Новое в диагностике силовых трансформаторов

Одной из ключевых проблем трансформаторов является разрушение изоляции и, как следствие, возникновение межвитковых замыканий. Состояние изоляции определяется измерениями изоляционных характеристик с одновременным контролем уровня частичных разрядов (ЧР), для чего необходимо на время вывести трансформатор из эксплуатации.

Без сомнения, более предпочтительной является диагностика, не предполагающая отключения электроустановок и вмешательства в их работу, например тепловизионными методами. Однако на термограмме сложно увидеть неявные аномалии, возникающие внутри оборудования. Тем не менее термографические данные содержат в себе искомую информацию. Вопрос состоит лишь в том, как её выявить.

Специалистам ФГУП ВЭИ им. Ленина совместно с сотрудниками подразделения НИОКР компании «Трансформер» удалось решить эту задачу. Исследователи нашли метод обработки данных термосъёмки, который позволяет зафиксировать малые температурные изменения поверхности, вызванные дефектами внутри трансформатора. Предложенное решение даёт возможность не только выявить незначительные отклонения на фоне «шума», но и определить расположение их источника.

ОСНОВА МЕТОДИКИ

Суть метода заключается в преобразовании данных термограммы в гистограмму (рис. 1) распределения температуры по площади — свёртку термограммы, или, другими словами, образ термограммы. Если сравнить образ, полученный для исследуемого объекта, с аналогичным графиком, построенным для эталона, то становится возможным зафиксировать скрытые дефекты. Об их наличии свидетельствуют изменения формы графика, появление на нём дополнительных экстремумов, смещение в иную температурную область и т. д. Следует отметить, что при обработке данных учитываются такие факторы, как излучательная способность поверхности, состояние оптико-электронного тракта тепловизионного оборудования, уровень загрузки исследуемого объекта и др.

Авторы метода также исследовали изменение формы гистограммы в зависимости от нагрузки силового трансформатора. Как выяснилось, по мере увеличения нагрузки гистограммы смещаются в сторону высоких температур без явного искажения формы.

Изменение температуры окружающей среды также приводит к сдвигу кривой по температурной оси с сохранением её формы. Этот фактор важно учитывать при практической термометрии объектов в нестабильных внешних температурных условиях.

При относительно простой, например монотонной, функции распределения температурного поля анализ полученного образа и его сопоставление с эталонным можно провести экспертным методом. Такие температурные распределения характерны, в частности, для трансформаторов с масляным охлаждением.

В случае же, когда картина более сложная, при анализе аномалий в активной части трансформатора необходимо применять методы математической статистики, в частности использовать критерий Колмогорова-Смирнова. Он позволяет с большой вероятностью обнаружить незначительные расхождения между образами эталона и контролируемого объекта при условии, что число выборок будет достаточно велико.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Разработанная методика обладает рядом преимуществ. Преобразование данных в гистограмму позволяет сравнивать не двухмерные, а одномерные массивы данных, что значительно облегчает анализ результатов термосъёмки.

Образ термограммы инвариантен к поворотам относительно направления визирования и не зависит от пространственных координат объекта. Это упрощает практическое применение метода.

У образа термограммы есть ещё одно полезное свойство: амплитудное значение преобразованной функции становится нечувствительным к глубине. Увеличение глубины залегания теплового дефекта, конечно, уменьшает уровень температуры, фиксируемой на поверхности. Но это компенсируется увеличением площади поверхности с повышенной температурой.

Данный метод применим не только для силовых трансформаторов, но и для другого энергетического оборудования.

ВНЕДРЕНИЕ В ПРАКТИКУ

Практическая значимость данного метода очевидна, но предполагает наличие эталонной гистограммы. В связи с этим в компании «Трансформер» в настоящее время ведётся работа по получению эталонных термографических данных (термограмм и их гистограмм — образов) для всей номенклатуры выпускаемых силовых трансформаторов. Эталонные характеристики определяются в ходе типовых тепловых испытаний изделий (рис. 2 и 3).

Внедрение методики тепловизионного контроля позволит компании «Трансформер» осуществлять мониторинг своих силовых трансформаторов без отключения, т.е. под нагрузкой, и на самой ранней стадии выявлять возможные повреждения. Применение разработанного метода даст возможность принимать своевременные технически обоснованные решения о необходимости ремонта или замены оборудования в процессе его эксплуатации.