Мониторинг частичных разрядов силового трансформатора

Содержание статьи:

• Мониторинг частичных разрядов силового трансформатора
  
• Зачем нужен мониторинг силового трансформатора
• Виды неисправности и сопутствующие факторы
• Датчики для диагностического мониторинга ЧР
• Каналы подключения к силовому трансформатору для мониторинга и выявления ЧР
• Снятие характеристик ЧР по основному каналу с измерительных обкладок высоковольтного ввода
• Снятие параметров ЧР по каналу заземления нейтрали
• Канал заземления трансформаторного бака
• Результат синхронных многоканальных измерений – 3PRPD диаграмма
• Заключение
• Нормативные документы

Мониторинг частичных разрядов силового трансформатора

Старение парка высоковольтных трансформаторов в России значительно опережает обновление. А так как мы знаем, что один из факторов возникновения частичных разрядов – это стареющее оборудование и износ изоляции, то диагностический мониторинг становится актуальным средством для предупреждения аварий. Что, кстати, намного дешевле покупки нового силового трансформатора.

Рис. Анализ частичных разрядов в силовом трансформаторе. Подключение акустических ультразвуковых датчиков к баку силового трансформатора

Зачем нужен мониторинг силового трансформатора

Диагностический мониторинг предназначен для оперативной оценки остаточного ресурса технологического оборудования.

Благодаря, мониторингу непредсказуемые ситуации с электрооборудованием переходят в разряд прогнозируемых, которые можно ожидать.

Диагностический мониторинг – это проверка критических технических характеристик силовых трансформаторов, в которые входит:

●        Определение состояния целостности изоляции высоковольтных вводов, обмоток, влаго- и газосодержания трансформаторного масла в баке, проверка токов утечки

●        Определение температуры в критических точках обмоток, проверка системы охлаждения при различных технологических рабочих режимах в зависимости от нагрузки по стороне ВН, СН, НН,

●        Проверка результатов переключения РПН в зависимости от текущего номера отпайки, которое свидетельствует об электромеханическом состоянии трансформатора и проверка наличия или отсутствия рассинхронизации.

В том случае, если в задачу мониторинга включить определение других параметров, это, конечно, не повлияет на эффективность, но скажется на увеличении стоимости оборудования и снижении надежности работы. Поэтому выбор мониторинга зависит от экспертного ядра характеристик, которое способно определить состояние трансформатора. Снятие параметров состояния трансформатора при проведении мониторинга ЧР зафиксировано в Стандарте организации «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.200.10.011-2008.

Более подробно о приборах, необходимых для диагностирования силового трансформатора, можно почитать в разделе на нашем сайте “Приборы для проверки трансформаторов”. Наша компания «ГК Ресурс» готова оказать поддержку в вопросах диагностического мониторинга.

Виды неисправности и сопутствующие факторы

Частичные разряды возникают в локальных дефектах, в областях, где изоляция ослаблена из-за наличия газовых включений (полостей) или острых кромок металлических элементов изоляционных электродов. Газовые разряды в жидкой и твердой изоляции – это слабые места. Из-за различия диэлектрической проницаемости газа в окружающих включения газа диэлектриков напряженность очень высокая. Она выше, чем в прочей изоляции. ЧР возникают как в масле, так и в местах ослабленной твердой изоляции, где наблюдается высокая напряженность электрического поля.

Существует ряд неисправностей, характерных для силового трансформатора, определяемых диагностическим мониторингом возникновения частичных разрядов. Рассмотрим краткую характеристику каждого дефекта.

Рис.Таблица дефектов возникших в результате ЧР в силовом маслонаполненном оборудовании 

Датчики для диагностического мониторинга ЧР

Высокочастотные датчики (VHF), полоса частот – 3 ÷ 20 МГц, устанавливаются на ПИН-вывод высоковольтного ввода, высокочастотный сигнал от импульсного разряда через емкость выводится на измерительный блок. Фиксируют разрядные явления около ввода, на вводе, на отводах и в зоне экранных колец. От удалённых участков сигналы приходят с ослаблением. Сигналы с некоторых точек активной части не фиксируются вообще. Локализация зоны дефекта невозможна.

Датчики частичных разрядов – высокочастотные трансформаторы тока устанавливаются на проводниках или шинах заземления высоковольтного оборудования. Установка датчиков частичных разрядов типа «RFCT» на высоковольтных токоведущих проводах высокого напряжения или в точках оборудования, где высокое напряжение может возникнуть даже кратковременно, например, в изолированной нейтрали трехфазной цепи, категорически запрещена.

Рис. Разъемные токовые клещи для измерения ЧР

Ультравысокочастотные датчики (UHF) – высокочастотные антенны, встроены в бак трансформатора, через люки, фланцы или вентили слива масла, полоса частот таких датчиков 15 ÷ 100 МГц. Фиксируют высокочастотный фон в активной части, выполняют роль индикатора – наличия или отсутствия разрядов в активной части. Количественные измерения и локация такими датчиками невозможны.

Рис.Датчики для мониторинга частичных разрядов силовых трансформаторов

TEV-антенна с магнитным креплением предназначены для регистрации сигналов ЧР на поверхности оборудования (трансформаторов, ячеек КРУЭ) с целью локализации источника ЧР.), применяются как одномоментно на время измерений, так и для постоянного мониторинга, полоса частот 1  ÷ 50 МГц. С датчиков, устанавливаемых на бак трансформатора – двухточечный гальванический контакт) снимают сигналы, которые обладают наибольшей информативностью, т.к. позволяют фиксировать разрядные явления в активной части, а также локализуют ЧР.

Оптимальный комплект датчиков применительно к трансформаторам – это несколько SPHF-сенсоров, устанавливаемых на поверхность бака трансформатора в определенных местах (для локации ЧР внутри бака трансформатора) и нескольких VHF–сенсоров, присоединяемых к выводам ПИН вводов трансформатора (для обнаружения дефектов во вводах и определения общего уровня электроразрядной активности в трансформаторе и осуществления градуировки схемы измерения).

Рис.Последовательность измерения и оборудование для сбора данных по измерениям ЧР в силовом трансформаторе реакторе

Каналы подключения к силовому трансформатору для мониторинга ЧР

Система диагностики высоковольтной изоляции представляет собой компьютерную систему сбора и обработки информации, поступающей от электрических, акустических и электромагнитных датчиков частичных разрядов, размещенных на контролируемом объекте.

Наличие трех каналов регистрации сигналов частичных разрядов (электрического, электромагнитного и акустического) обеспечивает надежное обнаружение дефектов изоляции независимо от локализации и типа.

Каналы для снятия характеристик частичных разрядов, вероятных в изоляции силового трансформатора:

1. Основной канал – это измерительные выводы высоковольтных вводов на напряжение от 110 кВ и выше. На трансформаторах 35 кВ только изредка встречаются вводы с измерительной обкладкой.
2. Канал заземления нейтрали. Используется в случае применения режима изолированной нейтрали.
3. Заземление бака – это третий канал измерения ЧР на силовом трансформаторе. Он самый малоинформативный. Однако лучше остальных каналов демонстрирует наличие искрения в сердечнике трансформатора.

Рис. Многоканальное подключение терминалов измерения ЧР индуктированным напряжением

Измерительные выводы высоковольтных вводов используются для развязки сигналов. Ввиду наличия гальванической, емкостной и электромагнитной взаимосвязи 3-х фаз трансформатора одиночный ЧР, возникающий в определенной фазе, фиксируется измерительным блоком на фазах трансформатора. Для достоверной идентификации отражения исходных импульсов большое значение имеет точная синхронизация измерительных каналов.

Каждый единичный импульс ЧР, обнаруженный терминалами, отцифровывается в соответствии с меткой времени и передается по оптоволокну к ноутбуку оператора для анализа ЧР в режиме реального времени с помощью соответствующего ПО.

Рассмотрим каким образом происходит работа по снятию показателей ЧР по трем каналам мониторинга.

Снятие характеристик ЧР по основному каналу с измерительных обкладок высоковольтного ввода  

Для снятия параметров в качестве датчиков выступают высокочастотные трансформаторы тока и резистивные датчики, трансформаторы – это оптимальный вариант, который пригоден для обеспечения целостности оборудования и безопасности обслуживающего персонала. При использовании резистивных датчиков с заземлением может произойти неисправность, при этом есть вероятность выхода из строя силового трансформатора.

При использовании высокочастотных трансформаторов тока измерения происходят проще и безопаснее. Для фиксации ЧР самый удобный регистратор – AQUILA. Портативная система AQUILA – это универсальное решение, которое представляет собой набор функций и приборов для измерения электрическим методом параметров ЧР на любом высоковольтном оборудовании. В конструкцию прибора интегрирована технология анализа частичных разрядов TF-MAP с возможностями подключения прибора по (Wi-Fi, оптоволокну, USB, Bluetooth).

Снятие параметров ЧР по каналу заземления нейтрали

Канал применяется не всегда, так как в этом случае установка датчиков совершенно бесполезна и не совсем безопасна из-за слабой изоляции датчиков. Если в процессе диагностики что-то произошло с выключателем нагрузки, то на месте установки датчика может возникнуть фазное напряжение, что чревато неприятными последствиями. При длительном режиме возможен пробой изоляции. Канал полезен для сравнения амплитуды сигналов. При полноценной градуировке, подаче градуированного заряда на ввод высокого напряжения, на ввод среднего напряжения и в нейтраль.

Время прихода амплитуды сигнала помогает отстраиваться от помех и определяет наличие частичного разряда, отделяя его от шума. Недостаток канала – прямая связь с заземлением, поэтому он отличается наличием больших разнообразных шумов, так как по «земле» проходит большое количество помех самого разнообразного типа.

Канал заземления трансформаторного бака

Благодаря, этому каналу лучше всего выявить проблемы в активной части трансформатора, так как по нему проходит основная энергия частичных разрядов. Его недостаток – прямая связь с «землей», что дает большое количество помех. Плюс к этому большое количество излучений, которые собирает бак трансформатора. Кроме основного заземления, бак заземлен еще как минимум в четырех точках по транспортировочным рельсам, на которых установлен трансформатор, на эти заземления невозможно повесить демпфер, так как не позволяют габариты и изолировать эти точки также невозможно.

Результат синхронных многоканальных измерений – 3PRPD диаграмма

Применение многоканального метода используется как средство подавления шума и как опция для разделения наложенных сигналов ЧР друг от друга. Это делается формированием 3PRPD для каждой фазы диаграммы (3 Phase Amplitude Relation Diagram). При построении такой двухмерной цветной диаграммы векторы амплитуды всех трех фаз откладываются со сдвигом 120 градусов в соответствии с фазовым сдвигом испытательного напряжения. Каждый импульс ЧР, измеренный на трех фазах приводит в одну и ту же точку на схеме.

Рис. Диаграммы PRPD, показывающая внешние помехи (слева), фоновый шум (в центре) и внутренние ЧР (справа) – полученные с помощью диаграммы 3PARD

Заключение

Регистрация ЧР электрическими методами позволяет без запаздывания не только выявить дефект, но и определить его вид и степень развития.

Акустический метод оперативно измеряет ЧР, контролирует его и анализирует результаты без снятия напряжения.

Мониторинг достоверно диагностирует трансформаторы с применением переносных приборов анализа ЧР в локации зоны дефектов в изоляции высоковольтного оборудования. Более подробную информацию о приборах для мониторинга частичных разрядов можно получить в соответствующем разделе каталога на нашем сайте.

Мониторинг позволяет собирать статистическую информацию, на основе которой делаются однозначные выводы о техническом состоянии, характере неисправностей и местах возникновения дефектов.

Мониторинг подтверждает прямую связь частоты возникновения ЧР и эксплуатационную продолжительность трансформатора, особенно после проведения капитального ремонта.

Диаграммы позволяют судить о частоте возникновения ЧР, амплитуде и сделать выводы о техническом состоянии трансформатора. Наше оборудование, работающее на основе методов математической обработки, динамически изменяющихся данных по методу кластерного анализа, дает возможность идентифицировать повреждения, четко локализовать места повышенной активности и проследить динамику развития ЧР.

Нормативные документы

Стандарт организации «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.200.10.011-2008. Трансформаторы силовые, автотрансформаторы и реакторы. Автоматизированная система мониторинга и технического диагностирования. Общие технические требования.