Пусконаладочные испытания силовых трансформаторов

Назначение, объем и порядок испытаний

Пусконаладочные испытания предназначены для проверки основных технических данных трансформатора и отдельных его узлов перед включением трансформатора в эксплуатацию, а также выявления скрытых неисправностей. Часть вышеуказанных измерений и испытаний проводят в процессе монтажа трансформатора, часть — после окончательной сборки и заливки маслом.

Измерение параметров изоляции входит в оценку состояния изоляции трансформатора. В объем пусконаладочных испытаний входят:
1) измерение потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении;
2) измерение омического сопротивления обмоток;
3) измерение коэффициента трансформации;
4) проверка группы соединения обмоток;
5) испытание изоляции приложенным напряжением.

При производстве пусконаладочных работ необходимо соблюдать определенную последовательность в выполнении перечисленных испытаний.

Измерение потерь холостого хода следует проводить до подачи постоянного напряжения на обмотки трансформатора, так как постоянное напряжение может вызвать дополнительное намагничивание магнитной системы и, как следствие, получение неудовлетворительных результатов измерений, поэтому потери холостого хода при малом возбуждении измеряют до нагрева трансформатора постоянным током и до измерения активных сопротивлений обмоток.

Активное сопротивление обмоток следует измерять при установившейся температуре трансформаторов до нагрева или после остывания, для того чтобы избежать ошибочных результатов, связанных с неравномерной температурой отдельных обмоток

Испытание изоляции приложенным напряжением следует проводить после оценки ее состояния. Нарушение этой последовательности может вызвать повреждение вполне доброкачественного трансформатора. Например, при испытании электрической прочности изоляции пробой в трансформаторе может быть вызван низким качеством залитого масла, наличием влаги в изоляции, загрязнением и другими недостатками, контролируемыми при оценке изоляции.

Очередность проведения измерения коэффициента трансформации и определения группы соединений обмоток не установлена.

Ввиду сложности пусконаладочных испытаний, необходимости соответствующего опыта в проведении работ и специального оборудования и приборов такие испытания проводят специализированные наладочные организации или лаборатории. Результаты измерений и испытаний оформляют соответствующими протоколами, прилагаемыми к технической документации по монтажу трансформатора.

Особое внимание при испытаниях следует уделить безопасности проведения работ.

Измерение потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении

Эти испытания производятся для трансформаторов мощностью 10000 кВА и более. Потери холостого хода при малом однофазном возбуждении измеряют по схемам, приведенным на рисунке 1,а. Для трехфазных трансформаторов выполняют три однофазных опыта путем поочередного замыкания накоротко одной из фаз и возбуждения двух других фаз трансформатора.

а — схемы последовательного закорачивания фаз: слева направо закорочены соответственно фазы с, b, а; б — схема подключения приборов; в — схема подключения питания при размагничивании
Рисунок 1 - Измерение потерь холостого хода при малом возбуждении с последовательным закорачиванием фаз

В первом опыте накоротко замыкают обмотку фазы А и возбуждают фазы В и С. При этом измеряемые потери будут характеризовать потерю энергии на возбуждение фаз В и С магнитопровода. Аналогичные опыты производят при поочередно закорачиваемых других фазах.

Замыкание накоротко обмотки любой фазы можно производить на соответствующих выводах любой из обмоток трансформатора, учитывая при этом действительную схему соединения обмоток трансформатора. При измерении обычно подводят напряжение и закорачивают накоротко одну из фаз на стороне низшего напряжения трансформатора, добиваясь таким образом большего возбуждения магнитной системы.

При испытании измеряют подводимое напряжение и суммарную мощность, потребляемую испытуемым трансформатором и измерительными приборами. Затем определяют потребление измерительных приборов (Рпр) путем измерения или расчета. Измерение потребления приборов производят по схеме на рисунке ,б. Потребление приборов можно определить также по формуле:

Рпр = U2/Rv+ U2/Rw,

где U — подводимое переменное напряжение, В;
Rv — сопротивление вольтметра, Ом;
Rw — сопротивление обмотки напряжения ваттметра, Ом.

Потери в испытуемом трансформаторе вычисляют по формуле:

Ро'=Ризм—Рпр.

В трехфазных трансформаторах потери, измеряемые по схемам с закорачиванием фаз А и С, должны быть практически равными, а измеренные по схеме с закорачиванием фазы В — больше последних. Это объясняется различной длиной пути замыкания магнитного потока при возбуждении трансформатора по указанным схемам измерения. При возникновении какого-либо короткозамкнутого витка для одного из стержней магнитопровода соотношение потерь, измеренных по этим схемам, изменится, причем появление короткозамкнутого витка вызывает увеличение потерь, поэтому «дефектной» будет та фаза, при закорачивании которой будут измерены наименьшие потери. Это явление используется для оценки состояния трансформаторов.

Полученные результаты оценивают путем сравнения их со значениями, измеренными при изготовлении и приведенными в паспорте трансформатора. Для сравнения результатов измерение потерь производят по схемам и при напряжении, указанном в паспорте трансформатора.

Для трансформаторов на напряжение до 35 кВ включительно измеренные потери для каждой из схем не должны отличаться более чем на 10% значений, полученных при изготовлении. Отношение потерь, измеренных при закорачивании фаз А и С (РА/РС), а также отношение этих потерь к потерям, полученным при закорачивании фазы В (РВ/РА и РВ/РС), не должны отличаться в пределах погрешности измерений от таких же отношений, полученных при измерении на заводе.

Для однофазных трансформаторов на напряжение 110 кВ и более полученные потери не должны отличаться более чем на 10% от потерь, измеренных при изготовлении трансформаторов.

Для трехфазных трансформаторов на напряжение 110 кВ и выше соотношение потерь, измеренных по указанным выше схемам (РА/РС, РВ/РА и РВ/РС), не должно отличаться больше чем на 5% таких же соотношений потерь, полученных при изготовлении.

Если трансформаторы имеют реакторные переключающие устройства, то измерение потерь холостого хода дополнительно производят на промежуточном положении регулятора «Мост». Результаты оценивают аналогично путем сравнения их с заводскими значениями на данном положении устройства. На результаты измерений значительное влияние оказывает намагничивание магнитопровода вследствие протекания по обмоткам трансформатора постоянного тока. В этих случаях для измерения потерь трансформаторы размагничивают.

Размагничивание производят путем подачи на обмотки постоянного тока с изменяющейся полярностью. Схема размагничивания трансформатора показана на рисунке 1,в. При помощи реостата плавно увеличивают ток в обмотке трансформатора до значения, равного 1,1 тока холостого хода. Затем также плавно снижают ток до 0 и, переключая полярность, увеличивают ток до значения 1,1 тока холостого хода. Такие циклы изменения тока производят при значениях тока 0,8; 0,6; 0,4 и 0,2 Iхх. Затем, снизив ток до 0, отключают источник питания постоянного тока и повторяют измерение потерь холостого хода.

Возможно произвести размагничивание трансформаторов методом кратковременной подачи на обмотки номинального напряжения в режиме холостого хода трансформаторов. Методика проведения измерений потерь холостого хода на однофазном пониженном напряжении должна соответствовать ГОСТ 3484-77.

Измерение активного сопротивления обмоток

Измерение сопротивления обмоток постоянному току производят для проверки состояния электрических контактных соединений и целостности электрической цепи обмоток трансформатора. Наиболее характерными дефектами, которые обнаруживаются при этом измерении, являются:
1) обрыв одного или нескольких из параллельных проводов в отводах;
2) нарушение пайки;
3) недоброкачественный контакт присоединения отводов обмотки к вводам;
4) недоброкачественный контакт в переключателях ПБВ или устройствах РПН;
5) неправильная установка привода ПБВ.

Обычно в условиях монтажа сопротивление измеряют при помощи амперметра и вольтметра методом падения напряжения. На рисунке 2,а, б показаны две принципиальные схемы подключения приборов при измерении. Схему на рисунке 2,а применяют при измерении малых значений сопротивлений от долей Ома до нескольких Ом, а схему на рисунке 2,б — при измерении больших значений сопротивления. Правильный выбор схемы измерения исключает значительные погрешности из-за падения напряжения в приборах, которые обычно при вычислении значения сопротивления не учитываются.

Рисунок 2 - Схемы измерения сопротивления обмотки постоянному току

В практике в основном применяют схему на рисунке 2,а. При сборке этой схемы цепи тока и напряжения разделяют, т. е. выполняют отдельными проводами, чтобы исключить из измеряемого сопротивления сопротивление проводов цепи тока и переходным сопротивления в местах подключения цепей и напряжения к вводам трансформатора. Цепь измерения напряжения должна подключаться непосредственно к токоведущим шпилькам вводов испытываемой обмотки. Обычно сопротивление измеряют при напряжениях до 24 В и токах до 10 А. При этом ток не должен превышать 20% номинального тока обмотки.

Пределы измерения приборов должны быть выбраны такими, чтобы при измерениях отклонение по стрелке было во второй половине шкалы. Класс точности приборов должен быть не более 0,5. В качестве источника питания, как правило, применяют кислотные или щелочные аккумуляторные батареи.

Сопротивление реостата выбирают в 8—10 раз больше, чем сопротивление измеряемой обмотки. Измерение производят следующим образом. Включают рубильник и при помощи реостата устанавливают необходимый ток в цепи. В результате индуктивности обмотки ток будет постепенно возрастать до установившегося значения. После установления тока записывают показания вольтметра и амперметра. Вольтметр включают после установления тока в цепи, а выключают перед отключением рубильника. Невыполнение этого порядка включения и отключения вольтметра может привести к его повреждению.

При измерении сопротивления обмотки, обладающей большой индуктивностью, для уменьшения времени установления тока в цепи производят кратковременное форсирование (увеличение) тока путем шунтирования реостата кнопкой. Время установления тока при измерении сопротивления обмоток больших трансформаторов достигает 30 минут и более. Сопротивление измеряют для каждой обмотки трансформатора на всех положениях переключающего устройства. Оценку результатов производят путем сравнения полученных значений с данными, указанными в паспорте трансформатора.

Для однофазных трансформаторов полученные значения не должны отличаться больше чем на 2% значений, указанных в паспорте при одинаковой температуре и на тех же регулировочных ответвлениях.

Для трехфазных трансформаторов сопротивления, полученные на одинаковых ответвлениях разных фаз, не должны отличаться друг от друга более чем на 2%. если в паспорте нет специальных указаний.

Полученные значения сопротивления обмотки постоянному току приводят к температуре, указанной в паспорте трансформатора по формуле:

Rx = R₀(235+tx)/(235+t₀),

где Rx — значение сопротивления при температуре, указанной в паспорте tx, Ом;
R₀ — значение сопротивления при температуре измерения t₀, Ом;
t₀ — температура измерения, °С;
tx — температура, указанная в паспорте, °С.

За температуру масляного трансформатора, ранее не включавшегося и не подвергавшегося нагреву, принимают температуру верхних слоев масла при условии, что измерение сопротивления производят не ранее чем через 30 минут после заливки масла для трансформаторов мощностью до 1000 кВА включительно и не ранее чем через 60 минут для трансформаторов большой мощности.

Методика проведения измерения сопротивления обмоток должна соответствовать ГОСТ 3484 77.

Измерение коэффициента трансформации

Коэффициентом трансформации называют отношение напряжения обмотки ВН к напряжению обмотки ИН при холостом ходе трансформатора. Коэффициент трансформации определяют для всех ответвлений обмоток и для всех фаз. Для трехобмоточных трансформаторов достаточно проверить коэффициент трансформации для двух пар обмоток. Путем измерения коэффициента трансформации могут выявляться следующие отклонения:
1) неправильное подсоединение отводов РПН;
2) неправильная установка привода ПБВ.

Коэффициент трансформации определяют методом двух вольтметров. Измерение производят двумя вольтметрами класса не ниже 0,5 следующим образом. К одной из обмоток трансформатора подводят напряжение и измеряют его одним из вольтметров. Одновременно другим вольтметром измеряют напряжение на другой обмотке. Чтобы избежать применения измерительных трансформаторов напряжения, переменное напряжение 220—380 В подводят к обмотке ВН.

При испытании трехфазных трансформаторов коэффициент трансформации определяют по линейным напряжениям на соответствующих одноименных линейных выводах обеих проверяемых обмоток или по фазным напряжениям соответствующих фаз. Коэффициент трансформации по фазным напряжениям измеряется при однофазном и трехфазном возбуждении.

Если схема соединения измеряемых обмоток ∆/Y или Y/∆, коэффициент трансформации измеряют при однофазном возбуждении с поочередным закорачиванием фаз (рисунок 3). Одну из фаз, соединенных в треугольник, накоротко замыкают путем соединения двух соответствующих выводов данной обмотки, а напряжение подают на две оставшиеся фазы. Полученное значение коэффициента должно быть равно 2 Кф при питании со стороны звезды или Кф/2 при питании со стороны треугольника, где Кф — фазный коэффициент трансформации.

Рисунок 3 - Схема измерения фазного коэффициента трансформации при соединении обмоток ∆/Y и Y/∆

Если схема соединения измеряемых обмоток ∆/∆ иле Y/Y фазный коэффициент можно измерять при трехфазном возбуждении, если предварительно установлено, что несимметрия напряжения практически не снижает точности измерения, или при однофазном возбуждении с закорачиванием фаз. Фазный коэффициент трансформации в основном определяют для выявления причин неудовлетворительных значений линейного коэффициента.

Коэффициент трансформации измеряют также методом моста или образцового трансформатора. Однако эти методы не находят широкого применения при монтаже.

Полученные значения коэффициента трансформации на всех ответвлениях не должны отличаться более чем на 2% значения, рассчитанного по номинальным напряжениям.

Методика определения коэффициента трансформации должна соответствовать ГОСТ 3484-77.

Проверка группы соединения обмоток

Группа соединения характеризует угол сдвига векторов ЭДС в обмотках ВН, СН и НН одноименных фаз трансформатора. Тождественность групп соединения обмоток различных трансформаторов является основным условием их параллельной работы, несоблюдение этих условий вызывает возникновение при параллельной работе значительных уравнительных токов, которые в некоторых случаях могут во много раз превосходить номинальные. Это обстоятельство в основном определяет необходимость проверки группы соединения обмоток трансформаторов после их монтажа. В практике случаи несоответствия группы, указанной в паспорте трансформаторов, случаются чрезвычайно редко.

Наиболее характерными недостатками, выявленными при проверке группы соединения обмоток, являются:
1) неправильно выполненная маркировка вводов трансформатора;
2) неправильное подсоединение отводов обмоток к вводам.

При испытании трехобмоточных трансформаторов проверяют группу соединения между двумя парами разных обмоток. Проверку группы соединения обмоток трансформаторов на монтаже производят главным образом по методу двух вольтметров для трехфазных и методу постоянного тока для однофазных трансформаторов.

Метод двух вольтметров основан на совмещении векторных диаграмм первичного и вторичного напряжения и измерений напряжений между соответствующими вводами с последующим сравнением полученных значений с расчетными.

Для совмещения векторных диаграмм выводы А и а испытуемого трансформатора соединяют между собой. Затем к одной из обмоток подводят напряжение обычно не более 380 В и измеряют последовательно напряжение между выводами в-В, в-С и с-В — при испытании трехфазных трансформаторов и выводами х-Х — при испытании однофазных трансформаторов (рисунок 4,а).

а — методом вольтметра; б — методом подачи постоянного тока
Рисунок 4 - Схемы измерения группы соединения обмоток

Полученные значения сравниваются с расчетными, которые предварительно вычисляют по формулам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1 - Расчетные значения измеряемого напряжения при проверке групп соединения обмоток методом двух вольтметров

Примечание: Uл – линейное напряжение на выводах обмоток НН при испытании; Кл – линейный коэффициент трансформации.

Рисунок 5 - Совмещенные векторные диаграммы линейных напряжений

Метод постоянного тока применяют главным образом для проверки группы соединения обмоток однофазных трансформаторов. Он заключается в поочередной проверке полярности выводов А-х и а-х магнитоэлектрическим вольтметром, имеющим соответствующий предел измерения при подведении к выводам А-х напряжения постоянного тока около 2—12 В (рисунок 4,б).

Полярность выводов А-х устанавливают при включении тока. После проверки полярности выводов А-х вольтметр отсоединяют и, не отключая питания, присоединяют его к выводам а-х. Полярность выводов а-х устанавливают в момент включения и отключения тока. Если полярность выводов а-х при включении тока окажется одинаковой с полярностью выводов А-х, а при отключении — разной, то группа соединения обмоток 0, в противном случае будет группа соединений 6.

Числовое обозначение группы принято определять по положению векторов напряжения обмоток на часовом циферблате. Если представить, что вектор высшего напряжения проходит через центр циферблата и цифру 12, то час, на который будет направлен вектор низшего напряжения, будет соответствовать числовому обозначению группы. Векторные диаграммы для различных групп соединения приведены на рисунке 5,а—м.

Угол сдвига между векторами напряжения обмоток зависит от схемы их соединения и взаимного направления обеих обмоток.

Отечественные силовые трансформаторы, как правило, имеют группы соединения 0 и 11. Маркировка фаз выводов, от обмоток выполняется в очередности А, В, С — слева направо со стороны высшего напряжения. Группа и схема соединения обмоток указываются в технической эксплуатационной документации на трансформатор и щитке, закрепленном на баке.

Методика определения группы соединения обмоток трансформатора должна соответствовать ГОСТ 3484-77.

Проверка электрической прочности изоляции приложенным напряжением

В результате приложения повышенного напряжения создается в испытуемой изоляции увеличенная напряженность электрического поля, что позволяет выявить дефекты в ней, не обнаруженные другими методами. Наиболее характерными дефектами, выявленными при этом испытании, являются:
1) недостаточные расстояния между гибкими неизолированными отводами обмоток НН в месте их подсоединения к шпильке ввода;
2) наличие в трансформаторе воздушных пузырей;
3) некоторые виды местного увлажнения и загрязнения изоляционных деталей.

Испытание изоляции приложенным напряжением производят главным образом при пусконаладочных испытаниях трансформаторов напряжением до 35 кВ включительно. В отдельных случаях этот метод применяют для проверки электрической прочности изоляции обмоток НН (до 35 кВ) трансформаторов на напряжение 110 кВ и выше.

Для проведения испытаний необходимо подготовить испытательный трансформатор. Мощность испытательного трансформатора, кВА, зависит от зарядной мощности испытываемой обмотки и определяется ее емкостью и значением испытательного напряжения:

Р = 314CU²·10^-9 ,

где С — емкость обмотки, пФ;
U — испытательное напряжение, кВ.

Испытание осуществляют при частоте 50 Гц в течение 1 мин.

Испытательное напряжение зависит от класса изоляции трансформатора. Для масляных трансформаторов его значения приведены ниже:

Испытательные напряжения для сухих трансформаторов, а также масляных специального исполнения устанавливаются заводской технической документацией. При испытании на монтаже испытательное напряжение составляет 90% нормируемых для данного класса изоляции значений, указанных выше.

При испытании вводы испытуемой обмотки соединены между собой и подключены к испытательному трансформатору, вводы остальных обмоток соединены между собой и заземлены.

На рисунке 6 показана принципиальная схема испытания. Напряжение увеличивают плавно при помощи регулировочного трансформатора. Контроль за подводимым напряжением осуществляют по показаниям вольтметра, установленного в первичной цепи испытательного трансформатора, с учетом его коэффициента трансформации.

ИТ — испытательный трансформатор; Р — разрядник; R — резистор
Рисунок 6 - Схема испытания изоляции трансформатора приложенным напряжением

При испытании трансформаторов, имеющих значительную емкость, которая может исказить и завысить коэффициент трансформации испытательного трансформатора, напряжение контролируют на стороне ВН при помощи шаровых разрядников либо высоковольтного киловольтметра. Для этого шары разрядника устанавливают на расстоянии, соответствующем испытательному напряжению. Затем, подсоединяя испытательный трансформатор к испытуемой изоляции, поднимают напряжение до пробоя разрядников и отмечают показания вольтметра, установленного на стороне НН. После этого разрядники удаляют и увеличивают напряжение, руководствуясь полученными показаниями вольтметра.

Контроль за состоянием изоляции при испытании производят по показаниям амперметра и путем наблюдения и прослушивания. Повреждения в испытуемом трансформаторе проявляются в виде потрескивания и разрядов внутри, выделением дыма из расширителя и изменения тока в испытательном трансформаторе. При испытаниях могут выявляться потрескивания, не связанные с повреждением изоляции, например в результате наличия внутри трансформатора воздушных пузырей, отсутствия заземления некоторых металлических конструктивных деталей и др. В таких случаях обнаруженные недостатки устраняют, а испытания изоляции повторяют.

При пробое твердой изоляции внутри трансформатора обычно слышен глухой звук удара, а при пробое масляного промежутка — звонкий.

Трансформатор считается выдержавшим испытание, если в процессе испытания не наблюдалось пробоя или частичных разрядов, определяемых по звуку, выделению газа и дыма или по показаниям приборов. При обнаружении дефектов трансформатор подлежит разборке для обнаружения дефектов и выполнения соответствующего ремонта.

Методика проведения испытаний электрической прочности изоляции трансформатора напряжением должна соответствовать ГОСТ 1516.1-76, ГОСТ 1516.2-76.