Процедури за тест на трансформатори, съответстващи на стандартите IEEE C57 и GB 1094

1. Основи на тестването на трансформатори

1.1 Общ преглед
Трансформаторите са сред най-важните елементи за предаване на електроенергия. Качеството и надеждността им директно влияят на безопасното и сигурно доставяне на електричество. Повреда на генераторни трансформатори или ключови трансформатори в подстанции може да наруши предаването на енергия, а ремонтирането или транспортирането на такива големи устройства често отнема няколко месеца.

През този период на прекъсване, доставката на електроенергия е компрометирана, което неблагоприятно влияе върху индустриалното и земеделско производство, както и върху потреблението на електроенергия в домакинствата – което води до значителни икономически загуби.

С нарастването на изискванията за безопасна и надеждна експлоатация на трансформатори, технологиите за тяхното тестване са напреднали значително през последните две десетилетия. Сред забележителните постижения са:

• Изпитвания при късо съединение на големи трансформатори при номинално напрежение,

• Методи за измерване и локализация на частични разряди,

• Прилагане на преходни функции за откриване на повреди при импулсни въздействия,

• Използване на цифрови технологии за измерване на загуби,

• Въвеждане на методи за измерване на звукова интензивност при определяне на шума,

• Спектрален анализ за диагностика на деформации в намотките и

• Все по-широкото прилагане на анализа на разтворени газове (DGA) в трансформаторно масло.

1.2 Стандарти за тестване на трансформатори
За да се гарантира, че трансформаторите отговарят на изискванията за качество и надеждност при предаването на електроенергия, са установени национални стандарти както за трансформаторите, така и за техниките за тяхното изпитване:

• GB 1094.1–1996: Силови трансформатори – Част 1: Общи положения

• GB 1094.2–1996: Силови трансформатори – Част 2: Нагряване

• GB 1094.3–1985: Силови трансформатори – Част 3: Нива на изолация, диелектрични изпитвания и външни разстояния във въздуха

• GB 1094.5–1985: Силови трансформатори – Част 5: Устойчивост при късо съединение

• GB 6450–1986: Сухи силови трансформатори

1.3 Видове изпитвания на трансформатори

1.3.1 Рутинни изпитвания

• Измерване на устойчивостта на намотките

• Измерване на коефициента на трансформация и загуби при натоварване

• Измерване на устойчивост при късо съединение и загуби при натоварване

• Измерване на тока на празен ход и загубите на празен ход

• Измерване на изолационното съпротивление между намотките и земята

• Рутинни диелектрични изпитвания — виж Таблица 1-3 за рутинни изпитвания на изолация при фабрични условия

• Изпитвания на превключватели под товар

1.3.2 Типови изпитвания

• Изпитване за нагряване.

• Типови изпитвания на изолацията (виж Таблица 1).

1.3.3 Специални тестове

• Измерване на импенданса на нулевата последователност за трифазни трансформатори.

• Тест за устойчивост при кратко съединение.

• Измерване на нивото на звука.

• Измерване на хармоничните компоненти в празния ток.

2. Измерване на напрежението и проверка на обозначението на групата за свързване

2.1 Общ преглед
Измерването на отношенията на напреженията е рутинен тест за трансформаторите. Той се извършва не само в заводските условия по време на производството, но и на място преди трансформаторът да бъде включен в експлоатация.

2.1.1 Цел на измерването на отношенията на напреженията

• За осигуряване, че отношенията на напреженията при всички позиции на отводките попадат в допустимата толерантност, определена от стандарти или технически изисквания в договора.

• За проверка дали паралелно свързани обмотки или секции на обмотки (например, секции с отводки) имат идентичен брой виткове.

• За потвърждаване, че водещите отводки и свързыванията към переключвателя на отводките са коректно монтирани.

Отношението на напреженията е ключов параметър на производителността на трансформатора. Тъй като този тест използва ниско напрежение и е лесен за извършване, той се провежда многократно по време на производството, за да се гарантира спазването на проектните спецификации.

3. Измерване на DC съпротивление на обмотките

3.1 Цел и изисквания
Според GB 1094.1–1996 “Електрически трансформатори – Частина 1: Общи положения,” измерването на DC съпротивление е класифицирано като рутинен тест. Затова всеки трансформатор трябва да подлежи на този тест както по време, така и след производството.

Основните цели на измерването на DC съпротивление са да се проверят следните аспекти:

• Качеството на сварката или механичните свръзки между проводниците на обмотките – проверка за лоши свръзки;

• Целостта на свръзките между входящите и изходящите проводници, и между входящите проводници и переключвателя на отводките;

• Надеждността на сварките или механичните свръзки между входящите проводници;

• Дали размерите и удължението на проводниците отговарят на спецификациите;

• Балансът на съпротивленията между фазите;

• Изчисление на температурното повишаване на обмотките, което изисква измерване на съпротивлението в студено състояние преди теста за температурно повишаване и в горещо състояние веднага след изключване на питанието по време на теста.

3.2 Методи за измерване
Според JB/T 501–91 “Ръководство за тестове на електрически трансформатори,” има два стандартни метода за измерване на DC съпротивление на обмотките на трансформатори:

• Метод на моста (например, Келвинов двойен мост)

• Метод на волт-ампер (V-A)

4. Тест без нагрузка

4.1 Общ преглед
Измерването на загубите без нагрузка и тока без нагрузка е рутинен тест за трансформаторите. Пълните магнитни характеристики на трансформатора се определят чрез теста без нагрузка.

Целите на този тест са:

• Измерване на загубите без нагрузка и тока без нагрузка;

• Проверка дали проектирането и производството на ядрото отговарят на приложими стандарти и технически спецификации;

• Обнаружаване на потенциални дефекти на ядрото, като локално премного нагряване или слабости в изолацията.

4.2 Загуби без нагрузка
Загубите без нагрузка се състоят главно от хистерезисни и индукционни загуби в лентите от електрохимически стомана. Те включват и допълнителни загуби, като странични загуби, причинени от утечка на магнитен поток.

4.3 Ток без нагрузка
Големината на тока без нагрузка се определя главно от B–H (магнитизация) кривата на електрохимическата стомана, използвана в ядрото.

5. Загуби при нагрузка и измерване на импенданса при кратко съединение

5.1 Общ преглед на теста при нагрузка
Измерването на загубите при нагрузка и импенданса при кратко съединение е рутинен тест.

Производителите извършват този тест, за да:

• Определат стойностите на загубите при нагрузка и импенданса при кратко съединение;

• Потвърдете съответствието на нормите и техническите споразумения;

• Обнаружаване на потенциални дефекти в обмотките.

По време на изпитването, напрежение се прилага към една обмотка, докато другата е замкната. Според баланса на ампер-обиколки, когато токът в подхранваната обмотка достигне номиналната стойност, замкнатата обмотка също носи номинален ток.

Въпреки че основният магнитен поток в ядрото по време на този тест е много малък, значителен утечка магнитен поток се генерира поради високия ток. Тази утечка магнитен поток причинява:

• Згуби от индукционни токове в проводниците на обмотката;

• Згуби от циркулиращи токове в паралелните проводници;

• Допълнителни згуби в закрепяващите структури, стените на резервоара, електромагнитните защитни екрани, рамите на ядрото и свързващите плочки.

Всички тези згуби зависят от тока и като цяло се класифицират като згуби при натрупване на натоварване.

6. Изпитване на издръжливост при приложено променливо напрежение

6.1 Общ преглед
За да се гарантира безопасността и надеждността на трансформаторите за операция в мрежата, изолацията им трябва да отговаря не само на стандарти за производителност, но и на необходимата диелектрична издръжливост. Диелектричната издръжливост определя дали трансформаторът може да издържи нормалните експлуатационни напрежения, както и аномални условия, такива като удари от мълнии или прекомерни напрежения при комутиране.

Само след успешно преминаване на изпитвания - включително издръжливост при кратковременно напрежение на променлив ток, издръжливост при удари и измервания на частични разряди - трансформаторът може да бъде считан за готов за включване в мрежата.

Изпитването на издръжливост при приложено променливо напрежение в основни линии оценява силата на основната изолация между обмотките и земята, както и между обмотките.

• За полностью изолирани трансформатори, този тест напълно валидира основната изолация.

• За трансформатори с градиентна изолация, то само оценява изолацията на крайните обмотки близо до як и изолацията на определени секции на водачи към земята. То не може да оцени пълната изолация между обмотките и земята или между обмотките.

За трансформатори с градиентна изолация, е необходим тест на индуцирано напрежение, за да се проведе комплексна оценка на изолацията между обмотките, към земята и на съответните водачи.

7. Изпитване на издръжливост при индуцирано прекомерно напрежение

7.1 Общ преглед
Изпитването на издръжливост при индуцирано напрежение е друг ключов диелектричен тест след изпитването при приложено променливо напрежение.

• За полностью изолирани трансформатори, изпитването при приложено променливо напрежение проверява само основната изолация, докато изолацията между обиколки, слоеве и секции в продължение се проверява чрез тест на индуцирано напрежение.

• За трансформатори с градиентна изолация, изпитването при приложено променливо напрежение само проверява изолацията на нейтралната точка. Тестът на индуцирано напрежение е необходим за оценка на:

• Изолация в продължение (между обиколки, слоеве и секции);

• Изолация между обмотките и земята;

• Изолация между обмотки и фази.

Таким образом, тест на индуцированное напряжение является важным методом для оценки целостности как основной, так и продольной изоляции.

7.2 Требования к испытанию
Тест на индуцирано напрежение обикновено се извършва чрез прилагане на два пъти номиналното напрежение към терминалите на нисконапрегнатата обмотка, с всички други обмотки оставени в отворена цепь. Приложената форма на напрежението трябва да е колкото е възможно по-близка до чиста синусоидална форма.