Transformer Testing Procedures Compliant with IEEE C57 and GB 1094 Standards Transformerprovning enligt IEEE C57- och GB 1094-standarder

1. Grunderna för transformertestning

1.1 Översikt
Transformatorer är bland de viktigaste utrustningarna för elektrisk energiöverföring. Deras kvalitet och tillförlitlighet påverkar direkt den säkra och betryggade leveransen av el. Skador på generator transformatorer eller viktiga omvandlingsstationstransformatorer kan störa energiöverföringen, och reparation eller transport av sådana stora enheter tar ofta flera månader.

Under denna driftstid försämrar sig elförsörjningen, vilket negativt påverkar industriell och jordbruksproduktion samt hushålls elförbrukning—vilket leder till betydande ekonomiska förluster.

Medan kraven på säker och tillförlitlig drift av transformatorer fortsätter att öka har transformertestningstekniker under de senaste två decennierna utvecklats betydligt. Notabla framsteg inkluderar:

• Kortslutningstester på stora transformatorer vid nomspänning,

• Mätning och lokaliseringsmetoder för partiella utsläpp,

• Användning av överföringsfunktioner för detektion av impulsfel,

• Användning av digital teknologi för mätning av förluster,

• Införande av ljudintensitetsmetoder i bullermätning,

• Spektralanalys för diagnos av vindningsdeformation, och

• Ökat användande av upplösning av gaser (DGA) i transformatorolja.

1.2 Standarder för transformertestning
För att säkerställa att transformatorer uppfyller de nödvändiga standarderna för kvalitet och tillförlitlighet i energiöverföring har nationella standarder fastställts för både transformatorer och deras testprocedurer:

• GB 1094.1–1996: Krafttransformatorer – Del 1: Allmänt

• GB 1094.2–1996: Krafttransformatorer – Del 2: Temperaturhöjning

• GB 1094.3–1985: Krafttransformatorer – Del 3: Isoleringsnivåer, dielektriska tester och yttre avstånd i luft

• GB 1094.5–1985: Krafttransformatorer – Del 5: Motståndskraft mot kortslutning

• GB 6450–1986: Torrkrafttransformatorer

1.3 Transformertestobjekt

1.3.1 Rutintester

• Mätning av vindningsmotstånd

• Mätning av spänningsförhållande och belastningsförlustmätning

• Mätning av kortslutningsimpedans och belastningsförlust

• Mätning av tomgångsström och tomgångsförlust

• Mätning av isolationsmotstånd mellan vindningar och mark

• Rutinmässiga dielektriska tester — se tabell 1-3 för fabriksrutininstrumentprov

• Belastningstäppchangeltester

1.3.2 Typprov

• Temperaturhöjningstest.

• Isoleringstypprov (se tabell 1).

1.3.3 Special Tests

• Mätning av nollsekvensimpedans för trefasomvandlare.

• Test av stötolämningsförmåga.

• Mätning av ljudnivå.

• Mätning av harmoniska komponenter i tomgångsström.

2. Mätning av spänningsförhållande och verifiering av anslutningsgruppsbeteckning

2.1 Översikt
Mätning av spänningsförhållande är en rutinmässig test för omvandlare. Den utförs inte bara på fabriken under tillverkningen utan också på plats innan omvandlaren sätts i drift.

2.1.1 Syfte med mätning av spänningsförhållande

• För att säkerställa att spänningsförhållandena vid alla tapppositioner ligger inom den tillåtna toleransen som anges i standarder eller kontraktuella tekniska krav.

• För att verifiera att parallellkopplade spolar eller spelsektioner (t.ex. tappade sektioner) har samma antal vändningar.

• För att bekräfta att tappledningar och kopplingar till tappbytaren är korrekt kabblade.

Spänningsförhållande är en kritisk prestandaparameter för en omvandlare. Eftersom denna test använder låg spänning och är enkel att utföra, genomförs den flera gånger under tillverkningen för att garantera överensstämmelse med designspecifikationerna.

3. Mätning av likspänningståt motstånd i spolar

3.1 Syfte och krav
Enligt GB 1094.1–1996 "Kraftomvandlare – Del 1: Allmänt," klassificeras mätning av likspänningståt motstånd som en rutintest. Därför måste varje omvandlare genomgå denna test både under och efter tillverkningen.

De huvudsakliga syftena med mätning av likspänningståt motstånd är att kontrollera följande aspekter:

• Kvaliteten på svetsningar eller mekaniska kopplingar mellan spolarledare—kontroll av dåliga kopplingar;

• Integritet av kopplingar mellan ledare och bushingar, samt mellan ledare och tappbytaren;

• Tillförlitlighet av svetsningar eller mekaniska kopplingar mellan ledartrådar;

• Om leddimensioner och resistivitet uppfyller specifikationer;

• Balans av motstånd mellan faser;

• Beräkning av spoltemperaturökning, vilket kräver mätning av kalltståndsresistans innan temperaturtesten och varmtståndsresistans omedelbart efter strömbrytning under testet.

3.2 Mätmetoder
Enligt JB/T 501–91 "Guide for Power Transformer Testing," finns det två standardmetoder för mätning av likspänningståt motstånd i omvandlarspolar:

• Bro-metod (t.ex. Kelvin dubbelbro)

• Spänning-ström (V-A)-metod

4. Tomgångstest

4.1 Översikt
Mätning av tomgångsförlust och tomgångsström är en rutintest för omvandlare. De fullständiga magnetiseringskarakteristikerna för en omvandlare fastställs genom tomgångstestet.

Syftet med denna test är:

• Att mäta tomgångsförlust och tomgångsström;

• Att verifiera om kärnkonstruktionen och tillverkningsprocessen uppfyller gällande standarder och tekniska specifikationer;

• Att upptäcka potentiella kärndefekter, såsom lokala överhettningar eller isolationsbrister.

4.2 Tomgångsförlust
Tomgångsförlust består huvudsakligen av hysteresis- och virvelströmsförluster i elektriska stålband. Den inkluderar även ytterligare förluster, såsom avvikande förluster orsakade av läckageflöde.

4.3 Tomgångsström
Storleken på tomgångsströmmen bestäms huvudsakligen av B–H (magnetisering) kurvan för det elektriska stål som används i kärnan.

5. Belastningsförlust och mätning av kortslutningsimpedans

5.1 Översikt av belastningstest
Mätning av belastningsförlust och kortslutningsimpedans är en rutintest.

Tillverkare utför denna test för att:

• Bestämma värdena för belastningsförlust och kortslutningsimpedans;

• Verifiera överensstämmelse med standarder och tekniska avtal;

• Upptäck potentiella fel i lindningar.

Under provet appliceras en spänning på en lindning medan den andra är kortsluten. Enligt ampereturningsbalans bär den kortslutna lindningen märkström när strömmen i den matade lindningen når sitt märkvärde.

Även om huvudmagnetflödet i kärnan är mycket litet under detta test genereras betydande läckflöde på grund av den höga strömmen. Detta läckflöde orsakar:

• Virvelströmsförluster i lindningsledare;

• Cirkulerande strömförluster i parallella ledare;

• Ytterligare förluster i klämsystem, tankväggar, elektromagnetiska skärmar, kärnramar och hopknippningsplattor.

Alla dessa förluster är strömberoende och samlas under benämningen lastförluster.

6. Applikationsprov för växelspänningsbeständighet

6.1 Översikt
För att säkerställa att transformatorer är säkra och tillförlitliga för nätverksdrift måste deras isolering uppfylla inte bara prestandastandarder utan även krav på dielektrisk hållfasthet. Dielektrisk hållfasthet avgör om en transformator kan tåla normala driftsspänningar samt onormala förhållanden såsom åsköverströmningar eller switchöverspänningar.

Endast efter att ha godkänts vid tester – inklusive kortvarig effektfrekvensspänningsbeständighet, impulshållfasthet och delurladdningsmätningar – kan en transformator betraktas som klar för inkoppling till nätet.

Applikationsprovet för växelspänningsbeständighet utvärderar främst huvudisolationsstyrkan mellan lindningar och jord, samt mellan lindningar.

• För helt isolerade transformatorer validerar detta prov fullt ut huvudisolationen.

• För gradvis isolerade transformatorer bedömer det endast ändvarvsisoleringen nära yttre delen och isoleringen av vissa ledningsavsnitt mot jord. Det kan inte bedöma hela lindning-till-jord eller mellanlindnings-isolationsstyrkan.

För gradvis isolerade transformatorer krävs istället ett inducerat spänningsprov för att omfattande bedöma isolationsstyrkan mellan lindningar, mot jord och för associerade ledningar.

7. Inducerat överspänningsbeständig prov

7.1 Översikt
Det inducerade spänningsbeständighetsprovet är ett annat kritiskt dielektriskt prov som utförs efter applikationsprovet för växelspänning.

• För helt isolerade transformatorer kontrollerar applikationsprovet endast huvudisolationen, medan tvärvinds-, lager-till-lager- och sektion-till-sektion-längdriktig isolation verifieras av det inducerade spänningsprovet.

• För gradvis isolerade transformatorer verifierar applikationsprovet endast neutralpunktsisolationen. Det inducerade spänningsprovet är avgörande för att utvärdera:

• Längdriktig isolation (mellan vindningar, lager och sektioner);

• Isolation mellan lindningar och jord;

• Mellanlindnings- och fas-till-fas-isolation.

Således är det inducerade spänningsprovet en avgörande metod för att bedöma integriteten hos både huvud- och längdriktig isolation.

7.2 Testkrav
Det inducerade spänningsprovet utförs vanligtvis genom att dubbla märkspänningen appliceras på lågspänningslindningens anslutningar, medan alla andra lindningar lämnas opåslutna. Den applicerade spänningsvågformen bör vara så nära en ren sinusvåg som möjligt.