Які параметри перевіряються під час випробування масляного трансформатора?

Трансформатори масляніє критично важливими активами в системах електроенергії. Щоб переконатися, що вони працюють безпечно, ефективно та надійно, необхідно провести низку суворих випробувань — як на заводі, так і під час введення в експлуатацію, а також протягом усього терміну служби. Ці випробування перевіряють електричну міцність, механічну цілісність, теплові характеристики та стан ізоляційного масла.

Нижче пояснюються основні параметри за категорією тесту.

Частина 1: Звичайні випробування (виконуються на кожному трансформаторі)

Ці тести проводяться на кожній одиниці перед тим, як вона покине завод, щоб підтвердити основну якість виробництва.

1. Вимірювання опору обмотки

Цей параметр вимірює опір постійному струму. Вимірюючи опір кожної фазної обмотки (як первинної, так і вторинної), інженери можуть виявити ослаблені з’єднання, обірвані жили, неправильне положення перемикача РПН або значний дисбаланс фаз. Прийнятні значення мають бути збалансовані між фазами (зазвичай у межах 2%) і відповідати проектним розрахункам.

2. Співвідношення напруг і зсув фаз

Цей параметр перевіряє коефіцієнт витків. На первинну обмотку подається напруга, і вимірюється індукована напруга на вторинній стороні. Також перевіряється фазовий кут між обмотками. Це гарантує, що трансформатор виробляє правильну вихідну напругу та співвідношення фаз (наприклад, Dyn11). Зазвичай похибка повинна бути в межах ±0,5%.

3. Втрати холостого ходу та струм збудження

Втрати холостого ходу (втрати в сердечнику) викликані гістерезисом і вихровими струмами в сердечнику. Струм збудження — струм, необхідний для намагнічування сердечника. Вимірювання цих параметрів допомагає виявити дефекти серцевини, такі як закорочені шари або погане складання. Надмірні втрати холостого ходу означають, що трансформатор постійно витрачатиме значну кількість енергії.

4. Втрати навантаження та імпедансна напруга

Втрати навантаження (втрати міді) - це тепло, яке виділяється струмом, що протікає через обмотки. Імпеданс напруги визначає регулювання напруги трансформатора і величину струмів пошкодження. Щоб виміряти їх, вторинну обмотку замикають накоротко, а напругу на первинній обмотці підвищують, доки не потече номінальний струм.

5. Опір ізоляції (тест Меггера)

Цей параметр вимірює опір постійному струму між обмотками та між обмотками та землею (сердечник і резервуар). Високий опір ізоляції (зазвичай >1000 МОм для нових трансформаторів) означає, що система ізоляції суха, чиста та ціла. Низький опір зазвичай свідчить про проникнення вологи або забруднення.

6. Діелектрична міцність (випробування на витримку напруги)

Цей параметр перевіряє, яку перенапругу може витримати ізоляція без руйнування. Існує дві поширені форми:

Стійкість до змінного струму від окремого джерела: перевірка основної ізоляції (обмотки-земля та між обмотками).

Стійкість до індукованого змінного струму: перевірка міжвиткової та міжшарової ізоляції.

Для успішного проходження тесту не потрібно перегорання або поломки під час тесту.

Частина 2: Типові випробування (Перевірка проекту)

Ці випробування проводяться на прототипі кожної конструкції, щоб довести, що конструкція відповідає всім стандартним вимогам.

1. Межі підвищення температури

Цей параметр вимірює постійну температуру обмоток (розраховану методом зміни опору) і верхнього масла під номінальним навантаженням. Температура є єдиним найважливішим фактором, що впливає на термін служби трансформатора: кожні 6°C, що перевищують номінал, зменшують термін служби ізоляції вдвічі. Стандарти зазвичай вимагають, щоб підвищення температури обмотки не перевищувало 65 К (для ізоляції класу А).

2. Витримувана напруга грозового імпульсу

Цей параметр імітує удар блискавки в під’єднані лінії за допомогою форми сигналу напруги 1,2/50 мкс. Щоб перевірити, чи здатна ізоляція витримати атмосферні перенапруги, застосовується висока імпульсна напруга. Це важливий тест для запобігання раптового виходу трансформатора з ладу через блискавку.

3. Стійкість до короткого замикання

Цей параметр перевіряє, чи можуть обмотки протистояти величезним електромагнітним силам, що виникають під час зовнішнього короткого замикання, без деформації або зсуву. Після випробування перевіряються зміни в опорі та реактивному опорі обмотки, а аналіз частотної характеристики використовується для підтвердження відсутності механічних пошкоджень.

Частина 3: Спеціальні випробування (специфічні для клієнта або програми)

Ці випробування проводяться, коли потрібна додаткова впевненість, наприклад, для великих або критичних трансформаторів.

1. Рівень часткового розряду (PD)

Цей параметр вимірює крихітні електричні розряди всередині пустот ізоляції або на межах розділу, виражені в пікокулонах (пКл). Частковий розряд є ознакою раннього попередження про погіршення ізоляції. Для нових трансформаторів зазвичай вимагається, щоб рівень часткового розряду був нижче 10 пКл при напрузі, що перевищує номінальну напругу в 1,5 рази. Низький рівень PD означає, що ізоляція вільна від бульбашок або забруднень.

2. Коефіцієнт діелектричного розсіювання (Tan δ) і ємність

Tan δ (кут втрат) відображає, скільки енергії втрачається в ізоляційному матеріалі. Ємність відображає геометричну структуру системи ізоляції. Обидва параметри дуже чутливі до вологи та старіння. Підвищення значення tan δ вказує на те, що ізоляція могла стати вологою або навугленою.

3. Аналіз частотної характеристики (FRA)

Цей параметр записує «відбиток» імпедансу трансформатора в діапазоні частот (зазвичай від 20 Гц до 2 МГц). FRA надзвичайно чутливий до механічних переміщень обмоток, спричинених ударами транспортування або силами короткого замикання. Порівнявши заводські та польові лінії, якщо сліди залишаються висококорельованими (вище 98%), структура обмотки є незмінною.

4. Імпеданс нульової послідовності

Цей параметр вимірює опір трансформатора струмам нульової послідовності (струмам замикання на землю). Він визначає величину однофазного струму замикання на землю в системі із суцільно заземленою нейтраллю та є важливим вхідним сигналом для налаштування реле захисту.

Частина 4: Параметри випробування ізоляційного масла (вирішальне значення для масляних трансформаторів)

Масло діє як ізоляція та охолоджувач, тому його фізичні, хімічні та електричні властивості мають вирішальне значення.

1. Напруга пробою (BDV)

Це найбільш прямий показник електричної міцності масла. Зразок олії поміщають між двома електродами на заданому проміжку (зазвичай 2,5 мм) і напругу підвищують, доки не відбудеться пробій. Як правило, нова олива повинна мати BDV не менше 60 кВ. Низький BDV означає, що масло містить вологу або електропровідні частинки.

2. Вміст води

Волога є головним ворогом ізоляційного масла. Він різко знижує напругу пробою і прискорює старіння целюлозної ізоляції. Нова нафта вимагає надзвичайно низького вмісту води, як правило, нижче 10 частин на мільйон (ppm).

3. Кислотне число (величина нейтралізації)

Цей параметр вимірює концентрацію кислотних сполук в олії. У міру старіння масла кислотне число зростає. Високе кислотне число може викликати корозію металевих компонентів і прискорити деградацію ізоляції.

4. Аналіз розчинених газів (DGA)

Це один з найпотужніших діагностичних засобів. Вимірюючи концентрації та співвідношення основних розчинених газів — водню (H₂), метану (CH₄), етану (C₂H₆), етилену (C₂H₄), ацетилену (C₂H₂), оксиду вуглецю (CO) і вуглекислого газу (CO₂) — інженери можуть визначити приховані внутрішні несправності. Наприклад:

Виявлено ацетилен → дуговий розряд.

Переважає етилен → високотемпературна гаряча точка.

Раптовий підйом водню → частковий розряд.

5. Міжфазний натяг (IFT)

Цей параметр відображає наявність полярних забруднень або побічних продуктів старіння в маслі. Нове масло має відносно високий міжфазний натяг. Коли масло старіє або забруднюється, значення IFT зменшується.

6. Температура спалаху та температура застигання

Температура спалаху вимірює ризик пожежі. Мінеральне масло зазвичай має температуру спалаху вище 140°C.

Температура застигання вимірює плинність при низьких температурах. У холодному кліматі необхідно використовувати масло з низькою температурою застигання.