Семенов Д.А.

Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия

Методы контроля корпусной изоляции распределительных

Трансформаторов

Аннотация: Рассмотрены методы и средства тестовой диагностики. Предложено для более качественной оценки состояния изоляции пользоваться методом определения по напряжению саморазряда и возвратного напряжению. Так же приведены полученные результаты при измерениях в виде графиков.

Ключевые слова: методы диагностики высоковольтной изоляции, заряд абсорбции, ток абсорбции, напряжение саморазряда, возвратное напряжение, сопротивление изоляции, схема замещения корпусной изоляции трансформатора, износ изоляции.

Выход из строя трансформаторов вызывает перерыв в электроснабжении потребителей. Это приводит к порче и недоотпуску продукции, нарушению или прекращению технологических процессов и несет значительный материальный ущерб. Повышение надежности электроснабжения способствует увеличению качества и количества произведенной продукции. Поэтому обеспечение надежного электроснабжения является одной из важнейших задач.

Многочисленные исследования показали, что в подавляющем числе случаев  причиной отказов распределительных трансформаторов является нарушение работы его изоляционной системы. При этом более 25% отказов приходится на долю главной изоляции. На сегодняшний день проводятся исследования по определению параметров, с помощью которых можно было бы объективно установить оставшийся ресурс работы трансформатора. При известном ресурсе можно защититься от внезапных отказов, при необходимости своевременно заменив старый трансформатор на новый.

Чтобы своевременно выявлять развивающиеся дефекты и не допускать внезапных пробоев электрической изоляции, свойства ее в процессе эксплуатации периодически проверяют. Такие мероприятия обеспечивают поддержание необходимой степени надежности электрооборудования в процессе его эксплуатации. Периодический контроль с целью прогнозирования расходования ресурса трансформаторного оборудования  необходим и для обоснования выбора очередности замены этого оборудования. Это особенно важно на современном этапе эксплуатации энергетических систем, когда более 70% основного трансформаторного оборудования уже выработало свой ресурс времени, регламентированный нормативными документами. Именно диагностика  является тем основным инструментом, с помощью которого  можно  обоснованно продлить «срок жизни» старого электрооборудования, предупредить аварии в энергосистемах и снизить затраты на ремонты электрооборудования.

Существуют различные методы контроля изоляции трансформаторов, но наиболее эффективными являются методы, использующие явление абсорбции. В процессе старения ток абсорбции уменьшается. Следовательно, по току абсорбции можно судить о состоянии изоляции и степени ее старения.

Однако контроль этого заряда по току абсорбции неудобен тем, что полученный ток мал и промышленные помехи сильно искажают его. Поэтому удобнее пользоваться другими методами обнаружения явления абсорбции. Так, например, на практике можно применить метод измерения напряжения саморазряда и возвратного напряжения, который мы взяли за основу для определения оставшегося ресурса трансформаторов.

Метод напряжения саморазряда заключается в подсоединение главной изоляции к источнику напряжения, чтобы зарядить ее в течение минуты до напряжения U0, а затем отключить трансформатор от источника напряжения и оставить разомкнутым, после чего изоляция будет постепенно разряжаться на резистор R. При этом напряжение , называемое напряжением саморазряда будет изменяться по закону затухающей экспоненты .

Опыт, в котором наблюдается возвратное напряжение, состоит в следующем. Неоднородная изоляция заряжается в течение одной минуты при постоянном напряжении, чтобы в ней накопился заряд абсорбции. Затем изоляция отключается от источника постоянного напряжения и ее электроды замыкаются переключателем накоротко на очень малый промежуток времени Δt, после чего вновь размыкаются. За время Δt геометрическая емкость полностью разряжается, а заряд абсорбции, накопленный на границе слоев, остается практически неизменным. Этот заряд распределится на обе емкости и зарядит их до одинакового напряжения .

Эти измерения проводятся с помощью модернизированного мегаометра типа Ф4102/2, а так же устройством для измерения напряжения саморазряда и возвратному напряжению снабженным программируемым микроконтроллером.  Один из полученных результатов при измерениях показан на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Показания измерений напряжения саморазряда КТП-147 в 2010 и 2011гг

Рис. 2. Показания измерений возвратного напряжения КТП-147 в 2010 и 2011гг

На данных графиках видно как по напряжению саморазряда, так и по возвратному напряжению, что спустя год показания напряжений у трансформатора снизились, это говорит об ухудшение состояния изоляции.

 Также мы измерили параметры трансформаторов, установленных в распределительных сетях Нижнего Новгорода, по результатам измерений построили кривые одного из трансформаторов 1966 г, изображенные на рис. 3 и 4.

t, с

1

2

 

U, В

Рис. 3. Кривые напряжения саморазряда трансформатора №46714 1966 года 200кВА модель ITU-AI при 1000В (1) и 2500В (2)

U, В

2

1

t, с

Рис. 4. Кривые возвратного напряжения трансформатора №46714 1966 года 200кВА модель ITU-AI при 1000В (1) и 2500В (2)

Из рис. 3 и 4 видно, что изоляция трансформатора в хорошем состоянии, не смотря на 46 летний срок эксплуатации. Поэтому контроль состояния главной изоляции необходим для оценки пригодности трансформаторов и предупреждения внезапных отказов, особенно у тех трансформаторов, которые проработали свой срок службы, но продолжают эксплуатироваться в электросетях. А таких трансформаторов на сегодняшний день составляет более 60% трансформаторного парка России, и они могут отказать в любой момент или же проработать еще несколько сроков, как например трансформатор 1966 года ITU-AI.

На данный момент проведенные исследования показали, что трансформаторы, у которых uс15  меньше 100 В и uв30   меньше 15 В следует считать изношенными по изоляции более чем на 80%.

В настоящее  время существуют лишь рекомендации, указывающие, на ухудшение качества изоляции, позволяющие сказать, какая изоляция из двух при сравнении лучше или хуже.  Однако, нет рекомендаций, как оценить израсходованный ресурс и определить оставшийся ресурс, на сколько можно продлить срок службы трансформатору, выработавшему свой ресурс.

Внутренний ресурс у каждого вида новой изоляции есть величина постоянная, и естественно он постепенно уменьшается с ростом срока службы. Уменьшается и возвратное напряжение. Следовательно, величина возвратного напряжения в настоящее время лучше, чем какой-либо другой параметр характеризует изношенность изоляции.

Литература:

1. Объем и нормы испытаний электрооборудования / Под общей редакцией Б.А. Алексеева,  Ф.Л. Когана Л.Г. Мамиконянца. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2001, -256 с.

2. Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы: Учебное пособие  для вузов ж.-д. транспорта. – М.: Маршрут, 2005. 280 с.