Испытания трансформаторов тока 6-500 кВ

Трансформаторы тока (ТТ) классов 6-500 кВ предназначены для преобразования первичного тока до стандартных значений 1 А или 5 А для питания измерительных приборов, счетчиков электроэнергии и устройств релейной защиты и автоматики (РЗА). От точности работы ТТ зависит корректность коммерческого учета электроэнергии и правильность срабатывания защит. Согласно СТО 34.01-23.1-001-2017, требуется регулярный контроль метрологических характеристик и состояния изоляции трансформаторов тока.

Когда требуется испытание трансформаторов тока

Периодичность испытаний ТТ по СТО 2017

Согласно СТО 34.01-23.1-001-2017 (раздел 12, таблица 12.1), трансформаторы тока классов 6-500 кВ подлежат испытаниям 1 раз в 4 года. Объем испытаний включает измерение сопротивления изоляции обмоток, испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты, снятие вольт-амперной характеристики (ВАХ), проверку коэффициента трансформации, определение полярности выводов, измерение погрешности (класса точности) и внешний осмотр. Для ТТ классов 110-500 кВ дополнительно проводится измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) изоляции. Дополнительные внеплановые проверки обязательны при истечении межповерочного интервала (4 года), после ремонта, при изменении условий эксплуатации и при подозрении на неисправность.

Внеплановые проверки и послеремонтный контроль

Внеплановые проверки трансформаторов тока проводятся при обнаружении несоответствия показаний приборов, при пересмотре схем учета электроэнергии, после воздействия токов короткого замыкания и при срабатывании защит. Также проверка обязательна при вводе оборудования в эксплуатацию после длительного хранения (более 12 месяцев), после капитального ремонта смежного оборудования и при выявлении внешних признаков неисправности: трещины фарфорового покрытия, подтекание масла (для маслонаполненных ТТ), следы перекрытия, повышенный нагрев корпуса, гул или вибрация.

Методы испытаний трансформаторов тока

Снятие вольт-амперной характеристики (ВАХ)

Снятие вольт-амперной характеристики (ВАХ) является основным методом оценки состояния магнитопровода трансформатора тока. Испытание проводится путем подачи повышенного напряжения на вторичную обмотку при разомкнутой первичной цепи. Измерения выполняются до достижения тока намагничивания 0.5-1.0 А (для ТТ класса 10) или до появления признаков насыщения. По полученным точкам строится кривая ВАХ, которая сравнивается с заводской или эталонной. Напряжение насыщения (Uнас) для ТТ класса 10Р должно быть не менее значения, указанного в паспорте. Снижение напряжения насыщения более чем на 20-30% относительно паспортных данных свидетельствует о витковых замыканиях или деградации магнитопровода. Для ТТ, используемых в цепях дифференциальных защит, обязательно снятие ВАХ на всех ответвлениях.

Проверка коэффициента трансформации и полярности

Проверка коэффициента трансформации выполняется методом сравнения с эталонным трансформатором тока или с помощью переносного прибора (например, ПКТ-М, ВТ-4). Измерения проводятся на всех ответвлениях обмоток (если они предусмотрены конструкцией) при первичном токе 10-100% от номинального. Допустимое отклонение коэффициента трансформации от паспортного значения не должно превышать 0.5% для трансформаторов класса точности 0.2S/0.5 и 1.0% для класса 1. Определение полярности выводов выполняется при первичном включении или после ремонта — при подаче постоянного тока на первичную обмотку стрелка гальванометра, подключенного к вторичной обмотке, должна отклоняться в сторону плюса (схема соответствует ГОСТ). Ошибочное подключение выводов приводит к неправильному измерению тока и сбоям в работе РЗА. Сопротивление изоляции обмоток измеряется мегаомметром: первичных — на 2500 В (норма не менее 500-1000 МОм), вторичных — на 1000 В (норма не менее 10-50 МОм). Испытание изоляции повышенным напряжением (1 мин) проводится по нормам: для ТТ 6 кВ — 21 кВ, 10 кВ — 28 кВ, 15 кВ — 38 кВ, 20 кВ — 45 кВ, 35 кВ — 68 кВ, 110 кВ — 140 кВ, 220 кВ — 280 кВ, 330 кВ — 420 кВ, 500 кВ — 630 кВ. Для ТТ 110 кВ и выше дополнительно измеряется тангенс угла диэлектрических потерь изоляции (tgδ), норма — не более 0.5-1.0% при 20°C в зависимости от типа изоляции.

Типовые дефекты трансформаторов тока

Насыщение магнитопровода и деградация изоляции

Основными дефектами трансформаторов тока являются насыщение магнитопровода и деградация изоляции. Насыщение магнитопровода происходит при превышении токами первичной цепи допустимых значений, что приводит к искажению вторичного тока — уменьшению амплитуды и появлению высших гармоник. Для ТТ класса 10Р (для РЗА) допустимая кратность первичного тока без насыщения указывается в паспорте (обычно 10-20 Iном). Снижение напряжения насыщения по ВАХ более чем на 20-30% — признак витковых замыканий или деградации магнитопровода. У маслонаполненных ТТ деградация изоляции проявляется в снижении пробивного напряжения масла (ниже 20-25 кВ) и появлении растворенных газов (ацетилен C2H2, водород H2), что требует хроматографического анализа. Для ТТ 110-500 кВ дополнительным критерием является рост tgδ выше 1.5-2.0% в эксплуатации. При снижении сопротивления изоляции ниже 300 МОм или росте tgδ более 2.5% трансформатор подлежит немедленной замене или ремонту.

Ошибки подключения и дефекты вторичных цепей

Ошибки во вторичных цепях трансформаторов тока являются наиболее частой причиной неправильной работы устройств РЗА и учета. Основные дефекты: обрывы и короткие замыкания вторичных цепей, нарушение полярности, неправильная фазировка, утечки на землю, повышенное переходное сопротивление в контактах (более 0.1 Ом). Обрыв вторичной цепи при протекании первичного тока приводит к возникновению высокого напряжения (до нескольких киловольт), опасного для персонала и оборудования, а также к насыщению магнитопровода. При проверке вторичных цепей измеряется сопротивление изоляции каждой цепи мегаомметром на 1000 В (норма — не менее 1 МОм), проверяется целостность цепей, фазировка и полярность в точках подключения приборов и защит. Для цепей дифференциальных защит обязательно измерение сопротивления соединительных проводов и его симметричности по фазам (расхождение не более 5-10%).

Оформление результатов и анализ состояния

Протокол испытаний трансформатора тока

Протокол испытаний трансформатора тока оформляется в соответствии с требованиями СТО 34.01-23.1-001-2017 и включает три обязательных раздела. Первый раздел — паспортные данные: тип трансформатора, заводской номер, номинальный первичный и вторичный ток, класс точности, номинальная нагрузка (ВА), класс напряжения, год выпуска. Второй раздел — результаты измерений: коэффициент трансформации на всех ответвлениях, отклонение от паспортных данных (%), полярность выводов, вольт-амперная характеристика (напряжение и ток намагничивания), погрешность по току (%) и угловая погрешность (минуты) для каждой фазы, сопротивление изоляции обмоток (МОм), результаты испытания повышенным напряжением, для ТТ 110 кВ и выше — значение tgδ (%). Третий раздел — заключение о техническом состоянии, соответствии заявленному классу точности, пригодности для работы в цепях РЗА, рекомендации по дальнейшей эксплуатации, срок следующей проверки (4 года). Протокол подписывается руководителем электролаборатории и заверяется печатью.

Рекомендации по эксплуатации и классу точности

При удовлетворительных результатах испытаний (коэффициент трансформации и погрешность соответствуют паспортным данным, ВАХ не имеет отклонений, изоляция выдержала испытательное напряжение) трансформатор тока допускается к дальнейшей эксплуатации с назначением следующей проверки через 4 года. При превышении допустимых значений погрешности трансформатор подлежит замене. При снижении напряжения насыщения по ВАХ более чем на 20-30% трансформатор не допускается к работе в цепях РЗА (может использоваться только для измерения). При снижении сопротивления изоляции ниже 500 МОм рекомендуется просушка изоляции. При снижении ниже 300 МОм или росте tgδ более 2.5% трансформатор подлежит ремонту или замене. Для трансформаторов, используемых в цепях коммерческого учета электроэнергии, обязательно соблюдение класса точности 0.2S/0.5S (погрешность ±0.2-0.5%). Для цепей РЗА — класс точности 10Р с допустимой погрешностью ±10% при кратности 10 Iном.

Практические особенности испытаний трансформаторов тока

Испытания трансформаторов тока согласно СТО 34.01-23.1-001-2017 являются обязательным методом контроля точности измерений и состояния изоляции для оборудования классов 6-500 кВ. Для трансформаторов, работающих в цепях коммерческого учета электроэнергии, класс точности должен быть не хуже 0.2S/0.5S, для цепей релейной защиты — 10Р с допустимой погрешностью ±10% при кратности 10 Iном. Регулярная проверка коэффициента трансформации и снятие ВАХ позволяют выявить отклонения, которые могут привести к неправильному учету электроэнергии или ложным срабатываниям защит. Отклонение коэффициента трансформации на 1% при первичном токе 1000 А дает погрешность учета, исчисляемую тысячами киловатт-часов в год. Снятие ВАХ является единственным достоверным методом оценки состояния магнитопровода и выявления витковых замыканий без разборки оборудования. Особенно важно это для трансформаторов тока, работающих в схемах дифференциальных защит. Комплексный подход к испытаниям трансформаторов тока, включающий метрологическую проверку, снятие ВАХ и контроль изоляции, гарантирует достоверность учета электроэнергии и корректность работы устройств РЗА.

Дополнительно при диагностике трансформаторов тока рекомендуется выполнять тепловизионный контроль под нагрузкой. Перегрев корпуса более чем на 20-30°C относительно температуры окружающей среды указывает на внутренние дефекты — витковые замыкания или деградацию изоляции. Для маслонаполненных трансформаторов тока обязателен периодический анализ масла: пробивное напряжение (не менее 20-25 кВ), влагосодержание (не более 15-25 г/т), хроматографический анализ растворенных газов. Появление ацетилена C2H2 или рост водорода H2 указывает на развивающийся дефект. Для ТТ 110-500 кВ анализ масла проводится 1 раз в 2 года. При замене трансформатора тока необходимо соблюдать полярность подключения и фазировку. Неправильное подключение может привести к перевороту вектора тока на 180°, что вызовет сбои в работе дифференциальных защит и неправильное направление мощности.