Испытание силовых трансформаторов, реакторов, источников питания и их комбинированное испытание

Испытание силовых трансформаторов, реакторов, источников питания и их комбинированное испытание

Введение
Надежная и безопасная работа электроэнергетических систем и промышленных установок критически зависит от исправности ключевых компонентов, таких как силовые трансформаторы, реакторы и источники питания. Проведение комплексных испытаний как этих устройств по отдельности, так и их комбинаций является обязательным элементом обеспечения качества на всех этапах жизненного цикла: от приемки после изготовления или ремонта до ввода в эксплуатацию и периодического контроля в процессе работы. Данная статья охватывает основные аспекты таких испытаний.

1. Объекты испытаний

• Силовые трансформаторы:
  • Активная часть (магнитопровод, обмотки).
  • Система изоляции (межвитковая, межслойная, главная изоляция обмотка-земля/обмотка-обмотка, барьеры, экраны).
  • Встроенные трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН).
  • Система охлаждения (радиаторы, вентиляторы, насосы для масляного охлаждения).
  • Переключающие устройства (РПН, ПБВ).
  • Вспомогательные цепи управления и сигнализации.
  • Бак, расширитель, масло (если применимо), газовое реле.
• Реакторы (силовые, токоограничивающие, дугогасящие, фильтровые):
  • Обмотка (проводник, изоляция провода).
  • Магнитопровод (если применимо, особенно для управляемых реакторов).
  • Система изоляции (межвитковая, на землю, между секциями).
  • Система охлаждения.
  • Конструктивные элементы (опорная изоляция, крепеж).
  • Встроенные датчики (температуры, вибрации).
• Источники питания (резервные, бесперебойные - ИБП, выпрямители, преобразователи частоты):
  • Входные цепи (фильтры, выпрямители).
  • Силовой инвертор / преобразователь.
  • Аккумуляторная батарея и схема ее заряда/контроля.
  • Статический байпас и автоматический переключатель.
  • Выходные цепи (фильтры, стабилизация).
  • Система управления и мониторинга.
  • Система охлаждения.
• Комбинированные системы:
  • Связка "Трансформатор - Реактор" (например, входной трансформатор и сглаживающий реактор для преобразователя).
  • Связка "Трансформатор - Источник питания" (например, входной трансформатор для ИБП, трансформатор гальванической развязки в схеме ИБП).
  • Связка "Источник питания - Реактор" (например, выходной фильтровый реактор ИБП).
  • Комплексные энергоблоки, включающие несколько типов устройств, работающих совместно (например, силовой трансформатор, реактор компенсации реактивной мощности и система АВР с ИБП для собственных нужд).

2. Область испытаний

Испытания охватывают широкий спектр параметров и характеристик для подтверждения:

• Соответствия нормам и стандартам: ГОСТ, МЭК и другим национальным или отраслевым стандартам на этапах приемосдаточных и типовых испытаний.
• Электрической прочности: Способности изоляции выдерживать рабочие и перенапряжения (импульсные, промышленной частоты).
• Правильности конструкции и изготовления: Контроль правильности соединений обмоток (коэффициент трансформации, групп соединений трансформаторов), отсутствия витковых замыканий, целостности магнитопровода.
• Электрических характеристик: Активное и индуктивное сопротивление обмоток, потери холостого хода и короткого замыкания (для трансформаторов/реакторов), выходные характеристики источников питания (напряжение, ток, частота, стабильность, КПД, коэффициент мощности).
• Функциональности и надежности: Работоспособность систем охлаждения, переключающих устройств РПН/ПБВ, устройств защиты, контроля и сигнализации, алгоритмов работы источников питания (переключение на батарею, обратно, байпас).
• Тепловых характеристик: Способность рассеивать потери без превышения допустимых температур.
• Безопасности эксплуатации: Герметичность масляных систем, срабатывание защитных устройств (газовое реле, термосигнализация), безопасность при касании.
• Электромагнитной совместимости (ЭМС): Уровень генерируемых помех и помехоустойчивость (особенно критично для источников питания).
• Совместимости и корректного взаимодействия: Для комбинированных систем проверяется взаимное влияние компонентов, стабильность работы в различных режимах (включение, выключение, переходные процессы, аварийные режимы), правильность работы интерфейсов управления и защиты.

3. Методы испытаний

Методы испытаний выбираются в зависимости от типа оборудования, этапа испытаний и проверяемых параметров:

• Общие методы для трансформаторов и реакторов:
  • Измерение сопротивления обмоток постоянному току: Выявление плохих контактов, обрывов.
  • Измерение коэффициента трансформации и проверка группы соединений (для трансформаторов): Контроль правильности намотки и сборки.
  • Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты: Проверка главной изоляции (обмотка-земля, обмотка-обмотка).
  • Испытание изоляции повышенным импульсным напряжением (полным и срезанным): Проверка стойкости к коммутационным и атмосферным перенапряжениям.
  • Измерение сопротивления изоляции (Мегомметрия): Оценка состояния поверхностной и объемной изоляции.
  • Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ): Чувствительный метод оценки увлажнения и старения изоляции (особенно маслобарьерной).
  • Измерение потерь холостого хода и тока холостого хода: Выявление дефектов магнитопровода и качества сборки.
  • Измерение потерь короткого замыкания и напряжения короткого замыкания: Определение характеристик при нагрузке, расчет КПД, нагрев.
  • Частотный анализ отклика (FRA - Frequency Response Analysis): Выявление механических деформаций обмоток и магнитопровода путем сравнения АЧХ "до" и "после".
  • Хроматографический анализ газов (ДГА - для масляных): Диагностика скрытых дефектов по составу растворенных в масле газов.
  • Испытания переключающих устройств (РПН/ПБВ): Проверка переходных сопротивлений, правильности работы под нагрузкой и без, синхронности переключения.
• Специфические методы для источников питания:
  • Проверка стабильности выходного напряжения/тока/частоты при изменении нагрузки (от 0% до 100% и скачкообразно).
  • Проверка стабильности при изменении входного напряжения в заданном диапазоне.
  • Измерение времени переключения на батарею и обратно.
  • Проверка работы статического и механического байпаса.
  • Тестирование режимов зарядки и разрядки аккумуляторной батареи.
  • Измерение КПД и коэффициента мощности на разных нагрузках.
  • Испытания на ЭМС (эмиссия помех, помехоустойчивость).
  • Функциональное тестирование системы управления, защиты и сигнализации.
  • Тепловизионный контроль при полной нагрузке.
• Методы для комбинированных испытаний:
  • Комплексные электрические измерения во всех точках интерфейса: Напряжения, токи, мощности, гармоники в режимах запуска, нормальной работы, изменения нагрузки, отключения.
  • Анализ переходных процессов: При включении/выключении отдельных компонентов или всей системы, при коротких замыканиях на стороне нагрузки или ввода.
  • Функциональное тестирование совместной работы: Проверка алгоритмов взаимодействия систем управления и защиты разных устройств (например, как источник питания реагирует на срабатывание защиты трансформатора).
  • Тепловые испытания: Контроль температурных режимов всех компонентов системы при совместной длительной работе на номинальной и перегрузочной мощности.
  • Проверка помехоустойчивости системы в целом.
  • Моделирование аварийных ситуаций: Отключение одного из компонентов, обрывы фаз, глубокие просадки напряжения на вводе.

4. Испытательное оборудование

Для проведения указанных испытаний требуется специализированное оборудование:

• Универсальное оборудование:
  • Мультиметры (цифровые).
  • Мощные регулируемые источники переменного и постоянного напряжения/тока.
  • Измерители сопротивления изоляции (мегаомметры) (до 10 кВ).
  • Мостовые установки для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь (типа моста Шеринга).
  • Осциллографы (в т.ч. с памятью и анализаторами гармоник).
  • Анализаторы качества электроэнергии (измерение U, I, P, Q, S, cosφ, частоты, гармоник, фликера, несимметрии).
  • Тепловизоры.
  • Нагрузочные устройства (активные и пассивные, резистивные, индуктивные, емкостные).
• Специализированное оборудование для высоковольтных испытаний:
  • Испытательные трансформаторы повышенной частоты и промышленной частоты (до сотен кВ).
  • Генераторы импульсных напряжений (для испытаний грозовыми и коммутационными импульсами).
  • Установки для измерения частичных разрядов (ЧР).
• Оборудование для испытаний трансформаторов/реакторов:
  • Измерители коэффициента трансформации и группы соединений.
  • Микроомметры.
  • Анализаторы цепей (FRA-анализаторы).
  • Хроматографы для анализа растворенных газов (ДГА).
  • Испытательные установки для РПН/ПБВ.
• Оборудование для испытаний источников питания:
  • Программируемые электронные нагрузки.
  • Анализаторы источников питания (специализированные приборы для измерения динамических и статических параметров ИБП, источников постоянного тока).
  • Тестеры аккумуляторных батарей (разрядные устройства, анализаторы импеданса).
  • Оборудование для испытаний ЭМС (измерительные приемники, генераторы помех, LISN, экранированные камеры).
• Оборудование для комбинированных испытаний:
  • Комплексные системы сбора данных (SCADA) с множеством синхронизированных каналов измерения.
  • Мощные коммутационные устройства для моделирования аварий.
  • Системы автоматизированного управления испытаниями и анализа результатов.

Заключение
Испытания силовых трансформаторов, реакторов, источников питания и их комбинаций представляют собой сложный и многогранный процесс, требующий глубокого понимания принципов работы оборудования, норм и стандартов, а также владения широким арсеналом методов и специализированных средств измерений. Тщательное проведение приемочных, типовых, периодических и эксплуатационных испытаний гарантирует не только соответствие оборудования техническим требованиям, но и его надежную, безопасную и долговременную работу в составе электроэнергетической системы или промышленной установки. Особое внимание при комбинированных испытаниях должно уделяться проверке взаимодействия компонентов, что является залогом стабильности всей системы в целом.