Измерение частичных разрядов в мощных трансформаторах

Биты и байты → Электроника в промышленности → Трансформаторы → Измерение частичных разрядов в мощных трансформаторах

Измерение частичных разрядов в мощных трансформаторах

Возникновение и развитие практически всех дефектов в изоляции мощных силовых трансформаторов высших классов напряжения сопровождается развитием частичных разрядов (ч.р.). Поэтому измерение и анализ характеристик ч.р. является эффективной и информативной методикой для определения состояния силовых трансформаторов, позволяющей не только выявить наличие дефекта, но и идентифицировать его тип, степень развития, определить место развития этого дефекта. Однако до настоящего времени эта методика является скорее искусством, нежели инженерной практикой, что связано с большим количеством проблем, сопутствующих измерению и анализу характеристик ч.р. Настоящий доклад представляет собой попытку обобщения опыта измерения ч.р. в силовых трансформаторах и определения основных направлений развития этой методики применительно к выявлению дефектов, развивающихся в изоляции трансформаторов.
Одной из основных проблем при измерении характеристик ч.р. в полевых условиях на действующем электрооборудовании является наличие различного рода помех в виде электрических сигналов, имеющих те же, что и ч.р. частотные характеристики. Для решения этой проблемы используют обычно два основных подхода. Первый из них - аппаратный основывается на попытках разработки измерительной аппаратуры, позволяющей разделить сигналы ч.р. и помех с использованием самых различных принципов. Второй

  1. аналитический основывается на отыскании характеристик, позволяющих при одновременном измерении сигналов ч.р. и помех выявить наличие и характеристики дефекта, развивающегося во внутренней изоляции трансформаторов. Несмотря на определенные достижения, полученные при реализации аппаратного подхода, он представляется менее плодотворным, поскольку сигналы, возникающие при коронном разряде, поверхностных разрядах, во внешней изоляции весьма слабо отличаются от частичных разрядов во внутренней изоляции, и следовательно устройства, подавляющие эти помехи могут одновременно искажать характеристики ч.р., развивающихся внутри трансформатора.

Реализация аналитического подхода дает наилучшие результаты при использовании двух характеристик: амплитудных спектров ч.р. и т.н. "образов ч.р." (от англ. "PD shape").
" Амплитудные спектры ч.р. представляют собой зависимость интенсивности ч.р. от величины кажущегося заряда. В зависимости от метода их измерения различают интегральные, если строится интенсивность ч.р., превышающих заданный уровень кажущегося заряда, и дифференциальные, если строится

интенсивность в заданном диапазоне уровней, спектры ч.р. Очевидно, что различные формы спектров легко пересчитываются друг в друга. Для выявления дефектов более удобной является дифференциальная форма, а для измерения чаще используется интегральная форма.
Основные типы дефектов в изоляции трансформаторов такие как разряд в масляном клине, пробой первого масляного канала, скользящий разряд по поверхности твердой изоляции, ползущий разряд, изменяют вид амплитудных спектров характерным образом, что позволяет с высокой степенью вероятности идентифицировать тип дефекта по виду амплитуд­ного спектра ч.р.
Удобство использо­вания амплитудных спектров состоит в простоте интерпретации получаемых результатов и возможности достаточно просто формализовать алгоритмы идентификации дефектов.
Образы ч.р. получаются с использованием измерительной
аппаратуры, обеспечивающей
возможность фазовой селекции сигналов ч.р. В этом случае измерительная информация строится в осях " величина кажущегося заряда” - "время”. Для удобства на график наносится синхронизирующее
напряжение в виде одного периода.
Каждый ч.р. наносится в виде точки в момент его появления с соответству­ющей амплитудой кажущегося заряда.
При измерении в течение определенного времени точки накапливаются, образуя характерный рисунок, который и называется образом ч.р. Примеры таких образов показаны на рис.2 для случаев развития их в газовой поре и с временной задержкой. Обычно каждый дефект имеет свой характерный образ, что позволяет при имеющейся базе данных образов, соответствующих различным дефектам, легко идентифицировать их. Такой подход широко используется к настоящему времени для диагностики элегазового оборудования, кабелей с полимерной изоляцией и др., и дает хорошие результаты. К сожалению данных по образам ч.р. в изоляции трансформаторов очень мало и для использования этой методики необходим этап накопления базы данных.
Синтетический подход, позволяющий одновременно получать и амплитудные спектры и образы ч.р. реализованы в переносном комплексе диагностики силовых трансформаторов СКИТ.
Аппаратура построена таким образом, что амплитудные спектры ч.р. снимаются в течение каждых 18 фазовых градусов (каждую миллисекунду), и на рисунке строятся 20 амплитудных спектров в соответствующих фазах. Достоинство такого представления состоит в наглядности картины развития ч.р. Очевидно что получаемые данные легко могут быть представлены как в виде общего амплитудного спектра за все время измерения, так и в виде соответствующих образов ч.р.
Важным с точки зрения требований к измерительной аппаратуре является вопрос о необходимом времени измерения и возможности пауз в процессе измерений. Действительно, ч.р. в трансформаторной изоляции развиваются нерегулярно, и их появление может носить случайный характер, особенно ч.р. с максимальной величиной кажущегося заряда. При этом если допустить возможность пауз, момент развития ч.р. может совпасть с паузой и информация об этих ч.р. будет потеряна. С методической точки зрения данная проблема имеет два решения, опирающихся на разный подход к критериям дефектности изоляции. Если основываться на пороговом критерии, т.е. определять предельно допустимый уровень ч.р., превышение которого свидетельствует о наличии дефекта, то резко возрастают требования к необходимому времени измерений и исключению пауз. В этом случае при длительных измерениях увеличивается вероятность регистрации редких больших ч.р. и повышается надежность выявления дефектов. Однако при этом значительно увеличивается стоимость измерительной аппаратуры и самих измерений. Существует и другой путь. Анализ динамики развития ч.р. в трансформаторной изоляции показал, что практически все виды дефектов развиваются не монотонно. В момент появления дефекта, а также во время их интенсивного развития величина кажущегося заряда ч.р. и/или их интенсивность заметно увеличиваются, а затем происходит замедление развития дефекта с соответствующим снижением характеристик ч.р. Однако последние полностью не прекращаются, а формируют определенный спектр, характерный для медленного развития данного дефекта. Если имеются данные о виде спектров (или образов ч.р.) при медленном развитии дефектов, можно выявить их наличие и степень развития при сравнительно кратковременных измерениях с помощью достаточно простой измерительной аппаратуры.
Следует отметить, что в настоящее время объем данных о характеристиках частотных разрядов вида дефектов сравнительно невелик, поэтому определить наличие и степень развития дефектов по результатам одного, даже длительного (несколько часов) измерения не всегда представляется возможным. В случаях неочевидного результата измерений необходимо получить данные о динамике изменения характеристик ч.р. в течение продолжительного (недели и даже месяцы) времени. Измерения могут быть периодическими или непрерывными. В последнем случае необходимо иметь измерители, работающие в режиме непрерывного мониторинга.
Весьма полезными с точки зрения выявления развивающихся дефектов являются акустические методы измерения ч.р. Сопоставление достоинств и недостатков электрического и акустического методов показывают их взаимную противоположность, а именно - электрический метод позволяет измерять абсолютные значения кажущегося заряда с достаточной точностью, но имеет низкую помехозащищенность, акустический же метод наоборот имеет высокую помехозащищенность, но не позволяет получать абсолютные значения кажущегося заряда. Поэтому одновременное использование обоих методов дает хорошие результаты. В этом случае использование метода фазовой селекции затруднительно, т.к. сигнал на акустический датчик приходит с большой задержкой по сравнению с электрическим сигналом, но можно использовать амплитудные спектры ч.р.