Analiza răspunsului în frecvență explicată: Ce vă spune de fapt un test SFRA despre un transformator

Un transformator poate trece testul raportului de înfășurări, poate trece testul rezistenței izolației și totuși poate fi deteriorat mecanic în interior. Înfășurările s-ar putea să se fi deplasat cu câțiva milimetri în timpul unui defect, uleiul ar putea fi perfect uscat, iar toate măsurătorile de rutină ar putea părea normale. Singurul test care răspunde la întrebarea «s-a mișcat ceva în interiorul carcasei?» este analiza răspunsului în frecvență .

Ignorarea acestei întrebări este acum mai costisitoare decât în trecut. Sloturile pentru reparații ale transformatorilor mari de putere sunt rezervate cu mult timp în avans, iar repornirea unui astfel de echipament cu o înfășurare deplasată se încheie, de obicei, cu casarea carcasei, nu cu refacerea înfășurărilor. Un răspuns justificabil privind starea înfășurărilor este acum o decizie de achiziție, nu doar un detaliu de testare.

 

 

De ce un transformator poate trece toate testele de rutină și totuși poate fi deteriorat

Când o defectiune apropiată determină trecerea unui curent printr-o înfășurare, forțele electromagnetice dintre conductori variază cu pătratul acelui curent. O unitate de 25 MVA care suportă un curent de defect de 20 kA dezvoltă forțe radiale și axiale măsurate în tone. Sistemul de izolație nu este adesea punctul slab în astfel de situații. Structura mecanică a înfășurării este.

Iată partea pe care o omit cei mai mulți cumpărători. Un test al raportului de înfășurare măsoară raportul dintre numărul de spire, nu poziția acestora. O înfășurare poate fi deformată radial într-o formă de tip inel îndoit și totuși să producă un raport în limitele a jumătate la sută față de valoarea nominală. Rezistența înfășurării poate varia cu o fracțiune de procent — un semnal, dar rar convingător în mod independent. Analiza gazelor dizolvate necesită căldură și timp înainte de a produce gaze de măsurat. Toate cele trei teste pot indica rezultate normale pentru o unitate care și-a pierdut deja rezerva mecanică.

Apoi unitatea revine în serviciu. Ciclarea sarcinii acționează asupra conductorului deplasat, izolația din hârtie se freacă de prespan și, la doi ani distanță, apare o defectare între spire. Defecțiunea este înregistrată ca îmbătrânire a izolației. Cauza reală a fost un eveniment mecanic pe care nimeni nu l-a măsurat.

 

Ce măsoară de fapt un test SFRA

Un Test SFRA tratează transformatorul ca o rețea electrică și măsoară modul în care acesta răspunde într-un domeniu foarte larg de frecvențe. Un semnal sinusoidal cu tensiune scăzută, baleiat în frecvență, este injectat la un terminal al înfășurării, iar răspunsul este măsurat la celălalt capăt. Balerarea se face de la 20 Hz până la aproximativ 2 MHz, iar rezultatul este o funcție de transfer reprezentată în decibeli pe o axă logaritmică de frecvență.

Nimic nu este alimentat la frecvența de rețea. Unitatea rămâne deconectată, legată la pământ și conectată doar la echipamentul de testare, motiv pentru care testul poate fi efectuat pe loc, fără necesitatea unei ferestre de întrerupere, cu excepția manevrelor de comutare propriu-zise.

Partea de măsurare este standardizată. IEC 60076-18:2012 definește tehnica de măsurare și echipamentul necesar pentru o măsurare a răspunsului în frecvență, fie pe teren, fie în fabrică, fie pe un echipament nou, fie pe unul aflat în serviciu de decenii — domeniul de aplicare este specificat în Pagina publicației IEC 60076-18 (https://webstore.iec.ch/en/publication/597). Interpretarea este tratată separat de IEEE C57.149, revizuit ca IEEE C57.149-2024 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.149/7354/), care se adresează în mod specific transformatoarelor cu ulei.

Unu analiza răspunsului în frecvență rezultatul, luat izolat, are foarte puțină semnificație. Traseul devine util doar în comparație cu o referință: amprenta inițială din fabrică, înregistrată înainte de expedierea echipamentului, celelalte două faze ale aceluiași transformator sau un echipament similar, construit conform aceluiași desen. De aceea, o bază de referință măsurată în fabrică valorează mai mult decât orice test unic efectuat pe teren, iar inserarea unui traseu lipsit de context într-un raport nu aduce niciun beneficiu.

 

Citirea celor trei benzi de frecvență

Specialiștii împart urma în trei zone, deoarece fiecare zonă este dominată de o altă parte a construcției transformatorului. Parcurgeți-le în ordine și imaginea devine, de obicei, clară.

Sub aproximativ 2 kHz, răspunsul este dominat de circuitul magnetic — miezul și inductanța de magnetizare. Abaterile din această zonă indică probleme legate de miez: deplasarea miezului, scurtcircuitarea lamelor, magnetismul rezidual lăsat de un test în curent continuu sau un scurtcircuit între înfășurare și miez. Un miez deplasat pe structura sa de strângere produce o deviere la frecvențe joase, pe care niciun alt test rutinier nu o detectează.

Între aproximativ 2 kHz și 20 kHz, curba reflectă geometria înfășurărilor. Aceasta este banda în care deformarea înfășurărilor devine vizibilă: deformare radială datorită flambajului inelar, deplasare axială a discelor, variație a distanței dintre discuri sau o secțiune parțial scurtcircuitată a înfășurării. Un transformator care a suferit un defect sever prin înfășurare își manifestă, de obicei, prima defecțiune în această bandă.

Deasupra aproximativ 20 kHz, traseul este influențat de dispunerea cablurilor, capacitatea izolatorului, poziția comutatorului de prize și legarea la pământ a montajului de testare. Este, de asemenea, banda care generează cele mai multe alarme false, deoarece cablurile aranjate diferit față de măsurătoarea de referință deplasează traseul, fără ca în interiorul rezervorului să existe vreo problemă.

Ultimul punct menționat reprezintă capcana practică. Cauza cea mai frecventă a unei deformări raportate ale înfășurării este o probă efectuată cu comutatorul de prize într-o poziție diferită față de cea din măsurătoarea de referință. A doua cauză cea mai frecventă este o legătură la pământ realizată într-un alt punct al rezervorului. Ambele situații sunt erori de configurare, nu defecțiuni ale echipamentului, iar ambele dispar dacă configurația este documentată împreună cu traseul.

 

Modul în care FRA se integrează cu raportul de transformare, rezistența și analiza gazelor dizolvate (DGA)

Un test SFRA nu înlocuiește diagnozele rutiniere ale transformatorului pe care le efectuați deja. El acoperă golurile lăsate de acestea. Folosite împreună, aceste metode produc o evaluare a stării care rezistă la întrebările unui manager de proiect sau ale unui asigurător.

Test	Ce detectează	Ce nu poate detecta
Raportul de transformare (TTR)	Înfasurări scurtcircuitate, poziție incorectă a prizelor, erori de raport	Deplasare radială sau axială a înfasurărilor
Rezistenței înfășurărilor	Circuite deschise, conexiuni slabe, uzură a contactelor comutatorului de prize, deteriorare severă a spirelor	Deplasare geometrică mică
Rezistența izolației / indicele de polarizare (PI)	Umiditate, contaminare, degradare gravă a izolației	Mișcare mecanică a înfasurărilor
Analiza gazelor dizolvate (DGA)	Defecțiuni termice sau electrice active, după formarea gazului	O înfasurare care s-a deplasat, dar încă nu a generat o defecțiune
Analiza frecvențială a răspunsului de impedanță (SFRA / FRA)	Modificări ale geometriei înfășurărilor și ale miezului, traseul conductoarelor de legătură, starea comutatorului sub sarcină	Locația exactă a deteriorării, fără investigații suplimentare

Regula de lucru după un defect extern este efectuarea testelor de raport de transformare, rezistență a înfășurărilor, analiză gazometrică a uleiului (DGA) și analiză a răspunsului în frecvență (FRA) ca un pachet unitar și interpretarea lor comparativă. Un raport de transformare corect împreună cu o curbă FRA deviantă reprezintă semnatura clasică a deformarea înfășurărilor deteriorării mecanice a înfășurărilor, iar tocmai această combinație justifică deschiderea transformatorului, nu reluarea funcționării acestuia.

 

Când se efectuează o analiză a răspunsului în frecvență

Există cinci momente din viața unui transformator în care costul acestui test se amortizează, iar fiecare dintre aceste momente aparține unui program bazat pe starea echipamentului ale transformatorului și nu unei reacții la apariția unei defecțiuni.

• După un defect extern sau orice eveniment în care a intervenit protecția transformatorului. Stabiliți pragul declanșator în standardul de întreținere înainte de a avea nevoie de el — un prag uzual este un curent de defect superior nivelului pentru care înfășurarea a fost proiectată să reziste.
• La primirea unei noi unități pe teren. Comparați urma de sosire cu amprenta fabricii înainte de a accepta livrarea. Dacă urmele diferă, vă puteți constitui un reclamație documentată privind transportul, în timp ce camionul se află încă în curte.
• După transport sau depozitare prelungită, în special pentru unități care au parcurs mii de kilometri pe uscat.
• Înainte și după orice intervenție care afectează partea activă: o reînfășurare, o reparație a rezervorului, o revizie a comutatorului sub sarcină, o înlocuire a izolatorului.
• În mod periodic, pentru unitățile esențiale din flotă — cele al căror defect ar duce la oprirea unei săli de date, a unei linii de procesare într-o rafinărie sau a sistemului esențial de alimentare cu energie electrică al unui spital.

 

 

Unde se încadrează Ryan Electric: Linia de bază pornește în fabrică

O urmă de referință este la fel de bună ca și înregistrarea care stă la baza ei, iar această înregistrare trebuie creată înainte ca unitatea să plece din fabrică. În cabina noastră de teste, fiecare transformator Imers în Ulei construim obține o măsurătoare a răspunsului în frecvență efectuată cu poziția de atingere, configurația conductorilor și punctele de legare la pământ înscrise în raportul de încercare. Fără această înregistrare, o echipă de teren, peste cinci ani, nu are nimic cu ce să compare și un adevărat deformarea înfășurărilor arată exact ca o diferență de configurare.

Ca un fabrică de transformatoare imersate în ulei din China care livrează în America de Nord, Asia de Sud-Est, Orientul Mijlociu și Africa, construim și testăm într-o uzină de 120.000 m² dotată cu peste 180 de seturi de echipamente de producție și testare, precum și cu 37 de brevete care stau la baza lucrărilor de proiectare. Unitățile sunt supuse încercărilor de tip și încercărilor de rutină conform cerințelor UL, CSA, IEEE, DEKRA și IEC, iar înregistrările de testare însoțesc livrarea, în loc să rămână într-un fișier la uzină. Din 2023 producem, de asemenea, prin intermediul unei întreprinderi comune cu Eaton, ceea ce implică o verificare suplimentară a documentației înainte ca orice produs să părăsească linia de producție.

Acest lucru este cel mai important în momentul în care ai nevoie de el: o unitate care revine după o defecțiune, o dispută privind deteriorarea produsului în timpul transportului sau o decizie privind posibilitatea ca un echipament învechit să suporte încă cinci ani de creștere a sarcinii.

 

Ce întrebări trebuie să puneți înainte de a accepta o ofertă de reparație

Când un transformator revine după o defecțiune și cineva vă oferă o estimare pentru reparație, datele FRA sunt cele care diferențiază un diagnostic de o presupunere. Există cinci întrebări pe care ar trebui să le puneți de fiecare dată.

• Pot vedea linia de referință anterioară defecțiunii și traseul post-defecțiune reprezentate pe aceeași scară și pe aceleași axe?
• A fost înregistrată poziția comutatorului de prize și a fost aceasta identică în ambele măsurători?
• În ce bandă de frecvență apare abaterea și ce corespunde fizic acestei benzi?
• Ați efectuat testele de raport de transformare, rezistență a înfășurărilor și analiză gazelor dizolvate (DGA) în același timp și sunt rezultatele acestora conforme cu cele obținute prin FRA?
• Dacă unitatea revine în funcționare fără reparație, ce dovezi susțin această decizie?

Un furnizor care nu poate răspunde primelor două întrebări nu efectuează o evaluare a stării. El face doar presupuneri folosind echipamente de testare.

 

Costul omiterii testului

Aanaliza răspunsului în frecvență măsurarea durează câteva minute. Configurarea, pregătirea conductorilor, documentarea și compararea cu valoarea de referință necesită de obicei mai mult timp decât măsurarea în sine — alocați una până la trei ore pe unitate, inclusiv pregătirea, în funcție de accesibilitatea lagărelor.

Având în vedere termenele de livrare actuale, această decizie implică costuri reale. Trimiteți-ne clasa de putere, clasa de tensiune și istoricul defecțiunilor, iar noi vă vom arăta cum arată înregistrările noastre de testare pentru un transformator Imers în Ulei și cum ar trebui să arate înregistrarea din unitatea dumneavoastră în fiecare bandă de frecvență. Începeți cu gama de transformatoare de putere aT https://www.ryantransformers.com/power-transformersau trimiteți un e-mail la [email protected] și echipa noastră de ingineri va prelua de aici.

 

Despre autor

Această ghid a fost elaborat de echipa de testare și inginerie Ryan Electric, pe baza testării de acceptare la fabrică și a sprijinului acordat în teren pentru punerea în funcțiune a transformatoarelor cu ulei și a celor uscate, furnizate proiectelor din domeniul utilităților, centrelor de date, energiei regenerabile și industriei. Întrebările legate de bazele FRA, înregistrările de testare sau un caz activ de deformare a înfășurărilor pot fi trimise la adresa [email protected].