Испытания силовых трансформаторов при ремонте
Испытания трансформаторов при ремонте составляют один из элементов контроля качества выполняемых работ и проводятся почти на всех стадиях ремонта и на каждой стадии имеют свои назначения. Целью предварительных испытаний (при дефектировке) является выявление дефектов в трансформаторе или в отдельных узлах и установление объема ремонтных работ. Промежуточные испытания проводят в процессе ремонта после выполнения отдельных работ. Они имеют вспомогательное значение и, как правило, не обязательны, но благодаря им ремонтные работы выполняют более целенаправленно. Иногда такие испытания, которые можно провести только на разобранном трансформаторе, являются одновременно контрольными, т. е. обязательными. Самыми ответственными являются окончательные, приемо-сдаточные испытания, результаты которых свидетельствуют о состоянии трансформатора, выпускаемого из ремонта. Объем испытаний определяется техническими условиями на ремонт трансформаторов. Все испытания условно можно разбить на три группы в зависимости от того, что подвергается проверке или измерениям: испытания изоляции трансформатора, проверка электрических параметров трансформатора, проверка качества ремонта. Рассмотрим коротко все виды испытаний, входящие в каждую группу. 
Испытания изоляции трансформатора
Качество изоляции в процессе ремонта контролируют много раз посредством различных испытаний. Сюда относятся: измерение сопротивления изоляции обмоток; определение коэффициента абсорбции изоляции обмоток, измерение емкостных характеристик изоляции обмоток, измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции, испытание изоляции трансформатора приложенным повышенным напряжением промышленной частоты, электрические испытания трансформаторного масла. Первые два испытания обычно совмещают и проводят одновременно. Выполняют измерения на трех изоляционных участках: обмотки ВН по отношению к обмоткам НН, присоединенным к корпусу; обмотки НН по отношению к обмоткам ВН, присоединенным к корпусу; соединенных между собой обмоток ВН и НН по отношению к корпусу. Измеряют сопротивление мегомметром 2500 В с ручным или моторным приводом. При ручном приводе рукоятку вращают с частотой примерно 120 об/мин. Первый отсчет снимают через 15 с после установления этой указанной частоты вращения. Этот отсчет обозначают R15. Второй отсчет—через 1 мин, его обозначают R60, что считают сопротивлением изоляции на данном участке. Отношение R60/R15, называемое коэффициентом абсорбции, вычисляют с точностью до 0,01 и округляют до 0,1. Его величина при 10—30° С должна быть не ниже 1,3. Работу удобно проводить вдвоем, но допускается и одному с квалификационной группой по технике безопасности не ниже IV. Условием безопасности работы является применение проводов с хорошей изоляцией и надежными зажимами. Простота и безопасность выполнения этих испытаний делают их очень доступными, поэтому их применяют почти на каждой стадии ремонта: при дефектировке трансформатора и активной части, в процессе сушки изоляции, перед опусканием активной части в бак и при приемо-сдаточных испытаниях. Емкостные характеристики изоляции — это характеристики, основанные на способности диэлектрика изменять свою электрическую емкость при изменении какого-нибудь из условий: температуры (Сгор/Схол, метод емкость — температура), частоты (С2/С50, метод емкость—частота), времени (∆С/С, метод емкость — время). Емкостные характеристики показывают степень влажности изоляции, их измеряют специальными приборами контроля влажности (ПКВ). Любой электроизоляционный материал, твердый и жидкий, является не абсолютным диэлектриком. При высоких напряжениях через него идет весьма незначительный ток проводимости, который называется током потерь. Чем хуже изоляция, чем больше в ней проводящих включений (грязь, влага, шлам), тем выше ток диэлектрических потерь, который принято определять тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ. Измеряют tgδ твердой изоляции и трансформаторного масла мостами переменного тока. Измерение емкостных характеристик и tgδ изоляции обмоток трансформаторов I—II габаритов проводят только если значения R60 или отношения R60/R15 ниже допустимых норм и требуется установить причину. Повышенное отношение С2/С50, измеренное в масле, или ∆С/С, измеренное без масла, покажет увлажненность изоляции обмоток и необходимость дополнительной подсушки активной части, а величина tgδ кроме этого укажет на степень загрязненности обмоток остатками шлама, силикагеля или какого-нибудь ворса в каналах или на торцах обмоток. В таблице 1 приводятся нормы допустимых значений изоляционных характеристик изоляции обмоток в зависимости от температуры обмоток.
Испытание главной изоляции трансформатора повышенным приложенным напряжением является самым ответственным испытанием. Оно является обязательным приемо-сдаточным испытанием и проводится 1 раз на окончательно собранном и залитом маслом трансформаторе. Изоляцию обмоток испытывают вместе с вводами от постороннего источника переменного тока через специальный однофазный испытательный трансформатор, например типа ОМ-33/35. (Для испытания трансформаторов класса напряжения до 10 кВ вместо него успешно применяют измерительные трансформаторы напряжения типа НОМ-35.) Величина испытательного напряжения зависит от класса напряжения ремонтируемого трансформатора и вида его ремонта и приведена в таблице 2.
Испытывают обе обмотки трансформатора, сначала, как правило, НН, а затем — ВН. Все три ввода испытуемой обмотки соединяют между собой и через предохранитель подключают к высоковольтному вводу испытательного трансформатора, а вводы другой обмотки и бак трансформатора заземляют. Испытательное напряжение поднимают плавно и выдерживают в течение 1 мин. В это время испытуемый трансформатор прослушивают. Допускаются слабые частичные разряды, сопровождающиеся потрескиванием внутри трансформатора, возможны отдельные разряды в первой половине минуты, которые потом прекращаются. По истечении 1 мин, если не произошло пробоя, испытательное напряжение снижают до нуля и считают, что трансформатор выдержал испытание. Электрические испытания трансформаторного масла заключаются в испытании электрической прочности (на пробой) и измерении tgδ. Испытание на пробой масла производят несколько раз: из бака перед сливом из трансформатора, поступившего в ремонт, чтобы в зависимости от его состояния слить масло в ту или иную емкость; из крана маслоочистительной установки в процессе контроля качества сушки, перколяции или регенерации масла; непосредственно перед заливкой в бак отремонтированного трансформатора хорошего масла из емкости и после отстоя масла в баке при приемо-сдаточных испытаниях. Измерение tgδ масла из каждого отдельного трансформатора не производят, а выполняют его централизованно при подготовке больших порций масла при сомнительных результатах испытания на пробой и сокращенного химического анализа. Для измерения пробивного напряжения масла применяют специальные маслопробойные аппараты разных типов (например, АИМ-80). Пробивное напряжение масла из емкости должно быть не менее 30 кВ, а из бака трансформатора — не менее 25 кВ. 
Проверка электрических параметров трансформатора
После восстановительного ремонта трансформатора необходимо убедиться в сохранении его электрических параметров. При ремонте с заведомо обусловленным изменением параметров испытания проводят для определения и включения их в паспортные данные. К этим испытаниям относятся: проверка коэффициента трансформации; определение схемы и группы соединений обмоток; измерение тока и потерь холостого хода; измерение напряжения и потерь короткого замыкания. Первые два испытания проводят на трансформаторе 2 раза: вначале при сборке активной части, когда соединения обмоток уже смонтированы, но еще не спаяны, с тем чтобы избежать ошибок в дальнейшем при пайке схемы, и второй раз при окончательных приемо-сдаточных испытаниях после ремонта. Существует несколько методов этих испытаний, допускаемых ГОСТ 3484-65: с помощью моста, образцовым трансформатором с помощью специальных приборов — фазометра, группомера и методом постоянного тока. Каждый из этих методов удобно применять при массовых испытаниях трансформаторов, они разработаны для поточного производства трансформаторов на заводах. В условиях же ремонта даже при большом числе ремонтируемых трансформаторов самым удобным методом проведения испытаний, обеспечивающим достаточную точность, является метод двух вольтметров. Для определения коэффициента трансформации к одной из обмоток (чаще ВН) подводят симметричное трехфазное напряжение не менее 2% номинального (для трансформаторов 10 кВ—220 В) и между каждой парой вводов измеряют напряжения двумя вольтметрами — одним на стороне ВН, а другим — НН, а затем вычисляют коэффициенты трансформации в зависимости от группы соединения обмоток по соответствующей формуле. Можно измерять напряжения и пофазно при однофазном питании. Каждое измерение выполняют на всех положениях переключателя ответвлений. Вычисленный коэффициент трансформации не должен отличаться от расчетного более чем на 0,5%, а на одних и тех же ответвлениях на разных фазах отклонения не должны превышать 2%. Для проверки группы соединения обмоток соединяют закороткой вводы ВН и НН одной из фаз (принято соединять А и а) и к вводам ВН подают трехфазное симметричное напряжение 380/220 или 220/127 В. Одним вольтметром измеряют напряжение между вводами В и С, а другим, более точным, делают три замера: В — в, С — в и В — с. Сопоставляя результаты всех измерений, определяют группу соединений обмоток. Если все напряжения, измеренные вторым вольтметром, будут меньше напряжения питания, то группа соединения обмоток нулевая, а если напряжение С — в будет равно напряжению питания, а остальные меньше, то группа соединения одиннадцатая. Измерение тока и потерь холостого хода называется опытом холостого хода. Опыт холостого хода иногда проводят также как промежуточное испытание после полного ремонта магнитопровода. При приемо-сдаточных испытаниях этот опыт проводят почти всегда. Опыт холостого хода, как следует из его названия, состоит в том, что на одну из обмоток трансформатора (как правило, НН) подается номинальное напряжение, а другая обмотка остается разомкнутой. Ток, который течет по питаемой обмотке, вызывается потерями в стали магнитопровода, его называют током холостого хода и измеряют в процентах к номинальному току в этой обмотке. Включая в эту цепь ваттметры, измеряют потери холостого хода в единицах активной мощности. Схемы для указанного опыта применяют различные, самая распространенная в условиях ремонта — схема двух ваттметров. Опытом короткого замыкания называют измерение напряжения и потерь короткого замыкания. Это испытание проводят только 1 раз — для определения изменившихся параметров трансформатора, являющихся паспортными данными. Потери короткого замыкания — это потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, они в несколько раз превышают потери холостого хода и определяют экономичность трансформатора, его к. п. д. Напряжение короткого замыкания — очень важный параметр, он определяет способность данного трансформатора работать параллельно с другим трансформатором. При ремонте с заменой обмоток эти параметры изменяются довольно существенно, иногда в большую, а иногда в меньшую сторону. При ремонте без замены обмоток, если схема соединений обмоток не демонтировалась, опыт короткого замыкания теряет свой смысл, в этом случае он в объем обязательных испытаний не входит. Опыт короткого замыкания заключается в том, что одна из обмоток трансформатора, обычно НН, замыкается накоротко, а к другой подводится такое напряжение, при котором в обмотках устанавливаются номинальные токи. Это напряжение обычно не превышает 8% номинального, но так как точно оно не известно, то и токи точно номинальными не будут. Обычно используют то напряжение, которым располагают, а потом пересчитывают результаты измерений на номинальный ток. Допускается проводить опыт и при пониженном токе, но не менее чем 25% номинального; в условиях ремонта он особенно приемлем, так как гораздо безопаснее и обеспечивает достаточную точность измерений. Схемы опыта короткого замыкания аналогичны схемам опыта холостого хода. Но обработка результатов сложнее: кроме указанного пересчета на номинальный ток проводится обязательно пересчет на температуру 75° С. Измеренные параметры холостого хода и короткого замыкания сравнивают с заводскими или расчетными данными. Потери холостого хода не должны их превышать более чем на 15%, ток холостого хода более чем на 30%, потери короткого замыкания более чем на 10%, а напряжение короткого замыкания не должно отличаться более чем на 10%. Для старых трансформаторов (ГОСТ 401-41), потери холостого хода не должны превышать заводские данные более чем на 22%. 
Проверка качества ремонта трансформатора
Каждое из контрольных испытаний свидетельствует о качестве выполненного ремонта в целом или о правильности выполнения отдельных операций. Особенно это относится к опытам холостого хода и короткого замыкания, а также к испытанию главной изоляции повышенным приложенным напряжением. Испытаниями, которые подводят итог всем выполненным работам в комплексе и выявляют не только те дефекты, которые остались в трансформаторе после ремонта, но и те, которые образовались при выполнении электрических испытаний при ремонте, являются измерение сопротивления обмоток трансформатора постоянному току и троекратное включение трансформатора толчком на номинальное напряжение. Измерение сопротивления обмоток постоянному току желательно проводить дважды: как промежуточное испытание после запайки схемы, установки на активную часть переключателя ответвлений и монтажа регулировочных отводов (это может быть выполнено до или после сушки) и как приемо-сдаточное после всех обязательных испытаний. В этом случае функции этих двух испытаний разделяются. Первым испытанием проверяется качество паек, контактов, отсутствие обрывов проводов и других дефектов в токопроводящих элементах, а вторым — общее состояние трансформатора после ремонта. Одно из испытаний, как правило, первое, проводят на всех обмотках, а на обмотке ВН — на всех положениях переключателя ответвлений. Если при втором испытании повторяются результаты первого с незначительным разбросом, то его допускается проводить не в полном объеме. Можно измерять как линейное, так и фазное сопротивления обмоток. Если при наличии нулевого ввода измеряют линейные сопротивления, то дополнительно измеряют одно из фазных сопротивлений. Технологически это испытание несложное. В условиях ремонта достаточно высокой точности можно добиться применением одного из двух распространенных методов: метода падения напряжения (метод амперметра и вольтметра постоянного тока) и метода непосредственного измерения сопротивления специальным прибором (омметром или мостом постоянного тока). Сопротивления одноименных обмоток разных фаз на одном регулировочном ответвлении не должны отличаться друг от друга более чем на 2%, — это критерий исправности трансформатора. Абсолютное значение сопротивления не нормируется. Но иногда оно требуется для определения средней температуры обмоток трансформатора или для выделения добавочных потерь из общих потерь короткого замыкания. Поэтому в протокол оно записывается и при необходимости приводится к температуре 75°С, как и потери короткого замыкания. Испытание трансформатора включением толчком на номинальное напряжение является не обязательным, но при возможности его следует провести. На заводе-изготовителе у каждого трансформатора проводят испытание электрической прочности изоляции индуктированным напряжением, с помощью которого проверяют продольную изоляцию обмоток между витками, слоями, отдельными катушками и фазами. В комплекс обязательных испытаний трансформатора при ремонте такое испытание не входит, и эти элементы остаются неиспытанными, об их исправности можно судить лишь косвенно, по результатам других испытаний. Резкое включение трансформатора на номинальное напряжение и резкое отключение в какой-то степени заменяет это испытание и не требует сложного специального оборудования. Кроме того, это испытание показывает, как ведет себя трансформатор непосредственно в действии, хотя бы в режиме холостого хода. Электрические испытания трансформаторов связаны с применением высокого напряжения, с открытым низковольтным оборудованием, с применением временных схем, лабораторных электроизмерительных приборов и коммутационной аппаратуры. Поэтому персонал, выполняющий эти работы, обязан знать и неукоснительно соблюдать все правила техники безопасности.