Методика испытания и измерения силовых трансформаторов

1. Цель работы.

Целью проведения пуско-наладочных работ на силовых трансформаторах является проверка возможности включения трансформаторов в работу без предварительной ревизии и сушки, а также соответствия их характеристик данным заводов-изготовителей.

 

2. Техника безопасности.

Испытания и измерения силовых трансформаторов может производить бригада в со-ставе не менее 2 человек из лиц ЭТЛ. Производитель работ при высоковольтных испытаниях должен иметь группу по электробезопасности не ниже IV, а остальные не ниже III группы. Ра-боты проводятся по наряду с применением защитных средств.

Все выводы трансформатора на время производства работ должны быть закорочены и заземлены. Снимать закоротки и заземление допускается только на время испытаний.

 

3. Техническая оснащенность.

3.1. Средства защиты:

— переносное заземление;

— предупредительные плакаты;

— диэлектрические боты или коврик;

— диэлектрические перчатки.

3.2. Приборы:

— мегаомметр электронный Ф 4200/2-М;

— амперметр Э 526;

— мост постоянного тока Р 333;

— испытательная установка АИД-70;

— вольтметр Э 545.

— комплект измерительный К505

— мост переменного тока Р5026

 

4. Определение коэффициента трансформации.

Определением коэффициента трансформации проверяется правильность числа витков трансформатора, которое должно соответствовать расчетному значению.

В условиях эксплуатации определение коэффициента трансформации актуально после ремонта трансформатора, если при этом производится замена или реконструкция обмоток. При вводе в эксплуатацию нового трансформатора коэффициент трансформации может контролироваться, если возникает необходимость.

Коэффициентом трансформации (Кт) называется отношение напряжения обмотки более высокого напряжения к напряжению обмотки более никого напряжения при холостом ходе трансформатора.

Известно, что отношение напряжений при холостом ходе трансформатора практически соответствует отношению электродвижущих сил обмоток и равно отношению числа витков обмоток:

Кт = Uв/Uн Ев/Ен = в/н (1)

В процессе эксплуатации коэффициент трансформации рекомендуется определять из опыта холостого хода трансформатора методом двух вольтметров при одновременном измерении напряжения на обмотках. При этом испытание проводится путем подачи напряжения 380/220 В на обмотку более высокого напряжения.

Для измерения напряжения на обмотках трансформатора должны применяться вольтметры класса точности не ниже 0,5.

Коэффициент трансформации следует определять на всех регулировочных ответвлениях и на всех фазах.

У трехобмоточных трансформаторов (автотрансформаторов) и трансформаторов с расщепленной обмоткой НН достаточным считается определение коэффициента трансформации двух пар обмоток. Как правило, определяется коэффициент трансформации между обмотками ВН-НН и СН-НН. При таком выборе пар обмоток коэффициент трансформации определяется на всех регулировочных ответвлениях, так как регулирование напряжения осуществляется на одной из обмоток (ВН или СН). Кроме того, у некоторых трехобмоточных трансформаторов на обмотке ВН имеется переключающее устройство под нагрузкой (РПН), а на обмотке СН — переключающее устройство без возбуждения (ПБВ) и при указанном выборе пар обмоток испытания не усложняются.

Схемы измерений для определения коэффициента трансформации однофазных трансформаторов и автотрансформаторов приведены на рис. 1-3.

Для однофазного трансформатора с тремя расщепленными обмотками НН схема измерения аналогична схеме, приведенной для трех пар обмоток: ВН-НН1, ВН-НН2, ВН-НН3.

Для определения коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов с выделенным нулем обмотки ВН (ВН-СН) измерения рекомендуется производить при однофазном возбуждении обмотки ВН (СН) – рис. 4-8. При этом напряжение должно быть синусоидальным и симметричным.

Для трансформаторов и автотрансформаторов со схемами и группами соединения обмоток Ун/Д-11, Ун/Д/Д-11-11, Ун авто/Д-0-11, Ун/Ун/Д-0-11 при измерениях по схемам рис. 4, 6-8 определяется фазный коэффициент трансформации (Кт.ф). это иллюстрируется, например, измерением на фазе А:

UA/Ua-c = A/a = Кт.ф, (2)

 

где UA- напряжение на фазе А обмотки ВН;

Ua-c- напряжение на фазе А обмотки НН;

A,a – количество витков на обмотках соответственно ВН и НН фазы А.

 

Для трансформаторов со схемой и группой соединения Ун/У-0 при однофазном возбуждении обмотки ВН (см. рис. 5) определяется половинное значение фазного коэффициента трансформации.

Это видно из приведенной ниже формулы для случая возбуждения фазы А обмотки ВН.

UA/Ua-c = A/a+с = A/2а = Кт.ф/ 2, (3)

принимая, что количество витков а и с обмотки НН равны друг другу. Аналогичные результаты могут быть получены для случаев возбуждения фаз В и С. на рис. 2, присоединение вольтметра к выводам фаз обмотки НН дано условно. При питании фаз А, В, С обмотки ВН для измерения напряжения на обмотке НН может быть выбрана любая пара обмоток.

Коэффициент трансформации трехфазных трансформаторов, не имеющих выведенного нуля обмотки ВН, рекомендуется определять из опыта холостого хода при трехфазном возбуждении обмоток.

При этом измеряется линейное напряжение между любыми выводами обмотки ВН (предварительно проверяется синусоидальность и симметричность напряжения) и измеряются линейные напряжения Uа-в, Uв-с, Uа-с на обмотке НН. Снятие показаний приборов следует проводить одновременно.

Линейный коэффициент определяется из выражения

Кт.л = UлВН/Uл.НН, (4)

где Кт.л – линейный коэффициент трансформации;

UлВН– линейное напряжение обмотки ВН;

UлНН– линейное напряжение обмотки НН.

Для трансформаторов со схемой и группой соединения У/Д-11 (рис. 5) коэффициент трансформации определяется измерением линейного напряжения на обмотке ВН и фазного напряжения на обмотке НН:

UВ-С/UВ = Uл.ВН/Uф.НН = Ö 3Uф.ВН/Uф.НН =  Ö 3 Кт.ф (5)

В тех случаях, когда нет возможности трехфазного возбуждения обмоток ВН трехфазного трансформатора (например, при отсутствии трехфазного регулировочного автотрансформатора или необходимого количества вольтметров или когда напряжение несимметрично), коэффициент трансформации может определяться  из опыта с поочередной подачей напряжения на две фазы обмотки ВН

Для трансформатора со схемой и группой соединения У/Ун-0 при двухфазном возбуждении обмотки ВН и измерении фазного напряжения на обмотке НН (см. рис. 7) определяется удвоенное значение  фазного коэффициента трансформации. Это видно из нижеприведенной формулы (6) на примере измерения напряжения на фазе а обмотки НН:

UА-С/Uа-0 = wA +wс /wa = 2wA/wа = 2Кт.ф.                                           (6)

При определении коэффициента трансформации трансформаторов со схемой и группой соединения У/Д-11 свободные фазы обмотки НН следует закорачивать, чтобы они не искажали результаты измерения (см. рис. 6). В этом случае также определяется удвоенное значение коэффициента трансформации:

UА-С/Uа-с  = wA +wВ/wa = 2wA/wа = 2Кт.ф.                               (7)

Для наглядности в табл. 1 приводятся значения коэффициентов трансформации трехфазных трансформаторов, определяемые из схем рис. 4÷7 при однофазном и трехфазном питании обмотки ВН (СН) .

Для того чтобы не допускать ошибок при измерении напряжения обмоток, влияющих на определение значения коэффициента трансформации, измерения напряжения , как упоминалось выше, должны производиться одновременно, что важно при возможных колебаниях напряжения в сети 380/220 В.

Кроме того, следует стремиться снимать показания на второй половине шкалы вольтметров. Выбор вольтметров с необходимыми пределами измерения можно осуществлять, используя формулу (1). Зная паспортное (базовое) значение коэффициента трансформации и задаваясь удобным для измерения значением напряжения питания обмотки ВН (СН) UВ определяется значение напряжения на обмотке НН  Uн по которому и подбирается вольтметр с нужными пределами измерения.

Таблица 1

Схема и группасоединения обмоток трансформатора Номер рисунка Питаниеобмотки ВН (СН) Значениекоэффициента

трансформации

Ун/Д-11Ун/У-0

У/Ун-0

У/Д-11

32

6

7

Однофазное-»-

-»-

-»-

Кт.ф1/2Кт.ф

т.ф

т.ф

У/Ун-0У/Д-11 45 Трехфазное-»- Кт.лÖ3Кт.ф

 

5. Определение полярности и группы соединения обмоток.

Проверка полярности обмоток выполняется для контроля правильности маркировки выводов обмоток однофазных трансформаторов при их сборке в трехфазную трансформаторную группу.

Проверка группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов производится для установления идентичности  групп соединения трансформаторов, предназначенных для параллельной работы.

В условиях эксплуатации проверку полярности и группы соединения обмоток рекомендуется производить методом постоянного тока с использованием в качестве  контролирующего прибора гальванометра (полярометра).

Для проверки полярности на обмотку ВН однофазного трансформатора кратковременно подается постоянный ток, а к обмотке НН присоединяется гальванометр. При этом полюс источника постоянного тока и плюс гальванометра присоединяются к одноименным зажимам обмоток.

Если обмотки ВН и НН трансформатора намотаны в одну сторону, то при кратковременном замыкании цепи постоянного тока стрелка гальванометра отклоняется вправо, а при размыкании цепи – влево. Это будет свидетельствовать о правильной маркировке концов обмоток.

Отклонение стрелки гальванометра вправо обозначается знаком плюс, а влево – знаком минус.

Для проверки группы соединения трехфазного двухобмоточного трансформатора источник постоянного тока последовательно подключается к выводам А-В, В-С, А-С обмотки ВН и проверяется отклонение стрелки гальванометра на фазах а-в, в-с, а-с. при этом производится девять измерений.

При контроле групп соединения трехфазных трехобмоточных трансформаторов  и автотрансформаторов питание подается на обмотку ВН, а отклонение стрелки гальванометра контролируется на обмотках СН и НН. Затем питание подается на обмотку СН, а отклонение стрелки гальванометра контролируется на обмотке НН.

. Знаки отклонения стрелки для моментов замыкания цепи тока при контроле групп соединения трехфазных трансформаторов (автотрансформаторов) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Питание подано к выводам ВН (СН) Отклонение стрелки гальванометра, присоединенного к выводам НН (СН)
а-в(Аm-Bm) в-с(Вmm) а-с(Аmm) а-в(Аm-Bm) в-с(Вmm) а-с(Аmm)
Группа соединения 0 Группа соединения 11
а-в(Аm-Bm)в-с(Вmm)

а-с(Аmm)

+-

+

-+

+

++

+

+-

0

0+

+

+0

+

При производстве опытов в целях самоконтроля знаки отклонения стрелки гальванометра следует вносить в таблицу и сравнивать их со знаками, приведенными в табл. 2.

В качестве источника питания могут использоваться аккумуляторная батарея, выпрямительное устройство. При этом напряжение источника постоянного тока должно быть несколько ниже пределов измерения гальванометра.

В качестве приборов-индикаторов могут использоваться вольтметры магнитоэлектрической системы, имеющие шкалу с нулем посередине. Предел измерения прибора должен быть выше значения подводимого к обмотке трансформатора напряжения постоянного тока. Класс точности прибора не имеет значения. Из современных приборов может быть рекомендован милливольтметр типа ЭА2233 с пределами измерений: 75-0-75, 150-0-150 мВ; 1-0-1, 1,5-0-1,5, 3-0-3, 7,5-0-7,5, 15-0-15,         30-0-30, 50-0-50, 75-0-75, 150-0-150, 250-0-250, 300-0-300, 500-0-500, 600-0-600 В.

Метод постоянного тока несложен, но требует внимательности при производстве измерений, в особенности при проверке группы соединения 11, когда стрелка гальванометра должна показать нулевое положение. Иногда при повышенной чувствительности гальванометра стрелка прибора нечетко показывает нулевое положение. В этом случае нужно снизить напряжение источника постоянного тока. Для уменьшения чувствительности гальванометра можно последовательно с ним включить резистор, сопротивление которого подбирается в зависимости от напряжения источника питания и чувствительности гальванометра.

 

6. Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

 

6.1 Общие положения

Сопротивление обмоток трансформаторов постоянному току в процессе эксплуатации измеряется для выявления неисправностей и дефектов в обмоточных проводах, в паяных соединениях обмоток, в контактных соединениях отводов, переключающих устройств.

Такие измерения могут производиться при вводе трансформатора в работу для контроля его состояния после транспортировки или длительного хранения, после ремонта – для контроля качества ремонтных работ, после отказа (аварии) трансформатора для выявлений характера повреждения и выявления поврежденного узла (элемента) трансформатора.

Согласно (1) допускается два метода измерения сопротивления постоянному току: метод падения напряжения и мостовой метод при токе, не превышающем 20 % номинального тока обмотки трансформатора. Метод падения напряжения предпочтителен при испытании трансформаторов III габарита и более, а также всех трансформаторов с РПН. Мостовой метод рекомендуется применять при испытании сухих трансформаторов и масляных трансформаторов I и II габаритов.

Измерение сопротивления следует производить на всех ответвлениях, т.е. во всех положениях переключающих устройств. Если переключающее устройство РПН имеет предизбиратель, предназначенный для реверсирования регулировочной части обмотки или для переключения грубых ступеней регулирования, то измерения производят при одном положении предизбирателя. Дополнительно производят по одному измерению при каждом из других положений предизбирателя.

У обмоток трансформаторов, имеющих нулевой вывод, измеряются фазные сопротивления, а у обмоток, не имеющих нулевого вывода, — линейные сопротивления.

При измерении сопротивления одной обмотки другие обмотки трансформатора должны быть разомкнуты.

В качестве источника постоянного тока применяется аккумуляторная батарея, емкость которой должна быть достаточной для стабильного поддержания напряжения и тока в процессе измерений. Рекомендуется аккумуляторную батарею емкостью 150 Ач, напряжением 12 В.

При измерении сопротивлений следует определять (измерять) температуру обмоток трансформатора. Для трансформаторов, не подвергшихся нагреву и находящихся в нерабочем состоянии не менее 20 часов, за температуру обмотки принимают температуру верхних слоев масла. При этом измерения следует производить не ранее чем через 30 мин после заливки маслом трансформаторов мощностью до 1 МВА и не ранее чем через 2 ч – трансформаторов большой мощности.

Температуру обмоток трансформаторов, подвергшихся нагреву или не остывших-  после отключения от сети, определяют по результатам измерений сопротивления обмотки по формуле

Q2 = rQ2/rQ1 (Q1 + Т) – Т,                                                       (8)

где                  Q2 – искомая температура обмоток при испытании Т=235°С;

rQ2 – сопротивление обмотки при температуре Q2 измеренное при испытании;

rQ1 – сопротивление обмотки при температуре Q1 (используется значение, измеренное на заводе-изготовителе или при пуско-наладочных испытаниях);

Q2 – температура обмотки, измеренная при ранее проведенном испытании.

 

Для сопоставления измеренного сопротивления с паспортным или другим, принятым в качестве исходного (базового), измеренного, например, при пуско-наладочных испытаниях или после капитального ремонта с заменой обмотки трансформатора, производится приведение измеренного сопротивления к температуре, при которой определялось базовое сопротивление. Пересчет производится по формуле:

rQ2= rQ1 (Q2 + 235 / Q1 + 235).                                                          (9)

Перед производством измерений контактные соединения выводов испытываемой обмотки должны быть тщательно очищены от грязи, смазки и следов коррозии. Следует снять заземления с испытываемой и свободных обмоток трансформатора.

 

6.2 Измерение методом падения напряжения

Метод отличается простотой, пригоден для определения сопротивления любого значения (обеспечивается измерительными приборами необходимого класса точности) и дает достаточно точные результаты измерения.

Сущность метода заключается в измерении падения напряжения U на сопротивлении r, через которое пропускается постоянный ток I определенной величины. По результату измерений тока и напряжения определяется сопротивление r по закону Ома:

При измерении малых сопротивлений (до 10 Ом) применяют схему рис. 6.1, по которой провода цепи вольтметра присоединяют к выводам обмотки трансформатора непосредственно.

Если паспортное (исходное) значение измеряемого сопротивления составляет 0,5 % и более сопротивления вольтметра, то при измерениях по схеме рис.6.1 следует учесть ток, потребляемый вольтметром.

Значение определяемого сопротивления (Ом) рассчитывается по формуле:

rх = U / (I – U/ rв),                                                                  (11)

где                  U – падение напряжения на сопротивлении rх;

I – ток визмерительной цепи.

Сопротивление провода в цепи вольтметра не должно превышать 0,5 % сопротивления вольтметра.

При измерении больших сопротивлений (более 10 Ом), а также когда сопротивление амперметра и проводящего провода, соединяющего зажимы амперметра и трансформатора, составляют более 0,5 % измеряемого сопротивления, применяют схему рис. 6.2. По этой схеме измеряют, помимо сопротивления обмотки трансформатора, сопротивление амперметра и провода от амперметра до трансформатора.

Определяемое сопротивление rх (Ом) вычисляется по формуле:

rх = U*/ I — (rА+ rпр),                                                               (12)

где                  rА и rпр – соответственно сопротивление амперметра и провода.

В тех случаях, когда измерения производятся с целью выявления неисправности в одной из фаз путем сопоставления результатов измерений на разных фазах, внесение коррективов по сопротивлению амперметра и соединительных проводов не требуется.

Если сопротивление обмотки трансформатора составляет около нескольких десятков Ом, а сопротивления rА + rпр – около сотых долей Ом, погрешность при измерении по схеме рис. 6.2 составляет десятые доли процента и может не учитываться.

Класс точности измерительных приборов должен быть не ниже 0,5, а пределы измерений этих приборов должны обеспечивать отклонение стрелки на второй половине шкалы. Выбор нужного предела измерения вольтметра (милливольтметра) легко осуществить, зная паспортное (базовое) значение сопротивления обмотки и выбранное значение тока в измерительной цепи (около 2-3 А и более) с использованием формулы (10).

Измерения тока и напряжения следует производить при установившихся значениях. За установившийся принимают ток, при котором стрелка амперметра не изменяет своего положения в течение 1 мин.

При испытаниях трансформаторов с большой индуктивностью с целью сокращения времени установления тока в измерительной цепи рекомендуется осуществлять кратковременное форсирование тока шунтированием резистора (реостата). Чтобы не повредить вольтметр при переходном процессе в измерительной цепи, его включение следует производить лишь после установления тока, а отключение – до отключения тока.

Для измерения тока и напряжения рекомендуются следующие приборы:

вольтамперметры с классом точности 0,2 и 0,5. Пределы измерений от 0,75 до 3000 мА; от 7,5 до 30 А; от 15 до 300 мВ; от 0,75 до 600 В.

Могут применяться другие типы приборов магнитоэлектрической системы с соответствующими техническими характеристиками.

Сопротивление ползунковых реостатов, применяемых в схеме измерения, должно быть в5-10 раз больше сопротивления обмотки трансформатора.

Для включения вольтметра рекомендуются кнопки или ключи с самовозвратом.

Для шунтирования реостата могут использоваться переключающие устройства любой конструкции на соответствующий ток. Для присоединения измерительной схемы к выводам испытываемой обмотки трансформатора соединительные провода токовой цепи и цепи напряжения рекомендуется оснащать щупами с заостренными концами. Щупы токовых цепей прикладываются к выводам обмотки с внутренней стороны, а щупы цепей напряжения – с наружной.

 

7. Измерение тока и потерь холостого хода при малом напряжении.

Для условий эксплуатации опыт холостого хода (ХХ) при малом напряжении является основным способом измерения тока и потерь холостого хода.

Измерения потерь ХХ трансформаторов при вводе их в эксплуатацию и в процессе эксплуатации производятся с целью выявления возможных витковых замыканий, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора.

Опыты ХХ рекомендуется проводить при малом напряжении 380/220 В. При этом напряжение подается на обмотку НН, а другие обмотки остаются свободными. Предпочтительно обмотки возбуждать линейным напряжением 380 В, так как фазное напряжение сети может иметь значительное отклонение от синусоидальной формы кривой, что приведет к искажению результатов измерений.

Перед проведением опыта ХХ трансформатора, находящегося в эксплуатации, необходимо размагнитить его магнитопровод от остаточного намагничивания, возникающего вследствие внезапного сброса питающего напряжения (отключение трансформатора от сети) и обрыва тока при его переходе не через нуль.

Снятие остаточного намагничивания  производится пропусканием постоянного тока противоположных полярностей по одной из обмоток каждого стержня магнитопровода трансформатора.

Процесс размагничивания осуществляется в несколько циклов. В первом цикле ток размагничивания должен быть не менее удвоенного тока ХХ трансформатора при номинальном напряжении в каждом последующем цикле ток размагничивания должен примерно на 30 % быть меньше тока предыдущего цикла. В последнем цикле ток размагничивания не должен быть больше тока ХХ трансформатора при напряжении 380 В.

В качестве источника постоянного тока могут использоваться переносные аккумуляторы, выпрямительные устройства.

При вводе в эксплуатацию нового трансформатора снятие остаточного намагничивания может не производиться, если трансформатор не прогревался постоянным током и измерению тока и потерь ХХ не предшествовало измерение сопротивления обмоток постоянному току.

При пусконаладочных испытаниях опыт ХХ следует проводить перед началом других видов испытаний.

Схема измерений тока и потерь ХХ трехфазного трехобмоточного трансформатора показаны на рис. 7.1.

Напряжение 380 В, подаваемое на обмотку НН трансформатора, контролируется вольтметром.

Следует учесть, что [1] допускает производить измерение потерь ХХ при отклонении частоты не более ± 3 % номинального значения (50 Гц).

Для трансформаторов, находящихся в эксплуатации, потери ХХ не нормируются, поэтому при отклонении частоты испытываемого напряжения до ± 3 % нет необходимости вносить поправки в измеренные значения потерь ХХ по частоте напряжения.

Испытание трехфазных трансформаторов производится путем пофазного измерения потерь ХХ. Это позволяет измеренные значения потерь каждой фазы сопоставить не только с заводскими данными, но и между собой, что дает возможность выявить неисправную фазу.

При пофазном возбуждении трехфазных трансформаторов производится три опыта (см. рис. 7.1).

Первый опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы а, возбуждают обмотки фаз в и с, измеряют ток и потери ХХ I¢вс, Р¢вс.

Второй опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы в, возбуждают обмотки фаз а и с, измеряют ток и потери ХХ I¢ас, Р¢ас.

Третий опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы с, возбуждают обмотки фаз а и в, измеряют ток и потери ХХ I¢ав, Р¢ав.

В измеренные значения потерь ХХ вносятся поправки, учитывающие потери в схеме Рсх.. Для определения мощности, потребляемой схемой (приборами и соединительными проводами), производится измерение потерь Рсх. при отсоединенном от измерительной схемы трансформаторе.

Потери Р¢вс, Р¢ас, Р¢ав трансформатора рассчитываются по формуле:

 

Р = Р¢ —  Рсх.                                                               (13)

При отсутствии дефекта в трехфазном трансформаторе потери Р¢вс и Р¢ав при допустимом отклонении ± 5 % практически равны. Потери Р¢ас на 20-25 % (в зависимости от конструкции и числа стержней магнитопровода трансформатора) больше потерь Р¢вс и Р¢ав.

Потери ХХ трансформаторов, полученные из опытов холостого хода при малом напряжении, нет необходимости приводить к номинальному напряжению трансформатора. Их сопоставляют с аналогичными потерями, измеренными при том же напряжении на заводе-изготовителе или при пусконаладочных испытаниях вновь вводимого трансформатора.

В тех случаях, когда возникает необходимость, приведения измеренных при малом напряжении потерь к номинальному напряжению вначале вычисляют суммарные потери трансформатора по формуле:

Р0 = (Р¢вс + Р¢ас¢ав) / 2.                                                        (14)

Затем потери Р0 приводят к номинальному напряжению, используя выражение:

Р0.прив = Р0 [Uном / U¢]n,                                                           (15)

где                  Uном – номинальное напряжение обмотки НН трансформатора (В);

U¢ – напряжение, измеренное в опыте ХХ (В);

n – показатель, равный 1,9-для хладнокатаной текстурированной электротехнической стали.

Приборы, используемые в опытах ХХ, должны быть не ниже класса точности 0,5.

Потери ХХ рекомендуется измерять однофазным ваттметром ферродинамической системы серий Д5063-Д5065 (или старой серии Д539), которые отличаются малым собственным потреблением.

Для измерения тока ХХ рекомендуются миллиамперметры и амперметры электромагнитной системы серий Э537, Э538 (или старой серии Э59).

В качестве вольтметров рекомендуются приборы также электромагнитной системы серий, например, серии Э545 с пределами измерений 75-150-300-450-600 В.

Регулирование напряжения, подаваемого на трансформатор, можно производить автотрансформаторами серии РНО или другими аналогичными регулировочными автотрансформаторами.

Для выбора ваттметра и амперметра (миллиамперметра) с нужными пределами измерений рекомендуется руководствоваться ранее измеренными значениями тока и потерь ХХ при напряжении 380 В.

При отсутствии таких данных примерное ожидаемое значение потерь ХХ трансформатора в целом можно определить, используя формулу (15).

Р0 = Р0.прив [U¢/Uном]n,

подставив вместо Р0.прив паспортное значение потерь ХХ при номинальном напряжении, вместо U¢– напряжение 380 В, применяемое при опыте ХХ, а вместо Uном – номинальное напряжение обмотки НН трансформатора (при соединении обмотки НН в треугольник).

Примерное фазное значение потерь ХХ можно вычислить, используя формулу (15), памятуя при этом, что потери Рас примерно на 40 % больше, чем потери Рвс и Рав. Потери  и определяются как частное от деления 2 Р0 /3,4.

 

8. Методы определения параметров изоляции.

8.1 Общие положения

Для оценки состояния главной изоляции трансформаторов (реакторов) в эксплуатации или при вводе нового оборудования производится измерение значений параметров главной изоляции: сопротивления изоляции, тангенса угла диэлектрических потерь (tgd) и емкости (С).

Для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации трансформатора  производится, комплексный анализ измеренных значений параметров изоляции, сопоставление измеренных абсолютных значений параметров с ранее измеренными значениями, а также анализируется динамика изменений этих параметров.

При вводе в эксплуатацию новых трансформаторов или трансформаторов после ремонта измеренные значения параметров изоляции могут сопоставляться с их предельно допустимыми значениями, если они устанавливаются нормативно-технической документацией.

В настоящем разделе описываются методы измерений параметров главной изоляции трансформаторов на выведенном из работы оборудовании.

Согласно [1] измерения параметров изоляции допускается производить при температуре изоляции не ниже 10°С.

При вводе в эксплуатацию новых трансформаторов параметры изоляции рекомендуется измерять при температуре не ниже 10°С для трансформаторов напряжением 110-150 кВ и не ниже 20°С для трансформаторов напряжением 220-750 кВ.

Если температура изоляции ниже 10 °С, то трансформатор должен быть нагрет. За температуру изоляции принимается температура обмоток трансформатора, определяемая по сопротивлению постоянному току. На трехфазных трансформаторах 35 кВ и выше измерения сопротивления постоянному току рекомендуется производить на фазе В. достоверными являются значения температуры, если промежутки времени между окончанием измерения температуры  и началом измерения параметров изоляции не более:

трех часов – для трансформаторов мощностью 10 МВА и выше;

двух часов – для трансформаторов мощностью от 1 МВА до 10 МВА;

одного часа – для трансформаторов мощностью до 1 МВА включительно.

Если трансформатор подвергался нагреву током короткого замыкания, потерями холостого хода или постоянным током, то измерения параметров изоляции следует производить не раньше чем через 1 ч после прекращения нагрева; если нагрев осуществлялся индукционным методом – не раньше чем через 30 мин.

Если трансформатор не подвергался нагреву и находился в нерабочем состоянии в течение длительного времени (несколько суток), то за температуру изоляции допускается принимать температуру верхних слоев масла (для маслонаполненных трансформаторов) и температуру окружающего воздуха (для сухих трансформаторов).

Измерения сопротивления изоляции, tg d и емкость обмоток трансформаторов производят по схемам табл. 3.

Выводы обмотки, на которой производят измерения, соединяют между собой. У автотрансформаторов вывод одной из обмоток с автотрансформаторной связью допускается не присоединять к схеме измерения.

Последовательность измерения характеристик изоляции по схемам табл. 3 не нормируется.

Таблица 3

Схемы измерения сопротивления изоляции, тангенса угла диэлектрических потерь и емкости обмоток трансформаторов

 

Двухобмоточные трансформаторы и трехобмоточные автотрансформаторы Трехобмоточные трансформаторы Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН
Обмотка, на которой производят измерения Заземляемые части трансформатора Обмотка, на которой производят измерения Заземляемые части трансформатора Обмотка, на которой производят измерения Заземляемые части трансформатора
ННВН

(ВН+НН)

 

 

ВН, бакНН, бак

Бак

 

 

ННСН

ВН

(ВН+СН)

(ВН+СН+НН)

СН, ВН, бакВН, НН, бак

НН, СН, бак

НН, бак

Бак

НН1НН2

ВН+НН(1,2)

(ВН+НН1(2))

(ВН+НН1+НН2)

НН2, бак, ВННН1, бак, ВН

НН1,НН2, бак

НН2(1), бак

Бак

 

Примечание. Согласно [1] измерения по схемам (ВН+НН) – бак; (ВН+СН) – НН, бак; (ВН+СН+НН) –  бак; (ВН+НН1(2)) – НН2(1), бак; (ВН+НН1+НН2) – бак производят в тех случаях, если при измерении по основным схемам получают результаты, не удовлетворяющие допустимым значениям, устанавливаемым нормативно-технической документацией.

Измерение tg d и емкости рекомендуется производить после сопротивления изоляции.

Внешняя поверхность вводов трансформаторов должна быть сухой и чистой. Производить измерения при сырой погоде не рекомендуется.

8.2 Измерение сопротивления изоляции

Перед началом каждого измерения и при повторных измерениях испытуемую обмотку трансформатора заземляют не менее чем на 2 мин для снятия абсорбционного заряда.

Схемы измерения сопротивления изоляции, по участкам изоляции трансформаторов

 

Трансформаторы,автотрансформаторы Участок изоляции Выводы (зажимы) мегаомметра
Потенциальный (rх) Заземляемый (-) Экран (Э)
Двухобмоточные трансформаторы, автотрансформаторы

 

Трехобмоточные трансформаторы

 

 

 

 

 

Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН

ВН-ННВН-бак

НН-бак

 

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

ВН-бак

НН-бак

 

ВН-НН1

ВН-НН2

НН1(2)-НН2(1)

ВН-бак

НН1-бак

НН2-бак

ВНВН

НН

 

ВН

ВН

СН

ВН

НН

 

ВН

ВН

НН1(2)

ВН

НН1

НН2

ННБак

Бак

 

СН

НН

НН

Бак

Бак

 

НН1

НН2

НН2(1)

Бак

Бак

Бак

БакНН

ВН

 

НН-бак

СН-бак

ВН-бак

СН, НН

ВН, СН

 

НН2, бак

НН1, бак

ВН, бак

НН2, НН1

ВН1, НН2

ВН1, НН1

 

Значения сопротивлений изоляции участков двухобмоточных трансформаторов можно определить и расчетным путем по следующим формулам:

R1= 2RHH/ (1+RHH/RВН+НН – RHH/RВН);

R2= R1RHH/ (R1 – RHH);

R3= R1RВН+НН / (R1– RВН+НН),                                                                                              (16)

 

где       RHH, RHH, RВН+НН – сопротивления изоляции обмоток, измеренные по схемам табл. 3;

R1 – сопротивление участка изоляции НН – бак;

R2 – сопротивление участка изоляции НН – ВН;

R3 – сопротивление участка изоляции ВН – бак.

 

8.3. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и емкости

В соответствии с [1] измерение тангенса угла диэлектрических потерь и емкости силовых трансформаторов рекомендуется производить при напряжении от 25 до 60 % испытательного напряжения частоты 50 Гц. Допускается производить измерения при напряжении 10 кВ. В условиях эксплуатации измерения на отключенном и выведенном из работы оборудовании, а также при вводе в эксплуатацию нового трансформатора или трансформатора после ремонта производят при напряжении 10 кВ.

8.3.1. Схемы измерений.

Тангенс угла диэлектрических потерь и емкость обмоток силовых трансформаторов измеряется по схемам табл. 3. При этом последовательность измерений не нормируется.

В условиях эксплуатации, когда баки испытываемых объектов (трансформаторов, реакторов) заземляются, для измерения tgd и емкости применяется перевернутая мостовая измерительная схема. В отдельных случаях, когда возникает необходимость и имеется возможность изолирования бака трансформатора может применяться нормальная схема измерений. При этом достаточно установить бак трансформатора на деревянные бруски. Сопротивление изоляции бака должно быть в несколько десятков раз больше максимального сопротивления измерительной ветви моста переменного тока.

Нормальная схема измерения применяется также при определении tgd зон изоляции между обмотками трансформатора.

При измерении tgd и емкости одной из обмоток трансформатора и другие – «свободные» обмотки заземляются.

В тех случаях, когда tgd какой-либо обмотки имеет завышенное значение, рекомендуется выполнить измерения tgd отдельных участков изоляции трансформатора.

Схемы измерения tgd и емкости трансформаторов

 

Трансформаторы,автотрансформаторы Участок изоляции Мостовая измерительная схема Присоединение выводов и бака трансформатора
к мостуСх ВПР5023 Э+Д+

Р5023

Двухобмоточные трансформаторы, автотрансформаторы НН-бакВН+НН-бак

ВН-бак

ПеревернутаяПеревернутая

Перевернутая

ННВН и НН

ВН

ВН+БакБак

НН+Бак

ТНТН

ТН

Трехобмоточные трансформаторы НН-бакВН- бак

СН-бак

СН+ВН- бак

ВН+СН+НН-бак

ПеревернутаяПеревернутая

Перевернутая

Перевернутая

Перевернутая

ННВН

СН

ВН и СН

ВН+СН+НН

ВН+СН+БакСН+НН+Бак

ВН+НН+Бак

НН+Бак

Бак

ТНТН

ТН

ТН

ТН

 

Порядок измерений tgd и емкости отдельных участков изоляции трансформаторов приведены в табл. 5

 

Таблица 5

Схемы измерения tgd и емкости отдельных участков изоляции трансформаторов

 

Трансформаторы,автотрансформаторы Участок изоляции Мостовая измерительная схема Присоединение выводов и бака трансформатора
к мостуСх ВПР5023 Д+

Р5023

к мостуЭ
Двухобмоточные трансформаторы, автотрансформаторы НН-бакВН-НН

ВН-бак

ПеревернутаяНормальная

Перевернутая

ННВН

ВН

БакНН+ТН

Бак

ТН—

ТН

ВНБак

НН

Трехобмоточные трансформаторы НН-бакСН-НН

СН-бак

ВН-СН

ВН-бак

ВН-НН

ПеревернутаяНормальная

Перевернутая

Нормальная

Перевернутая

Нормальная

ННСН

СН

ВН

ВН

ВН

БакНН+ТН

Бак

СН+ТН

Бак

НН+ТН

ТН—

ТН

ТН

ВН, СНБак, ВН

ВН, НН

Бак, НН

СН, НН

Бак, СН

Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН НН1-бакНН1 — НН2

НН2-бак

ВН-НН2

ВН-бак

ВН-НН1

ПеревернутаяНормальная

Перевернутая

Нормальная

Перевернутая

Нормальная

НН1НН1

НН2

ВН

ВН

ВН

БакНН2+ТН

Бак

НН2+ТН

Бак

НН1+ТН

ТН—

ТН

ТН

ВН, НН2Бак, ВН

ВН, НН1

Бак, НН1

НН2, НН1

Бак, НН2

 

Значения tgd и емкости участков изоляции двухобмоточных трансформаторов можно определить и расчетным путем по формулам:

 

tgd1= (СHHtgdHH — СВHtgdВH + СВН+ННtgdВН+НН) / (СHH— СВH + СВН+НН);

tgd2= (СHHtgdHH + СВHtgdВH — СВН+ННtgdВН+НН) / (СHH+ СВH — СВН+НН);

tgd3= (СВHtgdВH + СВН+ННtgdВН+НН — СHHtgdHH) / (СВН + СВН+НН — СHH),                                          (17)

 

С1 = (СHH— СВH + СВН+НН) / 2;

С2 = (СВH+ СНH — СВН+НН) / 2;

С3 = (СВН+НН + СВH — СHH) / 2,                                                                                                         (18)

 

где                   tgdHH, tgdВH, tgdВН+НН, СHH, СВH, СВН+НН — значения угла диэлектрических потерь и емкости, измеренные по схемам табл. 3;

tgd1, tgd2, tgd3, С1, С2, С3 — значения угла диэлектрических потерь и емкости участков изоляции соответственно: НН-бак, ВН-НН, НН-бак.

 

8.3.2. Оборудование испытательной установки.

В электроустановках, где нет сильных влияний электрических полей, фазорегулятор схеме установки может не применяться.

В качестве измерительного устройства рекомендуется использовать мост Р5026 (Р5026М), выпускаемые отечественной промышленностью. К мостам этих марок придаются образцовые конденсаторы Р5023.

В качестве испытательного трансформатора могут применяться трансформаторы напряжением типов НОМ-6, НОМ-10. Трансформатор напряжения НОМ-6 используется для оборудования класса напряжения до 6 кВ.

Для регулирования испытательного напряжения рекомендуется регулировочные автотрансформаторы типов РНО-250-2, АОСН-20-220. При выборе регулировочного автотрансформатора следует исходить из того, что мощность регулятора напряжения должна быть не ниже мощности испытательного трансформатора.

Для регулирования фазы испытательного напряжения рекомендуются фазорегуляторы типа МАФ (0,22 кВА) или ФР (0,5-5 кВА).

 

8.4. Обработка результатов измерения параметров изоляции.

Для возможности сопоставления измеренных значений параметров изоляции с базовыми значениями и для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации трансформатора измеренные значения параметров приводятся к температуре обмотки, при которой измерялись базовые значения параметров. Пересчет производится по нижеследующим формулам.

Для сопротивления изоляции:

 

Rпр = Rи х K2 (19)

 

Для tgd:                                              tgdпр= tgdи х K1

 

где                   Rпр , tgdпр – соответственно приведенные значения сопротивления изоляции и tgdпр;

Rи , tgdи – соответственно измеренные значения сопротивления изоляции и tgdпр;

K1, K2– коэффициенты приведения.

 

Значения K1 и K2 приводятся в табл.6.

 

Таблица 6

Значения коэффициентов K1 и K2

 

Разность температур t2-t1, °C Значения K1 Разность температур t2-t1, °C Значения K2
12

3

4

5

6

7

10

15

20

25

30

1,031,06

1,09

1,12

1,15

1,18

1,21

1,31

1,51

1,75

2,00

2,30

12

3

4

5

6

7

10

15

20

25

30

1,041,08

1,13

1,17

1,22

1,28

1,34

1,50

1,84

2,25

2,75

3,40

 

Примечания: 1. t2 – наибольшая температура; t1 – наименьшая температура.

2. Значения коэффициентов K1 и K2, не указанные в таблице, определяются умножением соответствующих коэффициентов. Например, коэффициент K1, соответствующий разности температур 12°С, определяется по формуле K1 = K10 х K2 = 1,31 х 1,06 = 1,39

 

9. Методы определения сопротивления короткого замыкания обмоток трансформаторов.

Полное сопротивление короткого замыкания (zт) трансформаторов 125 МВ А и выше определяется с целью выявления возможных деформаций с повреждением изоляции обмоток, вызванных сквозными короткими замыканиями. Для этого производится сопоставление измеренного значения zт с исходным – базовым значением этого параметра, определенным на исправном трансформаторе.

В документации, поставляемой заводом-изготовителем трансформаторов, в качестве базовых для трехфазного трансформатора, приводятся среднеарифметические значения zт всех трех фаз, однако использование их в качестве базовых не рекомендуется, так как при наличии деформации в какой-либо обмотке одной из фаз трансформатора она может оказаться не выявленной, ибо фазное значение zт этой обмотки может «затеряться» при исчислении среднеарифметического zт.

Рекомендуется сопоставлять фазные значения zт трансформатора. При этом в качестве базовых должны использоваться значения параметра, измеренные при пусконаладочных испытаниях вновь вводимого трансформатора.

При контроле состояния однофазных трансформаторов могут использоваться в качестве базовых заводские данные.

Фазное значение zт трансформатора (Ом) определяется из выражения

zт.из. = Uк.из. / Iк.из.,                                                               (20)

где                  Uк.из. – измеренное значение напряжения короткого замыкания фазы, В;

Iк.из. – измеренное значение тока короткого замыкания фазы, А.

Напряжение и ток короткого замыкания определяются из опыта короткого замыкания, который проводится на низком напряжении (380, 220 В).

При проведении опыта короткого замыкания в процессе эксплуатации трансформатор возбуждается со стороны обмотки более высокого напряжения (ВН, СН). При испытании трехфазных трансформаторов на обмотку подается трехфазное напряжение, а измерения тока и напряжения короткого замыкания производятся последовательно на каждой фазе.

Одновременно со снятием показаний вольтметра и амперметра снимается показание частотомера. Схемы измерений в опытах короткого замыкания трехфазных и однофазных трансформаторов и автотрансформаторов с использованием амперметра и вольтметра приведены на рис. 32-38 (Л-6). Присоединение частотомера  на указанных схемах показано условно. Контроль частоты напряжения может осуществляться в любой удобной для снятия показаний точке сети объекта (распределительного устройства). Измеренное значение сопротивления короткого замыкания (Ом) следует привести к частоте 50 Гц по формуле:

zт(50) = (50 / f.из) х zт.из ,                                                                    (21)

Отклонение измеренного фазного значения сопротивления короткого замыкания от базового значения (%) определяется из выражения:

Dzт = ((zт(50) — zт. б)/ zт. б) х 100,                                                        (22)

Оценку состояния обмоток испытываемого трансформатора производят сравнением полученного значения Dzт с предельно допустимым отклонением этого параметра от базового значения, устанавливаемого отраслевыми нормативными документами.

Максимальная чувствительность при измерениях напряжения и тока короткого замыкания достигается выбором пар обмоток, расположенных рядом на стержне магнитопровода.

У трансформаторов и автотрансформаторов, оснащенных переключающими устройствами РПН, контроль состояния всех обмоток достигается измерением тока и напряжения короткого замыкания на номинальной ступени переключающего устройства и на 2-х крайних ступенях.

При испытании на максимальной ступени испытывается также регулировочная обмотка.

При испытании на минимальной ступени исключается регулировочная обмотка, что позволяет выявить дефектную обмотку, если при испытании на максимальной ступени обнаруживается отклонение Dzт от допустимого значения.

При испытаниях целесообразно придерживаться такой последовательности работ, чтобы избежать частых пересоединений закороток. Например, при испытании трехобмоточных трансформаторов рекомендуется произвести измерения в следующей последовательности: ВН-НН, СН-НН, ВН-СН.

Класс точности измерительных приборов должен быть не ниже 0,5. Рекомендуется применение электродинамических приборов. Рекомендуется также применение комплекта приборов, позволяющего производить измерения в четырехпроводных сетях как в однофазном, так и трехфазном режиме.

В качестве частотомера могут быть рекомендованы переносные приборы типов Ф205, Ф246.

Опыт короткого замыкания может производиться при любом значении тока короткого замыкания, однако выбранное значение тока должно быть удобным для снятия показаний амперметра и вольтметра, имея ввиду, что отсчет показаний указанных приборов для достижения достаточной точности измерений должен производиться на второй половине шкалы.

Выбор значений тока и напряжения короткого замыкания можно производить следующим образом. Определяется ожидаемое номинальное значение сопротивления короткого замыкания (Ом) из выражения:

zт = (Uном х Uк )/ (Ö 3 Uном х 100I ном),                                                          (23)

где                  Uном. –  линейное номинальное напряжение обмотки (ВН-СН) трансформатора, кВ;

Uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Iном. – номинальный ток обмотки (ВН-СН) трансформатора, А;

Uном., Uк – паспортные данные трансформатора.

Номинальный ток трансформатора (А) определяется из выражения:

I ном = Sном / Ö 3 Uном ,                                                (24)

где                  Sном. – номинальная мощность трансформатора, кВА

Подставляя в выражение (20) удобное для отсчета по шкале амперметра значения тока короткого замыкания Iк.из определяются ожидаемые значения напряжения короткого замыкания Uк.из, из которого также должны быть удобны для отсчета по шкале вольтметра.

Для закорачивания выводов обмоток трансформаторов применяются гибкие медные или алюминиевые провода. Сечение медной закоротки должно составлять не менее 30% сечения провода обмотки трансформатора. Примерное сечение провода обмотки трансформатора определяется по значению номинального тока обмотки при средней плотности тока в обмотке около 3 А/мм2.

Сечение алюминиевой закоротки должно быть в 1,3 раза больше сечения медной закоротки.

Присоединение закороток к выводам обмоток трансформаторов должно осуществляться с помощью болтового соединения. Места присоединения закороток должны быть защищены до металлического блеска.

Результаты заносятся в протокол.

 

НТД и техническая литература:

  • Межотраслевые правила по охране труда (ПБ) при эксплуатации электроустановок.
  • ПОТ Р М — 016 — 2001. — М.: 2001.
  • Правила устройства электроустановок Глава 1.8 Нормы приемосдаточных испытаний Седьмое издание
  • Объем и нормы испытаний электрооборудования. Издание шестое с изменениями и дополнениями — М.:НЦ ЭНАС, 2004.
  • Наладка и испытания электрооборудования станций и подстанций/ под ред. Мусаэляна Э.С. -М.:Энергия, 1979.
  • Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 2 — М.: ОРГРЭС, 1997.