Transformer Testprocedures in overeenstemming met IEEE C57- en GB 1094-normen

1. Basisprincipes van transformatortests

1.1 Overzicht
Transformators behoren tot de meest cruciale apparatuur voor elektriciteitsverdeling. Hun kwaliteit en betrouwbaarheid hebben directe invloed op de veilige en afhankelijke levering van elektriciteit. Schade aan generatoren transformators of belangrijke transformators in een substation kan de elektriciteitsvoorziening verstoren, en het herstellen of vervoeren van dergelijke grote eenheden kost vaak enkele maanden.

Tijdens deze periode van onderbreking is de elektriciteitsvoorziening aangetast, wat nadelig uitwerkt op industriële en landbouwproductie evenals op de elektriciteitsconsumptie in woningen—wat resulteert in aanzienlijke economische verliezen.

Terwijl de eisen voor de veilige en betrouwbare werking van transformators blijven toenemen, zijn de technologieën voor transformatortests de afgelopen twee decennia sterk gevorderd. Opmerkelijke ontwikkelingen omvatten:

• Kortsluitingstests op grote transformators bij nominale spanning,

• Technieken voor de meting en lokaliseren van partiële ontladingen,

• Toepassing van overdrachtsfuncties voor het detecteren van pulsfouten,

• Gebruik van digitale technologie voor vermogensmeting,

• Invoering van geluidintensiteitsmethoden in geluidsmeettechnieken,

• Spectrale analyse voor het diagnosticeren van windingdeformaties, en

• Steeds wijdere toepassing van opgelost gasanalyse (DGA) in transformatorolie.

1.2 Normen voor transformatortests
Om te zorgen dat transformators voldoen aan de vereiste normen voor kwaliteit en betrouwbaarheid van elektriciteitsverdeling, zijn nationale normen opgesteld voor zowel transformators als hun testprocedures:

• GB 1094.1–1996: Krachttransformators – Deel 1: Algemeen

• GB 1094.2–1996: Krachttransformators – Deel 2: Temperatuurstijging

• GB 1094.3–1985: Krachttransformators – Deel 3: Isolatie niveaus, dielectrische tests en externe luchtspelingen

• GB 1094.5–1985: Krachttransformators – Deel 5: Vermogen om kortsluiting te weerstaan

• GB 6450–1986: Droge krachttransformators

1.3 Transformatortestitems

1.3.1 Standaardtests

• Meting van windingweerstand

• Meting van spanningsspanning en belastingsverlies

• Meting van kortsluitimpedantie en belastingsverlies

• Meting van ledigloopstroom en ledigloopverlies

• Meting van isolatieweerstand tussen windingen en aarde

• Standaard dielectrische tests — zie Tabel 1-3 voor fabrieksstandaard isolatietestitems

• Tests voor belastingtapchangers

1.3.2 Typetests

• Temperatuurstijgingstest.

• Isolatietypetests (zie Tabel 1).

1.3.3 Speciale Tests

• Meting van de nulsequentie impedantie voor driefase transformatoren.

• Test op korte sluitingsbestendigheid.

• Meting van het geluidsniveau.

• Meting van harmonische componenten in de luchtbelastingstroom.

2. Spanningsverhoudingsmeting en Controle van Verbindingsgroepaanduiding

2.1 Overzicht
De meting van de spanningsverhouding is een routine-test voor transformatoren. Deze wordt niet alleen uitgevoerd in de fabriek tijdens de productie, maar ook ter plaatse voordat de transformator in gebruik wordt genomen.

2.1.1 Doel van de Spanningsverhoudingsmeting

• Om te zorgen dat de spanningsverhoudingen op alle tapposities binnen de toegestane tolerantie vallen zoals gespecificeerd door normen of contractuele technische vereisten.

• Om te verifiëren dat parallel verbonden windingen of windinggedeelten (bijvoorbeeld getapte secties) hetzelfde aantal windingen hebben.

• Om te bevestigen dat tapleidingen en aansluitingen aan de tapwisselaar correct zijn aangesloten.

De spanningsverhouding is een cruciale prestatieparameter van een transformator. Omdat deze test gebruik maakt van lage spanning en eenvoudig uit te voeren is, wordt hij meerdere keren gedurende de productie uitgevoerd om naleving van de ontwerpspecificaties te garanderen.

3. DC-Weerstandsmeting van Windingen

3.1 Doel en Eisen
Volgens GB 1094.1–1996 “Krafttransformatoren – Deel 1: Algemeen,” wordt de DC-Weerstandsmeting geclassificeerd als een routine-test. Daarom moet elke transformator deze test ondergaan zowel tijdens als na de productie.

De primaire doelen van het meten van DC-weerstand zijn om de volgende aspecten te inspecteren:

• Kwaliteit van las- of mechanische verbindingen tussen windinggeleiders—controle op slechte verbindingen;

• Integriteit van verbindingen tussen leidingen en bushings, en tussen leidingen en de tapwisselaar;

• Betrouwbaarheid van las- of mechanische verbindingen tussen leidraden;

• Of de geleiderafmetingen en weerstandsvastheid aan specificaties voldoen;

• Evenwicht van weerstand tussen fasen;

• Berekening van de temperatuurstijging van de winding, wat vereist is om de koudestaatweerstand te meten voordat de temperatuurstijgingstest wordt uitgevoerd en de heetgestate weerstand onmiddellijk na het uitschakelen van de stroom tijdens de test.

3.2 Metingmethoden
Volgens JB/T 501–91 “Richtlijn voor de Test van Krafttransformatoren,” zijn er twee standaardmethoden voor het meten van de DC-weerstand van transformatorwindingen:

• Brugmethode (bijv. Kelvin dubbele brug)

• Spanning-stroom (V-A) methode

4. Luchtbelastingtest

4.1 Overzicht
De meting van luchtbelastingverlies en luchtbelastingstroom is een routine-test voor transformatoren. De complete magnetiseringskenmerken van een transformator worden bepaald via de luchtbelastingtest.

De doelen van deze test zijn:

• Het meten van luchtbelastingverlies en luchtbelastingstroom;

• Verificatie of de kernontwerp en -productieprocessen voldoen aan toepasselijke normen en technische specificaties;

• Detectie van potentiële kerndefecten, zoals lokale oververhitting of isolatiesterkte.

4.2 Luchtbelastingverlies
Luchtbelastingverlies bestaat voornamelijk uit hysteresis- en wentelstroomverliezen in de elektrische staalplaten. Het omvat ook extra verliezen, zoals verdwaalde verliezen veroorzaakt door lekstroom.

4.3 Luchtbelastingstroom
De grootte van de luchtbelastingstroom wordt voornamelijk bepaeld door de B–H (magnetisatie) curve van het elektrische staal dat in de kern wordt gebruikt.

5. Belastingverlies en Kortsluitingsimpedantie Meting

5.1 Overzicht van de Belastingtest
De meting van belastingverlies en kortsluitingsimpedantie is een routine-test.

Fabrikanten voeren deze test uit om:

• De waarden van belastingverlies en kortsluitingsimpedantie te bepalen;

• Controleer de naleving van normen en technische overeenkomsten;

• Detecteer mogelijke defecten in de windingen.

Tijdens de test wordt een spanning toegepast op één winding terwijl de andere korte gesloten is. Volgens het ampèretournevenwicht, wanneer de stroom in de geënergiseerde winding zijn nominale waarde bereikt, draagt ook de korte gesloten winding de nominale stroom.

Hoewel de hoofdmagnetische flux in het kernstuk tijdens deze test zeer klein is, ontstaat er significant lekflux door de hoge stroom. Deze lekflux veroorzaakt:

• Wervelstroomverliezen in de windinggeleiders;

• Cirkulerende stroomverliezen in parallelle geleiders;

• Extra verliezen in klemsystemen, tankwanden, elektromagnetische schermen, kernframes en bindplaten.

Al deze verliezen zijn stroomafhankelijk en worden collectief geclassificeerd als belastingsverliezen.

6. Toegepaste AC Spanningsdooddoeningstest

6.1 Overzicht
Om ervoor te zorgen dat transformatoren veilig en betrouwbaar zijn voor netwerkoperatie, moet hun isolatie niet alleen voldoen aan prestatienormen, maar ook aan de vereiste diëlektrische sterkte. De diëlektrische sterkte bepaalt of een transformator normale werkingsspanningen en abnormale omstandigheden zoals blikseminslagen of schakeloverspanningen kan weerstaan.

Pas na succesvolle tests, waaronder kortdurende netfrequentie-spanningsdooddoening, impuls-spanningsdooddoening en partiële ontladingmetingen, kan een transformator beschouwd worden als klaar voor aansluiting op het netwerk.

De toegepaste AC spanningsdooddoeningstest evalueert voornamelijk de hoofdisolatiesterkte tussen windingen en aarde, en tussen windingen.

• Voor volledig geïsoleerde transformatoren valideert deze test volledig de hoofdisolatie.

• Voor gestructureerd geïsoleerde transformatoren evalueert hij slechts de eindomwikkelisolatie nabij de yoke en de isolatie van bepaalde leidingsdelen ten opzichte van de aarde. Hij kan de volledige winding-naar-aarde of winding-tussen-winding isolatiesterkte niet evalueren.

Voor gestructureerd geïsoleerde transformatoren is een geïnduceerde spanningsdooddoeningstest nodig om de isolatiesterkte tussen windingen, naar de aarde en voor bijbehorende leidingen volledig te evalueren.

7. Geïnduceerde Overspanningsdooddoeningstest

7.1 Overzicht
De geïnduceerde overspanningsdooddoeningstest is een andere cruciale diëlektrische test na de toegepaste AC test.

• Voor volledig geïsoleerde transformatoren controleert de toegepaste AC test alleen de hoofdisolatie, terwijl de laag-op-laag, sectie-op-sectie longitudinale isolatie wordt gecontroleerd door de geïnduceerde spanningsdooddoeningstest.

• Voor gestructureerd geïsoleerde transformatoren controleert de toegepaste AC test alleen de neutraalpuntisolatie. De geïnduceerde spanningsdooddoeningstest is essentieel om te evalueren:

• Longitudinale isolatie (tussen windingen, lagen en secties);

• Isolatie tussen windingen en aarde;

• Inter-winding en fase-op-fase isolatie.

Dus, de geïnduceerde spanningsdooddoeningstest is een cruciale methode om zowel de hoofd- als longitudinale isolatie-integriteit te evalueren.

7.2 Testvereisten
De geïnduceerde spanningsdooddoeningstest wordt meestal uitgevoerd door tweemaal de nominale spanning toe te passen op de laagspanningsterminals, met alle andere windingen open-gesloten. Het toegepaste spanningssignaal moet zo dicht mogelijk bij een zuivere sinusgolf liggen.