Процедури випробування трансформаторів у відповідності зі стандартами IEEE C57 та GB 1094

1. Основи випробування трансформаторів

1.1 Огляд
Трансформатори є одними з найважливіших елементів обладнання для передачі електроенергії. Їх якість та надійність безпосередньо впливають на безпечне та стабільне постачання електроенергії. Пошкодження генераторних трансформаторів або ключових підстанційних трансформаторів може призвести до порушення передачі електроенергії, і ремонт або транспортування таких великих одиниць часто займає кілька місяців.

Під час цього простою забезпечення електроенергією ускладнюється, що негативно впливає на промислове та сільськогосподарське виробництво, а також споживання електроенергії населенням—що призводить до значних економічних втрат.

З ростом вимог до безпечного та надійного функціонування трансформаторів, технології випробування трансформаторів значно прогресували за останні два десятиліття. Значні досягнення включають:

• Випробування на короткий замикання великими трансформаторами при номінальному напругу,

• Методи вимірювання та локалізації часткових розрядів,

• Застосування перехідних функцій для виявлення швидких аварій,

• Використання цифрових технологій для вимірювання втрат,

• Впровадження методів інтенсивності звуку для вимірювання шуму,

• Спектральний аналіз для діагностики деформації витків, і

• Поширене використання аналізу розчинених газів (DGA) в трансформаторному маслі.

1.2 Стандарти випробування трансформаторів
Для забезпечення того, щоб трансформатори відповідали необхідним стандартам якості та надійності передачі електроенергії, були встановлені національні стандарти для трансформаторів та їх випробувань:

• GB 1094.1–1996: Електроперетворники – Частина 1: Загальні положення

• GB 1094.2–1996: Електроперетворники – Частина 2: Підвищення температури

• GB 1094.3–1985: Електроперетворники – Частина 3: Рівні ізоляції, діелектричні випробування та зовнішні прогалини в повітрі

• GB 1094.5–1985: Електроперетворники – Частина 5: Витривалість на короткий замикання

• GB 6450–1986: Сухі електроперетворники

1.3 Елементи випробування трансформаторів

1.3.1 Типові випробування

• Вимірювання опору витків

• Вимірювання коефіцієнта напруги та втрат на навантаженні

• Вимірювання імпедансу короткого замикання та втрат на навантаженні

• Вимірювання холостого струму та втрат на холостому ходу

• Вимірювання опору ізоляції між витками та землею

• Типові діелектричні випробування — див. таблицю 1-3 для елементів типового випробування ізоляції на заводі

• Випробування регулювача напруги під навантаженням

1.3.2 Типові випробування

• Випробування на підвищення температури.

• Типові випробування ізоляції (див. таблицю 1).

1.3.3 Спеціальні випробування

• Вимірювання нульових послідовностей для трифазних трансформаторів.

• Випробування на стійкість до коротких замикань.

• Вимірювання рівня шуму.

• Вимірювання гарmonic компонентів у струмі без навантаження.

2. Вимірювання коефіцієнта напруги та перевірка позначення групи з'єднання

2.1 Огляд
Вимірювання коефіцієнта напруги є типовим випробуванням для трансформаторів. Воно проводиться не лише на заводі при виготовленні, але й на місці перед введенням трансформатора в експлуатацію.

2.1.1 Мета вимірювання коефіцієнта напруги

• Забезпечити, щоб коефіцієнти напруги на всіх позиціях крани відповідали допустимим допускам, встановленим стандартами або технічними вимогами контракту.

• Перевірити, що паралельно з'єднані обмотки або секції обмоток (наприклад, секції з краном) мають однакову кількість витків.

• Підтвердити правильне з'єднання кранів і з'єднань до крана.

Коефіцієнт напруги є важливим параметром продуктивності трансформатора. Оскільки це випробування використовує низьку напругу і є простим для проведення, воно проводиться багаторазово під час виробництва, щоб гарантувати відповідність проектним специфікаціям.

3. Вимірювання опору постійного струму обмоток

3.1 Мета та вимоги
Згідно з ГОСТ 1094.1–1996 “Електропостачання – Частина 1: Загальне,” вимірювання опору постійного струму класифікується як типове випробування. Тому кожен трансформатор повинен пройти це випробування як під час, так і після виробництва.

Основні мети вимірювання опору постійного струму полягають в наступному:

• Якість зварювання або механічних з'єднань між провідниками обмоток — перевірка на погані з'єднання;

• Цілісність з'єднань між проводами і изоляторами, а також між проводами і краном;

• Надійність зварок або механічних з'єднань між провідними дротами;

• Чи відповідають розміри і опір провідників специфікаціям;

• Баланс опору між фазами;

• Розрахунок температурного підвищення обмоток, що вимагає вимірювання опору при холодному стані перед тестом на підвищення температури і при гарячому стані відразу після відключення струму під час тесту.

3.2 Методи вимірювання
За JB/T 501–91 “Посібник з випробування електропостачання,” існує два стандартних методи вимірювання опору постійного струму обмоток трансформатора:

• Мостовий метод (наприклад, подвійний міст Кельвіна)

• Метод вольт-ампер (V-A)

4. Випробування без навантаження

4.1 Огляд
Вимірювання втрат без навантаження та струму без навантаження є типовим випробуванням трансформатора. Повні характеристики намагнічення трансформатора визначаються за допомогою випробування без навантаження.

Мети цього випробування:

• Вимірювання втрат без навантаження та струму без навантаження;

• Перевірка, чи відповідає проект та процес виробництва сердцевини примінимим стандартам і технічним специфікаціям;

• Виявлення потенційних дефектів сердцевини, таких як локальне перегрівання або слабкості ізоляції.

4.2 Втрати без навантаження
Втрати без навантаження складаються з гістерезисних та вихрових втрат у листах електротехнічної сталі. До них також входять додаткові втрати, такі як втрати через розсіяння, спричинені розсіяним потоком.

4.3 Струм без навантаження
Розмір струму без навантаження в основному визначається B–H (кривою намагнічування) електротехнічної сталі, використаної у сердцевині.

5. Втрати при навантаженні та вимірювання коротшучих імпедансів

5.1 Огляд випробування при навантаженні
Вимірювання втрат при навантаженні та коротших імпедансів є типовим випробуванням.

Виробники проводять це випробування, щоб:

• Визначити значення втрат при навантаженні та коротших імпедансів;

• Перевірити відповідність стандартам та технічним угодам;

• Виявити потенційні дефекти в обмотках.

Під час тесту напруга прикладається до однієї обмотки, а інша короткозамкнена. Згідно з балансом ампер-обертів, коли струм у живленій обмотці досягає своєї номінальної величини, короткозамкнена обмотка також пропускає номінальний струм.

Хоча основний магнітний потік в серцевині під час цього тесту дуже невеликий, значна витокова магнітна розсійувальна сила генерується через високий струм. Ця витокова магнітна розсійувальна сила викликає:

• Втрати завдяки вихорювим струмам у провідниках обмоток;

• Втрати завдяки циркуляційним струмам у паралельних провідниках;

• Додаткові втрати у зажимних конструкціях, стінках резервуара, електромагнітних єкранах, рамах серцевини та з'єднуючих пластинках.

Усі ці втрати залежать від струму та загалом класифікуються як втрати на навантаження.

6. Тест на витриваність застосованим перемінним напругам

6.1 Огляд
Для забезпечення безпеки та надійності трансформаторів при роботі в мережі їх ізоляція повинна відповідати не лише стандартам продуктивності, але й необхідному електричному пробою. Електричний пробій визначає, чи може трансформатор витривати нормальні операційні напруги, а також аномальні умови, такі як грозові вибухи або перехідні перевищування напруги.

Лише після успішного проходження тестів, включаючи короткотривалий тест на витриваність до напруги частоти мережі, імпульсний тест на витриваність до напруги та вимірювання локальних розрядів, трансформатор можна вважати готовим до підключення до мережі.

Тест на витриваність застосованим перемінним напругам в основному оцінює основну силу ізоляції між обмотками та землею, а також між обмотками.

• Для повністю ізольованих трансформаторів цей тест повністю підтверджує основну ізоляцію.

• Для трансформаторів з градуйованою ізоляцією він оцінює лише ізоляцію кінцевих витків поблизу серцевини та ізоляцію певних секцій проводів до землі. Він не може оцінити повну силу ізоляції між обмотками та землею або між обмотками.

Для трансформаторів з градуйованою ізоляцією потрібен індукований тест на напругу для комплексної оцінки сили ізоляції між обмотками, до землі та для пов'язаних проводів.

7. Тест на витриваність індукованої перевищеної напруги

7.1 Огляд
Тест на витриваність індукованої напруги — це інший важливий електричний тест, який проводиться після тесту на витриваність застосованим перемінним напругам.

• Для повністю ізольованих трансформаторів тест на витриваність застосованим перетинним напругам перевіряє лише основну ізоляцію, тоді як довготривала ізоляція (між витками, шарами та секціями) перевіряється індукованим тестом на напругу.

• Для трансформаторів з градуйованою ізоляцією тест на витриваність застосованим перетинним напругам перевіряє лише ізоляцію нейтральної точки. Індукований тест на напругу є необхідним для оцінки:

• Довготривала ізоляція (між витками, шарами та секціями);

• Ізоляція між обмотками та землею;

• Ізоляція між обмотками та фазами.

Таким чином, індукований тест на напругу є важливим методом для оцінки цілісності як основної, так і довготривалої ізоляції.

7.2 Вимоги до тесту
Індукований тест на напругу зазвичай проводиться застосуванням подвоєної номінальної напруги до контактів обмотки низької напруги, з усіма іншими обмотками відкритими. Прикладена напруга повинна бути максимально близькою до чистої синусоїди.