Диагностика силовых трансформаторов по частичным разрядам¶

Диагностика силовых трансформаторов по частичным разрядам — это совокупность методов оценки технического состояния изоляции силовых трансформаторов, основанных на регистрации и анализе частичных разрядов (ЧР), возникающих в дефектных зонах изоляционной конструкции под воздействием высокого напряжения.

¶Физические основы

Частичные разряды представляют собой локальные электрические пробои газовых включений (пустот, расслоений, микротрещин) в твёрдой, жидкой или комбинированной изоляции, возникающие при напряжённости поля, превышающей электрическую прочность включения. В отличие от полного пробоя, ЧР перекрывают лишь часть изоляционного промежутка. Каждый разряд сопровождается выделением энергии, что приводит к деструкции изоляции — эрозии бумажно-масляной изоляции, выделению газов и разложению трансформаторного масла.

Интенсивность ЧР коррелирует со степенью деградации изоляции. Уровень частичных разрядов измеряется в пикокулонах (пКл) — величине кажущегося заряда. Для силовых трансформаторов допустимые значения ЧР регламентируются нормативными документами (например, ГОСТ Р 55191-2012, МЭК 60270) и зависят от класса напряжения.

¶Причины возникновения

Основными причинами возникновения ЧР в силовых трансформаторах являются:

• увлажнение изоляции (снижение электрической прочности);
• старение бумажно-масляной изоляции с выделением газов;
• дефекты изготовления (расслоения, воздушные включения, острые кромки);
• загрязнение масла твёрдыми частицами и влагой;
• деформация обмоток при токах короткого замыкания;
• ослабление прессовки обмоток и вибрация.

¶Методы регистрации ЧР

¶Электрические методы

Электрический метод основан на регистрации импульсов тока в цепи заземления нейтрали или на вводах трансформатора с помощью высокочастотных датчиков (пояс Роговского, трансформаторы тока высокой частоты). Регистрация ведётся в диапазоне частот от десятков кГц до десятков МГц. Метод позволяет определить амплитуду, фазу и частоту повторения ЧР, однако требует отстройки от помех (коронирование, коммутационные процессы, внешние электромагнитные поля).

¶Ультразвуковые методы

Ультразвуковой метод (акустическая эмиссия) базируется на регистрации упругих колебаний, возникающих при разряде, с помощью пьезоэлектрических датчиков, устанавливаемых на стенке бака. Позволяет локализовать источник ЧР с точностью до нескольких сантиметров. Недостатком является затухание сигнала при прохождении через обмотки и конструктивные элементы.

¶Высокочастотные методы (UHF)

Регистрация электромагнитного излучения в диапазоне 300–3000 МГц с помощью антенных датчиков, устанавливаемых в дренажные краны или смотровые люки. Метод обладает высокой помехоустойчивостью и чувствительностью, применим для контроля трансформаторов в реальном времени.

¶Хроматографический метод

Анализ растворённых в масле газов (водород, метан, этан, ацетилен, этилен) позволяет косвенно судить о наличии ЧР. Повышенное содержание водорода и ацетилена указывает на электрические разряды. Метод используется как скрининговый при периодическом контроле.

¶Аппаратура и организация мониторинга

Для диагностики применяются как переносные приборы (например, частичные разряды измеряются с помощью портативных анализаторов ЧР), так и стационарные системы непрерывного мониторинга, встраиваемые в трансформатор. Системы мониторинга включают датчики, блоки обработки сигналов, программное обеспечение для анализа трендов и автоматического формирования заключений.

Периодический контроль проводится в рамках планово-предупредительных ремонтов, а непрерывный мониторинг — на трансформаторах ответственных подстанций, сверхвысокого напряжения и выработавших нормативный ресурс.

¶Оценка состояния и нормативы

Критерии оценки состояния изоляции по ЧР:

• при кажущемся заряде до 100 пКл состояние считается удовлетворительным;
• 100–500 пКл — требует усиленного контроля;
• свыше 500 пКл — дефект считается развивающимся, требуется вывод в ремонт.

При интерпретации результатов учитывают тенденцию роста уровня ЧР во времени, фазовое распределение разрядов (корона, поверхностные разряды, внутренние пустоты) и сопоставление с результатами хроматографического анализа масла.

¶Преимущества и ограничения

Преимущества метода: высокая чувствительность к ранним стадиям дефектов, возможность локализации повреждения, применимость без вывода трансформатора из работы. Ограничения: сложность отстройки от помех, необходимость квалифицированного персонала для интерпретации, зависимость результатов от конструкции трансформатора и места установки датчиков.

¶Источники

• ГОСТ Р 55191-2012 «Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов».
• МЭК 60270:2000 «High-voltage test techniques — Partial discharge measurements».
• РД 153-34.0-46.302-00 «Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворённых в масле».
• Сви П. М. «Контроль изоляции оборудования высокого напряжения». — М.: Энергоатомиздат, 1988.