При возникновении коротких замыканий обмотки трансформатора подвергаются значительным электродинамических воздействиям, при этом механические напряжения нередко выходят за пределы упругости материала обмоток и элементов опорных конструкций. Остаточные деформации катушек и элементов опорных конструкций приводят к изменению изоляционных расстояний и местных повреждений изоляции. Внутренние замыкания, возникающие при этом, могут вызвать целый ряд разрушений, а также взрыв или пожар.

Недостаточная электродинамическая устойчивость обмоток трансформатора при протекании токов короткого замыкания, что приводит к механическим деформациям обмоток, является одной из основных причин аварийного выхода трансформатора из строя. Эта проблема обостряется еще потому, что сейчас состояние трансформаторного парка в энергосистемах характеризуется значительной долей изношенного оборудования, нормированный срок службы которых уже истек или близок к этому. Периодически перед обслуживающим персоналом возникает вопрос: нужно ли выводить трансформатор для капитального ремонта, или его эксплуатация может быть продолжена.

Продление жизни трансформатора в значительной мере зависит от стабильности механических характеристик его обмоток. Однако даже в правильно спроектированном трансформаторе заложены предпосылки его будущих проблем по электродинамической стойкости при К.З. Эти предпосылки создает технология изготовления обмоток: обмотки нового трансформатора изначально имеют некоторые неправильности: неплотности намотки, неравномерное запрессовки т.д.

Обмотки трансформаторов пытаются изготавливать магнитосиметричнимы, позволяющая минимизировать электродинамические силы, действующие в обмотках и на опорные конструкции: прессуя кольца, ярмови балки. В новом трансформаторе эта несимметрия невелик и не представляет опасности для трансформатора. Однако, чем старше трансформатор, тем более электродинамических воздействий при КЗ, толчках нагрузки он получает, тем больше меняются физико-химические свойства изоляции, тем больше меняются его механические свойства. В результате происходит снижение запрессовки обмоток, увеличение начальной магнитной несимметрии, что всегда следует в сторону увеличения.

При снижении усилия запрессовки обмоток, при увеличении их магнитной несимметрии возрастают электродинамические силы, что приводит к еще большему снижению запрессовки и увеличения несимметрии. И так до тех пор, пока электродинамические силы не возрастут настолько, что разрушат трансформатор. Естественно, в эксплуатации этот процесс очень растянут во времени и зависит от условий эксплуатации, однако представляет реальную опасность, и к нему надо быть готовым.

Механические напряжения, возникающие под действием результирующих сил, нередко выходящие за пределы упругости. Остаточные деформации катушек и элементов опорных конструкций приводят к изменению изоляционных расстояний и местных повреждений изоляции. Возникающие при этом внутренние замыкания приводят к целой лавины разрушений, взрыва или пожара. Чаще бывает, когда пробой деформированной изоляции происходит не сразу после К.З., а через некоторое время при перенапряжения или перегрузках.

Однако сделать реальную оценку механического состояния обмоток трансформатора в эксплуатации довольно сложно и не всегда возможно даже при визуальном осмотре активной части.

ДИАГНОСТИКА

Сейчас для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов наиболее широко применяются два метода: метод измерения сопротивления короткого замыкания Zk и более чувствительный метод - метод низковольтных импульсов (НПИ) или близкий к нему по сути метод частотного анализа.

Суть метода НПИ заключается в том, что от специального генератора на обмотки (или в нейтраль) розшинованого трансформатора подается прямоугольный зондирующих импульсов низкого напряжения (100 - 500 В) и одновременно осцилографуються реакции обмоток на воздействие этого импульса - напряжения на измерительных опорах, подключенных к другим обмоток. Сначала при первичном дефектографуванни на трансформаторе снимаются нормограммы, которые в дальнейшем будут сравниваться с дефектограмамы - осциллограммах, полученными при последующих измерениях.

Сравнение по определенной методике нормограммы и дефектограм позволяет оценить состояние обмоток трансформатора. Если диагностика для данного трансформатора проводится впервые, то оценка состояния обмоток производится по сравнением осциллограмм различных фаз.

Более высокая чувствительность метода низковольтных импульсов по сравнению с другими обусловлена тем, что даже относительно небольшие смещения элементов обмоток (витков, катушек) приводят к значительным локальных изменений соответствующих емкостей. Изменение емкости приводит к изменению собственной частоты колебаний соответствующего контура, что и проявляется в осциллограммах. В этом преимущество метода НПИ перед методом измерения Zk, который обладает высокой чувствительностью, в основном, только до тех деформаций, которые приводят к изменению главного канала рассеяния трансформатора.

ИМПУЛЬС - 8

Диагностическая установка для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов методом низковольтных импульсов "Импульс-8" состоит из:

- Портативного персонального компьютера с программным обеспечением для проведения диагностики;
- Платы аналого-цифрового преобразователя и устройства связи с объектом, установленных в компьютере;
- Генератора прямоугольных импульсов, предназначенного для формирования зондирующих импульсов с амплитудой до 500 В, длительностью 1 мкс, фронтом и спадом 50 нс. В комплект установки входят кабели, разъемы, соединительный блок, калибратор.

Программное обеспечение "Импульс-8" включает в себя:

- Программу сбора данных - тестирование измерительной схемы, управление процедурой сбора, фильтрация от помех, запись в базу данных;
- Программу обработки и анализа результатов диагностики - сравнение нормограммы и дефектограмы и их спектров, статистическая обработка, анализ и оценка результатов диагностики.

Помимо диагностики деформаций обмоток, установка может быть использована в режиме двухканального цифрового осциллографа для регистрации разнообразных аналоговых сигналов (например, при осциллографирования устройств РПН).

ПРИМЕНЕНИЕ

Метод низковольтных импульсов обеспечивает надежное выявление всех видов механических деформаций, а также розпресування обмоток. Применение данного метода позволяет выявить повреждения обмоток даже в тех случаях, когда изменение сопротивления значительно меньше нормируемого значения 3%.

Применение метода низковольтных импульсов является достаточно эффективным при решении вопросов планирования сроков и объемов капитальных ремонтов трансформаторов. Основываясь на положительных результатах диагностики методом низковольтных импульсов, во многих случаях удается обойтись без плановых ремонтов. Также положительно может быть решен вопрос об увеличении межремонтных сроков для силовых трансформаторов на энергопредприятиях.