Возникновение и развитие практически всех дефектов в изоляции мощных силовых
трансформаторов высших классов напряжения сопровождается развитием частичных
разрядов (ч.р.). Поэтому измерение и анализ характеристик ч.р. является
эффективной и информативной методикой для определения состояния силовых
трансформаторов, позволяющей не только выявить наличие дефекта, но и
идентифицировать его тип, степень развития, определить место развития этого
дефекта. Однако до настоящего времени эта методика является скорее искусством,
нежели инженерной практикой, что связано с большим количеством проблем,
сопутствующих измерению и анализу характеристик ч.р. Настоящий доклад
представляет собой попытку обобщения опыта измерения ч.р. в силовых
трансформаторах и определения основных направлений развития этой методики
применительно к выявлению дефектов, развивающихся в изоляции трансформаторов.
Одной из основных проблем при измерении характеристик ч.р. в полевых условиях
на действующем электрооборудовании является наличие различного рода помех в
виде электрических сигналов, имеющих те же, что и ч.р. частотные
характеристики. Для решения этой проблемы используют обычно два основных
подхода. Первый из них - аппаратный основывается на попытках разработки
измерительной аппаратуры, позволяющей разделить сигналы ч.р. и помех с
использованием самых различных принципов. Второй
Реализация аналитического подхода дает наилучшие результаты при
использовании двух характеристик: амплитудных спектров ч.р. и т.н.
"образов ч.р." (от англ. "PD shape").
" Амплитудные спектры ч.р. представляют собой зависимость интенсивности ч.р.
от величины кажущегося заряда. В зависимости от метода их измерения различают
интегральные, если строится интенсивность ч.р., превышающих заданный уровень
кажущегося заряда, и дифференциальные, если строится
интенсивность в заданном диапазоне уровней, спектры ч.р. Очевидно, что
различные формы спектров легко пересчитываются друг в друга. Для выявления
дефектов более удобной является дифференциальная форма, а для измерения чаще
используется интегральная форма.
Основные типы дефектов в изоляции трансформаторов такие как разряд в
масляном клине, пробой первого
масляного канала, скользящий
разряд по
поверхности твердой
изоляции, ползущий разряд, изменяют вид амплитудных спектров характерным
образом, что позволяет с высокой степенью
вероятности идентифицировать тип дефекта по виду амплитудного спектра ч.р.
Удобство использования амплитудных спектров состоит в простоте интерпретации
получаемых результатов и возможности достаточно просто формализовать алгоритмы
идентификации дефектов.
Образы ч.р. получаются с
использованием
измерительной
аппаратуры,
обеспечивающей
возможность фазовой селекции сигналов ч.р. В этом случае измерительная
информация строится в осях " величина кажущегося заряда” - "время”.
Для удобства на график наносится
синхронизирующее
напряжение в виде одного периода.
Каждый ч.р. наносится в виде точки в момент его появления с соответствующей
амплитудой кажущегося заряда.
При измерении в течение определенного времени точки накапливаются, образуя
характерный рисунок, который и называется образом ч.р. Примеры таких образов
показаны на рис.2 для случаев развития их в газовой поре и с временной
задержкой. Обычно каждый дефект имеет свой характерный образ, что позволяет при
имеющейся базе данных образов, соответствующих различным дефектам, легко
идентифицировать их. Такой подход широко используется к настоящему времени для
диагностики элегазового оборудования, кабелей с полимерной изоляцией и др., и
дает хорошие результаты. К сожалению данных по образам ч.р. в изоляции
трансформаторов очень мало и для использования этой методики необходим этап
накопления базы данных.
Синтетический подход, позволяющий одновременно получать и амплитудные спектры и
образы ч.р. реализованы в переносном комплексе диагностики силовых
трансформаторов СКИТ.
Аппаратура построена таким образом, что амплитудные спектры ч.р. снимаются в
течение каждых 18 фазовых градусов (каждую миллисекунду), и на рисунке строятся
20 амплитудных спектров в соответствующих фазах. Достоинство такого
представления состоит в наглядности картины развития ч.р. Очевидно что
получаемые данные легко могут быть представлены как в виде общего амплитудного
спектра за все время измерения, так и в виде соответствующих образов ч.р.
Важным с точки зрения требований к измерительной аппаратуре является вопрос о
необходимом времени измерения и возможности пауз в процессе измерений.
Действительно, ч.р. в трансформаторной изоляции развиваются нерегулярно, и их
появление может носить случайный характер, особенно ч.р. с максимальной
величиной кажущегося заряда. При этом если допустить возможность пауз, момент
развития ч.р. может совпасть с паузой и информация об этих ч.р. будет потеряна.
С методической точки зрения данная проблема имеет два решения, опирающихся на
разный подход к критериям дефектности изоляции. Если основываться на пороговом
критерии, т.е. определять предельно допустимый уровень ч.р., превышение
которого свидетельствует о наличии дефекта, то резко возрастают требования к
необходимому времени измерений и исключению пауз. В этом случае при длительных
измерениях увеличивается вероятность регистрации редких больших ч.р. и
повышается надежность выявления дефектов. Однако при этом значительно
увеличивается стоимость измерительной аппаратуры и самих измерений. Существует
и другой путь. Анализ динамики развития ч.р. в трансформаторной изоляции
показал, что практически все виды дефектов развиваются не монотонно. В момент
появления дефекта, а также во время их интенсивного развития величина
кажущегося заряда ч.р. и/или их интенсивность заметно увеличиваются, а затем
происходит замедление развития дефекта с соответствующим снижением
характеристик ч.р. Однако последние полностью не прекращаются, а формируют
определенный спектр, характерный для медленного развития данного дефекта. Если
имеются данные о виде спектров (или образов ч.р.) при медленном развитии
дефектов, можно выявить их наличие и степень развития при сравнительно
кратковременных измерениях с помощью достаточно простой измерительной
аппаратуры.
Следует отметить, что в настоящее время объем данных о характеристиках
частотных разрядов вида дефектов сравнительно невелик, поэтому определить
наличие и степень развития дефектов по результатам одного, даже длительного
(несколько часов) измерения не всегда представляется возможным. В случаях
неочевидного результата измерений необходимо получить данные о динамике
изменения характеристик ч.р. в течение продолжительного (недели и даже месяцы)
времени. Измерения могут быть периодическими или непрерывными. В последнем
случае необходимо иметь измерители, работающие в режиме непрерывного
мониторинга.
Весьма полезными с точки зрения выявления развивающихся дефектов являются
акустические методы измерения ч.р. Сопоставление достоинств и недостатков
электрического и акустического методов показывают их взаимную
противоположность, а именно - электрический метод позволяет измерять абсолютные
значения кажущегося заряда с достаточной точностью, но имеет низкую
помехозащищенность, акустический же метод наоборот имеет высокую помехозащищенность,
но не позволяет получать абсолютные значения кажущегося заряда. Поэтому
одновременное использование обоих методов дает хорошие результаты. В этом
случае использование метода фазовой селекции затруднительно, т.к. сигнал на
акустический датчик приходит с большой задержкой по сравнению с электрическим
сигналом, но можно использовать амплитудные спектры ч.р.
