Cum verificați miezul unui transformator de distribuție a energiei și care sunt semnele de avertizare?

Miezul transformatorului de distribuție a puterii este inima magnetică a uneia dintre cele mai critice componente din orice rețea de distribuție electrică. Fie că este instalat într-o substație de utilități, într-o instalație industrială sau într-o cameră de putere a clădirii comerciale, miezul transformatorului îndeplinește funcția fundamentală de a transfera energie electrică între înfășurările primare și secundare prin flux magnetic - iar starea sa determină în mod direct eficiența transformatorului, performanța termică și durata de viață. Verificarea unui transformator și evaluarea în mod specific a stării de sănătate a miezului său este un proces structurat care combină inspecția vizuală, testarea electrică și analiza uleiului într-o imagine coerentă a stării curente a unității și a duratei de viață rămase. Acest articol acoperă cum să verificați corect un transformator de distribuție a energiei, care este rolul miezului în sănătatea transformatorului și ce rezultate specifice testelor indică dezvoltarea problemelor înainte ca acestea să devină defecțiuni.

Ce face miezul transformatorului de distribuție a puterii și de ce se degradează

The miezul transformatorului este un teanc de foi de oțel siliciu laminat subțire – de obicei cu o grosime de 0,23 mm până la 0,35 mm – asamblate într-o formă geometrică specifică (de tip miez sau de tip înveliș) care oferă o cale magnetică cu reluctanță scăzută pentru fluxul alternant generat de înfășurarea primară. Fiecare laminare este acoperită cu un lac izolator subțire sau un strat de oxid care împiedică curgerea curenților turbionari între foile adiacente. Fără această laminare, câmpul magnetic alternativ ar induce curenți mari de circulație într-un miez solid de oțel, transformând energia electrică în căldură, mai degrabă decât în ​​flux magnetic util - un efect numit pierdere de curent turbionar care ar face transformatorul inacceptabil din punct de vedere termic și extrem de ineficient.

Pe lângă pierderile de curenți turbionari, miezurile transformatorului sunt supuse pierderilor de histerezis - energie disipată sub formă de căldură de fiecare dată când domeniile magnetice din oțelul cu siliciu sunt realiniate de câmpul alternativ, care apare de 50 sau 60 de ori pe secundă în mod continuu pe toată durata de viață a transformatorului. Miezurile moderne de oțel siliciu orientate pe granule sunt fabricate cu orientarea cristalului controlată cu atenție pentru a minimiza pierderile de histerezis, dar efectul cumulat al deceniilor de cicluri magnetice, stres termic și vibrații mecanice degradează treptat izolația de laminare a miezului, schimbă alinierea laminarii și poate produce creșteri progresive ale eficienței miezului transformatorului și creșterea temperaturii de funcționare. Înțelegerea acestui mecanism de degradare este fundamentul pentru înțelegerea de ce testarea regulată a parametrilor electrici ai miezului contează atât de mult în programele de întreținere a transformatoarelor.

Inspecția vizuală și fizică: punctul de plecare

Înainte de a efectua orice testare electrică, o inspecție vizuală și fizică amănunțită a transformatorului oferă informații calitative care ghidează domeniul de aplicare și urgența testelor electrice ulterioare. Pentru transformatoarele de distribuție umplute cu ulei, inspecția vizuală acoperă atât ansamblul rezervorului extern, cât și, acolo unde accesul permite în timpul întreruperilor de întreținere, ansamblul miez și bobină.

• Nivelul și starea uleiului: Verificați indicatorul nivelului de ulei - nivelul scăzut de ulei într-un transformator umplut cu ulei expune miezul și înfășurările la aer și umiditate, accelerând degradarea izolației. Uleiul decolorat (maro închis sau negru mai degrabă decât chihlimbar deschis) indică îmbătrânirea termică sau formarea arcului în rezervor. Uleiul care pare lăptos sau tulbure indică contaminarea apei, ceea ce reduce drastic rezistența dielectrică și accelerează coroziunea laminarea miezului.
• Stare bucșă: Inspectați bucșele de înaltă și joasă tensiune pentru fisuri, urme de urmărire (drîuri carbonizate întunecate care indică strălucirea suprafeței), pete de ulei în jurul flanșei (indicând defecțiunea etanșării) sau aripioare de porțelan deteriorate. Defectarea bucșei este una dintre principalele cauze ale defecțiunii transformatorului în funcționare și este aproape întotdeauna precedată de degradarea vizibilă a suprafeței detectabilă în timpul inspecției de rutină.
• Stare rezervor si radiator: Verificați dacă există scurgeri de ulei la cordonurile de sudură, garniturile, supapele de scurgere și conexiunile radiatorului. Urmele de rugină de sub fitinguri indică scurgeri minore cronice. Verificați aripioarele radiatorului pentru deteriorarea sau blocarea de la reziduuri - radiatoarele blocate reduc eficiența răcirii și cresc temperaturile de funcționare a miezului și înfășurării, accelerând îmbătrânirea izolației.
• Dispozitiv de reducere a presiunii și releu Buchholz: Verificați că dispozitivul de reducere a presiunii nu a funcționat (care ar lăsa un indicator vizibil sau semne de ejectare a uleiului). Verificați vizorul releului Buchholz pentru acumulare de gaz - chiar și cantități mici de gaz în releul Buchholz indică arcul intern sau descompunerea termică a uleiului sau a izolației din rezervor, ceea ce necesită prelevarea imediată de ulei și analiza gazului dizolvat.
• Conexiune la masă miez: La transformatoarele în care firul de împământare a miezului este adus la o bornă de testare de pe exteriorul rezervorului, verificați conexiunea să fie intactă și să se conecteze la pământ printr-o cale măsurabilă, dar cu rezistență scăzută. Miezul trebuie împământat exact într-un punct pentru a preveni potențialul de plutire; o împământare ruptă a miezului sau un al doilea punct de împământare accidental sunt ambele condiții de defecțiune pe care testarea electrică le va confirma ulterior.

Cum să verificați un transformator: teste electrice specifice miezului

Testarea electrică a unui transformator de distribuție a puterii oferă date cantitative despre starea miezului, înfășurărilor și a sistemului de izolație. Următoarele teste sunt relevante în mod specific pentru evaluarea stării de bază și ar trebui să facă parte din orice program cuprinzător de inspecție a transformatorului.

Test de rezistență la izolație a miezului (testul la sol a miezului)

Testul de rezistență de izolație a miezului - numit și testul de împământare a miezului sau testul de miez de miez - măsoară rezistența de izolație dintre miezul transformatorului și rezervor (împământare). La un transformator sănătos, miezul este izolat de rezervor peste tot, cu excepția punctului unic de împământare intenționat. Testul se efectuează prin izolarea firului de împământare a miezului (dacă designul transformatorului îl aduce la o bornă externă), aplicând o tensiune de testare DC (de obicei 500 V sau 1.000 V de la un contor de rezistență de izolație - un "megger") și măsurarea rezistenței rezultate. Un miez sănătos va afișa de obicei valori de rezistență de izolație în intervalul de la sute de megaohmi până la câțiva gigaohmi. Valorile sub 1 MΩ indică o defecțiune — fie un al doilea punct de contact neintenționat între miez și rezervor (o condiție de „miez scurtat”) sau contaminare severă cu umiditate în izolația de laminare a miezului. Miezurile scurtate provoacă curenți circulanți care generează încălzire localizată detectabilă prin imagistică termică sau analiză a gazelor dizolvate, dar nu întotdeauna prin testarea rezistenței înfășurării sau a raportului de rotație.

Test de pierdere fără sarcină (pierderea miezului).

Testul de pierdere fără sarcină - numit și test de pierdere de excitație sau de pierdere de fier - măsoară puterea consumată de miezul transformatorului atunci când tensiunea nominală este aplicată înfășurării primare cu secundarul în circuit deschis. În condiții de gol, singura putere extrasă de la sursă este destinată depășirii histerezii miezului și a pierderilor de curent turbionar, plus o cantitate mică de pierdere de cupru în înfășurarea primară (care este scăzută sau neglijabilă la tensiunea nominală). Pierderea fără sarcină este măsurată în wați sau kilowați și comparată cu valoarea raportului de testare din fabrică a producătorului pentru aceeași unitate. O creștere a pierderii fără sarcină peste linia de bază din fabrică de peste 10 până la 15% indică o deteriorare a miezului - de obicei din cauza defecțiunii izolației interlaminare care provoacă căi crescute ale curenților turbionari sau din cauza deteriorării miezului care a modificat distribuția fluxului în interiorul miezului. Acest test necesită punerea sub tensiune a transformatorului la tensiunea și frecvența nominală, deci se efectuează în timpul întreruperilor programate de întreținere când transformatorul poate fi conectat la o sursă de alimentare, rămânând izolat de sarcina rețelei de distribuție.

Test de curent de excitație

Testarea curentului de excitație se efectuează simultan cu testul de pierdere în gol și măsoară curentul absorbit de fiecare fază a înfășurării primare în condiții de tensiune nominală fără sarcină. Curentul de excitație (numit și curent de magnetizare) reprezintă curentul necesar stabilirii fluxului magnetic în miez. Într-un transformator trifazat sănătos, curentul de excitație în membrele exterioare (picioarele) miezului este de obicei mai mare decât în ​​partea centrală din cauza asimetriei lungimii căii magnetice a miezului - un model așteptat și normal. O asimetrie semnificativă dincolo de modelul așteptat sau o creștere marcată a curentului de excitație pe una sau mai multe faze în comparație cu valorile liniei de bază din fabrică pot indica deteriorarea localizată a miezului, scurtcircuitații în înfășurarea primară sau deteriorarea fizică a geometriei miezului din cauza transportului sau a evenimentelor seismice. Compararea rezultatelor testelor cu raportul original al testului din fabrică este esențială pentru o interpretare semnificativă - valorile curentului de excitație izolate au o valoare de diagnostic limitată fără referința de referință.

Analiza gazelor dizolvate (DGA) pentru detectarea defecțiunilor centrale

Analiza gazelor dizolvate a uleiului izolator al transformatorului este cel mai puternic instrument de diagnosticare pentru detectarea defecțiunilor în curs de dezvoltare la transformatoarele de distribuție umplute cu ulei, inclusiv defecțiunile legate de miez. Când apare o activitate termică sau electrică anormală în rezervorul transformatorului - fie din laminarea miezului scurtcircuitat, descărcare parțială, arc sau defecțiuni de înfășurare - energia descompune uleiul izolator din jur și izolația de celuloză în amestecuri de gaze caracteristice. Aceste gaze se dizolvă în ulei și pot fi extrase și cuantificate prin analiza de laborator a unei probe de ulei.

Pentru detectarea defecțiunilor specifice miezului, hidrogenul și metanul crescut cu etilenă moderată - modelul asociat cu defecțiunile termice la temperaturi relativ scăzute - este semnătura caracteristică a laminărilor miezului scurtcircuitat care generează puncte fierbinți localizate în ulei. Standardele IEC 60599 și IEEE C57.104 oferă cadre de interpretare (inclusiv triunghiul Duval și metodele cheie ale raportului de gaz) pentru diagnosticarea tipului de defecțiune din rezultatele DGA. Tendința rezultatelor DGA de-a lungul timpului - compararea rezultatelor actuale cu mostrele anterioare - este mai valoroasă din punct de vedere diagnostic decât o singură probă, deoarece rata de generare a gazului este la fel de informativă ca și concentrațiile absolute de gaz în identificarea defecțiunilor active versus istorice.

Teste suplimentare pentru o evaluare completă a stării de sănătate a transformatorului

În timp ce testele specifice miezului de mai sus se adresează direct miezului transformatorului, o evaluare completă a modului de verificare a unui transformator necesită teste suplimentare care evaluează sistemul de înfășurare și izolație alături de miez. Aceste teste oferă informații de diagnostic complementare și sunt componente standard ale oricărei inspecții complete ale transformatorului.

Test de rezistență a izolației înfășurării

Testarea rezistenței de izolație a înfășurărilor măsoară rezistența DC între înfășurările de înaltă și joasă tensiune și între fiecare înfășurare și masă (rezervor). Testele sunt efectuate folosind un contor de rezistență de izolație la 2.500 V sau 5.000 V pentru transformatoarele de distribuție de medie și înaltă tensiune. Indicele de polarizare (PI) - raportul dintre citirea rezistenței de izolație de 10 minute și citirea de 1 minut - oferă un indicator mai robust al stării de izolație decât o valoare a rezistenței într-un singur punct, deoarece reflectă caracteristicile de absorbție dielectrică a izolației, mai degrabă decât doar rezistența sa instantanee. Un PI de 2,0 sau mai mult indică, în general, o stare de izolație acceptabilă; valorile sub 1,5 sugerează contaminarea cu umiditate sau degradarea semnificativă a izolației care necesită investigații suplimentare înainte de a readuce transformatorul în funcțiune.

Testul raportului de viraje

Testul raportului de spire verifică dacă raportul dintre spirele primare și secundare - și, prin urmare, raportul de transformare a tensiunii al transformatorului - se potrivește cu specificațiile de pe plăcuță în limitele toleranței acceptabile (de obicei ±0,5% pentru transformatoarele de distribuție). Testul este efectuat folosind un contor al raportului de spire al transformatorului (TTR) care aplică un semnal de curent alternativ de joasă tensiune înfășurării primare și măsoară tensiunea secundară rezultată, calculând direct raportul de spire. Abaterea de la raportul de pe plăcuța de identificare indică spire scurtcircuitate fie în înfășurarea primară, fie în cea secundară - o condiție care crește pierderile de cupru din înfășurare, reduce performanța de reglare a tensiunii și, dacă este progresivă, va duce în cele din urmă la defecțiunea termică a regiunii de spire scurtcircuitată. Testarea raportului de întoarcere este rapidă și nedistructivă și oferă o verificare definitivă a integrității înfășurării, care completează rezistența izolației și datele DGA.

Test de rezistență la bobinaj DC

Măsurarea rezistenței de curent continuu a fiecărei înfășurări la o temperatură cunoscută și compararea cu datele de testare din fabrică (corectate la aceeași temperatură de referință) identifică conexiunile de înaltă rezistență la contactele comutatorului de prize, conexiunile cablurilor sau bornele bucșei, precum și condițiile de circuit deschis pe căile de înfășurare paralele. Măsurătorile rezistenței DC sunt de obicei efectuate folosind un micro-ohmmetru de precizie capabil să măsoare cu precizie rezistențele la nivel de miliohmi. Creșterile de rezistență cu mai mult de 2 până la 3% peste linia de bază corectată în orice fază indică dezvoltarea unor probleme de conectare care vor genera căldură sub sarcină și, dacă nu sunt abordate, vor duce la defectarea conexiunii sau deteriorarea termică a izolației adiacente.

Construirea unui program de inspecție și testare a transformatorului

Frecvența și domeniul de testare a transformatorului ar trebui să fie determinate de criticitatea unității, vechimea, istoricul de încărcare, expunerea la mediu și rezultatele inspecțiilor anterioare. Următorul cadru oferă un punct de plecare practic pentru programarea inspecțiilor transformatoarelor de distribuție.

• Anual sau semestrial: Inspecție vizuală externă care acoperă nivelul uleiului, starea bucșei, integritatea sistemului de răcire, releul de protecție și starea dispozitivului de monitorizare și dovezile de scurgeri de ulei. Studiu termografic în infraroșu al transformatoarelor sub sarcină pentru a identifica punctele fierbinți la conexiuni, comutatoare de prize și terminale de bucșe. Prelevarea de probe de ulei DGA pentru unitățile cu un istoric de rezultate anormale sau care funcționează în mod continuu aproape de sarcina nominală.
• La fiecare 3 până la 5 ani: DGA complet cu teste fizico-chimice de calitate a uleiului (aciditate, umiditate, tensiune de rupere dielectrică, tensiune interfacială). Test de rezistență a izolației miezului (test de pământ a miezului). Rezistența izolației înfășurării și indicele de polarizare. Testarea raportului de întoarcere pe toate pozițiile de robinet. Rezistența înfășurării DC pe toate fazele și pozițiile de priză.
• La fiecare 8 până la 12 ani sau după evenimente anormale: Test de acceptare complet echivalent din fabrică, inclusiv măsurarea pierderii fără sarcină și a curentului de excitație, testul pierderii de sarcină și testarea factorului de putere (tan delta) a înfășurărilor și bucșelor. Inspecția internă a ansamblului miezului și bobinei acolo unde proiectul permite. Evaluarea probelor de izolație de ulei și hârtie pentru gradul de polimerizare (indicator de îmbătrânire a hârtiei). Analiza răspunsului în frecvență (FRA) pentru a detecta deformarea miezului sau a înfășurării din cauza forțelor de scurtcircuit sau a transportului.
• Următoarele evenimente suspectate de eroare: Eșantionarea DGA imediată și retestarea accelerată la intervale de 24 de ore, 7 zile și 30 de zile pentru a urmări rata de generare a gazului. Analiza gazului releu Buchholz. Test de rezistență la izolarea miezului la pământ. Sondaj termografic cât mai curând posibil după reenergizare. Rata de generare a gazului în retestarea DGA este datele cele mai critice pentru a decide dacă se menține transformatorul în funcțiune, îl pune la sarcină redusă sau îl scoate pentru inspecție și reparații interne.

Verificarea unui transformator de distribuție a puterii - și evaluarea în mod specific a sănătății miezului său - nu este un singur exercițiu de testare, ci un proces de diagnosticare structurat care combină inspecția vizuală, testarea electrică direcționată și analiza uleiului într-o imagine coerentă a stării unității. Fiecare test se adresează unui anumit mod de defecțiune sau mecanism de degradare, iar combinația de rezultate din rezistența izolației miezului, pierderea fără sarcină, curentul de excitație, DGA și testele de înfășurare oferă datele complete necesare pentru a lua decizii informate cu privire la prioritatea întreținerii, gestionarea sarcinii și durata de viață rămasă. Aplicat sistematic și consecvent pe durata de funcționare a transformatorului, acest program de testare este cea mai eficientă investiție disponibilă pentru protejarea fiabilității și longevității uneia dintre cele mai mari componente de capital din orice sistem de distribuție electrică.