Тепловизионный контроль силовых трансформаторов является методом диагностики, обеспечивающим наряду с традиционными методами (измерение изоляционных характеристик, тока холостого хода, хроматографического анализа состава газов в масле и других) получение дополнительной информации о состоянии объекта.

При проведении ИК-диагностики силовых трансформаторов можно выявить следующие неисправности:

  • возникновение магнитных полей рассеивания в трансформаторе за счет нарушения изоляции отдельных элементов магнитопровода (консоли, шпильки и т.п.);
  • нарушение в работе охлаждающих систем (маслонасов, фильтров, вентиляторов и т.п.);
  • изменение внутренней циркуляции масла в баке трансформатора (образование застойных зон) в результате шламообразования, конструктивных просчетов, разбухания у трансформаторов и смещение изоляции обмоток (особенно у трансформаторов с большим сроком службы);
  • нагревы внутренних контактных соединений обмоток НН с выводами трансформатора;
  • витковое замыкание в обмотках ГГ: встроенных;
  • ухудшение контактной системы некоторых исполнений РПН и т.п.

При оценке внутреннего состояния трансформатора тепловизором осуществляется измерение значения температур на поверхности его бака. Поэтому необходимо считаться с характером теплопередачи магнитопровода и обмоток. Кроме того источниками тепла являются:

  • массивные металлические части трансформатора, в том числе бак, прессующие кольца, шпильки и т.п., в которых тепло выделяется за счет добавочных потерь от вихревых токов, наводимых полями рассеивания;
  • токоведущие части вводов, где тепло выделяется за счет потерь токоведущей части и в переходном сопротивлении соединителя отвода обмотки;
  • контакты переключателей РПН.

Отвод тепловых потерь от магнитопровода и обмоток к маслу и от масла к системе охлаждения осуществляется путем конвекции. Зоны интенсивного движения масла имеются только у поверхностного бака трансформатора, где происходит теплообмен. Остальное масло в баке трансформатора находится в относительном покое и приходит в движение при изменении нагрузки или температуры окружающего воздуха.

В соответствии с п.5.3.13 ПТЭ температура верхних слоев масла при номинальной нагрузке должна быть не выше:

  • охлаждение ДЦ - 75°С;
  • охлаждение Д - 95°С;
  • охлаждение Ц - 70°С.

В трансформаторах с системами охлаждения М и Д разность между максимальной и мини-мальной температурами по высоте составляет 20-35°С, с системами охлаждения ДЦ и Ц -4-8° С

Определение внутренних дефектов обмоток.

  • выявление локальных нагревов в баке трансформатора, связанных с местным перегревом отдельных катушек трансформатора;
  • перегревы контактных соединений отводов обмоток;
  • образование застойных зон масла.

Определение работоспособности устройств системы охлаждения трансформатора.

  • снятие термограмм устройств системы охлаждения трансформаторов;
  • оценка их работоспособности;
  • рекомендации о необходимости принятия оперативных мер по устранению неполадок.

Маслонасосы. Температура нагрева на поверхности корпуса маслонасоса и трубопроводов работающего трансформатора должна быть практически одинакова. При появлении неисправности в маслонасосе (трение крыльчаток, витковое замыкание в обмотке электродвигателя и т.п.) температура на поверхности корпуса маслонасоса должна повыситься и превысить температуру на поверхности маслопровода.

Дутьевые вентиляторы. Оценка теплового состояния электродвигателя вентиляторов осуществляется сопоставлением измеренных температур нагрева. Причинами повышения нагрева могут быть: неисправность подшипников качения; неправильно выбранный угол атаки крыльчатки; витковое замыкание в обмотке электродвигателя и т.п.

Термосифонные фильтры (ТФ). ТФ предназначен для непрерывной регенерации масла в процессе работытрансформатора. Движение масла через фильтр с адсорбентом происходит под действием тех же сил, которые обеспечивают движение масла через охлаждающие радиаторы, т.е. под действием разности плотности горячего и холодного масла.
Фильтр присоединен параллельно трубам радиатора системы охлаждения, и поэтому у работающего фильтра температуры на входе и выходе должны отличаться между собой. В налаженном фильтре будет плавное повышение температуры по его высоте. Температура на входе и выходе фильтра будет практически одинакова при:

  • использовании мелкозернистого селикагеля;
  • шламообразовании в фильтре;
  • случайном закрытии задвижки на трубопроводе;
  • при работе трансформатора в режиме холостого хода.

Радиаторы.Неисправность крана радиатора или его ошибочное закрытие приводит к перекрытию протока масла через радиатор. В этом случае температура труб радиаторов существенно ниже, чем у работающего радиатора. С течением времени поверхности труб радиаторов подвергаются воздействию ржавчины, на них оседают продукты разложения масла и бумаги, что приводит к уменьшению сечения для протока масла или полному его прекращению. Такие трубы холоднее остальных.

Переключающие устройства. (РНТ. РПН и т.п.). Встраиваются в трансформаторы и состоят из переключателя, реактора и контактора. Контактор переключающего устройства размещаются в отдельном корпусе, распложенном на стенке бака и залитом маслом. При перегреве контактов контактора из-за небольшого объема залитого в него масла на стенах бака контактора имеют место локальные нагревы.
Контроль состояния контактов переключателя, ввиду его глубинного расположения в баке трансформатора, весьма проблематичен.

Датчик температуры. Практически единственным критерием оценки эффективности работы системы охлаждения является температура верхних слоев масла. Измеряется с помощью термометров, либо термометрических сигнализаторов с электроконтактным манометром, либо дистанционных термометров сопротивления, устанавливаемых в гильзах крышки бака. Контроль температуры масла в этих случаях связан с существенными погрешностями, которые обусловлены инструментальной точностью измерений, местом размещения гильзы и другими факторами. Поэтому при термографическом обследовании трансформатора необходимо сравнивать значения температур на крышке бака, измеренные тепловизором, с данными датчиками температуры.

Поверхность бака трансформатора. Снятие температурных профилей бака трансформатора в горизонтальном и вертикальном направлениях, сопоставление их с конструктивными особенностями трансформатора (расположение обмоток, отводов, элементов охлаждения и т.п.), пофазное сравнение полученных данных позволяет получить дополнительную информацию о характере протекания тепловых процессов в баке трансформатора. При обследовании трансформатора необходимо оценивать как значения температур, так и их распределение по фазам.

Маслорасширители. При изменении теплового состояния трансформатора происходит обмен масла между его объемами, находящимися в баке и маслорасширителе. При стабилизации теплового состояния теплообмен между этими объемами масла происходит в основном за счет теплопередачи. При осмотре с помощью тепловизора выхлопной трубы трансформатора виден уровень масла, находящегося в ней, и характер изменения температуры по высоте трубы. Может наблюдаться падение температуры на поверхности маслопровода после газового реле (Дефект крана).

Порядок проведения обследования.

Термографическому обследованию трансформатора должно предшествовать:

  • ознакомление с конструкцией выполнения обмоток; системой охлаждения, результатами работы трансформатора, объемом и характером выполнявшихся ремонтных работ;
  • длительностью эксплуатации, результатами эксплуатационных испытаний и измерений и т.п.

Поверхности бака трансформаторов, фильтров, систем охлаждения должны быть осмотрены, и с них удалить грязь, следы масла, т.е. создать условия для обеспечения одинаковой излучательной способности поверхностей трансформаторов.
Обследование предположительнее проводить в темное время ,при отключенном искусственном освещении трансформатора, в безветренную, не дождливую погоду, при максимальной возможной нагрузке и в режиме холостого хода. Тепловизор расположить на штативе, как можно ближе к трансформатору, на оси средней фазы, с использованием объектива 7-12° и обеспечивать возможность как видео так и аудио записи.
После настройки постоянного температурного режима записи тепловизора ведется покадровая регистрация термоизображения, начиная с верхней части крайней фазы (А) по направлению к другой крайней фазе (С) с наложением кадров друг на друга около 10% размера кадра. Достигнув бака крайней фазы (С), объектив опускается ниже, и далее покадровая съемка продолжается в противоположном направлении, и таким образом, процесс съемки ведется, пока не будет записана вся поверхность бака, включая расположенные под его днищем маслонасосы, маслопроводы и другие узлы.
Термографической оценке подвергается вся доступная для этого поверхность по периметру. Тепловизор во всех точках съемки, должен находится на одинаковом расстоянии от трансформатора. Минимальное количество точек съемки - четыре, максимальное зависит от расположения и типа системы охлаждения. Так, при установке выносной системы охлаждения количество точек съемки увеличивается до шести.
Термографическая съемка сопровождается речевыми комментариями, записываемыми на звуковую дорожку кассеты видеомагнитофона. В комментариях должны отражаться режим работы трансформатора, ход ведения обследования, описание явлений, фиксируемых тепловизором и другие события. В последующем осуществляется покадровое совмещение результатов съемки в единый развернутый «тепловой» план. Аномальные температуры нагрева участков плана должны сопоставляться с данными технической документации на трансформатор, в которых указано конструктивное расположение отводов обмотки, катушек, зон циркуляции масла, магнитопровода и его элементов и т.п. При этом фиксируется работа системы охлаждения, оценивается зона циркуляции масла, создаваемая каждой из них.

Выключатели масляные, воздушные, вакуумные, элегазовые.

Масляные выключатели серии ВМП-10. Предназначены для установки в ячейках КРУ и выпускаются на номинальные токи 630, 1000,1600 и 3150А, напряжение ЮкВ. При тепловизионном контроле маломасляных выключателей проверяется: болтовое соединение шины и вывода выключателя, состояние роликового токосъема и контактов дугогасительной камеры. Ухудшение состояния контактов роликового токосъема и дугогасительной камеры обычно проявляются в виде локальных нагревов на поверхности корпуса выключателя.

Масляные выключатели серии ВМГ - 133. В зависимости от значения номинального тока различаются следующие исполнения: номинальный ток ВМГ-133-П, 133-1 равен 600А, а ВМГ-133-Ш - 10000А.
Выключатели имеют некоторые отличия в конструктивном выполнении цилиндров корпусов и дугогасительных камер. Токоведущая цепь выключателя проходит с верхнего контактного угольника по гибкой связи на свечу. Свеча при включении входит в розетку. С розетки ток попадает на выводной штырь и через контактные гайки - на шину.
Внешние контакты и контактные соединения (КС) выключателей, если они доступны визуальному осмотру и находятся на воздухе, при проведении ИК-диагностики оцениваются по повышению температуры, регламентируемому ГОСТ-9024-90.
Контакты дугогасительных камер и отделителей воздушных выключателей, вакуумных и элегазовых выключателей рекомендуется оценивать по характеру распределения температуры по высоте дугогасительной камеры и значению избыточной температуры. Контакты выключателей, указанных серий, находятся в относительно небольшом объеме масла. Процесс теплообмена от контакта к поверхности (покрышки) выключателя происходит путем перехода тепла от точек с более высокой температурой к точкам с менее высокой температурой.
Поскольку конструкция дугогасительных камер всех фаз выключателя одинакова, процесс теплообмена в них носит идентичный характер. Поэтому по температурам, измеренным на поверхности корпуса фаз, можно судить о тепловом состоянии контактов дугогасительных камер. Сравнивая между собой измеренные температуры разных фаз, можно по значению избыточной температуры осуществлять дефектацию дугогасительной камеры.

Применение инфракрасных термометров (пирометров)

Применение инфракрасных термометров (пирометров) при энергетических обследованиях энергетического оборудования подробно изложено в книге Бажанова С. А. «Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств» (в приложении к журналу «Энергетик» 2000 г.), ведущего специалиста АО «Фирма ОРГРЭС» в области высоковольтных испытаний электрооборудования и тепловизионной техники.

".. В энергетике тепловизор (для обследования энергетических объектов – прим.) используется совместно с пирометром. Вначале с помощью тепловизора выявляют объекты с повышенным нагревом, а затем, используя пирометр, определяют его температуру. Поэтому точность измерения температуры определяется прежде всего параметрами применяемого пирометра."

Радиационный пирометр. По техническим параметрам отечественные пирометры не уступают лучшим зарубежным образцам. Выбор при закупке типа пирометра пирометра зависит прежде всего от возможной области его применения и связанных с этим факторах. Так, для дистанционного контроля контактных соединений (КС) токоведущих частей и электрооборудования могут применяться пирометры с широким и малыми углами визирования. В первом случае, при угле визирования 1:60 пирометры могут применяться в электроустановках 0,4-20 кВ. Пирометры с малым углом визирования (1:200, 1:300) целесообразно в ряде случаев использовать при контроле КС (контактных соединений) в ОРУ 110-220 кВ в сочетании с тепловизором на пировидиконе. При использовании с тепловизором на пировидиконе такой пирометр должен работать при температурах до – 10 С, иметь малую массу, оптический визир, устройство запоминания максимальных показаний. Конструкция радиационного пирометра должна обеспечивать:

  • Спектральный диапазон, мкм: 8 - 12
  • Диапазон измерений температуры, °С: 0…+200 °С
  • Угол визирования: 1:120, 1:200, 1:300
  • Температурную чувствительность, °С: -0,5…+1,0
  • Погрешность измерений, °С: -1…-2
  • Быстродействие, сек: менее 2
  • Масса, кг: менее 1
  • Индикация значений измеряемых температур: цифровая
  • Установка коэффициента излучения (КТИ)
  • Возможность измерения текущей и максимальной температур с их фиксацией
  • Наличие оптического визира или лазера
  • Малая потребляемая мощность

 

В качестве комментариев к вышеизложенной справке, взятой из книги ведущего специалиста ОРГРЭС могу добавить, что пирометры ООО «ТЕХНО-АС» показали себя себя с самой лучшей стороны при проведении энергетических обследований. Наиболее полно соответствуют предложенным характеристикам пирометры С-110 «Факел» и более совершенный С-300 «Фаворит». Рекомендуем для повышения точности измерений, особенно небольших объектов, использовать пирометр С-300 с возможностью установки на штатив, пирометр с лазерным прицелом или оптическим. Установка пирометра на штатив позволяет избежать дрожания прибора при измерении, соответственно меньше методических ошибок из-за неточного наведения на цель, влияния засветок от других тел, экранирования (затенения ) объекта.