Введение
Метод частотного анализа (международное название: FRA – Frequency Response Analysis) имеет два подхода - импульсный и частотный
I(mpulse) FRA – временная область.
S(weep) FRA – частотная область.
Теоретически оба подхода равноценны. (практически, как говорится, есть ньюансы. Об этом мы поговорим в отдельной статье)
Международный опыт применения FRA доказал эффективность метода для обнаружения следующих дефектов:
- Множественное замыкание магнитопровода на землю
- Распрессовка обмоток
- Витковые замыкания
- Состояние намагниченности магнитопровода
- Осевой сдвиг обмоток
- Смещение магнитопровода и разрушение опорных элементов
- Потеря радиальной устойчивости внутренней обмотки
- Повреждение прессующей системы / смещение опор обмоток
- Проблемы с РПН
История разработки метода FRA
1960: Метод Низковольтных Импульсов. Впервые предложен W. Lech и L. Tyminski в Польше для определения деформаций в обмотках трансформаторов.
1966: Результаты опубликованы; “Определение деформаций в обмотках трансформаторов - Метод Низковольтных Импульсов”, Lech и Tyminski, журнал «The Electric Review», ERA, UK
1976: “Анализ частотных характеристик отклика от НВ Тестирования Изоляции Силовых Трансформаторов (L.V.I.)”, A.G. Richenbacher, 43я конференция Doble
1978: “Диагностическое обследование трансформаторов Анализом Частотного Отклика”, E.P. Dick & C.C. Erven, Онтарио Гидро, IEEE Transactions of Power Delivery.
1978: FRA тест разработан в Онтарио Гидро, Канада
1980ые: Дальнейшая разработка выполняется в Центральном Электроэнергетическом Управлении Великобритании
1988 – 1990ые : Европейские компании докладывают об успешном применении технологии, технология получает интернациональное распространение, на конференциях CIGRE , EuroDoble и многих других
2004: Первый SFRA стандарт, ”Анализ частотного отклика на деформациях обмоток силовых трансформаторов”, DL/T 911-2004, опубликована в организации «Электроэнергетические стандарты Китайской Народной Демократической Республики»
2008: Опубликован доклад CIGRE 342, ”Оценка механического состояния обмоток трансформатора методом Анализа Частотного Отклика(FRA)”
Первый патент на изобретение, связанное с Частотным Анализом на трансформаторном оборудовании
Официальные международные документы по FRA
Начиная с середины 200х началось активное развитие тематики трансформаторного FRA во всех международных рабочих группах. Свои подгруппы создали CIGRE, МЭК и IEEE (мы являемся активными членами CIGRE и МЭК)
Принцип работы с FRA
Основа метода. Подключения
Основные блоки при подключении к трансформатору -
- генератор (свип или импульсный)
- двухканальный оцсиллограф или АЦП
На точку входа подается сигнал (и сразу измеряется одним каналом АЦП), с точки выхода сигнал снимается.
Основа метода. Теория
В основе метода лежит представление трансформатора как схемы комплексного импеданса.
При изменении любого из компонентов этой схемы, сигнал, проходящий через обмотки трансформатора будет также меняться. Любые изменения могут быть зафиксированы с помощью измерительной установки
Основа метода. Подходы. Импульсный подход (IFRA)
В случае с Импульсным Методом, источником сигнала является генератор прямоугольного импульса (входной сигнал, таким образом - это спектр разных частот).
Измерения происходят быстро, за считанные секунды, но результаты имеют некоторые ограничения по разрешению в зоне НЧ (подробнее об этом немного позже)
Метод IFRA сложнее с точки зрения реализации, поэтому 90% производителей приборов для FRA в настоящий момент отошли от использования данного метода (а также убедили в его несостоятельности своих заказчиков). Поскольку наши приборы (установки Импульс) работают на обоих методах, то у нас есть возможность объективно оценить плюсы и минусы, которые есть у каждого из подходов. Один из главных плюсов IFRA - скорость.
Основа метода. Подходы. Частотный метод (SFRA)
В случае с Частотным Методом, источником сигнала является свип-генератор (входной сигнал, это синусоида, меняющаяся от единиц герц до десятков мегагерц).
SFRA значительно проще в "железе", поэтому 90% мировых приборов для FRA используют только его. Каждый съём занимает несколько минут, из-за чего метод получается дольше чем IFRA, но в остальном это хорошо взвешенный подход.
Диагностика с помощью FRA
В основе анализа данных FRA всегда лежит сравнение. В идеале, это сравнение с "нормограммой" (при её наличии), но при ее отсутствии можно применять два варианта сравнения:
- По Конструкции. В данном случае сравниваются например обмотки одного и того же трансформатора. В некоторых случаях метод дает отличную сходимость и повторяемость. (в некоторых случаях способ будет неприменим, например если одна из фаз на трансформаторе имела механические повреждения и ремонтировалась)
- По Типу. Если нормограмма отсутствует, можно сравнить результаты FRA с разных трансформаторов одного типа. В большинстве случаев, особенно если объектов более 2, такой подход дает хорошую точность.
Но идеальным случаем остается сравнение с нормограммой. Поэтому Важно постараться получить "отпечаток" трансформатора с Завода Производителя, или снять его сразу по установке нового трансформатора на объекте. В последующем вы сэкономите время и нервы, а для перепроверки состояния трансформатора после близкого КЗ Вам потребуется максимум пару часов. (кстати, вы удивитесь, но многие Трансформаторные Заводы уже давно снимают отпечатки FRA на всех своих трансформаторах. Но выдают их только по требованию, так как лишние, выданные заказчику "данные", способные бросить тень на качество трансформатора, или его транспортировку, заводу невыгодны )
Примеры диагностики с помощью FRA
В данном случае отклик снят непосредственно на объекте после транспортировки. После анализа и сравнения с заводскими данными, стало ясно что на одной из фаз, в процессе перевозки произошло значительное изменение отклика, связанное с ударом или падением.
На картинке ниже представлены результаты моделирования (контролируемое внесение механических деформаций двух видов - радиальные деформации, и осевое смещение). Можно увидеть, каким образом каждый вид деформаций оказывает влияние на отклики FRA. Следует добавить, что разные виды дефектов оказывают влияние в своих зонах частот (например магнитопровод - НЧ, осевые изменения - СЧ, радиальные и соединения - ВЧ)
И наоборот, случай хорошей повторяемости измерений сквозь года. На одном трансформаторе сделано два измерения с разностью в 6 лет. Анализ показал отсутствие проблем по механической части, и отличную воспроизводимость результата диагностики FRA
Вывод
Анализ частотных характеристик трансформаторов - один из лучших инструментов для определения изменений в механическом состоянии трансформаторов.
Метод имеет прекрасную чувствительность даже к тем видам дефектов, которые практически не определяются традиционными методами диагностики (например измерение Zk).
Автор
Дробышевский Сергей Александрович, +79257300365
Свяжитесь с нами
Если интересуетесь услугами или приборами по диагностике FRA на трансформаторах - обращайтесь к нам! Никто кроме нас не обладает таким обширным опытом в данном направлении.
FRAEXPERT.ru - профессионалы в области FRA трансформаторов. Члены рабочих групп и комитетов по FRA, с уникальным опытом в более чем 50 лет! В отличие от "мастеров на все руки", занимаемся только FRA, но знаем про это направление всё.
Сайт: www.fraexpert.ru
Телефон/WhatsApp/Telegram: +7 925 7300365
E-mail: sergey.drob@gmail.com
