СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
METHOD FOR DETECTION OF POWER TRANSFORMER DEFECT

Заявленное техническое решение относится к области электротехники, преимущественно к электроэнергетике и трансформаторостроению.
Известен метод выявления дефекта в обмотках силового трансформатора - метод низковольтных импульсов, основанный на изменении индуктивно-емкостной связи между разными обмотками и фазами на магнитную систему и бак трансформатора и сравнении измеренных значений с другими фазами или аналогичными трансформаторами. Журнал «Электро», май 2004 г., электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, стр. 16, 17. «О повреждениях обмоток силовых трансформаторов и диагностике их геометрии методом низковольтных импульсов».
Недостатком известного метода является невозможность выявить дефект в обмотках, возникший в процессе проектирования и изготовления, определить влияние этого дефекта на эксплуатационную надежность трансформатора, а также требует применения специального оборудования и специально обученного персонала.
Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту является метод выявления дефекта, основанный на измерении сопротивлений короткого замыкания со стороны высшего напряжения трансформатора и сравнении этих значений с базовыми значениями, полученными на заводе-изготовителе, либо со значениями, полученными при вводе трансформатора в эксплуатацию. РД Э00410-02. Руководящий документ. «Методические указания по оценке состояния и продлению срока службы силовых трансформаторов», концерн Росэнергоатом, утв. 23.12.2002 г.
Недостатком данного метода является то, что в базовых значениях сопротивлений короткого замыкания могут присутствовать дефекты, возникшие в процессе проектирования и изготовления (неравномерное и несимметричное распределение витков по высоте обмоток, разновысотность и т.д.), а также невозможно определить влияние этого дефекта на эксплуатационную надежность трансформатора.
Целью настоящего технического решения является следующее:
1. Снижение затрат на диагностическое обследование по определению технического состояния силового трансформатора и его основных узлов;
2. Локализация и своевременное выявление дефекта, возникшего в процессе проектирования, изготовления, монтажа, ремонта и эксплуатации;
3. Оценка и влияние выявленного дефекта на эксплуатационную надежность;
4. Разработка мероприятий по продлению срока службы трансформатора и его основных узлов, например, по увеличению предельно-допустимых значений газов, растворенных в масле, или режимы эксплуатации трансформаторов с расщепленными обмотками.
Эта цель достигается тем, что дефекты трансформатора выявляются и локализируются по разности сопротивлений короткого замыкания, измеренных со сторон высшего и низшего напряжений, приведенных к одной из сторон трансформатора, например к стороне высшего напряжения, и сравнения измеренных значений короткого замыкания с исходными значениями, при этом разница более 2,0% свидетельствует о наличии дефекта, связанного с дефектами обмоток, а менее 2,0% - связанного с дефектами контактных соединений токопроводящих цепей (отводов, РПН, ПБВ, вводов) и цепей заземления элементов конструкции трансформатора.
Разница сопротивлений короткого замыкания, приведенная к стороне высшего напряжения, определяется из выражения:
к
где ΔZ - разница сопротивлений короткого замыкания, измеренных со сторон высшего и низшего напряжений, приведенная к стороне высшего напряжения трансформатора, %.
кв
Z - сопротивление короткого замыкания, измеренное со стороны высшего напряжения трансформатора, Ом.
кн
Z - сопротивление короткого замыкания, измеренное со стороны низшего напряжения трансформатора. Ом.
т
К - коэффициент трансформации степени регулирования трансформатора.
<mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>к</mi><mi>н</mi></mrow></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>K</mi><mi>т</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
- сопротивление короткого замыкания, измеренное со стороны низшего напряжения, приведено к стороне высшего напряжения трансформатора. Ом.
Поле рассеяния трансформатора индуктирует ЭДС (электродвижущая сила) в проводах обмоток и контурах, находящихся в зоне поля, под действием которых протекают токи. Эти токи замыкаются внутри проводов и между параллельными ветвями обмоток, в короткозамкнутых контурах, в том числе в магнитной системе, и в отличие от токов нагрузки не выходят за пределы обмоток и элементов конструкции.
Циркулирующие токи, равные в процентном отношении разности сопротивлений короткого замыкания, перегревают обмотки и короткозамкнутые контуры и создают разрядные явления в контактных соединениях короткозамкнутых контуров, в том числе в стыках пластин магнитной системы.
Второе поперечное поле рассеяния, суммируясь с основными потоками и потоками рассеяния, замыкаясь через ярма магнитной системы, нагревают их.
При отсутствии дефекта в обмотках дефекты связаны с нарушением контактных токопроводящих цепей (приводят к их нагреву) и цепей заземления или наличия элементов конструкции, находящихся под плавающим потенциалом (приводят к разрядным явлениям под действием полей рассеяния).
На фиг. 1 изображена схема распределения токов в параллельных проводах обмоток и циркулирующего тока при измерении сопротивлений короткого замыкания со стороны высшего напряжения трансформатора.
На фиг. 2 изображена схема распределения токов в параллельных проводах обмоток и циркулирующего тока при измерении сопротивлений короткого замыкания со стороны низшего напряжения трансформатора.
На фиг. 1, 2 условно показаны обмотка высшего напряжения с одной параллелью и обмотка низшего напряжения с двумя параллелями.
Электрические схемы измерений сопротивлений короткого замыкания на фиг. 1, 2 содержат: магнитную систему 1, обмотку высшего напряжения 2 с током 3, источником переменного тока 4, напряжением 5 и закороткой 6. Обмотку низшего напряжения 7 с током 8, параллельными проводниками 9 и 10 с током 11 и 12, наведенными полями рассеяния ЭДС 13 и 14, циркулирующим током 15, закороткой 16 и источником переменного тока или сопротивление нагрузки 17 с внутренним сопротивлением 18, подведенным напряжением 19.
При коэффициенте трансформации, равном единице, имеем:
кн
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>к</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mover><mi>U</mi><mo>∘</mo></mover></mrow><mi>в</mi></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mover><mi>I</mi><mo>∘</mo></mover></mrow><mi>в</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mn>1</mn><mi>Н</mi></mrow></msub><mo>≠</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mn>2</mn><mi>H</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mi>и</mi><mtext> </mtext><msub><mrow><mover><mi>U</mi><mo>∘</mo></mover></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>H</mi></mrow></msub><mo>≠</mo><msub><mrow><mover><mi>U</mi><mo>∘</mo></mover></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>H</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>Ц</mi><mi>Н</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mn>1</mn><mi>Н</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mn>2</mn><mi>H</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>H</mi></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>B</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1. Сопротивление короткого замыкания, измеренное со стороны высшего напряжения (Z), равно отношению приложенного напряжения 5 источника переменного тока 4 к току 3 обмотки 2
при этом токи 11, 12 и ЭДС 13, 14 обмотки 7 не равны между собой
, циркулирующий ток 15 обмотки 7 равен нулю
, а сумма токов 11 и 12 равна току 8 обмотки 7 и току 3 обмотки 2
.
Отсутствие циркулирующего тока 15 обмотки 7 при разных ЭДС 13 и 14 в параллельно соединенных проводниках 9, 10 объясняется тем, что сопротивление закоротки 16 обмотки 7 намного меньше сопротивления контура, образованного проводниками 9 и 10 обмотки 7;
кн
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>к</mi><mi>н</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mover><mi>U</mi><mo>∘</mo></mover></mrow><mi>н</mi></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mover><mi>I</mi><mo>∘</mo></mover></mrow><mi>н</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>Ц</mi><mi>Н</mi></mrow></msub><mo>≠</mo><mn>0</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mn>1</mn><mi>Н</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mn>2</mn><mi>H</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mo>≠</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>H</mi></msub><mo>≠</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>B</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
2. Сопротивление короткого замыкания, измеренное со стороны низшего (Z), равно отношению приложенного напряжения 19 источника переменного тока 17 с внутренним сопротивлением 18 обмотки 7
при этом циркулирующий ток 15 обмотки 7 не равен нулю
, а сумма токов 11 и 12 не равна току 8 обмотки 7 и току 3 обмотки 2
.
Наличие циркулирующего тока 15 обмотки 7 при разных ЭДС 13, 14 в параллельно соединенных проводниках 9, 10 объясняется тем, что сопротивление контура, образованного источником переменного тока 17 (сопротивления нагрузки) с внутренним сопротивлением 18, во много раз больше сопротивления контура, образованного проводниками 9, 10 обмотки 7.
Таким образом, при наличии дефекта возникают циркулирующие токи от наведенных ЭДС полями рассеяния в обмотках и короткозамкнутых контурах, которые влияют на разницу сопротивлений короткого замыкания и позволяют выявить и локализовать дефект.
Дефекты масляного силового трансформатора, признаки их проявления в зависимости от разницы и сравнения значений сопротивлений короткого замыкания и хроматографического анализа газов, растворенных в масле, приведены в таблице 1.
Экономический эффект от внедрения данного технического решения составит не менее трехсот тысяч рублей на один трансформатор, прошедший обследование по определению технического состояния.
ΔZk - разница сопротивлений короткого замыкания, измеренных со стороны высшего и низшего напряжений трансформатора, приведенная к стороне высокого напряжения, %.
Zkв, Zkн - сопротивления короткого замыкания, измеренные соответственно со стороны высшего и низшего напряжений трансформатора, Ом.
Zkвб, Zkнб - базовые значения сопротивлений короткого замыкания, указанные в паспорте на трансформатор, Ом.
ХАРГ - хромотографический анализ газов, растворенных в масле.