Способы диагностики РПН трансформаторов
До 40% общих катастрофических аварий трансформаторов связано с повреждениями регуляторов под напряжением (РПН).
До относительно недавнего времени, не смотря на то, что в энергосистемах часть силовых трансформаторов изначально была оборудована устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), предприятия электроэнергетики неохотно их применяли в оперативном режиме. В случае значительного изменения напряжения (например, из-за сезонного изменения нагрузки) эти трансформаторы выводили из работы, выполняли необходимые переключения, после чего вводили вновь. Во многом это связано с относительно низкой (по отношению к трансформатору в целом) надежностью переключающих устройств, отсутствием оборудования для диагностики состояния этих устройств, сложностью проведения измерений требуемых параметров.
С появлением более жестких требований к качеству электроэнергии (и, в частности, к уровню электрического напряжения сети) предприятия электроэнергетики вынуждены все чаще использовать РПН по их прямому назначению (регулирование напряжения под нагрузкой). Это породило спрос на соответствующее диагностическое оборудование и, как следствие, появилось множество различных приборов и методов контроля РПН. Чтобы разобраться в представленном на рынке большом количестве приборов российского и зарубежного производства, рассмотрим отдельно каждый метод диагностики состояния РПН.
Полный перечень необходимых испытаний приведен в РД 34.45-51.300-97 «Объемы и нормы испытаний электрооборудования», методические указания по оценке состояния и продлению срока службы трансформаторов приведены в РД ЭО 0410-02, а методические указания по наладке устройств переключения ответвлений обмоток под нагрузкой (производства НРБ и ГДР) трансформаторов РПН приведены в СО 34.46.606.
Важно отметить, что проведение ремонтных работ на «старых» трансформаторах без надлежащей диагностики и уточнения технологии восстановления РПН, может оказаться не просто бесполезной тратой денег, но даже вредной процедурой, приводящей к снижению надежности трансформатора. Например, широко распространенные РПН типа РС-3 и РС-4 повреждаются в основном по причине конструктивных недостатков. По количеству повреждений элементы устройств этого типа располагаются в такой последовательности: контактор, предизбиратель-избиратель и далее отдельные повреждения.
Наиболее часты дефекты контактора, сопровождающиеся выходом контактора из «замка»; этому содействует само-отвинчивание крепежных гаек, что приводит к значительному подгару контактов и разрегулировке элементов кинематики; имеет место выход из строя токоограничивающих резисторов. Кроме перечисленных наиболее частых повреждений в устройствах РПН типов РС-3 и РС-4 встречаются и другие недостатки: негерметичность между баком трансформатора и баком контактора, задержка переключения из-за появления старения металла («усталости») переключающей пружины, повреждение защитной мембраны, повреждения изоляционного вала избирателя, разрегулировка кинематики контактора. Частыми дефектами избирателя и предизбирателя являются несоосность контактов избирателя, подгар контактов из-за ослабления контактного нажатия, недостаточная чистота поверхности обработки контактов.
| Метод | Достоинства метода | Недостатки метода | Оборудование |
|---|---|---|---|
| Визуальный осмотр | Просто в использовании, квалификация нужна. Только опытный глаз может заметить что что-то не так. | Можно обследовать только доступные для осмотра узлы РПН и привода. Интервал между осмотрами определяется количеством выполненных переключений или по времени, в зависимости от того, что наступит раньше. Однако не все части доступны осмотру. Состояние контактов избирателей, например, визуальному осмотру недоступны, так как они находятся внизу бака РПН. | — |
| Анализ газов | Метод в принципе достаточно чувствителен к различным нарушениям контактов, приводящим к их перегреву. | Ограниченная область применения: если масло РПН и трансформатора является общим, то однозначно указать на то, что имеются проблемы именно с контактами РПН нельзя. Кроме того, по анализу газов ничего нельзя сказать о механических дефектах привода. | TRANSPORT X, ИРКУТ |
| Виброизмерения | Трансформатор всегда работает в условиях вибраций, которые можно рассматривать в качестве испытательного воздействия при выполнении вибрационных исследований. Это позволяет, не выводя трансформатор в ремонт, обнаружить проблемы, связанные с ослаблением или развин-чиваением различных соединений, что позволяют обнаружить дефекты на начальной стадии, не доводя трансформатор до аварии. При выполнении переключений (с выводом или без вывода трансформатора из под нагрузки) появляется дополнительная информация об РПН (которая содержится в спектре звукового сигнала). | Для правильной диагностики требуется знание спектра исправного РПН и соответствующая база спектров типовых неисправностей. | Виброметры: ВК, Янтарь |
| Температурные измерения | Температура различных частей трансформатора часто является первым признаком увеличенного сопротивления контактов. Эти измерения выполняются при работе трансформатора под нагрузкой. | Невозможно определить состояние контактов, которые в данный момент не нагружены. | Тепловизоры: Снегирь-500МТ, Снегирь-700МТ, Testo 875-1, Testo 875-2, Testo 881-1, FLIR B660 24, Fluke Ti32, Fluke TiR32, Fluke Ti25 и др. |
| Мощность | По потребляемой мощности можно оценить состояние пружин контактора, различного рода заедание привода и другие дефекты, приводящие к увеличению или уменьшению потребляемой мощности электродвигателя. | Зачастую ничего нельзя сказать об электрической сопротивлении контактов. | Ваттметры |
| Измерение электрического сопротивления контактов | Характеризует состояние контактов избирателей, предизбирателей и контактора. Измерение должны быть выполнены во всех положениях контактов избирателей и предизбирателя. Измерения выполняются как без вскрытия бака РПН путем измерения сопротивления обмоток трансформатора фаза-ноль или фаза-фаза, так и непосредственно путем подключения к контактам РПН. | В первом случае (без вскрытия бака РПН) необходимы специальные приемы, позволяющие выделить из полного сопротивления цепи, электрическое сопротивление контактов, во втором случае (при вскрытии бака РПН) прямые измерения могут быть не всегда возможны из-за отсутствия доступа к проверяемым контактам. | Простые миллиомметры |
| Безразборный контроль (без вскрытия крышки РПН): снятие временной диаграммы работы контактора быстродействующего РПН позволяет проверить целостность токоограничивающих резисторов РПН и оценить время переключения контактора из одного положения в другое. | Безразборный контроль иногда не позволяет проверить правильность работы избирателя и предизбирателя. | МИКО-8, ПКР-2, Ганимед-2 | |
| Снятие круговой диаграммы | Позволяет проверить отсутствие смещения неподвижных контактов избирателей, величину люфтов и т.д. Сопоставление моментов времени и позиций переключателя позволяет выявить ненормальности в работе реверсирующего контактора и предупредить возможное залипание контактов. Такой дефект чаще всего возникает, если контакты долгое время не работают. Нарушения в контактной системе избирателя могут возникать от неправильной регулировки контактов (недостаточное или чрезмерное нажатие, перекосы и др.), вследствие образования на контактах пленки окисла при редких переключениях и несвоевременно выполненных прокрутках устройства, при нарушениях в кинематической схеме. Поэтому, в случае, если во время эксплуатации трансформатора не осуществляются переключения устройством РПН (или если число переключений составляет меньше, чем 300 в год) и нагрузка по току при этом превышает 0,7 номинальной, то через каждые 6 месяцев необходимо выполнять 10 циклов переключений устройством РПН в регулируемом диапазоне с целью очистки от окиси и шлама. | Требуется вскрытие крышки РПН трансформатора. | ПКР-1, ПКР-2, Ганимед-1, Ганимед-2 и др. |
| Снятие временной диаграммы работы контакторов | По полученным осциллограммам проверяют: – отсутствие разрывов электрической цепи; – продолжительность работы дугогасительных контактов в положении «мост»; – продолжительность переключения между моментами размыкания и замыкания вспомогательных и дугогасительных контактов различных плеч, в течение которых происходит гашение дуги; – отсутствие недопустимых вибраций подвижных дугогасительных контактов контактора. | В большинстве случаях требуется вскрытия крышки РПН трансформатора. | ПКР-1, ПКР-2, Ганнимед-1, Ганнимед-2 и др. |
Как видно из Таблицы 1 на сегодняшний день на рынке профессионального оборудования для диагностики РПН трансформаторов существует немало приборов как российских, так и зарубежных производителей, отличающихся как методами, так и удобством контроля нормируемых параметров РПН. Часть приборов напрямую (но на более современной элементной базе) воспроизводят методы контроля РПН, прописанные в их руководствах по эксплуатации, другие основаны на оригинальных разработках, не требующих подключение внешних резисторов или перемычек. Кроме того, есть приборы, в которых перед выполнением измерений требуется предварительный подбор настроек, в то время как в других приборах базовые настройки занесены в память оборудования, что значительно упрощает работу пользователей. Стоит также выделить отдельно приборы, включающие в себя несколько способов контроля РПН, как правило, приобретение такого рода оборудования позволит подойти комплексно к решению задач по диагностике РПН трансформаторов.
Не забывайте, что при выборе приборов следует обращать внимание на наличие методик выполнения измерений вашего РПН и наличие крепежных приспособленний для установки датчика угловых перемещений при снятии круговой диаграммы. В противном случае вам придется самим самостоятельно решать задачу, как производить измерения. Так как из-за конструктивных особенностей не всегда можно присоединить измерительные щупы к точкам, обозначенных на электрической схеме РПН.
Отдел маркетинга
ООО «СКБ электротехнического
приборостроения»
Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 3 (51), 2013
Источник
Определение неисправностей устройств РПН трансформаторов. Улучшенный метод DRM
По данным одной из ведущих инжиниринговых компаний электрической отрасли ОРГРЭС на долю РПН отведено 13,5% согласно анализу повреждаемости трансформаторов 35-750 кВ. На основании данных филиала МРСК «Сибири» «Красноярскэнерго» более 23% всех повреждений трансформаторов 35 кВ связанны с устройством РПН. Одной из причин повреждения РПН являются нарушения в работе контакторов и переключателей, подгары контактов контакторных устройств, заклинивания механизмов контакторов, утрата механической прочности стальными деталями и бумажно-бакелитовым валом.
Для выявления причины неисправности устройства РПН и автоматизации процесса диагностики компания ООО «СКВ ЭП» выпустила на электротехнический рынок приборы контроля устройств РПН трансформаторов ПКР-2 и ПКР-2М, основополагающей функцией которых является возможность снятия осциллограмм работы контакторов и снятие круговой диаграммы одновременно по всем фазам. Результаты выдаются в графическом или табличном виде. Приборы оборудованы большими цветными графическими дисплеями с высокой яркостью и контрастностью, облегчающими обработку графиков (рис. 1).
Прибор ПКР-2 предназначен для регистрации круговой диаграммы и осциллографирования устройств РПН. Благодаря удобным выносным щупам упрощается процесс подключение прибора к контактам котактора без слива масла. Снятие круговой диаграммы и осциллограммы с отвода на отвод прибором ПКР-2 производится за одно переключение в течении отведенного времени — 10 минут. После каждого измерения прибором автоматически вычисляются и отображаются на дисплее результаты в трех видах:
- развернутая круговая диаграмма (рис. 2);
- круговая диаграмма построенная по графикам исходных данных переключения (рис. 3);
- приведенная таблица значений круговой диаграммы (рис. 4).
В таблице приводятся расчетные значения состояния контактов переключающего устройства при вращении приводного вала:
- К1/К2 размыкание — угол поворота выходного вала привода до момента первого вибрационного размыкания контакта первого и второго контакта контактора;
- К1/К2 смыкание — угол поворота выходного вала привода до момента первого вибрационного смыкания первого и второго контакта контактора;
- И1/И2 отход — угол поворота выходного вала привода до момента первого вибрационного размыкания первого и второго контактов избирателя от отводов трансформатора;
- И1/И2 останов — угол поворота выходного вала привода до момента первого вибрационного смыкания контактом избирателя И1 с отводом трансформатора.
По измеренным этим характеристикам уже можно составить картину о состоянии РПН. Круговая диаграмма после выполнения измерения, как в нашем случае, построена некорректно, а полученные результаты в таблице параметров не рассчитаны по фазе А (рис. 2). На данный результат повлияло превышение допустимых значений при расчете, например, превышение дребезга контактов, что видно в исходных графиках (рис. 3). Это наблюдается на графике фаза А (рис. 3), где имеется значительный дребезг, что отразилось на расчете круговой диаграммы. В данном случае необходимо произвести повторное и дополнительное измерение на последующие отводы. Если круговая диаграмма некорректно проявляется при повторных, а также при дополнительных измерениях, то следует проверить измерительную схему подключения прибора к устройству РПН и все ее соединения.
При рассмотрении графиков исходных данных в формате компьютерной программы ПКР-2 обе ветви (U1 и U2) будут наложены друг на друга (рис. 5).
В связи с возможными неисправностями контролируемых переключающих устройств — неправильными подсоединениями отводов реакторных устройств РПН, рекомендуется проводить проверку после каждых монтажных и наладочных работ. При выявлении этой неисправности круговые диаграммы при помощи ПКР-2 могут быть не построены, и для выявления причины рассматриваются графики исходных данных следующего вида (рис. 6).
В данном случае рассмотрен пример переключеия устройства РПН вольтдобавочного автотрансформатора (бустера) с неправильными подключенными отводами. Перепутано подключение «Общего» отвода с одним из отводов регулировочной обмотки. Как видно, исходные графики данного типа неисправности имеют явные отличия от типового графика, представленного выше. При дальнейшем рассмотрении графиков можно определить какие отводы были перепутаны при монтаже РПН.
ПКР-2 выполняет функцию осциллографирования контактора резисторных устройств РПН. Следует учитывать, что осциллографирование производится на отключенном от рабочего напряжения переключающем устройстве, при небольших измерительных токах и напряжениях, характер вибрации контактов может быть различен, и он не регламентируется, а значит, не является браковочным фактором. Наличие разрыва цепи тока означает неправильное чередование работы контактов контактора и чрезмерное отклонение интервалов переключения от нормы, что указывает на их износ или о нарушении их регулировки. В данном случае контактор бракуется и подвергается ревизии и ремонту (рис. 7).
На следующем рис. 8 приведен вид осциллограммы контактора устройства РПН типа PC с обнаружением обрыва цепи на одном из участков работы дугогасительных контактов в результате имеющегося нагара.
Главное отличие данного обрыва на осциллограмме определяющий именно износ контактов, а не обрыв токоограничивающей катушки указывают следующие факты:
а) при прямом переключении обрыв появляется слева, при переключении в обратное положение — справа;
б) можно наблюдать положение «мост», что возможно только при целостности цепи катушек;
в) во время обрыва наблюдается дребезг, скачки достигают значений нормального уровня.
Одной отличительной функцией прибора ПКР-2М является безразборная проверка и диагностика состояния устройств РПН без снятия крышки бака контакторов, используя метод DRM. Анализ полученных графиков измерения сопротивления обмотки при переключении отводов позволяет не только отбраковывать по критерию исправен/неисправен, но зачастую и указывать характер дефекта, что как минимум, дает возможность исключить ненужные вскрытия и проверки исправных устройств РПН. А по мере накопления банка графиков с известными дефектами конкретных устройств РПН, можно будет проводить их точную безразборную диагностику:
- экспресс-диагностика состояния устройств РПН трансформатора при любых погодных условиях;
- построение оценочной диаграммы работы контакторов, не вскрывая бак РПН;
- анализ графиков измеряемого объекта непосредственно на приборе;
- определение места проблемы РПН, например, обнаружение обрыва токоограничивающих резисторов, плохого контакта избирателя и другое.
На (рис. 9) представлены осциллограммы переключения контактора. Причем, на (рис. 9а) приведены исходные результаты измерения сопротивления при переключении, а на (рис. 9б) результаты измерений после математической обработки. Как видно из представленных рисунков в ПКР-2М значительно улучшена аппаратная реализация DRM — метода, а за счет математической обработки полученная осциллограмма фактически приблизилась к результатам, которые можно получить только при непосредственном подключении к контактам контактора. Таким образом, в связи с тем, что безразборная проверка состояния контактора устройств РПН требует очень небольших трудозатрат, рекомендуется выполнять такую диагностику при любой плановой и внеплановой проверке силового трансформатора.
Использование приборов ПКР-2 и ПКР-2М позволит значительно сократить финансовые и ресурсные затраты организации, а также повысить качество диагностики трансформаторов и избежать незапланированного ремонта объектов.
Отдел маркетинга
ООО «ОКБ электротехнического
приборостроения»
тел.: (3952) 719-148, 755-607
факс: (3952) 42-89-21
Источник
