Диагностика силовых трансформаторов

Подождите немного. Документ загружается.

Анализ газов, растворенных в масле 21

4. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК

4.1. Основные положения

Измерение сопротивления изоляции обмоток относится к категориям

контроля П, К, Т и М (см. введение).

При приложении постоянного напряжения к выводам обмоток их

измеряемое сопротивление изоляции изменяется во времени и, как

правило, через 60iс достигает постоянного значения, которое обозна-

чаютiR

60”

(рис 3.1)i.

iiiiiiiiiiiiiiiiiii

0 10 20 30 40 50 60 7080 90

0 15 30 45 60 75

t,с

60"

,МОм

дефект отсутстует

имеется дефект

Рис. 3. 1

По методу измерения сопротивления R

60”

наиболее эффективно вы-

являются дефекты, приводящие к увеличению тока сквозной проводимости

изоляции. Этот ток при приложении постоянного напряжения к изоляции

устанавливается практически мгновенно и во времени не изменяется.

Сквозной ток обусловливается как повышением наружной проводимости

изоляции, так и наличием в ней путей сквозной утечки. Эффективно

выявляемыми дефектами являются [Л.1]:

 местные увлажнения изоляции;

 загрязнения изоляции;

 повреждения изоляции;

 попадание в изоляционный промежуток токопроводящих

элементов (металлической стружки, следов от графита карандаша и

т.д.).

Характерными видами этих дефектов являются увлажнение и

загрязнение:

 верхней и нижней ярмовой изоляции;

 изоляционной плиты и изоляционных участков приводных

валов РПН;

Диагностика

трансформаторов

 нижней фарфоровой юбки вводов и др.

По методу измерения сопротивления R

60”

недостаточно эффективно

выявляются [Л.1]:

 местные увлажнения и загрязнения участков изоляции,

расположенных на значительном расстоянии от заземленных частей

(лучше определяются по методу измерения tgi изоляции обмоток);

 увлажнение изоляции, при котором основная масса влаги

сосредоточена во внутренних слоях изоляции (лучше определяется

измерением tgi изоляции обмоток);

 места неоднородности изоляции, например, вследствие

наличия в ней воздушных пузырьков (лучше определяется методом

частичных разрядов).

Таким образом, метод измерения сопротивления R

60”

позволяет

выполнить лишь грубую оценку усредненного состояния изоляции, для слу -

чая ее изменения, главным образом, под действием увлажнения и загрязне-

ния. Однако, метод является наиболее простым и доступным и он находит

широкое применение при необходимости быстрой оценки состояния

изоляции, например, перед включением оборудования под напряжение.

При оценке сопротивления R

60”

следует иметь в виду, что оно в зна-

чительной степени зависит от факторов, непосредственно не связанных с

увлажнением и загрязнением изоляции, таких, например, как свойства

залитого при монтаже масла, метода нагрева трансформатора и

распределения температур внутри бака и др. [Л.1].

Значение сопротивления R

60”

дает представление о среднем состоянии

всей изоляции, подвергнутой испытанию (т.е. о суммарном сопротивлении

изоляции). Измерением сопротивления R

60”

местные и сосредоточенные

дефекты в изоляции большого объема обнаруживаются плохо. В этом

отношении можно расширить возможности метода. На рис.3.2 показаны

участки изоляции двухобмоточного трансформатора при измерении сопро-

тивления R

60”

по схемам, приведенным в методике измерения.

При помощи расчетов [Л.3] можно определить поврежденный участок

изоляции, что иногда делают для уточнения места ухудшения изоляции.

Абсолютные значения сопротивления изоляции R

60”

не всегда опреде-

ляют степень увлажнения трансформатора, поэтому дополнительной харак-

теристикой служит коэффициент абсорбции Кабс, который представляет

собой отношение сопротивления изоляции, измеренного за 60 с, к сопротив-

лению, измеренному за 15iс [Л.4]:

аб с



Значения К

абс

не зависят от геометрических размеров изоляции и

характеризуют только интенсивность спадания тока абсорбции. С уда-

лением влаги из изоляции коэффициент абсорбции возрастает (отсутствует

дефект), с увлажнением - падает (имеется дефект), что видно из рис.3.1.

Анализ газов, растворенных в масле 23

ВН

НН

Рис.3. 2. Схема участков изоляции трансформатора, контролируемых

при измерении сопротивления изоляции R

60”

обмоток

НН, ВН - обмотки трансформатора;

, R

- сопротивления контролируемых участков

изоляции.

Диэлектрическими потерями называется мощность Р

, рассеиваемая

в изоляции при приложении к ней переменного напряжения. Однако

мощность потерь зависит не только от состояния изоляции, но и от ее

объема. Поэтому для оценки состояния изоляции обычно используется

тангенс угла диэлектрических потерь:

tg  





U I

р р

где U

напряжение, прикладываемое к изоляции;

Iа, Iр

активная и реактивная составляющие тока

через изоляцию.

В практике измерений значение tg  выражается в процентах:

tgi % = 100 tgi.

Тангенс угла диэлектрических потерь почти не зависит от размеров

изоляционной конструкции, так как при их изменении пропорционально

изменяются активная и реактивная составляющие тока, проходящего через

диэлектрик [Л.1].

Следовательно, tgi является показателем только состояния изоляции,

но не ее геометрических размеров, что является достоинством метода. Вели-

чина tgi дает усредненную объемную характеристику состояния диэлектри-

ка, ибо активная составляющая тока, вызванная диэлектрическими потерями

в местном дефекте, при измерении относится к общему емкостному току

объекта.

Как правило, измерение tgiпозволяет обнаружить общее (т.е.

охватывающее большую часть объема) ухудшение изоляции [Л.1].

Повышенное значение tgi свидетельствует [Л.2]:

 об увлажнении изоляции (главным образом объемном);

Диагностика

трансформаторов

 о загрязнении изоляции;

 о неоднородности изоляции.

Увлажнение и другие вышеперечисленные дефекты изоляции

вызывают увеличение активной составляющей тока I

, причем она растет

во много раз быстрее, чем емкостная составляющая I

. Это приводит к

увеличению угла  и соответственно tgi .

Ценность этого параметра заключается в следующем:

 значение tgiсущественно меньше зависит от влияния

посторонних факторов, чем другие показатели состояния изоляции;

 его можно измерять в условиях работы оборудования при

напряжении 10 кВ.

Однако, методы измерения tgi изоляции относительны и гораздо

сложнее, чем методы измерения сопротивления изоляции и коэффициента

абсорбции. Поэтому изоляция трансформаторов Ii-iIII габаритов подвергает-

ся этому испытанию только при подозрении на ее загрязнение, если изме-

рение R

60”

и К

абс

дает сомнительные результаты [Л.2].

Измерением tgi местные и сосредоточенные дефекты в изоляции

большого объема обнаруживаются плохо. Это объясняется тем, что в этих

случаях увеличение активной составляющей тока в изоляции вызывается

ухудшением небольшой части объема изоляции, а емкостная составляющая

хотя и остается практически неизменной, но определяется всем объемом

изоляции [Л.3]. Поэтому в ряде случаев, для уточнения места ухудшения

изоляции, преднамеренно уменьшают объем испытываемой изоляции [Л.4].

4.2. Методика измерения сопротивления изоляции R

60”

отношения R

60”

/ R

15”

Параметры, характеризующие изоляцию обмоток, зависят от

характеристик масла и температуры изоляции обмоток [Л.5]. Учет

изменения характеристик масла за время между последовательными

измерениями характеристик изоляции производится с помощью поправок,

учитывающих изменение tgi масла. Применяемые методы нагрева

трансформатора обязаны приблизить температуру изоляции обмоток при

последующих эксплуатационных измерениях к базовой температуре, т.е. к

температуре, имевшей место при заводских или монтажных испытаниях.

Для уменьшения разницы в распределении температур внутри бака при

заводских и эксплуатационных испытаниях, последние производятся лишь

по прошествии определенного времени после прогрева трансформатора.

При этом трансформатор предварительно нагревается до температуры,

несколько превышающей температуру при заводских испытаниях.

двухобмоточные

трансформаторы

ВН - НН, бак

НН - ВН, бак

ВН, НН - бак

трехобмоточные

трансформаторы

ВН - СН, НН, бак

СН - ВН, НН, бак

НН - ВН, СН, бак

ВН, СН - НН, бак

ВН, СН, НН - бак

Анализ газов, растворенных в масле 25

Характеристики изоляции измеряют по следующим схемам [Л.2]:

где ВН, СН, НН - соответственно обмотки высокого, среднего и низкого

напряжения. При измерении все неиспытуемые обмотки и бак трансфор-

матора необходимо заземлить (совместно).

Характеристики изоляции измеряются при температуре изоляции не

ниже + 10°С у трансформаторов на напряжение до 150 кВ мощностью до 80

МВА. У трансформаторов на напряжение 220-750 кВ и на напряжение 110-

150 кВ мощностью более 80 МВА характеристики изоляции измеряются при

температуре не менее нижнего значения температуры, записанной в пас-

порте. Для ее обеспечения трансформаторы подвергаются нагреву до темпе-

ратуры, превышающей требуемую на 10°С. Характеристики изоляции

измеряются на спаде температуры при отклонении ее от требуемого

значения не более чем на 5°С.

За температуру изоляции трансформатора, не подвергавшегося нагре-

ву, принимают: в трансформаторах на напряжение до 35 кВ с маслом -

температуру верхних слоев масла, в трансформаторах на напряжение выше

35 кВ с маслом - температуру фазы В обмотки ВН, определяемую по ее

сопротивлению постоянному току.

При нагреве трансформатора температура изоляции принимается рав-

ной средней температуре обмотки ВН фазы В, определяемой по сопротивле-

нию обмотки постоянному току. Рекомендуется температуру обмотки вы-

числять по формуле:

 

R R

235 t t

X O

O O





  

где R

- измеренное значение сопротивления обмотки при темпера-

туре t

;

- сопротивление обмотки, измеренное на заводе при темпера-

туре t

(записанной в паспорте трансформатора).

Сопротивление изоляции измеряется мегомметром на напряжение

2500iВ с верхним пределом измерения не ниже 10000 МОм.

Поскольку сопротивление R

60”

уменьшается с повышением температуры, то

для оценки степени ухудшения изоляции обмоток рекомендуется

измеренные значения сопротивления изоляции проводить к температуре

измерения изоляции на заводе. Например, если сопротивление изоляции

обмоток измерялось при температуре t

, отличной от температуры t

записанной в паспорте трансформатора, то фактическое (приведенное к

заводской температуре) сопротивление изоляции обмоток определяется

после деления измеренного сопротивления изоляции на коэффициент К

(табл.3.1).

Учитывая, что при повышении температуры на 10°С значение

сопротивления R

60”

увеличивается в 1,5 раза, можно определить К

по

формуле:

Диагностика

трансформаторов

K 1,5



t t

x o

Таблица 3. 1. Значения коэффициента К

для пересчета значений R

60”

Разность

температур

-t

,°C

1 2 3 4 5 10 15 20 25 30

Значение К

1,04 1,08 1,13 1,17 1,22 1,5 1,84 2,25 2,75 3,4

На результаты измерения сопротивления R

60”

помимо температуры

также оказывает влияние значение tgi масла в момент испытаний. Если на

заводе применялось масло, которое при лабораторной температуре t

м1

имело

значение tgi

м1

, а при последующем измерении характеристик изоляции

применялось масло, имеющее при лабораторной температуре t

м2

значение

tgi

м2

, то необходимо привести измеренные в лаборатории значения tg 

м1

tg 

м2

к температурам t

и t

измерения характеристик изоляции, используя

табл.3.2. .

Таблица 3. 2. Значения коэффициента К

для пересчета значений tgiмасла

Разность температур t,°С 1 2 3 4 5 10 15

Значение К

1,04 1,08 1,13 1,17 1,22 1,5 1,84

Разность температур t,°С 20 25 30 35 40 45 50

Значение К

2,25 2,75 3,4 15 5,1 6,2 7,5

Учитывая, что при повышении температуры на 10 °С значение tg 

масла увеличивается в 1,5 раза, можно определить значение коэффициента

по формуле:

 

3 1





1 5

0 1

t t

- значение коэффициента К

для случая измерения

характеристик изоляции на заводе;

 

3 2





0 2

t t

значение коэффициента К

для случая послезаводских

измерений характеристик изоляции обмоток.

Фактическое значение tgiмасла при заводских измерениях

характеристик изоляции обмоток (tgi

м1ф

) определяется приведением

заводских лабораторных значений tgi масла к температуре измерения

характеристик изоляции:

tg К tg

м ф м

 

1 3 1 1

 

( )

Аналогично, фактическое значение tgiмасла при послезаводских

измерениях характеристик изоляции обмоток (tgi

м2ф

) определяется по

формуле:

Анализ газов, растворенных в масле 27

tg К tg

м ф м

 

2 3 1 2

 

( )

Обобщающий коэффициент К

м1

, позволяющий учесть влияние масла

при приведении значений сопротивления R

60”

при послезаводских

испытаниях к заводским значениям определяется по формуле

м ф

t t t t

x м м

0 1 2

  

  



( ) ( )

Окончательно, фактическое сопротивление R

60”ф

с учетом влияния

температуры и масла на результаты послезаводских измерений

характеристик изоляции определяется по формуле [Л.5]

R R K K

ф из м м60 60 2" "

  

где R

60”изм

- значение сопротивления R

60”

при послезаводских испытаниях.

С учетом параметров, использованных выше, окончательно имеем:

R R

ф из м

t t t t

x м м

60 60

0 1 2

" "

( ) ( )

,  

  



4.3. Методика измерения tg7 изоляции обмоток

Тангенс угла диэлектрических потерь изоляции обмоток измеряют по

вышеприведенным схемам мостом переменного тока по перевернутой

схеме.

Измерения на трансформаторах, залитых маслом, допускается

производить при напряжении переменного тока частотой 50ii5iГц, не

превышающем 2/3 заводского испытательного напряжения испытуемой

обмотки [Л.5].

Поскольку tgi увеличивается с повышением температуры, то для

оценки степени ухудшения изоляции обмоток рекомендуется измеренные

значения tgi приводить к температуре измерения изоляции на заводе.

Например, если tgi изоляции обмоток измерялся при температуре t

отличной от температуры t

, записанной в паспорте трансформатора, то

фактический (приведенный к заводской температуре) tgi изоляции

обмоток определяется после деления измеренного tgi на коэффициент К

(табл. 3.1).

Таблица 3. 1. Значения коэффициента К

для пересчета значений tg 

Разность

температур

tx-to, С

1 2 3 4 5 10 15 20 25 30

Значения К1 1,03 1,06 1,09 1,12 1,15 1,31 1,51 1,75 2,0 2,3

Учитывая, что при повышении температуры на 10 °С значение tgi

увеличивается в среднем в 1,26 раза, можно также определить К

по

формуле:

Диагностика

трансформаторов

t t

x o

126



Таблицаi3. 2.iЗначения коэффициента К

для пересчета значений tg  масла

Разность температур t, °С 1 2 3 4 5 10 15

Значение К

1.04 1.08 1.13 1.17 1.22 1.5 1.84

Разность температур t, °С 20 25 30 35 40 45 50

Значение К

2.25 2.75 3.4 4.15 5.1 6.2 7,5

На результаты измерения tgi изоляции обмоток помимо температуры

также оказывает влияние tgi масла в момент испытаний. Если на заводе

применялось масло, которое при лабораторной температуре t

м1

имело

значение tgi

м1

, а при последующем измерении характеристик изоляции

применялось масло, имеющее при лабораторной температуре t

м2

значение

tgi

м2

, то необходимо привести измеренные в лаборатории значения tgi

м1

tgi

м2

к температурам t

и t

измерения характеристик изоляции, используя

табл.3.3. .

Учитывая, что при повышении температуры на 10°С значение tgi

масла увеличивается в 1,5 раза, можно определить значение коэффициента

по формуле:

 

3 1





1 5

0 1

t t

- значение коэффициента К

для случая измерения

характеристик изоляции на заводе;

 

3 2





0 2

t t

- значение коэффициента К

для случая послезаводских

измерений характеристик изоляции обмоток.

Фактическое значение tgi масла при заводских измерениях

характеристик изоляции обмоток (tgi

м1ф

) определяется приведением

заводских лабораторных значений tgi масла к температуре измерения

характеристик изоляции:

tg K tg

м ф м

 

1 3 1 1

 

( )

Аналогично, фактическое значение tgi масла при послезаводских

измерениях характеристик изоляции обмоток (tgi

м2ф

) определяется по

формуле:

tg K tg

м ф м

 

2 3 2 2

 

( )

Обобщающее вычитаемое К

м2

, позволяющее учесть влияние масла

при приведении значений tgi изоляции обмоток при послезаводских

испытаниях к заводским значениям определяется по формуле:

Анализ газов, растворенных в масле 29

K tg tg

tg tg

м м ф м ф

м ф

t t

м ф

t t

x м x м 1

2 2 1

0 45

0 45 15 15

   

    

 

, ( )

, ( , , ),

 

Окончательно фактический tgi изоляции обмоток с учетом влияния

температуры и масла на результаты послезаводских измерений

характеристик изоляции определяется по формуле [Л.5]:

из м



  

0 45, .

С учетом параметров, использованных выше, окончательно имеем:

tg tg

из м

t t

x o

x м x м 1



      



 

126

0 45 15 15

, ( , , ).

4.4. Пример

Измерение R

60”

производится по схеме ВН - НН, бак.

Данные заводского протокола: измерено на трансформаторе при t

58°С сопротивление изоляции обмоток R

60”

= 1300 МОм; измерен в

лаборатории при t

м1i

=i20°С тангенс угла диэлектрических потерь масла tg 

м1

= 0,15 % .

Данные протокола испытаний на монтаже: R

60”изм

= 420 МОм при

температуре t

= 61 °С и tg 

м2

= 2,5 % при температуре t

м2

= 70 °С.

Расчет фактического значения сопротивления изоляции

1). Определим коэффициент К

, учитывающий влияние на

значение сопротивления изоляции обмоток различия в температурах

изоляции при заводских и монтажных испытаниях характеристик

изоляции:

t t

x o

61 58

15 15 113  



, , ,

2). Определим коэффициент К

м1

, учитывающий влияние на

значение сопротивления изоляции обмоток различия в значениях tg  масла

при заводских и монтажных испытаниях характеристик изоляции:

t t t t

x o м м

61 58 20 70

2 5

015

15 2 51

1 2

    

  



, ,

( ) ( )

3). Значение фактического сопротивления изоляции обмоток с

учетом влияния температуры и tg  масла составляет:

R R K K MOм

ф из м м60 60 2

420 113 2 51 1191

" "

, ,      

Диагностика

трансформаторов

Значение фактического сопротивления изоляции обмоток составляет

91,6 % значения сопротивления при заводских испытаниях, но находится в

допустимых пределах (менее допустимых 70 % ).

Измерение tgi изоляции обмоток производится по схеме ВНi-iНН,

бак. Данные заводского протокола: при температуре t

=58°С измеренный

tgi изоляции обмоток составил tgi=i0,7%; измеренный в лаборатории

при температуре t

м1

= 20°C тангенс угла диэлектрических потерь масла

составил tgi

м1

= 0,15 %.

Данные протокола испытаний после монтажа: при температуре

=i61°С измеренный tgi изоляции обмоток составил tgi

изм

=i0,95i%i;

измеренный в лаборатории при температуре tgi

м2i

=i70°С тангенс угла

диэлектрических потерь масла составил tgi

м2

= 0,40 % .

Расчет фактического значения tgi изоляции обмоток

1. Определим коэффициент К

, учитывающий влияние на

значение tgi изоляции обмоток различия в температурах изоляции при

заводских и монтажных испытаниях характеристик изоляции:

t t

x o

61 58

126 126 109  



, , , .

2. Определим значение вычитаемого К

м2

, учитывающего влияние на

значение tg  изоляции обмоток различия в значениях tgi масла при

заводских и монтажных испытаниях характеристик изоляции:

К tg tg

м м

t t

x м x м 1

2 2

61 70

61 20

0 45 15 15

0 45 0 40 15 015 15 0 2

     

 

, ( , , )

, ( , , , , ) , .

 

3. Значение фактического tgi изоляции обмоток с учетом влияния

температуры и tgi масла составляет:



      

0 45

0 95

109

0 45 0 2 0,

, , ,78%

Значение фактического tgi изоляции обмоток превышает значение

tgi изоляции обмоток при заводских испытаниях на 11i% , но находится в

допустимых пределах (менее допустимых 50 % ).

4.5. Оценка состояния изоляции обмоток трансформаторов по

результатам измерения R

60”

и R

60”

15”

Монтажные испытания и испытания после капитального ремонта

Во время монтажа и капитального ремонта возможно недопустимо

большое увлажнение изоляции обмоток. Измеренные значения R

60”

и R

60”

15”

являются одним из основных показателей при принятии