Безопасно ли включать снова?

20

Май–июнь 2013

20

На

первый

взгляд

оборудование

исправно

, 

однако

изучение

результатов

анализа

 SFRA 

до

и

после

отключения

позволяет

определить

действительное

состояние

внутренних

компонентов

трансформатора

.

Н

еопределённость

 — 

враг

энергокомпании

. 

Чтобы

её

избежать

, 

было

разработано

мно

-

жество

методов

и

процедур

управления

ри

-

сками

или

их

снижением

для

электромехани

-

ческих

устройств

, 

образующих

электроэнергетическую

систему

и

управляющих

ею

. 

Но

какие

действия

мо

-

жет

предпринять

энергокомпания

, 

когда

происходит

неожиданное

событие

, 

приводящее

к

вынужденному

отключению

? 

Как

энергокомпания

может

узнать

, 

ис

-

правно

ли

критически

важное

оборудование

? 

Метод

анализа

частотных

характеристик

позволяет

опреде

-

лить

, 

безопасно

ли

возвращать

трансформатор

в

экс

-

плуатацию

, 

или

же

есть

необходимость

в

поиске

аль

-

тернативного

решения

.

ТЕСТИРОВАНИЕ

 Оборудования

Безопасно ли включать 
снова?

Метод анализа частотных характеристик (sweep 
frequency response analysis — SFRA) позволяет 
принимать обоснованные решения на основании 
информации о состоянии внутренних компонентов 
трансформаторов.

Дэн Перри (Dan Perry), 

Lower Colorado River Authority, и

 Мэтт Гарбер (Matt Garber), 

Doble Engineering

21

Май–июнь 2013

21

Перемещение

трансформатора

: 

измерения

в

режиме

разомкнутой

цепи

до

и

после

перемещения

. 

Различия

для

низких

частот

подобного

рода

чаще

всего

объясняются

влиянием

магнитной

вязкости

. 

Отсутствие

каких

-

либо

различий

для

высоких

частот

подтверждает

результаты

анализа

.

Интерпретация

результатов

метода

 SFRA 

понача

-

лу

кажется

достаточно

сложной

процедурой

, 

однако

в

действительности

она

намного

проще

. 

Частотная

ха

-

рактеристика

указанной

обмотки

трансформатора

яв

-

ляется

настолько

же

уникальной

, 

как

отпечаток

пальца

; 

наличие

отклонений

для

этой

характеристики

означает

, 

что

между

замерами

произошли

изменения

. 

Иногда

это

может

быть

опасное

механическое

изменение

, 

напри

-

мер

повреждение

обмотки

, 

а

иногда

 — 

естественный

процесс

, 

как

, 

например

, 

результат

движения

жидкости

внутри

бака

трансформатора

или

изменение

в

схеме

заземления

. 

При

сопоставлении

частотных

характери

-

стик

 SFRA 

с

целью

определения

дальнейших

действий

необходимо

учитывать

сами

частотные

характеристики

, 

то

, 

как

эти

характеристики

изменились

с

течением

вре

-

мени

и

, 

что

важнее

всего

, 

обстоятельства

, 

при

которых

были

проведены

измерения

.

Применение

метода

 SFRA 

в

Lower Colorado River Authority

Энергокомпания

 Lower Colorado River Authority 

(LCRA) 

была

одним

из

первых

партнёров

 Double, 

кото

-

рые

стали

применять

 SFRA 

в

качестве

метода

диагно

-

стики

оборудования

. 

Впервые

 LCRA 

применила

данный

метод

в

 2002 

году

для

оценки

состояния

своего

парка

трансформаторов

. 

Технический

персонал

, 

который

про

-

водил

испытания

, 

смог

быстро

развить

свои

навыки

в

проведении

анализа

в

эксплуатационных

условиях

бла

-

годаря

графическому

характеру

результатов

, 

и

данный

метод

стал

частью

стандартных

по

-

левых

испытаний

. 

В

частности

, 

в

случае

с

существенным

отказом

LCRA 

рассматривает

 SFRA 

как

ме

-

тод

более

подробного

анализа

фи

-

зических

изменений

в

сердечнике

и

обмотках

трансформатора

по

срав

-

нению

с

традиционными

методами

диагностики

. 

Когда

трансформатор

отключается

от

линии

, 

от

энергоком

-

пании

ждут

, 

что

она

запустит

его

в

экс

-

плуатацию

как

можно

скорее

. 

Возмож

-

ность

быстрого

анализа

результатов

и

их

сопоставления

с

эталонными

значениями

по

-

зволила

 LCRA 

принимать

своевременные

ре

-

шения

о

возвращении

трансформатора

в

работу

.

LCRA 

включила

метод

 SFRA 

в

программу

трёх

из

своих

испытаний

:

• 

подтверждение

достоверности

результатов

завод

-

ских

испытаний

во

время

приёмки

и

сдачи

оборудо

-

вания

на

месте

его

установки

;

• 

составление

наборов

эталонных

данных

после

сбор

-

ки

и

установки

нового

трансформатора

;

• 

стандартные

плановые

эксплуатационные

испыта

-

ния

и

сравнение

результатов

с

эталонными

данны

-

ми

, 

принятыми

в

качестве

таковых

во

время

приёмо

-

сдаточных

испытаний

.

Анализ

 SFRA 

также

проводится

после

нарушений

нормального

режима

эксплуатации

и

различных

про

-

исшествий

. 

После

отключения

трансформатора

крайне

важно

проявлять

осторожность

и

ограничивать

уровни

прилагаемого

напряжения

из

-

за

наличия

горючих

газов

в

баке

трансформатора

. 

Ввиду

того

, 

что

в

ходе

анализа

SFRA 

применяются

низкие

напряжения

, LCRA 

исполь

-

зует

этот

метод

для

поиска

и

устранения

неисправно

-

стей

сразу

же

после

происшествия

.

Любые

значительные

отклонения

в

частотных

ха

-

рактеристиках

свидетельствуют

о

наличии

физических

изменений

, 

которые

могут

потребовать

дальнейше

-

го

анализа

. 

Метод

 SFRA 

позволяет

проводить

анализ

состояния

оборудования

в

короткие

сроки

, 

благодаря

чему

 LCRA 

может

своевременно

принимать

решения

о

возвращении

трансформатора

в

работу

.

Перемещение

трансформатора

В

связи

с

реконструкцией

подстанции

345 

кВ

 LCRA 

была

вынуждена

пере

-

местить

автотрансформатор

 345/138 

кВ

, 480 

МВА

, 

приблизительно

на

 91 

м

. 

Это

оборудование

является

резерв

-

ным

в

системе

, 

и

автотрансформа

-

тор

переместили

, 

чтобы

установить

на

территории

подстанции

новый

трансформатор

. 

Учитывая

не

-

большое

расстояние

, LCRA 

приняла

решение

о

переме

-

щении

оборудования

в

со

-

бранном

состоянии

с

целью

сокращения

времени

про

-

стоя

, 

вызванного

разборкой

и

последующей

сборкой

обо

-

ТЕСТИРОВАНИЕ

 Оборудования

22

Май–июнь 2013

22

Анализ

частотных

характеристик

 (Sweep Frequency Response 

Analysis — SFRA)

В

области

диагностики

трансформаторов

 SFRA — 

это

метод

измерений

, 

предоставляющий

пользователю

информацию

о

состоянии

внутренних

компонентов

оборудования

. 

Измерения

 SFRA 

обычно

проводятся

на

об

-

мотке

при

различных

частотах

. 

Как

правило

, 

диагностика

начинается

с

частот

верхнего

диапазона

 1—10 

МГц

и

заканчивается

нижним

диапазоном

 — 

от

 10 

кГц

до

 20 

Гц

, — 

а

соотношение

напряжения

на

выходе

и

входе

на

каждом

шаге

регистрируется

и

рассчитывается

.

Отклик

, 

полученный

для

всего

диапазона

диагностических

частот

, 

часто

сравнивают

с

отпечатком

пальца

: 

он

уникальным

образом

описывает

электрические

характеристики

каждого

устройства

. 

При

анализе

данных

 SFRA 

пользователь

обращает

внимание

на

частоту

, 

при

которой

наступает

резонанс

  (

и

антирезонанс

, 

хотя

первый

упомянутый

термин

часто

включает

в

себя

и

это

значение

).

Резонанс

 — 

пик

или

спад

на

частотной

характеристике

 SFRA — 

представляет

собой

переход

от

доминирую

-

щего

эффекта

одного

реактивного

элемента

в

цепи

к

другому

. 

Ёмкости

и

индуктивности

по

-

разному

реагируют

на

сигналы

переменного

тока

, 

поскольку

последовательная

ёмкость

блокирует

низкие

частоты

и

пропускает

вы

-

сокие

частоты

; 

индуктивность

 — 

наоборот

. 

Как

только

отклик

определён

, 

любое

его

изменение

отражает

изме

-

нение

в

физическом

состоянии

оборудования

, 

в

большинстве

случаев

это

физическое

смещение

, 

хотя

это

также

может

быть

результатом

какого

-

нибудь

естественного

явления

.

Анализ

по

методу

 SFRA 

эффективнее

всего

, 

когда

частотные

характеристики

уже

определены

, 

однако

срав

-

нение

с

характеристиками

для

аналогичного

оборудования

обычно

может

дать

результаты

практически

такой

же

ценности

, 

а

опытный

аналитик

может

выделить

важную

информацию

при

сопоставлении

характеристик

для

разных

фаз

.

В

диагностике

любой

комплексной

системы

присутствуют

свои

сложности

, 

тем

не

менее

в

случае

с

 SFRA 

их

можно

преодолеть

при

помощи

анализа

данных

. 

В

частности

, 

одно

явление

с

известными

причиной

и

объяснени

-

ем

даёт

большое

число

ложноположительных

сигналов

о

механическом

изменении

в

оборудовании

. 

Это

магнит

-

ная

вязкость

, 

которая

объясняется

взаимодействием

между

сердечником

трансформатора

и

баком

с

маслом

, 

в

который

он

погружён

. 

Определить

, 

есть

ли

проблемы

, 

связанные

с

магнитной

вязкостью

, 

можно

, 

проанализиро

-

вав

условия

проведения

измерений

. 

Эти

условия

в

сочетании

с

анализом

соответствующих

физических

явлений

позволяют

определить

, 

на

что

стоит

обратить

внимание

.

Замыкания

: 

измерения

в

режиме

разомкнутой

цепи

, 

до

и

после

замыкания

слева

показывают

новый

резонанс

на

частоте

приблизительно

550 

Гц

и

различия

на

более

высоких

частотах

, 

что

соответствует

смещению

обмотки

и

проблемам

между

обмотками

. 

Значительное

падение

при

низких

частотах

в

измерениях

справа

говорит

о

разомкнутой

обмотке

. 

Осмотр

трансформатора

на

месте

подтвердил

результаты

этой

диагностики

.

ТЕСТИРОВАНИЕ

 Оборудования

рудования

. 

Для

погрузки

оборудования

на

прицеп

и

его

разгрузки

на

новом

месте

установки

применили

подъёмные

устройства

и

стропы

; 

в

процессе

работы

регистратор

толчков

не

зарегистрировал

каких

-

либо

отрицательных

воздействий

на

перемещаемое

обо

-

рудование

.

Для

выявления

любых

возможных

механических

изменений

до

и

сразу

же

после

перемещения

провели

анализ

 SFRA. 

Сопоставление

частотных

характеристик

до

и

после

показало

наличие

отклонения

измерений

, 

что

потребовало

дальнейшего

анализа

.

Магнитная

вязкость

представляет

собой

изменение

в

различных

магнитных

доменах

, 

существующих

в

пла

-

стинах

сердечника

 — 

по

мере

того

как

изменяется

тем

-

пература

, 

или

даже

если

оборудование

не

перемеща

-

ют

, 

броуновское

движение

изолирующей

жидкости

и

её

последующее

столкновение

с

сердечником

трансфор

-

матора

может

изменять

магнитную

энергию

, 

аккумули

-

рованную

в

стальном

сердечнике

. 

Это

явление

главным

образом

ограничивается

нижним

диапазоном

частотной

характеристики

 SFRA. 

Если

бы

действительно

произо

-

шло

механическое

изменение

или

смещение

сердечни

-

23

Май–июнь 2013

23

ка

, 

это

бы

повлияло

на

ёмкостную

связь

вокруг

сердечника

и

, 

следовательно

, 

на

частотную

ха

-

рактеристику

при

более

высоких

частотах

. 

Тем

не

менее

никакие

из

этих

явлений

не

наблюдались

.

Одним

из

доказательств

влияния

магнитной

вязкости

является

её

воздействие

на

все

обмот

-

ки

. 

Это

наблюдается

в

отклике

для

общей

обмот

-

ки

той

же

фазы

. 

По

результатам

анализа

, 

а

также

других

измерений

, 

не

указывающих

на

наличие

проблемы

при

данных

условиях

, 

трансформатор

признали

годным

к

эксплуатации

. 

Впоследствии

трансформатор

установили

на

другой

подстан

-

ции

, 

где

он

приблизительно

в

течение

одного

года

работал

без

каких

-

либо

проблем

.

Короткое

замыкание

на

землю

Рассмотрим

ещё

один

пример

. 

В

 2012 

году

в

автотрансформаторе

 345/138 

кВ

, 672 

МВА

, 

к

тому

времени

находившемся

в

эксплуатации

более

двух

лет

, 

произошло

короткое

замыкание

на

землю

на

фазе

 C, 

что

привело

к

отключению

трансформатора

от

линии

после

срабатывания

дифференциальной

защиты

. 

Во

время

анализа

события

обнаружили

, 

что

также

сработало

реле

дав

-

ления

. 

Анализ

отказа

показал

, 

что

событие

, 

вероятнее

всего

, 

затронуло

только

трансформатор

, 

поскольку

от

-

ключение

не

вызвало

никаких

последствий

в

масштабе

всей

системы

. 

Все

указывало

на

то

, 

что

произошёл

вну

-

тренний

отказ

. 

Был

проведён

анализ

 SFRA 

и

сравнение

частотных

характеристик

, 

предоставленных

производи

-

телем

для

того

же

положения

РПН

.

При

сопоставлении

исходного

значения

с

результа

-

том

последнего

измерения

в

режиме

разомкнутой

цепи

в

одной

фазе

отметили

смещение

на

минимальной

ча

-

стоте

. 

Тем

не

менее

на

частоте

около

 550 

Гц

появился

новый

резонанс

. 

Наблюдались

другие

отклонения

для

более

высоких

частот

 — 

как

в

диапазоне

низких

частот

в

кГц

, 

что

соответствует

смещению

обмотки

, 

так

и

в

диа

-

пазоне

средних

частот

в

кГц

, 

что

соответствует

пробле

-

мам

с

межобмоточным

пространством

. 

Само

по

себе

сопоставление

только

этой

фазы

с

эталонными

значе

-

ниями

, 

как

правило

, 

указывает

на

замыкание

в

обмотке

.

Признаки

физического

смещения

ещё

более

оче

-

видны

в

частотных

характеристиках

, 

составленных

по

результатам

испытаний

для

отдельной

фазы

, 

наряду

с

вышеуказанными

проблемами

с

обмотками

и

межобмо

-

точным

пространством

; 

область

, 

связанная

с

откликом

сердечника

, 

показала

значительное

падение

на

мини

-

мальных

частотах

. 

Этот

вид

отклика

часто

ассоцииру

-

ется

с

разомкнутой

цепью

обмотки

. 

В

любом

случае

значительное

изменение

в

частотных

характеристиках

нельзя

рассматривать

просто

как

следствие

воздей

-

ствия

магнитного

поля

.

Из

-

за

значительных

отклонений

в

результатах

про

-

ведённых

измерений

 SFRA 

потребовался

визуальный

осмотр

внутренних

компонентов

оборудования

на

ме

-

сте

с

целью

оценки

масштаба

повреждений

. 

При

дан

-

ном

осмотре

был

выявлен

отказ

обесточенного

меха

-

низма

переключения

отпаек

, 

что

вызвало

значительное

физическое

повреждение

и

, 

как

следствие

, 

размыкание

цепи

обмотки

высокого

напряжения

.

Диагностика

внутренних

компонентов

трансформатора

SFRA 

представляет

собой

уникальный

инстру

-

мент

диагностики

, 

позволяющий

 LCRA 

принимать

обоснованные

решения

о

состоянии

своих

трансфор

-

маторов

, 

а

персоналу

энергокомпании

 — 

проводить

быстрый

анализ

результатов

диагностики

во

время

критических

отключений

. 

Интеграция

этого

метода

во

все

этапы

испытаний

трансформатора

  (

приёмо

-

сдаточные

, 

стандартные

плановые

, 

а

также

в

проце

-

дуру

поиска

и

устранения

неисправностей

) 

позволя

-

ет

 LCRA 

анализировать

состояние

оборудования

на

предмет

наличия

значительных

физических

повреж

-

дений

, 

влияющих

на

его

работоспособность

и

эксплу

-

атационные

характеристики

.

SFRA 

доказал

свою

эффективность

в

диагностике

как

метод

, 

позволяющий

различать

частотные

харак

-

теристики

, 

указывающие

на

неисправность

оборудова

-

ния

, 

и

частотные

характеристики

, 

свидетельствующие

о

нормальной

работе

оборудования

. 

Благодаря

анализу

исправности

трансформаторов

с

применением

метода

SFRA LCRA 

может

продолжать

выполнять

свою

миссию

по

обеспечению

надёжного

энергоснабжения

своих

по

-

требителей

.  

Дэн

Перри

 (Dan Perry, dan.perry@lcra.org) — 

руко

-

водитель

отдела

управления

и

защиты

систем

в

 Lower 

Colorado River Authority, 

г

. 

Остин

, 

штат

Техас

, 

США

. 

Имеет

 9-

летний

опыт

работы

в

области

осуществления

диагностических

испытаний

оборудования

подстанции

в

должности

инженера

по

испытаниям

в

 LCRA, 

ранее

работал

в

компании

-

производителе

трансформаторов

. 

В

настоящее

время

завершает

обучение

для

получения

степени

бакалавра

по

специальности

  «

Компьютерные

технологии

».

Мэтт

Гарбер

 (Matt Garber, mgarber@doble.com) — 

инженер

отдела

по

работе

с

клиентами

в

 Doble 

Engineering. 

Работает

в

сфере

электроэнергетики

, 

в

области

планирования

, 

эксплуатации

и

обслуживания

энергосистем

, 

на

протяжении

более

 5 

лет

. 

Окончил

Массачусетский

университет

, 

Амхерст

, 

со

степенями

бакалавра

в

области

электротехники

и

антропологии

.

Компания

, 

упомянутая

в

статье

:

LCRA | www.lcra.org

ТЕСТИРОВАНИЕ

 Оборудования