BA-3 — встраиваемая антенна для регистрации частичных разрядов в баках маслонаполненных трансформаторов

Описание встраиваемой антенны для регистрации частичных разрядов в баках маслонаполненных трансформаторов BA-3:

Измерение импульсов частичных разрядов в баках маслонаполненных силовых трансформаторов, возникающих при появлении дефектов в высоковольтной изоляции, является актуальной, но технически сложной диагностической задачей.

Основной проблемой при проведении таких измерений является наличие на подстанции большого количества высокочастотных импульсов, по параметрам близких к ожидаемым импульсам частичных разрядов. Эти помехи могут по амплитуде на один или два порядка превышать импульсы реальных ЧР, что может снизить достоверность проводимой диагностики до недопустимого уровня.

В настоящее время, наряду с использованием технических и алгоритмических средств борьбы с помехами, реализованных в современных приборах регистрации и анализа частичных разрядов, дополнительно повысить достоверность диагностических работ можно двумя способами:

• Во-первых, необходимо проводить измерение параметров высокочастотных импульсов в UHF (СВЧ) диапазоне частот. Импульсы этого частотного диапазона быстро затухают на небольшом расстоянии от источника возникновения, и чаще всего не достигают трансформатора, в котором производятся измерения.
• Вторым эффективным способом повышения достоверности измерений частичных разрядов является использование для регистрации частичных разрядов датчиков, расположенных внутри бака трансформатора. В этом случае металлический бак трансформатора является электромагнитным экраном, который защищает приемные антенны и датчики от влияния внешних высокочастотных импульсов помех.

Все эти возможности для отстройки от импульсов помех реализуются при использовании предлагаемого измерительного комплекта производства фирмы ДИМРУС.

Комплект включает в себя многоканальный измерительный прибор PD-Analyzer и встраиваемую в бак трансформатора электромагнитную антенну марки BA-3, предназначенную для регистрации импульсов частичных разрядов в сверхвысокочастотном и (или) высокочастотном диапазонах частот.

Конструктивные особенности встраиваемой антенны для регистрации частичных разрядов в баках маслонаполненных трансформаторов BA-3:

Основной технической проблемой, возникающей при регистрации частичных разрядов UHF диапазона внутри баков силовых трансформаторов, является отсутствие в них необходимых антенн. Поэтому реальным для практики вариантом является использование нестационарных антенн, устанавливаемых в баке трансформатора только на время проведения измерений.

Примером такой нестационарной встраиваемой антенны является устройство BA-3 производства фирмы ДИМРУС. В отечественной и иностранной технической литературе антенны такого типа часто называются «Зонд Лемке» по имени ее разработчика.

Антенна марки BA-3 предназначена для регистрации импульсов частичных разрядов внутри баков маслонаполненных силовых трансформаторов в UHF (СВЧ) диапазоне частот, от 0,45 до 1,5 ГГц.

Для расширения практических возможностей антенны ВА-3 в ее конструкции предусмотрена возможность регистрации импульсов частичных разрядов в HF (ВЧ) диапазоне частот, от 0,1 до 30 МГц. Встраиваемая антенна BA-3 является переносной. Она может многократно монтироваться и демонтироваться на различном баковом оборудовании. Возможно эффективное использование антенны в составе систем мобильного или стационарного мониторинга. Для монтажа антенны внутрь бака силового трансформатора используются поворотные краны различной конструкции, стационарно смонтированные на баке трансформатора на заводе-изготовителе. Это могут быть краны шарового исполнения от DN50 и более, или же поворотные затворы, начиная от DN80. Для обеспечения возможности оперативного монтажа (демонтажа) электромагнитной антенны марки BA-3 без слива масла из бака трансформатора используется герметизирующее переходное устройство, оптимально с дополнительным шаровым краном, смонтированное на переходном фланце.

Для каждого типа и размера крана, используемого на баке трансформатора, приходится использовать свой специализированный переходной фланец. Для введения антенны в бак трансформатора через шаровый кран герметизирующий узел монтируется в центре переходного фланца.

При установке антенны BA-3 в баке трансформатора через поворотный затвор место установки герметизирующего узла на переходном фланце радиально смещается от центра. В этом случае чувствительный элемент датчика ВА-3 проходит в бак трансформатора мимо оси поворотного затвора.

Примечание: при монтаже антенны на оборудовании различного типа могут потребоваться нестандартные переходные фланцы, которые могут быть изготовлены по специальному заказу.

Порядок монтажа и демонтажа антенны BA-3 на баке трансформатора:

Антенна BA-3 может монтироваться в баке силового трансформатора, находящемся в эксплуатации. Необходимо только наличие на баке трансформатора крана, смонтированного на заводе-изготовителе. Технологическое назначение этого крана может быть любым: заливной, сливной, ревизионный и т.д., главное, чтобы он соответствовал необходимым требованиям и был «технологически свободен» на момент установки антенны.

С закрытого крана на баке трансформатора демонтируется дополнительная внешняя заглушка, на место которой устанавливается входящий в состав поставки антенны переходной фланец с герметизирующим устройством. Это переходное устройство с дополнительной заглушкой позволяет оперативно монтировать антенну BA-3 в баке трансформатора.

Для установки антенны необходимо проделать следующие операции:

• С герметизирующего устройства демонтируется предохранительная заглушка и устанавливается верхний сальник.
• В герметизирующее устройство вводится активная часть антенны BA-3 до шарового крана, входящего в состав герметизирующего узла. Этот шаровой кран должен быть закрытым, с начала монтажа и до момента полного ввода антенны в герметизирующее устройство.
• Открывается шаровой кран герметизирующего устройства, который соединяет полость с датчиком с полостью перед запорным устройством бака трансформатора. На два оборота откручивается винт, предназначенный для стравливания воздуха из этой полости.
• Шаровой кран (или поворотная задвижка) на баке трансформатора немного приоткрывается. В этом режиме происходит максимально возможное удаление воздуха из полости между кранами. После появления масла из-под дренажного болта он туго закручивается.
• Полностью открывается шаровой кран на баке трансформатора (или поворотная задвижка), и датчик вводится внутрь бака на расчетную глубину. Сам датчик должен выступать внутрь от стенки бака трансформатора не менее чем на 100 мм.
• Гайка верхнего сальника герметизирующего устройства затягивается для исключения несанкционированного перемещения датчика. Дополнительно производится фиксация выбранного положения датчика при помощи предохранительной цепочки и карабина.

Измерительная антенна ВА-3 готова к использованию и подключению к переносному прибору регистрации частичных разрядов в СВЧ диапазоне частот. Это может быть прибор PD-Analyzer ли любой другой, позволяющий проводить регистрацию импульсов в СВЧ диапазоне частот.

Демонтаж измерительной антенны ВА-3 и, при необходимости, самого герметизирующего устройства с крана на баке трансформатора производится в обратной последовательности.

Проведение измерений частичных разрядов в баке трансформатора при помощи антенны BA-3:

Для проведения измерений частичных разрядов в баке трансформатора достаточно использование одного датчика BA-3 и практически любого переносного измерительного прибора, регистрирующего высокочастотные импульсы частичных разрядов в UHF диапазоне частот.

Проведение первичных измерений частичных разрядов при помощи ВА-3 возможно даже с использованием высокочастотного осциллографа.

Для выявления дефектов в изоляции обмоток и вводов трансформатора, определения типа дефекта и оценки технического состояния изоляции оптимальным является использование одного измерительного канала многоканального прибора марки PD-Analyzer.

Перед проведением измерений частичных разрядов в баке трансформатора проводится методическая подготовка (градуировка измерительного комплекса) и техническая проверка работоспособности комплекса «измерительный прибор – антенна».

Градуировку схемы измерения частичных разрядов необходимо проводить на отключенном трансформаторе с использованием генератора UHF импульсов частичных разрядов GTI-5/UHF или аналогичного. Импульсы от генератора подаются в один из вводов трансформатора, сигналы регистрируются измерительным прибором.

Для проверки работоспособности датчика BA-3 и всего измерительного тракта регистрации частичных разрядов также необходимо использовать генератор градуировочных импульсов GTI-7/UHF, который подключается к разъему «Тест», расположенному на корпусе соединительной коробки датчика. В этом случае на встроенную излучающую антенну (установленную в верхней точке ВА-3) от генератора подаются тестовые импульсы. Эти импульсы наводятся в измерительной антенне и регистрируются прибором.

Измерение частичных разрядов в баке трансформатора при очень высоком уровне помех на подстанции:

На практике встречаются случаи, когда уровень помех вблизи трансформатора является очень высоким, или источники этих помех находятся вблизи трансформатора. Импульсы от «таких близких» внешних дефектов регистрируются внутри бака с достаточно высокой амплитудой. При недостатке опыта диагностом может быть сделан вывод о наличии этих дефектов внутри бака.

Для того, чтобы избавиться от таких помех, используют дополнительную антенну BA-4, которую располагают вблизи трансформатора. Эту антенну подключают к другому входу измерительного прибора PD-Analyzer.

В приборе включается функция сравнения амплитуд и разницы во времени прихода импульсов от этих двух антенн: встроенной в бак и внешней. На основании работы этого специализированного алгоритма эффективно разделяются импульсы от дефектов изоляции, возникших в баке трансформатора, и «внешние» импульсы частичных разрядов, являющихся для данного измерения помехами.

Использование встраиваемых антенн BA-3 для локации места возникновения дефекта внутри бака трансформатора:

В самом общем случае оценка технического состояния и поиск дефектов в изоляционной системе силового трансформатора по параметрам частичных разрядов проводится в четыре этапа:

• появление стационарных частичных разрядов – первый признак наличия дефекта в изоляции;
• повышение с течением времени интенсивности частичных разрядов в баке – признак развития дефекта в изоляции трансформатора;
• определение типа дефекта по PRPD распределению импульсов частичных разрядов дает возможность разделения выявленных дефектов по степени опасности для дальнейшей эксплуатации трансформатора;
• локация места возникновения дефекта в баке трансформатора – финальный этап проведения диагностических работ.

Знание типа и места возникновения дефекта в высоковольтной изоляции в баке - максимально информативное заключение по итогам проведения диагностических работ.

В настоящее время единственным приемлемо достоверным способом локации дефекта внутри бака является использование приборов с одним или несколькими ультразвуковыми датчиками. Недостатком этого метода является его низкая чувствительность и достоверность, обусловленная большим затуханием и сложными путями движения и отражения акустических сигналов внутри бака трансформатора.

Возможным вариантом локации места возникновения дефектов в изоляции внутри бака трансформатора является использование импульсов сверхвысокочастотного (UHF) диапазона частот, синхронно зарегистрированных несколькими датчиками. Такая локация может обеспечить хорошую точность и многократно большую чувствительность, чем акустическая локация.

Для проведения локации в бак нужно ввести не менее четырех датчиков (расположенных не в одной плоскости!) и подключить их к входам прибора PD-Analyzer. Синхронно зарегистрированные сигналы от антенн после регистрации обрабатываются в программном обеспечении INVA-Portable, в котором производится расчет места возникновения дефекта в баке трансформатора.

При благоприятных условиях регистрации импульсов и использовании итерационных алгоритмов погрешность такой локации внутри бака может составить ±0,2 метра.

Проведение локации места возникновения дефектов внутри бака с использованием нескольких антенн ВА-3 в плане монтажа датчиков является трудоемкой и технически сложной задачей. Однако в ряде случаев это может быть экономически более эффективно, так как может позволить избежать еще более сложной и дорогой процедуры вскрытия бака трансформатора.

Состав поставки встраиваемой антенны для регистрации частичных разрядов в баках маслонаполненных трансформаторов BA-3:

В стандартный состав поставки встраиваемой антенны BA-3 для регистрации частичных разрядов в баке силового трансформатора входят:

• Блок антенны ВА-3 с коммутационной коробкой для подключения измерительного прибора и калибровочного генератора.
• Герметизирующий узел с шаровым краном и переходным фланцем, рассчитанным для монтажа на шаровый кран на баке трансформатора.
• Переходный фланец для монтажа антенны на поворотный затвор на баке трансформатора (DN80).
• Поставка антенны BA-3 с герметизирующими узлами производится в общем транспортном чемодане.

Расширенная поставка для измерения частичных разрядов в баке трансформатора может дополнительно включать в себя:

• Внешнюю «помеховую» антенну BA-4, используемую при проведении измерений при высоком уровне наведенных помех, в транспортном чемодане.
• Калибровочный генератор UHF диапазона частот GTI-7/UHF для проведения градуировки и проверки работоспособности измерительной схемы в сборе.
• Набор переходных фланцев для монтажа антенны на баке трансформатора. Количество и размерность фланцев определяется в договоре на поставку по согласованию с Заказчиком.

Измерительный прибор PD-Analyzer, предназначенный для синхронной регистрации импульсов частичных разрядов в UHF диапазоне частот, или аналогичный по свойствам измерительный прибор производства другой фирмы, в состав поставки антенны ВА-3 не входит.