Стандарти и технологии за изпитване на трансформатори

Производителите на трансформатори и операторите в промишлеността винаги са облагодетелствани, когато при проектирането, производството, пусково-наладъчните дейности и експлоатацията се прилагат нови технологии, подобряващи качеството и надеждността на електрооборудването. Сред начините персоналът, тестващ трансформаторите, да е в крак с новите технологии, е да се следят дейностите на националните и международни регулаторни институции в областта като Института на инженерите по електроника и електротехника (IEEE), Международната асоциация за електрически изпитвания (NETA), Международният съвет за големи електрически системи (CIGRE) и Международната електротехническа комисия (IEC).

Стандарт IEEE C57.152-2013
IEEE е най-голямата световна професионална асоциация, занимаваща се с разработка на модерни технологични иновации и постижения в областта на електрониката и електротехниката. Комитетът по трансформатори на IEEE се среща през 2007 г. в Далас с идеята да ревизира съществуващото ръководство за рутинни изпитвания в областта, IEEE 62, Ръководство за диагностично изпитване на електрооборудване в условия на експлоатация – маслени силови трансформатори, регулатори и реактори (R2005). По това време в областта се използват огромен брой стари и нови методики и практики за изпитване, които не са отразени в стандарта IEEE 62.

Логично се създава ново или ревизирано ръководство като част от серията стандарти C57. Стандартите C57 вече съдържат други, свързани с трансформаторите насоки, прилагани и контролирани от Комитета по трансформатори на IEEE. Новото ръководство за диагностично изпитване на напълнени с течност силови трансформатори, регулатори и реактори в условия на експлоатация е гласувано и одобрено през 2013 г. Новата система за изпълнение на диагностични тестове допълва старата, запазвайки съществуващите практики и добавяйки нови методики, които не са били включени на по-ранен етап.

CIGRE 445
Ръководството за поддръжка на трансформатори CIGRE 445 представя диагностична матрица с разделение между базови и усъвършенствани електрически изпитвания. В тази публикация техниките за определяне на честотни характеристики във времевия и честотния диапазон са групирани като модерни електрически изпитвания с тези за измерване на частични разряди.

CIGRE са първите, които публикуват ръководства за методите за определяне на честотните характеристики. През 2008 г. CIGRE публикува Технически бюлетин 342 – Оценка механичното състояние на трансформаторни намотки посредством анализ на честотни характеристики. Този документ е изключително полезен и съдържа описание на принципите на FRA, считаните за най-добри практики за извършване на периодични измервания, и насоки за разчитането им.

Също така CIGRE предприема мащабен проект за обследване на честотните характеристики на диелектричните компоненти в трансформатора, публикувайки през 2010 г. Технически бюлетин 414 – Диагностика на диелектрични характеристики на трансформаторни намотки. CIGRE предлага един подробен документ, описващ модела на диелектричните честотни характеристики на трансформатора, най-добрите практики за изпитвания и ръководство за интерпретация на резултатите.

IEC 60046
Серията стандарти IEC 60046, изготвени от Технически комитет 14, покриват технически аспекти в областта на трансформаторите. Стандарт IEC 60046-1 е най-актуалната ревизия за силови трансформатори, а IEC 60046-18 разглежда методологията, най-добрите практики и минималните изисквания за измервателните устройства, както и предложения за форматиране на данните, получени при SFRA изпитване.

IEC 60046-18 включва и няколко приложения. Приложение А обхваща начините на свръзки при измервания. Приложение В третира факторите, оказващи влияние върху FRA измерванията, като остатъчна магнетизация, използването на различни течности и нивото на течността в резервоара, температурата и др. Също така Приложение В включва няколко примера за реални повреди по намотките, открити при FRA изпитване. Приложение С разглежда приложимостта на FRA, а Приложение D съдържа примерни конфигурации на измерванията.

Усъвършенствани методи за диагностициране на трансформатори посредством анализ на честотните характеристики
Целите и обхватът на всеки метод за анализ на честотни характеристики трябва да бъдат напълно ясни преди избирането на най-подходящия за целта. Анализът на честотните характеристики или анализът на честотните характеристики с повишаване на честотата е изпитване за оценка на електро-механичното състояние на трансформатора чрез сравняване. Отклоненията между честотните характеристики показват механичните и/или електрическите изменения в активната част на трансформатора.

Диелектричните честотни характеристики или спектроскопията на честотни характеристики (FDS) е изпитване за оценка на общото състояние на изолацията на трансформатора, което определя следните параметри:
• процента на влагосъдържание в твърдата изолация;
• проводимостта или коефициента на разсейване на течната изолация, коригиран до 25 °C;
• термичните характеристики на диелектричните параметри при определени честоти, определящи точния коефициент на мощността или корекцията на коефициента на разсейване, която не се основава на табличните коефициенти на корекция, а на индивидуалната диелектрична характеристика на изпитвания обект;
• наличието на замърсители, създаващи смущения в диелектричната характеристика (известно още като "нетипична диелектрична характеристика") .
По-задълбочен поглед върху всяка от техниките помага за разбирането на преимуществата им.

Анализ на честотните характеристики
Съгласно теорията на управление, поведението на линейна система с един вход и един изход може да се характеризира с импулсна характеристика или нейната функция на предаване. При силовите трансформатори физическата структура на намотката може да бъде електрически изразена като сложен колебателен R-L-C контур с множество последователни и паралелни комбинации на компонентите.

Входният променливотоков сигнал, постъпващ от едната страна на намотката при определена честота, минава през сложния електрически контур на намотката, като големината и фазата на изходното напрежение се измерват от другата страна. Честотата се покачва от 20 Hz до 2 MHz. Обикновено, горна граница от 2 MHz е достатъчна за силови трансформатори, а магнитната верига реагира с ясен и възпроизводим сигнал от 20 Hz до около 2 kHz, в зависимост от вида на трансформатора. IEEE и IEC са определили референтни граници на честотните характеристики за идентифициране на отделните части на трансформатора.

Диелектрични честотни характеристики
Тази технология вече се използва от много производители на трансформатори и техническо оборудване, които извличат големи ползи от огромното количество информация, получена от уникалните и индивидуални диелектрични характеристики на трансформаторната изолация.

Процедурата на изпитване е доста сходна с тази, която се прилага за определяне коефициента на мощността или коефициента на разсейване. Основната разлика е широкочестотната лента, използвана от DFR – обикновено от 1 kHz до 1 mHz. Изпитването на трансформатори се извършва при ниско напрежение (върхово напрежение 200 V). В среда с висока степен на интерференция с усилвател на напрежението се увеличава отношението сигнал към шум. Употребата на усилвател на напрежението е от основно значение за анализа на проходните изолатори и измервателни трансформатори.

В трансформатор с две намотки чрез DFR може да се направи анализ на следните характеристики на изолацията: капацитет между високо- и нисковолтови намотки; капацитет между високоволтова намотка и земя; капацитет между нисковолтова намотка и земя; капацитети на проходни изолатори, но само ако в проходния изолатор има приспособление за изпитване; DFR само на маслени проби. Диелектричната характеристика дава подробна представа за изолационната система и позволява диференциране между състоянието на течната изолация и състоянието на твърдата изолация.

Методът DFR продължава да се усъвършенства. Част от това усъвършенстване е използването на многочестотна измервателна система, която намалява времето на изпитването с почти 40% само в честотния диапазон. Времето за изпитване е от основна важност за крайните потребители. Извършващите изпитванията трябва да са наясно с най-добрите практики на DFR изпитвания като температурна стабилност на образеца и по възможност не много ниски температури на изолацията, които водят до удължаване времето за изпитване при много ниски честоти.

Топлинното влияние измества диелектричната характеристика към по-високи честоти при по-високи температури и към по-ниски честоти при по-ниски температури. Това явление води до ново приложение - определяне термичните характеристики на диелектричните параметри като например коефициент на мощността или коефициент на разсейване. С други думи, DFR предоставя възможност за преминаване от честотния диапазон към температурния диапазон на изолацията, като може да се използва и за много точна температурна корекция на стойностите на коефициента на мощността при честотата на захранващата мрежа или извън нея.

С развитието на техниката се разработват нови технологии за изпитване, като международната общност трябва да проумее ползите и ограниченията им. Международните организации проучват процесите, като до съставянето и издаването на ново ръководство могат да минат няколко години. Това е единственият начин в един документ да бъдат събрани знанието и опитът на цялата техническа общност, която се занимава с тези дейности.