Диагностика и мониторинг трансформаторов тока и напряжения

Повреждаемость измерительных трансформаторов (ИТ) до сих пор остается довольно высокой. Если учесть, что 70 % маслонаполненных ИТ имеет наработку более 15 лет, то в эксплуатации такое оборудование требует особой тщательности контроля и анализа результатов измерений. Состояние изоляции ИТ с бумажно-масляной изоляцией в эксплуатации оценивают по результатам измерений:

– сопротивления главной изоляции и изоляции вторичных обмоток;

– tgδ и емкости изоляции при 10 кВ для трансформаторов тока (ТТ);

– ток холостого хода для трансформаторов напряжения (ТН);

– характеристик масла – U_np., tgδ, 90°С и влагосодержания, хроматографического анализа растворенных в масле газов;

– разности температур аппаратов соседних фаз (тепловизионный контроль);

– относительного изменения тока утечки в изоляции ТТ при рабочем напряжении, а также относительного изменения tgδ и емкости изоляции;

– уровня частичных разрядов (ЧР).

2.1. ТФНД и ТФЗМ

ТТ звеньевого типа с бумажно-масляной изоляцией. В этой конструкции измерением tgδ H3 контролируют только небольшую часть изоляции между первичной и вторичной обмотками, и из-за малой емкости этого изоляционного промежутка, измерения не очень точны. Поэтому основным средством для оценки состояния изоляции этих ТТ остаются характеристики масла: U_np, tgδ, 90°С, влагосодержание, и содержание газов.

2.2. ТФКН и ТФУМ

ТТ 330 кВ с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа U-образной конструкции: ТФКН (ранних годов выпуска) негерметичного исполнения, а ТФУМ – герметичного. Состояние изоляции ТФКН контролируется на 3-х изоляционных промежутках: С1 – основная изоляция между первичной обмоткой и предпоследней измерительной обкладкой, С2 – изоляция между предпоследней и последней обкладками и СЗ – изоляция последней обкладки относительно цоколя.

Анализ характеристик ТФКН показывает корреляцию значений tgδ C3 и tgδ масла: повышенным значениям tgδ масла соответствуют большие значения tgδ C3.

2.3. ТРН и ТФРМ

Трымовидной конструкции с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа герметичного исполнения.

2.4. НКФ

Электромагнитный трансформатор напряжения, блок 110 кВ которого является базовым для всех каскадов ТН более высоких классов напряжения. Конструкция ТН – негерметичного исполнения. Основная изоляция – масло, и от его состояния зависит состояние витковой бумажной изоляции обмоток и всего ТН. Контроль масла в ТН, как и в ТТ звеньевого типа, является основным средством диагностики. При тщательных измерениях информацию о состоянии изоляции ТН также несут сопротивление главной изоляции и изоляции вторичных обмоток.

Состояние масла в блоках не зависит от их расположения в каскаде.

Хроматографический анализ растворенных в масле газов (АРГ) для ИТ применяется крайне редко.

2.5. Контроль содержания растворенных в масле газов

Небольшое количество единиц ИТ на которых проводится АРГ, не позволяет сделать даже предварительной оценки опасного уровня содержания газов, тем более, что значения опасного уровня сильно зависят от конструкции в отличие от значений нормального уровня. У всех рассмотренных классов ТТ и ТН эти значения близки между собой.

3. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТТ И ТН

3.1. Тепловизионный контроль

Проводимый тщательно, со знанием конструкции контролируемого аппарата, тепловизионный контроль позволяет отбраковывать ИТ.

3.2. Хроматографический анализ трансформаторного масла

Передвижные испытательные лаборатории подстанций оборудованы устаревшими морально и физически измерительными мостами (Р-5026) и мегаомметрами (Ф-4000/5) с недостаточно высокой точностью, неустойчивыми к помехам.

Анализ масла остается практически единственным способом выявления развивающихся повреждений.

ПС, где проводят хроматографический анализ растворенных в масле газов для ИТ даже классов напряжения 330 кВ и выше, являются исключением.

3.2.1. Направления усовершенствования системы контроля и диагностики

Широкое внедрение методов контроля под рабочим напряжением (tgδ изоляции, небаланс тока утечки в трехфазной группе, измерение ЧР, сканирование теплового поля и т.д.). Эти методы повышают чувствительность измерений к развивающимся дефектам за счет контроля изоляции в рабочих условиях, как по напряжению, так и по температуре.

Внедрение отечественной аппаратуры для измерения ЧР нового поколения, с компьютерной обработкой данных, которая позволяет выделить сигнал ЧР на фоне помех.

Оснащение передвижных испытательных лабораторий, в соответствии с современным уровнем развития измерительной техники:

– источником напряжения, близкого к рабочему напряжению испытуемого оборудования;

– измерителями или мостами для измерения характеристик изоляции при условиях, близких к рабочим;

– приборами для контроля сопротивления изоляции с верхним пределом измерения на уровне ГОм и т.д.

Широкое внедрение хроматографического анализа растворенных в масле газов для диагностики как развивающихся ЧР (Н2 и СН4, С2Н2), поскольку измерение ЧР в условиях действующих подстанций пока весьма сложно из-за помех, так и теплового старения и перегревов изоляции (СО, CO2, их соотношение).

3.3. Создание на ПС оснащенных специализированных служб и подготовка персонала

Для выявления дефектов изоляции, сопровождающихся частичными разрядами внутри измерительных трансформаторов, акустический метод является наиболее эффективным неразрушающим методом диагностики под рабочим напряжением. Измерительные трансформаторы тока типа ТФРМ-330,500,750 являются одними из наиболее аварийных в России в настоящее время.

Как показывает практика, существующие методы контроля состояния ТТ не позволяют выявить аварийные трансформаторы. Поэтому НПО «Техносервис-Электро» разработало акустический регистратор частичных разрядов с радиоканалом и применяет его на практике.

Контрольная точка, в которой следует обнаружить звук от частичных разрядов в изоляции ТФРМ-500, находится на боковой поверхности бака трансформатора. Это связано с тем, что наиболее вероятное место появления частичных разрядов – это изоляция вторичной обмотки в верхней части (рис. 2).

Рис. 2. Эскиз конструкции ТФРМ 500

Акустический регистратор разрядных процессов с радиоканалом позволяет регистрировать разряды в изоляции измерительных трансформаторов тока типа ТФРМ не только аварийного уровня, но и уровня, допустимого при заводских испытаниях новой продукции (несколько пикокулон). Это соответствует зажиганию индикатора первого уровня в приемнике акустического регистратора.

Аварийные разрядные процессы вызывают зажигание всех пяти уровней.

Установка акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом производится с помощью оперативной штанги ШОУ 500 (рис. 3).

Рис. 3. Установка акустического регистратора разрядных процессов

Вид датчика акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом приведен на рис. 3. Конструктивно акустический регистратор разрядных процессов с радиоканалом представляет собой два малогабаритных переносных устройства – датчик, состоящий из акустического регистратора частичных разрядов РЧР с радиопередатчиком и магнитным креплением (рис. 4).

Рис.4. Датчик акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом. Вид сверху

Сигналы от акустического регистратора разрядных процессов с радиоканалом принимаются приемником и передаются в компьютер. С помощью компьютера проводится анализ уровня ультразвуковых сигналов, и в соответствии с указанными нормами определяется наличие аварийных процессов. Уровень обнаруженного ультразвукового излучения отображается пятью дискретными световыми сигналами. Минимально обнаружимый уровень ультразвукового давления 0,04 Па в полосе частот 60-130 кГц вызывает зажигание первого индикатора из пяти в программе обработки сигнала приемника. Соотношение уровней индикации со звуковым давлением: 1 уровень – 0,04 Па, 2 уровень – 0,08 Па, 3 уровень – 0,16 Па, 4 уровень – 0,32 Па, 5 уровень – 0,64 Па. Примерное соотношение индицируемого звукового давления и заряда искрового разряда:

– 0,04-0,4 Па (разряды начального уровня 20-300 пКл);

– 0,2-2 Па (разряды высокой интенсивности 300 пКл –
10 нКл).

4. CT-RELAY – СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ИЗОЛЯЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Стационарная система контроля изоляции марки «CT-Relay» (CurrentTransformerRelay) предназначена для непрерывного контроля состояния изоляции высоковольтных измерительных трансформаторов тока с рабочим напряжением до 750 кВ. Для повышения достоверности работы системы мониторинга трансформаторов в приборе «CT-Relay» реализованы два взаимодополняющих метода оценки состояния изоляции, работающие в режиме «on-line»:

Измерения и анализа токов проводимости изоляции по фазам ТТ. Данный метод реализован по сбалансированной схеме. Такая схема используется в приборе «КИВ 500», но реализована на современной элементной базе. Это позволяет получать максимально высокую чувствительность при изменении параметров изоляции в одной фазе трансформатора тока и повысить устойчивость к воздействию помех. Системой мониторинга «CT-Relay» постоянно контролируется величина и относительное изменение тангенса угла потерь, и емкости изоляции трех фаз измерительного ТТ. Это наиболее достоверный метод контроля состояния изоляции для трансформаторов тока.

Анализа интенсивности и распределения частичных разрядов, позволяющий выявлять появление дефектов изоляции на самых ранних этапах их развития. Диагностика по частичным разрядам является вспомогательным методом, дополняющим метод контроля тангенса угла потерь.