Діагностика високовольтних вводів та трансформаторів струму під робочою напругою

Поляков В.С. (Санкт-Петербург)

Аналіз досвіду експлуатації вводів та трансформаторів струму (ТТ) дозволяє зробити такі висновки:

Для розробки ефективної системи діагностики необхідно встановити характер дефекту, розвиток якого справді призводить до пошкодження обладнання, та час розвитку дефекту.
Характер дефекту визначає вибір параметра, що діагностує, а час розвитку дефекту - періодичність між вимірами цього параметра.
Характерними дефектами для вводів є зволоження, утворення відкладень, що проводять, на внутрішній поверхні порцелянової покришки введення, догляд масла. Розвиток таких дефектів призводить до зміни тангенсу кута діелектричних втрат основної ізоляції, у тому числі зменшення його величини. З розвитком дефекту з'являються ЧР й надалі електричний пробій.
Характерними дефектами для ТТ є місцеві дефекти, розвиток яких призводить або до теплового пробою, або до появи часткових розрядів та електричного пробою основної ізоляції.
Такі дефекти на ранній стадії розвитку можуть бути виявлені вимірюваннями тангенсу кута діелектричних втрат під робочою напругою та тепловизійними вимірами.
Швидкість розвитку дефекту у введеннях та ТТ становить менше одного року, тому необхідно контролювати обладнання не рідше двох разів на рік, а при виявленні дефекту в початковій стадії розвитку - 1 раз на 1-3 місяці залежно від отримуваних показників. Крім того, необхідно контролювати ТТ після експлуатаційних впливів, що викликають появу дефекту ( вплив струмів КЗ та високочастотних перенапруг).

При переході на вимірювання під робочою напругоюнеобхідно вирішити такі три проблеми:

забезпечити безпечне підключення вимірювальної схеми до апарату без його вимкнення;
забезпечити наявність та можливість підключення до еталонного об'єкта при вимірюваннях за мостовою схемою;
інтерпретувати та нормувати результати вимірювань відповідно до вимог директивних документів та наявного досвіду діагностики.

Безпека підключення вимірювального моста до вимірювального висновку високовольтного апарату під робочою напругою забезпечується тим, що ці висновки заздалегідь при черговому відключенні з'єднують відрізками екранованого кабелю з пристроєм УКИ, що дозволяє без розриву струму в ланцюгу "вимірювальний висновок - заземлення" включити в цей ланцюг мосту. Ці пристрої встановлюють на доступній висоті (

1,5 м) на баку силового трансформатора, вимикача чи стійці ТТ. Пристрій для підключення вимірювальних схем до вимірювального виводу або ТТ повинен задовольняти наступним технічним вимогам:

Підключення вимірювальної схеми повинне проводитися без розриву струму в ланцюзі заземлення вимірювального виведення введення (аналогічно включенню релейних вимірювальних схем з використанням випробувального блоку типу БІ).
Повинна бути виключена можливість вимкнення вимірювальної
схеми без попереднього заземлення вимірювального виведення введення або ТТ без розриву струму в ланцюгу заземлення вимірювального виведення.
Пристрій не повинен вносити похибки у вимірювальну схему.
Пристрій повинен зберігати працездатність та високий рівень ізоляції протягом усього терміну експлуатації або ТТ.
Пристрій повинен дозволяти проводити прямі вимірювання стандартів ізоляційниххарактеристик, прийнятих у "Нормах випробувань електрообладнання"[1], а також будь-яких інших вимірів, для виконання яких необхідне підключення схеми виміру до вимірювального висновку.

Сформульованим вище технічним вимогам задовольняє пристрій УКИ-1-1, у якому максимально використані готові, стандартні вироби: 01Ш-0,38 чи 0,22 кВ; релейний рубильник Р-1-16-1-1-1, мікрофонне гніздо 6,3 мм з вимикачем та стандартним штекером, коробка металева У-994 або іншого типу, герметичний введення та інші. Принцип дії пристрою показано на рис.1. Пристрій встановлюється на баку автотрансформатора, вимикача або стійки та з'єднується екранованим кабелем з вимірювальною обкладкою або ТТ. Захисна кришка вимірювального виводу замінюється на сталеву роз'ємну кришку, в якій встановлюється нелінійний обмежувач перенапруг ОПН-0,38 або (ШН-0,22 кВ і всередину якої через гермоввод вводиться екранований кабель з перетином центральної жили 1,5 мм і підключається до ОПН вимірювального висновку. Кабель від вимірювального виведення введення або ТТ підключається до рубильника Р-1-16-1111 і паралельно підключеному йому мікрофонному гнізду з вимикачем. Друга клема рубильника заземлена. Заземлення вимірювального виведення у роботі здійснюється через прокладений кабель перетином 1,5 мм і рубильник на 16 А (при струмі через введення від 40 до 120 мА). Мал. 1 Пристрій контролю ізоляції введення під робочою напругою УКІ-1-1. Підключення виведення від вимірювальної схеми виконується мікрофонним штекером, до якого підключений кабель від вимірювального (Сх) або еталонного (С) плечей вимірювального моста. При вставленні штекера в мікрофонне гніздо, паралельно до заземлення вимірювального виведення апарата через рубильникпідключається опір плеча моста. Після включення штекера мікрофонне гніздо відключають рубильник заземлення вимірювального виведення апарату без розриву струму в ланцюга заземлення. Для відключення вимірювальної схеми необхідно увімкнути заземлювальний рубильник та вимкнути штекер. При випадковому порушенні послідовності операцій обриву струму в ланцюзі заземлення вимірювального виводу не відбудеться, тому що при вийманні штекера з гнізда відбувається заземлення вимірювального виведення вимикачем мікрофонного гнізда. Крім того, весь вимірювальний ланцюг та виведення захищені 01Ш-0,22 або 0,38 кВ. Вибір стандартного об'єкта. Як еталонний об'єкт може бути використаний будь-який об'єкт з відомими значеннями tg і ємності. У цьому точність виміру визначається точністю прийнятих показників стандарту. Вибір характеристик еталона визначається залежністю tg від часу експлуатації ізоляції. За аксіому сприймається, що старіння ізоляції призводить до погіршення її ізоляційних показників. Однак досвід експлуатації показує, що якщо в ізоляції не з'явилося дефекту, то величина tg залишається стабільною протягом всього терміну служби апарату. Причому, на силових трансформаторах, які працювали з постійним номінальним навантаженням і при високих температурах олії, відбувається навіть збільшення опору ізоляції до нескінченності, хоча ізоляція втрачає механічну міцність. Важливо, що з бездефектної ізоляції tg δ не збільшується протягом усього терміну служби ізоляційної конструкції. А це означає, що початкові значення tg δ служать основою для порівняння з отриманими даними при чергових вимірюваннях протягом всього терміну служби апарату. У тих випадках, коли на вимірюваній фазі є конденсатор зв'язку, то найзручніше брати його за зразок.Це пов'язано з тим, що у конденсаторів зв'язку відносно невелика і стабільна величина власного tg δ, і tg δ вимірюваних об'єктів практично завжди буде більше tg δ еталона, а це означає, що будуть отримані позитивні значення вимірюваної величини Atg δ. Правда при вимірах не має значення більше або менше об'єкта. У всіх випадках виміряна величина Atg δ„3M складається з tg δ3T з отриманим при вимірах знаком ("+" або . Коденсатор зв'язку зручний ще й тим, що величина tg його ізоляції не тільки мала за величиною, але і досить стабільна як за температурою, так і в часі. Проте, щоб виключити температурні перерахунки краще брати однотипний об'єкт, має близьку за величиною температуру. Мал. 2. Векторна діаграма при вимірюваннях tg δx об'єкта з використанням еталона, у якого tg δ ет 7*0. При вимірах під робочою напругою об'єкт з відомим значенням tg приймається за еталонний, і щодо нього проводяться вимірювання всіх інших об'єктів. При цьому вимірюється різниця між tg 3T і tg x (див. векторну діаграму рис.2). Справжнє значення tg δ„cr-Atg δ ізм +tg δ,T. Для розрахунку ємності об'єкта, що вимірювається використовується ємність еталонного об'єкта: Ця ємність може бути взята з протоколів попередніх вимірювань еталонного об'єкта, що проводилися з вимкненням, або за даними заводських вимірів. Ця ємність може бути виміряна безпосередньо перед використанням об'єкта як зразок під робочою напругою за схемою "амперметра - вольтметра" (рис.З). Ємність обчислюється за результатами вимірювань: Порядок вимірів за схемою на рис.З наступний [2]:

подається заявка на виведення з роботи фільтра приєднання конденсатора зв'язку у встановленомупорядку;
включається ЗР КС та встановлюється додаткове переносне заземлення на шинку фільтра приєднання КС;
від'єднується шинка приєднання від фільтра приєднання;
струбциною до шинки підключається схема вимірювання струму через ємність КС;
знімається переносне заземлення;
відключається на час виміру ЗР КС.

Рис.З. Вимір ємності КС за схемою "амперметра - вольтметра". З моменту подачі команди на відключення ЗР КС усі члени бригади не торкаються та не наближаються до приладів та провідників вимірювальної схеми на неприпустиму відстань. Після відліку величини струму негайно включається ЗР КС, та у зворотному порядку відновлюється звичайна схема роботи КС. Якщо ж КС використовується як еталонний об'єкт, то в описаному вище порядку до шинки фільтра приєднання підключається також струбциною кабель від еталонного плеча моста. Аналогічно може бути виміряна ємність будь-якого об'єкта, який приймається за еталонний, або власне вимірюваного об'єкта. У всіх випадках цей вимір бажано виконати, оскільки він служить додатковою інформацією про стан об'єкта, і, крім того, є повірковим, тобто: ємність об'єкта вимірюється двома методами, що підвищує достовірність вимірів. Як інші еталонні об'єкти зазвичай використовують як однотипні об'єкти, наприклад, введення - введення (рис.5), так і різнотипні: введення - ТТ та інші. На результати вимірів вибір еталона ніякого впливу не надає, важливо лише, як зазначалося, знання точних параметрів еталонного об'єкта [3]. Як еталонний об'єкт при вимірюваннях за мостовою схемою ОРГРЕС рекомендує використання схеми за рис.4. Еталонна напруга у цій схемі формується ланцюжком: ТН робочоїсистеми шин вимірюваної фази - розділовий трансформатор УТН - фазообертальні елементи С і R - еталонний конденсатор 10 кВ. Фазовращающие елементи і R використовуються для компенсації фазового зсуву, створюваного, подвійний трансформацією еталонної напруги через ТН і УТН. Мал. 4. Схема вимірювання tg введення з використанням в якості еталона трансформатора напруги тієї ж фази - ланцюжка компенсації кутового зсуву - еталонного конденсатора (схема ОРГРЕС). Вибір величини фазового зсуву проводиться підбором величини елементів З і R таким чином, щоб на вимірювальному пристрої була отримана величина tg δ, що дорівнює значенню tg δ, виміряному при 10 кВ, апарату, за яким проводиться налаштування схеми, тобто фактично прийнятому за еталон. Визначені таким чином З і R записуються та встановлюються щоразу при повторних вимірах даного об'єкта. Визначення таким чином еталонної напруги тільки ускладнює виміри та не дає жодних переваг перед схемою за рис. 1 запропонованої та використовуваної нами з 1973 року, де об'єкт з відомим при 10 кВ значенням tg δ відразу приймається за еталонний, і щодо нього проводиться вимірювання решти всіх об'єктів.

Рис, 5. Схема вимірювання tg введення з використанням в якості еталона однотипного об'єкта (еталонний об'єкт - введення 1, вимірюваний об'єкт - введення 4). Для ілюстрації даного твердження наведемо вимірювання тих самих об'єктів з використанням як еталонів різних об'єктів: зразкового еталонного конденсатора на UPAB = 150 кВ; конденсатора зв'язку та введення тієї ж фази (табл.1). Як видно з наведених у таблиці результатів вимірювань всі схеми із застосуванням різних еталонів дозволяють отримати однакові за точністю результати, що дозволяє привимірюваннях під робочою напругою вибрати найбільш зручну і реалізовану схему. Таблиця 1 Результати вимірювання герметичних вводів трансформатора 110 кВ з використанням різних еталонів