Замер сопротивления обмоток на подстанции: измерительное оборудование у силовых трансформатора

Замер Rобм, кажется, одним из самых простых испытаний в программе диагностики силового трансформатора. Подключил прибор, дождался показания, записал в протокол. Но именно эта кажущаяся простота — причина большинства ошибок.

На практике результат зависит от десятка факторов, и каждый из них способен превратить корректное измерение в ложное заключение — со всеми последствиями: повторные выезды на объект, простой оборудования, необоснованные затраты. Чтобы этого избежать, разберём по порядку: что именно показывает замер Rобм, что искажает показания и как с этим работать.

Что именно выявляет замер сопротивления обмоток

Прежде чем говорить об ошибках измерения, важно понимать, ради чего оно проводится. Метод фиксирует пять категорий дефектов:

• Ухудшение состояния подвижных и неподвижных контактов переключающих устройств РПН/ПБВ, соединений отводов, а также частичный обрыв элементарных проводников обмоток.
• Обрыв электрической цепи вследствие разрушения элементов обмоток, отводов, подвижных или неподвижных контактов РПН/ПБВ.
• Неверное подключение отводов обмоток к переключающим устройствам РПН/ПБВ после ремонта или монтажа.
• Некорректное согласование переключающего устройства РПН/ПБВ и его привода.
• «Глухие» межвитковые замыкания в зоне обмоток вследствие аварийных режимов работы силовых трансформаторов.

Важно понимать ограничение метода: при измерении сопротивления постоянному току выявляются не все межвитковые замыкания измеряемых обмоток. Обмотки ВН мощных высоковольтных (110 кВ и более) силовых трансформаторов содержат сотни витков, поэтому замыкание одного или нескольких витков не всегда заметно в процентном соотношении.

Итак, перечень дефектов серьёзный. Но обнаружить их можно только при одном условии — если само измерение выполнено без искажений. А вот с этим возникают проблемы.

Девять факторов, которые искажают результат — и как с каждым из них работать

1. Оксидная плёнка на контактах переключающих устройств ПБВ/РПН

Самая распространённая причина завышенных показаний — и одновременно самая простая в устранении.

При длительной эксплуатации переключающего устройства на одном положении на контактных поверхностях образуется оксидный слой. Переходное сопротивление возрастает, и прибор фиксирует завышенное значение Rобм, не связанное с реальным состоянием обмотки.

Что необходимо сделать: перед проведением измерения необходимо прокрутить переключающее устройство РПН/ПБВ не менее 3 раз во всём диапазоне регулирования для удаления поверхностной оксидной плёнки контактов.

Оксидная плёнка появляется не только внутри переключающих устройств.

2. Оксидная плёнка на контактной поверхности внешних зажимов вводов

Окисление контактной площадки ввода вносит дополнительное сопротивление в цепь измерения, которое легко принять за реальное отклонение в обмотке.

Что необходимо сделать: при подключении измерительных зажимов требуется визуальный контроль поверхности. При наличии оксидной плёнки необходимо её удаление до необходимого уровня.

Два предыдущих фактора устраняются за минуты. Следующий требует понимания физики процесса.

3. Недостаточное время измерения на ответвлении обмотки

Одна из наиболее частых ошибок — и при этом наименее очевидная для неопытного оператора.

Силовой трансформатор обладает значительной индуктивностью. Стабилизация тока при намагничивании сердечника занимает время, особенно на обмотках ВН. Преждевременная остановка даёт заниженные или нестабильные показания.

Современные измерительные приборы предлагают ручной и автоматический алгоритм измерения сопротивления постоянному току. В автоматическом режиме необходимо правильно до начала измерения настроить параметры остановки: интервал стабильности результата измерения и время стабильности. Например, приборы МИКО - 8 автоматически отслеживают стабилизацию и фиксируют результат только после достижения заданных критериев — без субъективной оценки оператора.

Выбор режима измерения (ручной / автоматический) и настройка параметров стабилизации

При ручном режиме ошибка может быть допущена при преждевременной остановке измерения оператором. Автоматический алгоритм исключает этот риск и существенно сокращает длительность процедуры.

Время стабилизации зависит не только от параметров индуктивности трансформатора. Есть ещё один фактор, который может увеличить его многократно.

4. Короткозамкнутый контур в электромагнитной цепи измерения

Наличие замкнутого контура — например, закороченная обмотка другого класса напряжения — увеличивает время намагничивания и искажает результат.

Что необходимо сделать: необходимо контролировать правильность сборки измерительной схемы, отсутствие закороченных обмоток другого класса напряжения для исключения внешнего короткозамкнутого контура. Оценка состояния внутреннего контура (после аварийных режимов) осуществляется при комплексном анализе с другими электромагнитными измерениями (холостой ход при малом напряжении, магнитный баланс), перед началом измерения Rобм, при правильно выстроенной измерительной последовательности.

Правильная схема собрана, контуры проверены. Но даже при идеальной подготовке конструкция самого трансформатора может внести свои коррективы.

5. Особенности конструктивного исполнения силового трансформатора

Этот фактор невозможно устранить — к нему можно только адаптироваться. И здесь критически важен выбор оборудования.

Некоторые конструктивные исполнения трансформаторов существенно влияют на процесс измерения. Например, низкая индуктивность обмоток НН мощных трансформаторов (свыше 100 МВА) при недостаточной мощности источника тока при пятистержневом магнитопроводе может значительно увеличить время измерения.

Для его сокращения допускается последовательное соединение обмоток разного класса напряжения с использованием специальной перемычки при разделении токовых и напряженческих цепей, если это допускает измерительное оборудование. Приборы TRM-403 обеспечивают достаточную мощность источника тока для работы с крупными силовыми трансформаторами и поддерживают данный способ подключения.

Схема последовательного соединения обмоток с перемычкой для сокращения времени измерения и одновременного измерения

В схемах соединения «треугольник» для повышения стабильности измерения иногда возможно его размыкание на крышке трансформатора путём отключения перемычек (a–x, b–y, c–z).

Место внешних соединений схемы «треугольник» на крышке силового трансформатора (перемычки a–x, b–y, c–z)

Конструкцию трансформатора изменить нельзя — но можно выбрать прибор, который справится с любой конструкцией. Однако и сам прибор нужно использовать правильно.

6. Выбор диапазона измерения и величины измерительного тока

Неверный выбор диапазона происходит особенно при отсутствии документации на объект измерения. При неверном выборе может увеличиваться время измерения и снижается точность измерения.

Выбор диапазона измерительного тока и оптимального диапазона сопротивлений

Прибор выбран, диапазон настроен. Но между прибором и трансформатором — провода и зажимы. И они тоже вносят погрешность.

7. Качество измерительных зажимов

Переходное сопротивление в точке подключения — источник систематической погрешности, который нередко недооценивают.

Мероприятие: необходимо наличие качественных зажимов типа «крокодил» с измерением по схеме Кельвина (раздельные токовые и напряженческие цепи). Выполнение визуального контроля измерительных проводов и зажимов, а также периодическая проверка на эталонном комплектном шунте.

Проверка измерительной схемы на комплектном эталонном шунте

Прибор ИКС-40 штатно комплектуются сертифицированными кельвиновскими зажимами, что исключает дополнительные расходы на закупку и обеспечивает стабильность подключения.

Зажимы надёжны, схема собрана верно, прибор показал стабильное значение. Но можно ли ему доверять? Только если правильно учтена температура.

8. Температура объекта измерения

Без корректной фиксации температуры обмотки сравнение измеренного значения с заводским теряет смысл — а значит, теряет смысл и вся работа на объекте.

Основной способ определения температуры — по соотношению измеренных и «базовых» значений по следующей формуле:

tx = (Rx / R0) × (T + t0) – T

где:

• R₀ — измеренное сопротивление постоянному току на заводе-изготовителе, Ом;
• t₀ — температура, при которой измерено сопротивление R₀, на предприятии-изготовителе, °C;
• T — температурный коэффициент, равный 225 для алюминия и 235 для медных обмоток.

Должна выполняться приемлемая сходимость расчётных температур по разным обмоткам (ВН, СН и НН) одного силового трансформатора.

Дополнительная фиксация температуры производится по термосигнализаторам и контролю температуры по пирометру и/или тепловизору по нескольким высотным отметкам (верх, середина и низ бака).

Термосигнализаторы на баке силового трансформатора

Контроль температуры пирометром Fluke 62 MAX (слева) и тепловизором Flir (справа)

Температура учтена, статические замеры выполнены. Но есть один дефект, который статический замер может не зафиксировать.

9. Обрыв цепи при переключении положений РПН обмотки трансформатора

Этот дефект опасен именно тем, что проявляется только в движении — при переключении РПН.

При обнаружении или подозрении на обрыв при переключении устройства РПН необходимо дополнительно провести DRM-тест (Dynamic Resistance Measurement) — замер динамического сопротивления в процессе переключения. Прибор STS-5000 поддерживает DRM, что позволяет выполнить статический и динамический замеры одним прибором — без привлечения дополнительного оборудования.

Все девять факторов учтены, измерение выполнено корректно. Но получить число — это ещё не результат. Результат — это правильная интерпретация.

Анализ результатов: три уровня, без которых число в протоколе ничего не значит

1. Межфазный анализ — сравнение значений Rобм одноимённых ответвлений разных фаз. Расхождение сверх нормативного порога указывает на дефект конкретной фазы.

Пример анализа межфазной сходимости с помощью ПО TDMS

1. Сравнение с базовыми значениями — с обязательной температурной коррекцией. Без приведения к единой температуре сравнение не имеет диагностической ценности.
2. Анализ с учётом конструктивного исполнения регулирования — для трансформаторов с реверсивным регулированием (РС-4 и аналогичные) значения Rобм симметричны относительно номинального положения.

Пример: измерение Rобм для одной из фаз обмотки ВН силового трансформатора ТДН-40000/110 У1 с устройством РПН РС-4 с реверсивным регулированием. Наблюдается строгая симметричность значений относительно номинального 10-го положения, что соответствует схеме регулирования, которая приведена ниже. Нарушение этой симметричности — индикатор проблем с контактной системой или обмоткой.

Пример анализа с учётом конструктивных особенностей (Симметричность значений Rобм относительно номинального 10-го положения)

Схема выполнения регулирования силового трансформатора с ступенчатым и реверсированием регулировочной обмотки для одной из фаз

Приборы STS-5000, ИКС-40 и TRM-403 формируют протоколы с автоматической нумерацией положений РПН и возможностью построения графиков зависимости сопротивления от номера ответвления — это существенно упрощает все три уровня анализа.

Что в итоге

При всей кажущейся простоте измерение сопротивления постоянному току обмоток силовых трансформаторов требует высокой квалификации персонала, применения качественного измерительного оборудования и комплексного анализа результатов с учётом конструктивных и эксплуатационных факторов.

Грамотно подобранное оборудование решает три задачи одновременно:

• Сокращение времени — автоматические алгоритмы стабилизации и достаточная мощность источника тока значительно сокращают длительность замеров, особенно на крупных трансформаторах.
• Сокращение затрат — исключение повторных выездов, снижение командировочных расходов, предотвращение ложных заключений и необоснованных отключений.
• Снижение нагрузки на персонал — автоматизация минимизирует влияние человеческого фактора и повышает воспроизводимость результатов.

Приборы STS-5000, ИКС-40А и МИКО - 8 могут входить в состав мобильных электротехнических лабораторий (ЭТЛ) производства «Энергоскан» и обеспечивать выполнение полного цикла измерений сопротивления обмоток постоянному току.

ЭТЛ СКАН-2 — комплектация для стандартных задач эксплуатации и технического обслуживания силовых трансформаторов.

ЭТЛ СКАН-3 — расширенная комплектация для комплексной диагностики, пусконаладочных работ и экспертизы трансформаторного оборудования.

Сравните характеристики приборов и подберите приборы и комплектацию ЭТЛ под ваши задачи на сайте Энергоскан.

Подписывайтесь, чтобы оставаться с нами:

Telegram | Дзен | RuTube | ВК