Контроль сухого распределительного трансформатора с аморфным сплавовым сердечником

Контроль сухого распределительного трансформатора с аморфным сплавовым сердечником

Введение
Сухие распределительные трансформаторы с сердечниками из аморфного металлического сплава (АМС) представляют собой значительный шаг вперед в повышении энергоэффективности распределительных сетей. Их ключевое преимущество – исключительно низкие потери холостого хода (XX), достигающие значений на 60-80% ниже, чем у традиционных трансформаторов с сердечником из холоднокатаной электротехнической стали (ХКЛ). Это достигается благодаря уникальной атомной структуре аморфного сплава, которая минимизирует гистерезисные потери. Однако, специфические свойства аморфного сплава (хрупкость, чувствительность к механическим воздействиям, особенности намотки) требуют особого подхода к контролю качества на этапах производства и приемо-сдаточных испытаний. Данная статья освещает основные аспекты контроля таких трансформаторов.

1. Объекты испытаний
Основным объектом контроля является готовый сухой распределительный трансформатор (как правило, масштаба до 2500 кВА, напряжением до 36 кВ) с магнитопроводом, полностью выполненным из ленты аморфного сплава. Контролю подлежат:

• Магнитопровод (сердечник): Геометрическая целостность пакетов (ламинирование), отсутствие механических повреждений ленты (заломы, трещины), отсутствие или минимальность зазоров в местах стыков, качество стяжки (равномерность затяжки, отсутствие перекосов, целостность изоляционных элементов стяжки).
• Обмотки (ВН и НН): Целостность электрической изоляции (междувитковой, междуслойной, основной), правильность соединений и ответвлений, механическая прочность крепления.
• Система охлаждения: Проходимость вентиляционных каналов, работоспособность вентиляторов (если предусмотрены), эффективность отвода тепла.
• Система изоляции: Качество литья или пропитки (для литых или пропитанных обмоток), целостность и отсутствие загрязнений на внешних изоляционных поверхностях.
• Корпус и крепеж: Надежность заземления, прочность крепления активной части, защита от внешних воздействий (IP), отсутствие вибраций.
• Электрические характеристики: Потери XX, потери короткого замыкания (КЗ), ток XX, напряжение КЗ, сопротивление обмоток постоянному току, коэффициент трансформации, диэлектрическая прочность изоляции.
• Акустические характеристики: Уровень шума (особенно на XX).

2. Область испытаний
Контроль трансформаторов с АМС сердечником охватывает следующие ключевые области:

• Контроль технологических процессов сборки сердечника: Особое внимание уделяется процессам размотки ленты из рулона, укладки и формирования пакетов магнитопровода, стяжки и фиксации для предотвращения повреждений хрупкой ленты АМС и минимизации механических напряжений.
• Механическая целостность активной части: Оценка устойчивости активной части (сердечник с обмотками) к вибрациям и ударным воздействиям во время эксплуатации и транспортировки. Проверка надежности всех креплений.
• Электрическая прочность и параметры: Подтверждение соответствия электрических характеристик (потери XX и КЗ, ток XX, Uкз и др.) заявленным значениям и требованиям стандартов. Гарантия диэлектрической надежности изоляции на протяжении всего срока службы.
• Тепловые характеристики: Оценка способности трансформатора рассеивать выделяемое тепло при номинальной нагрузке и в режимах перегрузки без превышения допустимых температур нагрева изоляции.
• Акустический шум: Подтверждение соответствия уровня шума, особенно в режиме холостого хода, нормативным требованиям. Сердечники из АМС могут иметь специфический акустический спектр из-за магнитострикции.
• Эксплуатационная надежность и долговечность: Оценка способности трансформатора сохранять свои характеристики (прежде всего низкие потери XX) и надежно работать в течение расчетного срока службы в условиях реальной эксплуатации (перепады напряжения, нагрузки, климатические воздействия).
• Экологичность: Косвенный критерий, подтверждаемый низкими потерями XX, что ведет к снижению выбросов CO2 на генерирующих мощностях.

3. Методы испытаний
Для всестороннего контроля применяются следующие методы:

• Визуальный и размерный контроль: Тщательный осмотр сердечника на отсутствие повреждений ленты, правильность сборки пакетов, контроль геометрии и зазоров. Осмотр обмоток, соединений, крепежа, корпуса.
• Измерение сопротивления изоляции (Мегомметрия): Тест выполняется мегомметром при постоянном напряжении (обычно 2500 В или 5000 В) между обмотками и землей, между обмотками ВН и НН, а также между слоями/секциями внутри обмоток (если доступны выводы). Оценивается значение Rиз60 и коэффициент абсорбции (R60"/R15").
• Измерение сопротивления обмоток постоянному току: Точное измерение омметром (мостом) сопротивления каждой обмотки на всех ответвлениях. Необходимо для расчета потерь КЗ и как базовое значение для диагностики в будущем.
• Испытание повышенным напряжением промышленной частоты: Приложение повышенного переменного напряжения (50 Гц) к изоляции согласно стандартам для проверки её электрической прочности (между обмотками, обмотками и землей, междувитковая – косвенно методом индуцированного напряжения).
• Испытание импульсным напряжением (для трансформаторов ВН): Моделирование грозовых перенапряжений подачей стандартных грозовых импульсов (1,2/50 мкс) на вводы ВН для проверки стойкости основной изоляции.
• Измерение коэффициента трансформации и группы соединений: Проверка с помощью трансформаторного тестера или мостовых схем на всех ответвлениях.
• Измерение потерь и тока холостого хода: Один из КЛЮЧЕВЫХ тестов. Трансформатор возбуждается номинальным напряжением на одной из обмоток (обычно НН), остальные обмотки разомкнуты. Точными ваттметрами и амперметрами измеряются мощность потерь Pхх и ток Iхх. Результаты сравниваются с паспортными данными.
• Измерение потерь и напряжения короткого замыкания: На одну из обмоток (обычно ВН) подается пониженное напряжение такой величины, чтобы в замкнутой накоротко другой обмотке протекал номинальный ток. Измеряются мощность потерь Pкз и приложенное напряжение Uкз (в % от номинального).
• Испытание на нагрев (Тепловой пробег): Проверка теплового режима трансформатора под нагрузкой (достижение установившейся температуры) для подтверждения правильности проектных расчетов охлаждения и класса нагревостойкости изоляции.
• Измерение уровня шума: Проводится в специальных условиях (полубезэховая камера или на открытом испытательном поле) с помощью прецизионных шумомеров в соответствии со стандартными методиками, отдельно для режимов ХХ и КЗ.
• Частичный разряд (ЧР, при наличии оборудования): Чувствительный метод диагностики состояния внутренней изоляции, выявляющий локальные дефекты по возникновению частичных разрядов при подаче повышенного напряжения.
• Виброакустический контроль (при необходимости): Оценка вибраций на поверхности бака и их спектра для выявления потенциальных механических проблем (ослабление стяжек сердечника, резонансы).

4. Испытательное оборудование
Комплексный контроль трансформаторов с АМС сердечником требует применения специализированного оборудования:

• Многофункциональные измерительные системы для трансформаторов: Автоматизированные стенды, объединяющие функции измерения сопротивления обмоток (Rпост), коэффициента трансформации (Kтр), потерь ХХ (Pхх, Iхх), потерь КЗ (Pкз, Uкз), мегомметрии. Обеспечивают высокую точность и автоматизацию расчетов.
• Испытательные трансформаторы и регулируемые источники высокого напряжения: Для проведения испытаний повышенным напряжением промышленной частоты (до 100 кВ и выше в зависимости от класса напряжения ИТ) и индуцированным напряжением.
• Генераторы импульсных напряжений: Для испытаний грозовыми импульсами (стандартная форма 1,2/50 мкс).
• Высоковольтные делители напряжения и измерители: Точное измерение приложенных высоких напряжений.
• Прецизионные ваттметры: Для точного измерения малых мощностей потерь ХХ (особенно критично из-за их низких значений).
• Мосты сопротивления / микроомметры: Прецизионные приборы для измерения малых сопротивлений обмоток постоянному току.
• Мегаомметры: Приборы для измерения сопротивления изоляции на высоких постоянных напряжениях (500 В, 1000 В, 2500 В, 5000 В).
• Измерители коэффициента трансформации и группы соединений: Автономные приборы или модули в составе комплексных систем.
• Анализаторы частичных разрядов: Чувствительные системы с датчиками (емкостными, акустическими) и программным обеспечением для детектирования и локализации ЧР.
• Акустические измерительные системы: Прецизионные шумомеры (класс 1), калибраторы, ветрозащиты, измерительные микрофоны, а также программное обеспечение для спектрального анализа шума.
• Виброметры/Анализаторы вибрации: Для оценки механических вибраций активной части.
• Системы термометрии: Термопары, инфракрасные пирометры или тепловизоры для контроля температуры в различных точках трансформатора во время теплового испытания.
• Контрольно-измерительные приборы общего назначения: Мультиметры, осциллографы, источники питания.

Заключение
Контроль сухих распределительных трансформаторов с сердечником из аморфного металлического сплава требует повышенного внимания к механической сохранности хрупкого магнитопровода на всех этапах, а также применения высокоточных методов измерения ключевых параметров, особенно потерь холостого хода. Комплексный подход, охватывающий визуальный контроль, стандартные электрические испытания (с акцентом на точность измерений Pхх), проверку диэлектрической прочности, тепловых и акустических характеристик, позволяет гарантировать выдающиеся энергосберегающие свойства и высокую надежность этих современных энергоэффективных устройств на протяжении всего срока их службы. Стандартизация методов испытаний и использование современного прецизионного оборудования являются залогом объективной оценки качества продукции.