Leistungstransformatoren Isolationswiderstand und dielektrische Verlustanalyse

1 Einführung

Stromtransformator sind eines der kritischsten Geräte in elektrischen Systemen, und es ist entscheidend, die Prävention zu maximieren und das Auftreten von Transformatorausfällen und -unfällen zu minimieren. Isolationsfehler verschiedener Art sind für mehr als 85% aller Transformatorunfälle verantwortlich. Daher ist zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs von Transformatoren regelmäßige Isolationsprüfung notwendig, um Isolationsdefekte im Voraus zu erkennen und potenzielle Unfallgefahren zeitgerecht zu beseitigen. Im Laufe meiner Karriere habe ich häufig an Transformatorprüfungen teilgenommen und umfangreiche Kenntnisse in diesem Bereich erworben. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Einführung in die umfassende Isolationsprüfung von Transformatoren und die durch Prüfergebnisse widergespiegelten Isolationszustände.

2 Messung des Isolationswiderstands und des Absorptionsverhältnisses

2.1 Messung des Isolationswiderstands

Während der Messung sollte ein Megohmmeter gemäß den Standardvorschriften verwendet werden, um nacheinander den Isolationswiderstand zwischen jeder Transformatorwicklung und Masse sowie zwischen den Wicklungen zu messen. Die Anschlüsse der zu prüfenden Wicklung sollten kurzgeschlossen sein, während die Anschlüsse der nicht geprüften Wicklungen alle kurzgeschlossen und an Masse angeschlossen sein sollten. Die Messorte und -reihenfolge sollten der unten stehenden Tabelle folgen.

Bei der Vergleich von Isolationswiderstands-Werten sollten diese mithilfe des folgenden mathematischen Ausdrucks auf die gleiche Temperatur umgerechnet werden:

In der Formel:

R1 stellt den gemessenen Isolationswiderstandswert (in Megaohm) bei der Temperatur t1 dar

R2 stellt den berechneten Isolationswiderstandswert (in Megaohm) bei der Temperatur t2 dar

Die gemessenen Isolationswiderstandswerte werden hauptsächlich durch den Vergleich der Ergebnisse aufeinanderfolgender Messungen jeder Wicklung beurteilt. Im Vergleich zu früheren Testergebnissen sollte es keine erheblichen Veränderungen geben, im Allgemeinen nicht weniger als 70% des vorherigen Werts. Bei Inbetriebnahmetests sollte der Wert im Allgemeinen nicht weniger als 70% des Werksprüfwerts (bei gleicher Temperatur) betragen.

Wenn keine Referenzwerte verfügbar sind, liegt der Standard für Isolationswiderstandswerte in der Regel wie in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.

2.2 Messung des Absorptionsverhältnisses und des Polarisationindex

Das Absorptionsverhältnis ist das Verhältnis der Isolationswiderstandswerte, die mit einem Megohmmeter 60 Sekunden und 15 Sekunden nach Anlegen der Spannung gemessen werden. Das Absorptionsverhältnis reagiert sehr empfindlich auf Feuchtigkeit in der Isolation. Bei Temperaturen zwischen 10°C und 30°C sollte das Absorptionsverhältnis nicht unter 1,3 liegen.

Für Transformatoren mit einer Spannungsebene von 220kV und höher oder einer Leistung von 120MVA und höher sollte der Polarisationindex gemessen werden. Dieser Index ist das Verhältnis der Werte, die nach zehn Minuten und einer Minute aufgenommen wurden, wobei der Polarisationindex nicht unter 1,5 liegen sollte.

Die Messung des Isolationswiderstands und des Absorptionsverhältnisses ist eine einfache und universelle Methode zur Überprüfung des Isolationszustands von Transformatoren. Diese Prüfung kann effektiv Isolationsfeuchtigkeit und lokale Defekte, wie z.B. gesprungene Porzellankörper, geerdete Leitungen usw., erkennen. Wenn der gemessene Isolationswiderstand und das Absorptionsverhältnis nicht den vorgeschriebenen Werten entsprechen, bestehen definitiv bestimmte Defekte der genannten Art in der Isolation.

3 Leckstromtest

Während der Prüfung wird ein Generator für Gleichspannungshochspannung und ein Mikroammeter verwendet. Die Punkte, an denen die Spannung angelegt wird, sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Die Anwendungsnormen für Prüfspannungen sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Nach Erhöhung der Spannung auf die Prüfspannung wird der Gleichstrom, der durch die geprüfte Wicklung fließt, nach einer Minute abgelesen; dieser Wert ist der gemessene Leckstrom.

Der Leckstromtest misst im Wesentlichen den Isolationswiderstand. Da jedoch eine höhere Gleichspannung zur Messung des Leckstroms verwendet wird, können damit Isolierfehler aufgedeckt werden, die ein Megohmmeter nicht erkennt, wie zum Beispiel partielle Durchschlagsfehler in Transformern und Defekte an Leiterbüschen. Bei der Analyse und Beurteilung der Messergebnisse erfolgen hauptsächlich Vergleiche mit ähnlichen Transformern und zwischen verschiedenen Wicklungen sowie mit den Testergebnissen aus früheren Jahren, ohne dass signifikante Veränderungen erwartet werden. Wenn die Werte von Jahr zu Jahr zunehmen, sollte darauf geachtet werden, da dies oft auf eine allmähliche Verschlechterung der Isolation hinweist. Ein plötzlicher Anstieg im Vergleich zu früheren Jahren kann auf ernsthafte Defekte hinweisen, die untersucht werden müssen.

4 Messen des Tangens des Dielektrischen Verlustwinkels

Da die Gehäuse des Transformers direkt geerdet sind, wird für das Messen des Tangens des Dielektrischen Verlustwinkels die QS1-Typ-Wechselstrombrücke mit umgekehrter Verkabelung verwendet. Die Messpunkte sind in der unten stehenden Tabelle dargestellt.

Hinweis: Der tatsächliche Tabelleninhalt wurde im Text nicht bereitgestellt, daher wird hier in allgemeinen Begriffen darauf hingewiesen. Falls spezifische Details oder Daten für die Tabelle vorliegen, könnten diese in die Übersetzung für mehr Präzision einbezogen werden.

Diese Übersetzung befasst sich mit dem technischen Verfahren zur Prüfung des Dielektrischen Verlustwinkels und dem Grund für die Verwendung bestimmter Geräte aufgrund von Erdungsüberlegungen. Sie spiegelt auch die Bedeutung wider, aktuelle Prüfergebnisse mit historischen Daten zu vergleichen, um potenzielle Probleme im Isolationssystem des Transformers zu identifizieren.

Während der Messung sollten die beiden Anschlüsse der zu prüfenden Wicklung kurzgeschlossen werden, während alle nicht geprüften Phasenwicklungen kurzgeschlossen und geerdet sein müssen. Dies verhindert Messfehler, die durch die Wicklungsenduktivität verursacht werden.

Die Standardwerte für den Tangens des Dielektrikverlustwinkels der Transformatorwicklungsisolation (bei 20°C) sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Der Tangens des Dielektrikverlustwinkels sollte im Vergleich zu historischen Werten keine erheblichen Veränderungen aufweisen (in der Regel nicht mehr als 30%). Die Prüfspannung beträgt 10 kV, wenn die Wicklungs-Spannung 10 kV oder höher ist, und entspricht der Nennspannung (Un), wenn die Wicklungs-Spannung unter 10 kV liegt.

Bei der Messung sollte der Tangens des Dielektrikverlustwinkels auf die gleiche Temperatur umgerechnet werden, indem folgender mathematischer Ausdruck verwendet wird:

In der Formel:

tgδ1 und tgδ2 stellen die Tan-Delta-Werte bei den Temperaturen t1 und t2 dar.

Die Messung des Tangens des Dielektrikverlustwinkels der Isolierung der Transformatorenwicklungen dient hauptsächlich dazu, die Feuchtigkeitseinwirkung, die Alterung der Isolierung, die Verschlechterung des Öls, den Schlammanfall auf der Isolierung und schwere lokale Defekte zu überprüfen. Wenn der gemessene Tangens des Dielektrikverlustwinkels nicht den vorgegebenen Werten entspricht, bestehen in der Isolierung sicherlich bestimmte der genannten Mängel.

5 Wechselstrom-Frequenz Spannungsfestigkeitsprüfung

Für die Wechselstrom-Frequenz Spannungsfestigkeitsprüfung wird in der Regel ein Prüftransformator, ein Spannungswandler, ein Hochspannungselektrostatisch Voltmeter und eine Kugellücke benötigt. Bei Bedarf können auch ein Wechselstrom-Ammeter und ein Wasserwiderstand in Reihe auf der Hochspannungsseite angeschlossen werden. Bei der Prüfung sollten die Prüfausrüstungen basierend auf den Spannungs- und Leistungsanforderungen des Prüflings sorgfältig ausgewählt werden.