Контроль масляных распределительных трансформаторов с сердечником из аморфного сплава

Контроль масляных распределительных трансформаторов с сердечником из аморфного сплава

Введение
Распределительные трансформаторы с сердечником из аморфного сплава (АС) являются ключевым элементом современных энергосистем благодаря существенно сниженным потерям холостого хода (XX) по сравнению с традиционными трансформаторами на электротехнической стали. Эти потери могут быть ниже на 60-80%, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии в течение всего срока службы. Однако уникальные физико-механические свойства аморфных сплавов (хрупкость, чувствительность к механическим воздействиям) требуют особых подходов к проектированию, изготовлению и, что особенно важно, к контролю качества на всех этапах. Настоящая статья посвящена ключевым аспектам контроля масляных распределительных трансформаторов с сердечником из АС.

1. Объекты испытаний
Объектом контроля и испытаний являются масляные силовые трансформаторы распределительного класса (как правило, мощностью от 25 кВА до 2500 кВА, напряжением до 36 кВ), в которых основной магнитопровод выполнен из ленты аморфного сплава. Контролю подвергаются:

• Готовые трансформаторы: Полностью собранные и залитые трансформаторным маслом агрегаты перед отгрузкой заказчику.
• Активные части трансформаторов (АЧТ): Сердечник с намотанными обмотками (до заливки бака и масла).
• Ключевые компоненты:
  • Сердечник из аморфного сплава: Контролируется целостность ленты, отсутствие микротрещин и сколов, качество сборки и стяжки, геометрические параметры.
  • Обмотки (ВН и НН): Качество намотки, изоляции, паек/сварки, целостность, электрические характеристики.
  • Изоляционные конструкции: Основная изоляция (бумага, картон), барьеры, изоляционные детали.
  • Трансформаторное масло: Его электроизоляционные и эксплуатационные свойства.
  • Бак трансформатора и система охлаждения: Герметичность, отсутствие загрязнений, прочность сварных швов.

2. Область испытаний
Контроль трансформаторов с АС охватывает широкий спектр проверок, которые можно разделить на следующие области:

• Контроль качества материалов: Проверка сертификатов и свойств исходного аморфного сплава, электротехнической стали (для ярмовых накладок), изоляционных материалов, проводов обмоток, трансформаторного масла.
• Механические и визуальные проверки сердечника: Особое внимание уделяется целостности хрупкой ленты АС после нарезки и сборки, отсутствию перекосов, равномерности стяжки, отсутствию острых кромок, которые могут повредить изоляцию обмоток. Проверяется отсутствие короткозамкнутых контуров в сердечнике.
• Электрические испытания: Основной фокус на подтверждении заявленных характеристик, особенно потерь холостого хода (XX) и тока XX, так как это главное преимущество АС. Также включают стандартные испытания изоляции (сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь - tgδ, испытательное напряжение), измерение сопротивления обмоток постоянному току, проверку коэффициента трансформации и группы соединений.
• Испытания на нагрев: Определение превышения температуры обмоток и масла при номинальной нагрузке и в режиме XX.
• Контроль герметичности: Проверка бака трансформатора и всех соединений на отсутствие утечек масла.
• Акустические измерения: Контроль уровня шума (характерный "звон" сердечника АС может быть выше, требует проверки на соответствие нормам).
• Функциональный контроль: Проверка работы переключающих устройств (если есть), устройств РПН или ПБВ, сигнализации и защиты.
• Контроль чистоты: Обеспечение отсутствия посторонних частиц (металлической стружки, пыли) в активной части и баке перед заливкой масла.

3. Методы испытаний
Для контроля трансформаторов с АС применяется сочетание стандартных методов, используемых для обычных трансформаторов, и специфических методов, учитывающих особенности сердечника:

• Визуальный и размерный контроль: Тщательный осмотр сердечника (особенно торцов и мест стыков), обмоток, изоляции, бака. Измерение геометрических параметров.
• Испытания изоляции:
  • Измерение сопротивления изоляции обмоток и вводов (мегомметром).
  • Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) изоляции обмоток (мостом переменного тока).
  • Испытания повышенным напряжением промышленной частоты: между обмотками, обмотками и землей, вводов.
  • Испытания импульсным напряжением (для подтверждения стойкости к грозовым перенапряжениям).
• Измерение сопротивления обмоток постоянному току: Для выявления плохих контактов, обрывов, межвитковых замыканий.
• Испытания на потери и ток холостого хода: Критически важное испытание для трансформаторов с АС. Проводится при номинальном напряжении на одной из обмоток при разомкнутой другой. Требует высокоточных ваттметров и амперметров. Результаты сравниваются с паспортными данными. Особое внимание чистоте синусоиды питающего напряжения.
• Испытания на потери короткого замыкания (КЗ) и напряжение КЗ: Проводятся при номинальном токе в одной обмотке при короткозамкнутой другой.
• Проверка коэффициента трансформации: С помощью мостов переменного тока или метода двух вольтметров.
• Испытания на нагрев: Определение превышения температуры масла и обмоток методом непрерывной нагрузки до установившегося теплового режима или расчетным путем на основании результатов испытаний КЗ и XX.
• Измерение уровня шума: Проводится в условиях низкого фонового шума с использованием шумомеров по стандартным методикам. Учитывается специфический спектр шума сердечника АС.
• Герметичность: Испытание избыточным давлением сухого воздуха или азота с контролем падения давления, либо испытание под вакуумом.
• Хроматографический анализ газов (ХАГ) в масле: Контрольное измерение после сборки и испытаний для выявления возможных скрытых дефектов (нагрев, частичные разряды), которые могли возникнуть в процессе монтажа или испытаний. Мониторинг газовыделения особенно важен на начальном этапе эксплуатации.
• Контроль качества масла: Определение электрической прочности, tgδ, содержания влаги, кислотного числа и других параметров перед заливкой и после испытаний.

4. Испытательное оборудование
Для проведения комплексного контроля трансформаторов с АС требуется специализированное оборудование:

• Испытательные трансформаторы и генераторы: Источники переменного тока высокого напряжения для испытаний изоляции и XX.
• Генераторы импульсных напряжений: Для испытаний на стойкость к атмосферным перенапряжениям и коммутационным импульсам.
• Высокоточные измерительные системы:
  • Прецизионные ваттметры и преобразователи мощности (для точного измерения низких потерь XX).
  • Цифровые мультиметры и анализаторы мощности с широким динамическим диапазоном и высокой точностью.
  • Мосты для измерения сопротивления обмоток постоянному току (микроомметры).
  • Мосты для измерения tgδ (типа Шеринга).
  • Мегаомметры (500 В, 1000 В, 2500 В).
• Акустическое оборудование: Шумомеры с комплектом ветрозащиты и калибратором, соответствующие классу точности 1 по IEC 61672, установленные на штативах по стандартной методике.
• Оборудование для герметичности: Вакуумные насосы, манометрические системы, установки для создания избыточного давления.
• Оборудование для ХАГ: Газовые хроматографы с детекторами пламенно-ионизационным (FID) и теплопроводности (TCD) для анализа растворенных в масле газов.
• Установки для испытаний масла: Автоматические пробойники масла, анализаторы влажности масла (KF-метод), приборы для измерения tgδ масла.
• Контрольно-измерительные приборы общего назначения: Цифровые термометры (в том числе с выносными датчиками для измерения температуры обмоток методом сопротивления), таймеры, амперметры, вольтметры.
• Подъемно-транспортное оборудование: Для безопасного перемещения АЧТ и готовых трансформаторов внутри испытательной зоны.

Заключение
Контроль качества масляных распределительных трансформаторов с сердечником из аморфного сплава – сложный и многоэтапный процесс. Его эффективность определяет надежность и долговечность трансформатора, а также гарантирует достижение заявленных энергосберегающих характеристик. Особое внимание должно уделяться целостности хрупкого сердечника АС на всех этапах, а также высокоточным измерениям потерь холостого хода, которые являются ключевым показателем качества для данной технологии. Применение современного высокоточного испытательного оборудования и строгое соблюдение стандартизированных, но учитывающих специфику АС, методик испытаний обеспечивает выпуск на рынок трансформаторов, отвечающих самым высоким требованиям по эффективности и надежности.