительного агрегата, поочередную подачу испытательного импульса к фазным обмоткам трансформатора от генератора стандартных испытательных импульсов напряжения с заданными амплитудными значениями U_тр (максимальное значение импульса напряжения согласовано с длительностью импульса и не превосходит пробивное напряжения изоляции диагностируемой обмотки) и измерение импульса тока с шунта, к которому подключено устройство для измерения тока, шунт поочередно подключают между началами фазных обмоток высокого напряжения, расположенных на крайних стержнях, и сердечником, испытательный импульс с высокочастотными колебаниями продолжительностью Т_k в начале импульса подают на обмотку низкого напряжения, расположенную на среднем стержне трансформатора, а измерение тока i_Q в обмотках высокого напряжения, расположенных на крайних стержнях, производят с шунта с последующим вычислением критерия R

Q

p

для каждой обмотки, расположенной на крайних стержнях, по формуле

где U_тр - амплитудное значение импульса напряжения в обмотке низкого напряжения фазы р (р=a, b, c), Q - фаза в диагностируемой обмотке высокого напряжения, в которой измеряют ток i_Q (Q=А, В, С), далее подают ряд испытательных импульсов различной амплитуды на обмотку низкого напряжения, расположенную на любом крайнем стержне и измеряют с помощью шунта токи, протекающие в обмотке высокого напряжения, расположенной на среднем стержне, затем вычисляют критерии kR

Q

p

для случаев: k=1, Q=A, p=b ; Q=B, p=a; k=1 Q=C, p=b, если значения полученных критериев для испытательного импульса одной и той же амплитуды отличаются друг от друга более чем в 1,5 раза, то в фазной обмотке высокого напряжения, где значение критерия максимально, имеет место межвитковое замыкание, если при увеличении амплитуды испытательного импульса напряжения также получают скачки значения критерия R

Q

p

в сторону резкого уменьшения от начальных значений, то в соответствующей фазной обмотке высокого напряжения имеется частичный пробой на корпус.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что испытательный импульс подается на фазную обмотку низкого напряжения (НН), находящуюся на одном стержне, а диагностируется фазная обмотка ВН, расположенная на соседнем стержне.

Отмеченные отличия позволяют производить импульсные испытания со стороны низкого напряжения, т.е. использовать для диагностирования обмотки ВН коэффициент трансформации. В связи со сказанным заявляемый способ проводится при низком напряжении, что предопределяет возможность портативной реализации данного способа.

Заявляемый способ диагностирования состояния изоляции трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника поясняется фиг.1, где начала фазных обмоток низкого напряжения обозначены а, b, с, а их концы х, у, z. Начала обмоток высокого напряжения обозначены А, В, С, их концы X, Y, Z. Генератор импульсов 1 присоединяется к фазной обмотке низкого напряжения. Измерительный блок 2 электрически соединен с измерительным шунтом 3, который электрически соединен с началом фазной обмотки высокого напряжения и сердечником трансформатора 4. Генератор импульсов 1 и измерительный блок 2 составляют устройство диагностики изоляции трансформатора (УДИТ).

На фиг.2 приведен вид испытательных импульсов напряжения и тока. Продолжительность высочастотных колебаний обозначена T_k. На фиг.3 показана форма тока в обмотке высокого напряжения. Алгоритм способа показан на фиг.4.

Перед испытаниями трансформатор отключается от сети питания и от выпрямительного агрегата. Диагностирование начинается с подсоединения к зажимам обмотки НН (b, у), расположенной на среднем стержне сердечника (фиг.1) генератора импульсного напряжения 1. Данный генератор 1 может быть выполнен по схеме, приведенной в книге (Под ред. Комелькова B.C. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М.: Атомиздат, 1970. С.13). Для испытаний используются одиночные импульсы, форма которых представлена на фиг. 2.

Шунт 3 (фиг.1) присоединяется к началу (А) обмотки ВН и к сердечнику 4 трансформатора. Затем к шунту 3 подсоединяется измерительный блок 2, измеряющий ток, протекающий по обмотке высокого напряжения. Для целей диагностики используется форма кривой тока на “землю”, измеряемого с помощью шунта 3.

В процессе испытаний конденсатор генератора импульсов 1, заряженный до напряжения от 150 до 900 В, разряжается на фазную обмотку НН трансформатора. Процесс можно разделить на три этапа: передача фронта импульса с высокочастотными колебаниями, обусловленными индуктивностью рассеяния и емкостью конструкции (фиг.2); передача "полки импульса; передача нелинейной части, которая соответствует намагничиванию сердечника трансформатора 4 (фиг.1), падению входной индуктивности и резкому росту тока в обмотке НН трансформатора, при этом конденсатор генератора импульсов 1 разряжается полностью, далее следует обратный выброс напряжения (фиг.2), сопровождающийся уменьшением тока.

Для целей диагностики используется промежуток времени [0, T_k].

В качестве отклика на импульсное воздействие в обмотке НН, расположенной на одном стержне, используется ток, протекающий по фазной обмотке ВН, расположенной на другом стержне, так называемый ток на “землю” (фиг.3).

Интегральное значение тока на "землю" условно содержит три составляющих: постоянную составляющую, связанную с токами утечки; составляющую, связанную с активными потерями в обмотках; третью - с потерями в диэлектрике изоляции и магнитопроводе при высокочастотных колебаниях. Наличие межвиткового замыкания (образуется короткозамкнутый виток) в любой обмотке ВН, расположенной на крайнем стержне, приводит к резкому падению магнитной индукции в этом стержне из-за размагничивающего действия короткозамкнутого витка, за которым следует перераспределение основной части магнитного потока на третий стержень с обмоткой без дефекта, уменьшение амплитуды напряжения на неисправной обмотке и, как следствие, уменьшение потерь в стали сердечника, в диэлектрике изоляции, а также уменьшение постоянной составляющей тока на землю.

Кроме того, наличие короткозамкнутого витка приводит к изменению частотных характеристик обмотки, что проявляется в сжатии кривой тока на "землю". Сжатие кривой также уменьшает интегральное значение тока на "землю".

Наличие пробоя на корпус, наоборот, приводит к резкому увеличению постоянной составляющей тока на "землю".

Для эффективного использования способа введен критерий, который характеризует изоляцию как систему, которая может находиться в различных состояниях: 1) исправном, 2) с частичным (начиная с некоторого напряжения) пробоем на корпус, 3) с межвитковыми замыканиями,

Здесь в качестве переменной выступает амплитуда подаваемого на обмотку НН фазы p импульсного напряжения (U_тp), Q - фаза обмотки ВН, в которой измеряется ток на землю i_Q, T_k - продолжительность колебаний.

Если значения полученных критериев для испытательного импульса одной и той же амплитуды более чем в 1,5 раза отличаются друг от друга, то в фазной обмотке ВН, где значение критерия максимально, имеет место межвитковое замыкание, если, кроме того, наблюдаются скачки значения критерия R

Q

p

в сторону резкого уменьшения от начальных значений при увеличении амплитуды испытательного импульса, то это означает, что в соответствующей фазной обмотке ВН имеется частичный пробой на корпус.

Наличие коэффициента связано с неравномерностью распределения магнитных потоков. Если учесть, что интегральное значение тока пропорционально напряжению на обмотке ВН (U

Q

p

) с коэффициентом пропорциональности g, то

где u_a, u_b амплитуда напряжения на обмотке НН, на которую подается импульс, k_T - коэффициент трансформации.

Алгоритм способа представлен на фиг.4. Отношения >>, << означают больше в 1,5 раза, меньше в 1,5 раза соответственно.

Данный способ имеет инженерную реализацию в виде устройства диагностирования изоляции трансформаторов (УДИТ), которое создано и испытано авторами.

Устройство состоит из генератора одиночных импульсов и измерительного блока. Испытания производятся при различных амплитудных значениях импульсов напряжения, соответствующих различному уровню напряжения от 150 до 900 В, до которого заряжен конденсатор генератора. Значение критерия для каждого значения напряжения высвечивается на индикаторе. В соответствии с алгоритмом способа (фиг.4) делается вывод о наличии дефектных явлений.

Как можно заметить способ имеет переносную аппаратную реализацию, поэтому диагностика может производиться на месте эксплуатации трансформатора без демонтажа и доставки на испытательную лабораторию, что обуславливает его малую трудоемкость. Способ позволяет выявить одновременно два дефекта изоляции трансформатора: межвитковые замыкания и частичный пробой изоляции на корпус.

1. Способ диагностирования состояния изоляции трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника, включающий отключение трансформатора от сети питания и от выпрямительного агрегата, поочередную подачу испытательного импульса к фазным обмоткам трансформатора от генератора стандартных испытательных импульсов напряжения с заданными амплитудными значениями U_тр (максимальное значение импульса напряжения согласовано с длительностью импульса и не превосходит пробивное напряжение изоляции диагностируемой обмотки) и измерение импульса тока с шунта, к которому подключено устройство для измерения тока, отличающийся тем, что шунт поочередно подключают между началами фазных обмоток высокого напряжения, расположенных на крайних стержнях, и сердечником, испытательный импульс с высокочастотными колебаниями продолжительностью Т_k в начале импульса подают на обмотку низкого напряжения, расположенную на среднем стержне трансформатора, а измерение тока i_Q в обмотках высокого напряжения, расположенных на крайних стержнях, производят с шунта с последующим вычислением критерия для каждой обмотки, расположенной на крайних стержнях, по формуле

где U_тр – амплитудное значение импульса напряжения в обмотке низкого напряжения фазы p (р=а, b, с ), Q – фаза в диагностируемой обмотке высокого напряжения, в которой измеряют ток i_Q (Q=А, В, С), далее подают ряд испытательных импульсов различной амплитуды на обмотку низкого напряжения, расположенную на любом крайнем стержне, и измеряют с помощью шунта токи, протекающие в обмотке высокого напряжения, расположенной на среднем стержне, затем вычисляют критерии для случаев k=1, Q=A, р=b; Q=B; p=a; k=1 Q=C, p=b, если значения полученных критериев для испытательного импульса одной и той же амплитуды отличаются друг от друга более чем в 1,5 раза, то в фазной обмотке высокого напряжения, где значение критерия максимально, имеет место межвитковое замыкание.

2. Способ диагностирования состояния изоляции трансформаторов с трехстержневой конструкцией сердечника по п.1, отличающийся тем, что если при увеличении амплитуды испытательного импульса напряжения получают скачки значения критерия R

Q

p

в сторону резкого уменьшения от начальных значений, то в соответствующей фазной обмотке высокого напряжения имеется частичный пробой на корпус.