ИМПУЛЬС-8 - диагностический комплекс

Назначение диагностического комплекса "Импульс-8":

Суть проблемы:

Недостаточная электродинамическая стойкость обмоток трансформатора при протекании токов короткого замыкания, приводящая к механическим деформациям обмоток, является одной из основных причин аварийного выхода трансформатора из строя. Эта проблема усугубляется тем, что в настоящее время состояние трансформаторного парка в энергосистемах характеризуется значительной долей изношенного оборудования, нормируемый срок службы которых уже истек или близок к этому. Периодически перед обслуживающим персоналом возникает вопрос: нужно ли выводить трансформатор для капитального ремонта или его эксплуатация может быть продолжена.

Продление жизни трансформатора в значительной степени зависит от стабильности механических характеристик его обмоток. Однако даже в правильно спроектированном трансформаторе заложены предпосылки его будущих проблем применительно к электродинамической стойкости при КЗ. Причиной этих предпосылок является технология изготовления обмоток, из-за чего обмотки нового трансформатора с самого начала имеют некоторые неправильности: неплотность намотки, неравномерная запрессовка и т.п.

Обмотки трансформаторов стараются делать магнитосимметричными, что позволяет минимизировать электродинамические силы, действующие в обмотках и на опоры: прессующие кольца, ярмовые балки. В новом трансформаторе эта несимметрия невелика и не представляет опасности для трансформатора. Однако, чем старше трансформатор, тем больше электродинамических воздействий при КЗ, толчках нагрузки он получает, тем больше меняются физико-химические свойства изоляции, тем больше меняются ее механические свойства.

В результате этих воздействий происходит снижение запрессовки обмоток, увеличение начальной магнитной несимметрии, которая всегда стремится в сторону увеличения. При снижении усилия запрессовки обмоток, при увеличении их магнитной несимметрии растут электродинамические силы, что приводит к еще большему снижению запрессовки и увеличению несимметрии. И так до тех пор, пока электродинамические силы не возрастут настолько, что разрушат трансформатор. Естественно, в эксплуатации этот процесс очень растянут во времени и зависит от условий эксплуатации, тем не менее, он представляет реальную опасность и к этому надо быть готовым.

Механические напряжения, возникающие под действием результирующих сил, нередко выходят за пределы упругости. Остаточные деформации катушек и элементов опорных конструкций приводят к изменению изоляционных расстояний и местным повреждениям изоляции. Проявляющиеся при этом внутренние замыкания приводят к целой лавине разрушений, взрыву или пожару. Чаще бывает, когда пробой деформированной изоляции происходит не сразу после КЗ, а через некоторое время при перенапряжениях или перегрузках.

Однако истинная оценка механического состояния обмоток трансформатора в эксплуатации довольно трудна и не всегда возможна даже при визуальном осмотре активной части.

Описание метода диагностики:

В настоящее время в мире для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов наиболее широко применяются два метода: метод измерения сопротивления короткого замыкания и более чувствительный метод - метод низковольтных импульсов (НВИ) или близкий к нему по сути метод частотного анализа.

Суть метода НВИ состоит в том, что от специального генератора на обмотки (или в нейтраль) расшинованного трансформатора подается прямоугольный зондирующий импульс низкого напряжения (100 - 500 В) и одновременно осциллографируются реакции обмоток на воздействие этого импульса - напряжения на измерительных сопротивлениях, подключенных к другим обмоткам. Сначала при первичном дефектографировании на трансформаторе снимаются нормограммы, которые в дальнейшем будут сравниваться с дефектограммами - осциллограммами, полученными при последующих измерениях. Сравнение по определенной методике нормограмм и дефектограмм позволяет оценить состояние обмоток трансформатора. Если диагностика для данного трансформатора проводится впервые, то оценка состояния обмоток производится сравнением осциллограмм разных фаз.

Более высокая чувствительность метода низковольтных импульсов по сравнению с другими обусловлена тем, что даже относительно небольшие смещения элементов обмоток (витков, катушек) приводят к значительным локальным изменениям соответствующих емкостей. Изменение емкости приводит к изменению собственной частоты колебаний соответствующего контура, что и проявляется в осциллограмме. В этом преимущество метода НВИ перед методом измерения Zk, который обладает высокой чувствительностью, в основном, только к тем деформациям, которые приводят к изменению главного канала рассеяния трансформатора.

Описание диагностической установки "Импульс-8":

Установка "Импульс-8" включает в себя:

• Портативный персональный компьютер с программным обеспечением для проведения диагностики;
• Платы аналого-цифрового преобразователя и устройства связи с объектом, устанавливаемые в компьютер;
• Генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для формирования зондирующих импульсов с амплитудой до 500 В, длительностью 1 мкс, фронтом и спадом 50 нс. В комплект установки входят кабели, соединители, соединительный блок, калибратор, описание методики диагностики и инструкция по эксплуатации.

Программное обеспечение включает в себя:

• программу сбора данных - тестирование измерительной схемы, управление процедурой сбора, фильтрация от помех, запись в базу данных;
• программу обработки и анализа результатов диагностики - сравнение нормограммы и дефектограммы и их спектров, статистическая обработка, анализ и оценка результатов диагностики.

Масса установки "Импульс-8" в сборе - 12 кг.

Время проведения диагностики одного трансформатора - около 1 часа.

Обслуживание:

Гарантийный срок - 24 месяца.

При передаче установки обеспечивается бесплатное обучение персонала заказчика методике диагностики и работе с установкой. В течение первого года эксплуатации установки пользователю обеспечена бесплатная консультация по всем вопросам, связанным с диагностикой трансформаторов методом НВИ.

Вес и габариты установки позволяют ее транспортировку силами одного человека всеми видами транспорта.

Опыт применения комплекса "Импульс-8":

В настоящее время установки "Импульс-8" эксплуатируются в ряде энергосистем России (таких как Мосэнерго, Ленэнерго, Башкирэнерго, Челябэнерго), за рубежом, на некоторых крупных предприятиях.

Применение установок "Импульс-8" дало положительные результаты при обнаружении механических деформаций обмоток ряда трансформаторов, например: ТЦ-1000000/300 (Донбассэнерго), АТДЦТН-200000/330 (Ленэнерго), АТДЦТН-200000/220 (Челябэнерго), ТД-80000/110 и АОДЦТН-167000/500 (Мосэнерго), ТРДН-25000/35 (Нововоронежская АЭС) что позволило предотвратить тяжелые аварии. Все эти трансформаторы были выведены из эксплуатации, а последующая разборка подтвердила наличие деформаций обмоток. Противоположный пример - диагностика блочного трансформатора АОРЦТ-135000/500: по результатам обмеров с помощью установки "Импульс-8" был сделан вывод о наличии деформаций одной из фаз, но меры при этом не были предприняты. Дальнейшая эксплуатация трансформатора привела к тяжелой аварии при очередном КЗ.

Применение метода низковольтных импульсов оказалось весьма эффективным при решении вопросов планирования сроков и объемов капитальных ремонтов трансформаторов. Основываясь на положительных результатах диагностики методом низковольтных импульсов, во многих случаях удалось обойтись без плановых ремонтов. Так, положительно был решен вопрос об увеличении межремонтных сроков для ряда силовых трансформаторов, установленных на Балаковской АЭС (1997 г.),  Ленинградской АЭС (1998 г), Нововоронежская АЭС (2002 г.), Волжская ГЭС (1997-2002 гг.), многих других энергопредприятиях.