Een gids voor de nieuwste transformatortesttechnologieën

Transformers komen in vele types, voornamelijk oliegedrenkt en droog. Hun foutmanifestaties zijn divers, maar de meeste storingen concentreren zich in de windingen, kern, verbindingsonderdelen en olievervuiling. Bijvoorbeeld, schade aan de windingisolatie, open circuits, kortsluitingen en tussenschakelkortsluitingen op aansluitpunten. Gewone externe symptomen van transformatorfouten omvatten ernstige oververhitting, te hoge temperatuurstijging, abnormaal geluid en een driefase-ongelijkmatigheid.

Regelmatig onderhoud van transformers omvat voornamelijk isolatietests (isolatieweerstand, dielectrica absorptieverhouding, enz.), meting van de DC-weerstand (voor het detecteren van windinggerelateerde fouten), inspectie na kernoogst en belastingsproeven. Sommige bedrijven analyseren ook de oliekwaliteit van oliegedrenkte transformers om ervoor te zorgen dat de elektrische isolatie en thermische eigenschappen intact blijven.

Hieronder staan enkele geavanceerde transformatortestmethoden ter referentie.

1. ALL-Test Methode

Het kernpunt van de ALL-Test methode is het gebruik van hoogfrequente, lage-spanningssignalen - in plaats van hoge-spanningssignalen - om interne parameters zoals DC-weerstand, impedantie, windinginductiefasewinkel en de stroom-frequentieverhouding (I/F) van windinggebaseerde apparatuur te meten. Dit stelt een nauwkeurige beoordeling van interne fouten en hun ontwikkelingsfasen mogelijk. De voordelen van deze methode zijn:

• Stelt snelle on-site foutdiagnose mogelijk, wat helpt bij het bepalen of verdere tijd- en arbeidsintensieve inspecties - zoals kernoogst - nodig zijn.

• Hoog meetnauwkeurigheid. Aangezien de DC-weerstand van transformatorwindingen meestal zeer laag is, voorkomt het gebruik van lage-spanning hoogfrequente signalen het verergeren van bestaande defecten. Met precisie tot drie decimalen kunnen zelfs kleine tussenschakelkortsluitingen worden gedetecteerd door merkbare veranderingen in de DC-weerstand (R) - iets wat conventionele DC-weerstandstests niet kunnen bereiken.

• Faciliteert toestandsbepaling. Elke meting kan worden geregistreerd en opgeslagen. Door regelmatige tests uit te voeren en trendlijnen te plotten, kunnen veranderingen in belangrijke parameters in de loop van de tijd worden bewaakt, wat betrouwbare gegevens oplevert voor vroege foutdetectie en predictieve onderhoud - wat kwantitatieve foutbeheer in industriële installaties ondersteunt.

• Comprehensieve parameteranalyse (R, Z, L, tgφ, I/F) biedt een meer complete, tijdige en nauwkeurige beschrijving van interne transformatorfouten.

Basisprocedure voor ALL-Test:
Na het afsluiten van de voeding van de transformator, aarden de secundaire (of primaire) zijde. Sluit dan de signaalleidingen van het instrument achtereenvolgens aan op de primaire (of secundaire) terminals (H1, H2, H3), waarbij interfaasettelijke parameters (R, Z, L, tgφ, I/F) worden gemeten. Door resultaten tussen fasen te vergelijken of met historische gegevens van dezelfde fase op verschillende tijdstippen, kan de fouttoestand van de transformator worden bepaald.

Als referentie volgen hieronder aanbevolen empirische evaluatiecriteria:

• Weerstand (R):

• Als R > 0,25 Ω, wijst een fasetteverschil van meer dan 5% op een driefase-ongelijkmatigheid.

• Als R ≤ 0,2 Ω, gebruik een drempelwaarde van 7,5% voor ongelijkmatigheidsbeoordeling.

• Impedantie (Z):

• Interfaasettelijke ongelijkmatigheid mag niet meer dan 5% bedragen.

• Defecte transformers tonen vaak een ongelijkmatigheid die naar meer dan 100% neigt.

• Inductie (L):

• Ongelijkmatigheid mag niet meer dan 5% bedragen.

• Fasehoek tangens (tgφ):

• Verschil tussen fasen moet binnen één cijfer liggen (bijvoorbeeld 0,1 versus 0,2 is acceptabel; 0,1 versus 0,3 is dat niet).

• Stroom-frequentieverhouding (I/F):

• Interfaasettelijk verschil mag niet meer dan twee cijfers bedragen (bijvoorbeeld 1,23 versus 1,25 is acceptabel).

Op basis van veldervaring ondergaan transformatortestgegevens dramatische veranderingen tijdens de progressie van ongelijkmatigheid naar defect. Voor cruciale transformers wordt aanbevolen om ALL-Test metingen ten minste eens per maand uit te voeren.

Tabel 1 Experimentele gegevens van een goede 2500kVA, 28800:4300 transformer, test op de secundaire zijde

Tabel 2 Experimentele gegevens van een defecte 500kVA, 13800:240V transformatie, primaire zijde test

2. Testmethode voor spoelverhouding

Bij veldtesten van transformatoren is het direct meten van de spoelverhouding een effectieve en snelle methode om interne fouten te detecteren, zoals verkeerde bedrading, korte sluitingen of open circuits. Tijdens het gebruik kan de werkelijke spoelverhouding van een transformator afwijken van de opgegeven waarde op het typeplaatje, door variaties in productie of degradatie van de isolatie over tijd. Als deze nauwkeurig wordt gemeten, kan de spoelverhouding dienen als een belangrijke indicatie van de conditie om interne defecten te identificeren en hun ontwikkeling te volgen. Hiervoor wordt een transformator spoelverhouding (TTR) tester gebruikt, die meestal zeer hoge meetnauwkeurigheid vereist.

3. Kwaliteitstest van transformatorolie

Oliedompeltransformatoren worden wijdverspreid gebruikt, en een cruciaal onderdeel van hun onderhoud is het beoordelen van de staat van de isolatie-olie. Tekenen van olieverderving, zoals donkere kleur, zuur ruikende geur, verminderde diëlektrische sterkte (breekspanning) of slibvorming, kunnen vaak worden geïdentificeerd door visuele inspectie. Daarnaast is een kwantitatieve analyse van belangrijke oleeigenschappen, waaronder viscositeit, flitspunt en watergehalte, essentieel voor een grondige beoordeling. Raadpleeg de onderstaande tabel voor evaluatiecriteria.

Hieronder wordt kort uitgelegd hoe analyse en inspectie worden uitgevoerd met behulp van gaschromatografie. Wanneer transformatie-olie verslechtert of er storingen optreden, is de basisbenadering van deze methode het nemen van een olie-monster uit de transformatie zonder de stroom af te sluiten, het analyseren van de soorten en concentraties van opgeloste gassen, en vervolgens het bepalen van de toestand van de storing. Onder normale omstandigheden is de gasinhoud in de olie zeer laag, vooral voor brandbare gassen, die slechts 0,001% tot 0,1% van het totaal uitmaken.

Naarmate de ernst van de transformatiestoringen echter toeneemt, produceren de olie en vaste isolatiematerialen verschillende gassen onder thermische en elektromagnetische effecten door thermische storingen. Bijvoorbeeld, bij lokale oververhitting produceren isolatiematerialen grote hoeveelheden CO en CO₂; wanneer de olie zelf oververhit raakt, produceert het aanzienlijke hoeveelheden ethyleen en methaan. Door de inhoud van brandbare gassen als oordeelscriterium te gebruiken, kunnen de volgende richtlijnen worden toegepast: een gasinhoud onder 0,1% wijst op een normale toestand; 0,1% tot 0,5% wijst op een lichte storing; boven 0,5% wijst op een ernstige storing.

Gassen die voornamelijk worden geproduceerd door elektrische storingen in transformatoren zijn waterstof en acetyleen (C₂H₂), voornamelijk veroorzaakt door boogontlading of vonken. De volgende referentie-indicatoren kunnen worden gebruikt voor oordeel: H₂-inhoud <0,01% is normaal, 0,01–0,02% vereist aandacht, en >0,02% wijst op een storing; C₂H₂ <0,0005% is normaal, en >0,001% wijst op een storing.

Nadat een transformatie vochtig is geworden, neigt de H₂ (waterstof) inhoud naar hoog, omdat waterstofgas wordt geproduceerd door elektrolyse onder stroom. Deze gasgegevens kunnen worden geanalyseerd om de toestand van de transformatie te beoordelen.