روشهای آزمون ترانسفورماتور با رعایت استانداردهای IEEE C57 و GB 1094
۱. مبانی آزمایش ترانسفورماتور
۱.۱ مروری بر موضوع
ترانسفورماتورها از مهمترین تجهیزات در انتقال برق هستند. کیفیت و قابلیت اطمینان آنها به طور مستقیم بر انتقال ایمن و مطمئن برق تأثیر میگذارد. خسارت به ترانسفورماتورهای ژنراتور یا ترانسفورماتورهای کلیدی زیرстан میتواند انتقال برق را مختل کند، و تعمیر یا حمل این واحدهای بزرگ معمولاً چند ماه زمان میبرد.
در طول این دوره عدم فعالیت، تامین برق مختل میشود، که باعث تأثیرات منفی بر تولید صنعتی و کشاورزی و مصرف برق مسکونی میشود—و این امر باعث ضرر اقتصادی قابل توجهی میشود.
با افزایش نیازهای عملیات ایمن و قابل اعتماد ترانسفورماتورها، تکنولوژیهای آزمایش ترانسفورماتور در دو دهه گذشته پیشرفت قابل توجهی داشتهاند. از جمله توسعههای برجسته میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
آزمایشهای کوتاهمداری روی ترانسفورماتورهای بزرگ در ولتاژ اسمی،
روشهای اندازهگیری و محلیابی تخلخلهای جزئی،
استفاده از توابع انتقال برای تشخیص خطاهای ضربهای،
استفاده از فناوری دیجیتال برای اندازهگیری زیان،
معرفی روشهای شدت صوتی در اندازهگیری سر و صدا،
تجزیه طیفی برای تشخیص تغییر شکل پیچک، و
استفاده گستردهتر از تحلیل گازهای حل شده (DGA) در روغن ترانسفورماتور.
۱.۲ استانداردهای آزمایش ترانسفورماتور
برای اطمینان از اینکه ترانسفورماتورها به استانداردهای مورد نیاز برای کیفیت و قابلیت اطمینان انتقال برق برآورده شوند، استانداردهای ملی برای ترانسفورماتورها و رویههای آزمایش آنها تعیین شده است:
GB ۱۰۹۴.۱–۱۹۹۶: ترانسفورماتورهای برق – بخش ۱: عمومی
GB ۱۰۹۴.۲–۱۹۹۶: ترانسفورماتورهای برق – بخش ۲: افزایش دما
GB ۱۰۹۴.۳–۱۹۸۵: ترانسفورماتورهای برق – بخش ۳: سطح عایق، آزمایشهای الکتریکی و فاصلههای خارجی در هوا
GB ۱۰۹۴.۵–۱۹۸۵: ترانسفورماتورهای برق – بخش ۵: توانایی تحمل کوتاهمداری
GB ۶۴۵۰–۱۹۸۶: ترانسفورماتورهای برق خشک
۱.۳ موارد آزمایش ترانسفورماتور
۱.۳.۱ آزمایشهای روتین
اندازهگیری مقاومت پیچک
اندازهگیری نسبت ولتاژ و زیان بار
اندازهگیری امپدانس کوتاهمداری و زیان بار
اندازهگیری جریان بدون بار و زیان بدون بار
اندازهگیری مقاومت عایق بین پیچکها و زمین
آزمایشهای عایقی روتین — جهت مشاهده موارد آزمایش عایقی روتین کارخانه به جدول ۱-۳ مراجعه کنید
آزمایشهای تبدیلدهندههای تپسزننده
۱.۳.۲ آزمایشهای نوع
آزمایش افزایش دما.
آزمایشهای نوع عایقی (به جدول ۱ مراجعه کنید).
| مورد آزمون | دستهبندی آزمون |
| آزمون تحمل دی الکتریک خارجی | آزمون کارخانهای |
| آزمون ضربه برق و موج بریده روی ترمینالهای خط | آزمون نوع |
| آزمون ضربه برق روی ترمینالهای نیمهرسانا | آزمون نوع |
| آزمون تحمل دی الکتریک القایی | آزمون کارخانهای |
| آزمون رها شدن جزئی | آزمون کارخانهای |
۱.۳.۳ آزمونهای ویژه
اندازهگیری امپدانس دنبالهصفر برای ترانسفورماتورهای سهفازی.
آزمون تحمل کوتاهشدن.
اندازهگیری سطح صدای ترانسفورماتور.
اندازهگیری مولفههای هارمونیک در جریان بدون بار.
۲. اندازهگیری نسبت ولتاژ و تأیید مشخصات گروه اتصال
۲.۱ مروری کلی
اندازهگیری نسبت ولتاژ یک آزمون روتین برای ترانسفورماتورها است. این آزمون نه تنها در کارخانه در طول فرآیند تولید، بلکه قبل از راهاندازی ترانسفورماتور در محل نصب نیز انجام میشود.
۲.۱.۱ هدف اندازهگیری نسبت ولتاژ
برای اطمینان از اینکه نسبتهای ولتاژ در تمام موقعیتهای تاپ داخل حاشیهی مجاز تعیین شده توسط استانداردها یا الزامات فنی قراردادی باشد.
برای تأیید اینکه پیچههای موازی یا بخشهای پیچه (مانند بخشهای تاپ شده) تعداد دورهای یکسانی دارند.
برای تأیید اینکه تاپهای راهداده و اتصالات به تغییر دهنده تاپ صحیح باشند.
نسبت ولتاژ یک پارامتر عملکردی مهم ترانسفورماتور است. از آنجا که این آزمون با ولتاژ پایین و ساده انجام میشود، چندین بار در طول فرآیند تولید انجام میشود تا مطابقت با مشخصات طراحی تضمین شود.
۳. اندازهگیری مقاومت مستقیم پیچهها
۳.۱ هدف و الزامات
بر اساس GB 1094.1–1996 «ترانسفورماتورهای قدرت – بخش ۱: عمومی»، اندازهگیری مقاومت مستقیم به عنوان یک آزمون روتین طبقهبندی شده است. بنابراین، هر ترانسفورماتور باید این آزمون را هم در طول و هم پس از تولید انجام دهد.
هدفهای اصلی اندازهگیری مقاومت مستقیم شامل بررسی موارد زیر است:
کیفیت لحیمکاری یا اتصالات مکانیکی بین رسانههای پیچه—بررسی اتصالات ضعیف؛
تمامیت اتصالات بین سیمهای راهداده و بوشینگها، و بین سیمهای راهداده و تغییر دهنده تاپ؛
قابلیت اعتماد لحیمکاری یا اتصالات مکانیکی بین سیمهای راهداده؛
آیا ابعاد و مقاومت الکتریکی رسانهها با مشخصات مطابقت دارد؛
تعادل مقاومت بین فازها؛
محاسبه افزایش دما در پیچه، که نیازمند اندازهگیری مقاومت در حالت سرد قبل از آزمون افزایش دما و مقاومت در حالت داغ فوراً بعد از قطع برق در طول آزمون است.
۳.۲ روشهای اندازهگیری
بر اساس JB/T 501–91 «راهنمای آزمون ترانسفورماتورهای قدرت»، دو روش استاندارد برای اندازهگیری مقاومت مستقیم پیچههای ترانسفورماتور وجود دارد:
روش پل (مانند پل دابل کلوین)
روش ولت-آمپر (V-A)
۴. آزمون بدون بار
۴.۱ مروری کلی
اندازهگیری زیان بدون بار و جریان بدون بار یک آزمون روتین ترانسفورماتور است. خصوصیات کامل مغناطیسی یک ترانسفورماتور از طریق آزمون بدون بار تعیین میشود.
اهداف این آزمون عبارتند از:
اندازهگیری زیان بدون بار و جریان بدون بار؛
تأیید اینکه طراحی و فرآیند تولید هسته با استانداردها و مشخصات فنی منطبق است؛
تشخیص نقصهای احتمالی هسته، مانند گرم شدن محلی یا ضعفهای عایق.
۴.۲ زیان بدون بار
زیان بدون بار عمدتاً شامل زیانهای هیسترزیس و گردابی در لایههای فولاد الکتریکی است. همچنین شامل زیانهای اضافی، مانند زیانهای جانبی ناشی از فلوکس نشتی است.
۴.۳ جریان بدون بار
مقدار جریان بدون بار عمدتاً توسط منحنی B-H (مغناطیسکردن) فولاد الکتریکی استفاده شده در هسته تعیین میشود.
۵. اندازهگیری زیان بار و امپدانس کوتاهشدن
۵.۱ مروری کلی آزمون بار
اندازهگیری زیان بار و امپدانس کوتاهشدن یک آزمون روتین است.
سازندگان این آزمون را برای:
تعیین مقادیر زیان بار و امپدانس کوتاهشدن؛
بررسی مطابقت با استانداردها و توافقات فنی؛
تشخیص نقصهای احتمالی در پیچشها.
در طول آزمون، ولتاژی به یک پیچش اعمال میشود در حالی که پیچش دیگر کوتاه شده است. بر اساس تعادل دور آمپر، وقتی جریان در پیچش تغذیهشده به مقدار اسمی خود میرسد، پیچش کوتاهشده نیز جریان اسمی را حمل میکند.
اگرچه مغناطیس اصلی در هسته در طول این آزمون بسیار کوچک است، ولی به دلیل جریان بالا، مغناطیس نشت قابل توجهی ایجاد میشود. این مغناطیس نشت موجب میشود:
اتلاف گردابهای در هادیهای پیچش;
اتلاف جریان چرخان در هادیهای موازی;
اتلافهای اضافی در ساختارهای بستن، دیوارههای ظرف، محافظهای الکترومغناطیسی، قاب هسته و صفحات اتصال.
همه این اتلافها به جریان وابسته هستند و به طور کلی به عنوان اتلافهای بار طبقهبندی میشوند.
6. آزمون تحمل ولتاژ متناوب اعمالی
6.1 مروری بر موضوع
برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اعتماد ترانسفورماتورها در عملیات شبکه، عایقبندی آنها باید نه تنها استانداردهای عملکردی بلکه مقاومت دی الکتریک لازم را نیز داشته باشد. مقاومت دی الکتریک تعیین میکند که آیا ترانسفورماتور میتواند ولتاژهای عادی عملیاتی و همچنین شرایط غیرعادی مانند سرشارههای زنده یا ولتاژهای اضافی تغییر وضعیت را تحمل کند یا خیر.
فقط پس از موفقیت در آزمونها شامل تحمل ولتاژ فرکانس تغذیه با مدت کوتاه، تحمل ولتاژ ضربهای و اندازهگیریهای تخلیه جزئی، میتوان ترانسفورماتور را برای اتصال به شبکه در نظر گرفت.
آزمون تحمل ولتاژ متناوب اعمالی عمدتاً مقاومت عایق اصلی بین پیچشها و زمین و بین پیچشها را ارزیابی میکند.
برای ترانسفورماتورهای کاملاً عایقبندیشده، این آزمون عایق اصلی را به طور کامل اعتبار میبخشد.
برای ترانسفورماتورهای با عایقبندی گرادیانی، فقط عایقبندی پیچشهای انتهایی نزدیک یوک و عایقبندی برخی بخشهای سیمهای اتصال به زمین را ارزیابی میکند. این آزمون نمیتواند مقاومت کامل عایقبندی بین پیچشها و زمین یا بین پیچشها را ارزیابی کند.
برای ترانسفورماتورهای با عایقبندی گرادیانی، آزمون ولتاژ القایی مورد نیاز است تا به طور جامع مقاومت عایقبندی بین پیچشها، به زمین و برای سیمهای اتصال مرتبط را ارزیابی کند.
7. آزمون تحمل ولتاژ القایی اضافی
7.1 مروری بر موضوع
آزمون تحمل ولتاژ القایی اضافی یکی دیگر از آزمونهای مهم دی الکتریک پس از آزمون ولتاژ متناوب اعمالی است.
برای ترانسفورماتورهای کاملاً عایقبندیشده، آزمون ولتاژ متناوب اعمالی فقط عایق اصلی را بررسی میکند، در حالی که عایقبندی طولی (بین دوران، لایهها و بخشها) توسط آزمون ولتاژ القایی مورد بررسی قرار میگیرد.
برای ترانسفورماتورهای با عایقبندی گرادیانی، آزمون ولتاژ متناوب اعمالی فقط عایقبندی نقطه میانی را تأیید میکند. آزمون ولتاژ القایی برای ارزیابی ضروری است:
عایقبندی طولی (بین دوران، لایهها و بخشها)؛
عایقبندی بین پیچشها و زمین؛
عایقبندی بین پیچشها و بین فازها.
بنابراین، آزمون ولتاژ القایی یک روش حیاتی برای ارزیابی تمامیت عایقبندی اصلی و طولی است.
7.2 الزامات آزمون
آزمون ولتاژ القایی معمولاً با اعمال دو برابر ولتاژ اسمی به انتهای پیچش ولتاژ پایین، با بازگذاشتن تمام پیچشهای دیگر در حالت باز، انجام میشود. موج ولتاژ اعمالی باید به اندازه امکان به موج سینوسی خالص نزدیک باشد.
