Metoda FRA (Frequency Response Analysis), jak również jej najnowsza odmiana SFRA (Sweep Frequency Response Analysis), służy do wykrywania oraz identyfikacji dużej grupy uszkodzeń transformatorów w eksploatacji.

Jednymi z przyczyn uszkodzeń transformatorów — obok mechanizmów cieplnych i elektrycznych — są nadmierne naprężenia mechaniczne, będące efektem przepływu przez transformator prądów zwarciowych. Naprężenia te prowadzić mogą do trwałych odkształceń uzwojeń, a w konsekwencji do przebicia lub zwarcia wewnętrznego ze wszystkimi ich konsekwencjami technicznymi i ekonomicznymi. Zjawiska te są szczególnie groźne w odniesieniu do jednostek pozostających w eksploatacji od dłuższego czasu, w którrych na skutek naturalnego starzenia izolacja jest bardziej podatna na uszkodzenia mechaniczne. Nie mniej znane są przypadki uszkodzeń mechanicznych jednostek nowych, w tym również powstałych podczas transportu na skutek występowania dużych niekontrolowanych przyspieszeń.

Metoda SFRA polega na doprowadzeniu do transformatora sygnału sinusoidalnego o częstotliwości zmienianej w szerokim zakresie i rejestracji odpowiedzi (funkcji przejścia) w funkcji częstotliwości. Zarejestrowaną odpowiedź porównuje się zazwyczaj z przebiegiem wzorcowym (finger print) otrzymanym z danej nowej jednostki opuszczającej fabrykę. Z braku przebiegu wzorcowego wykonywanego tuż po wykonaniu transformatora do porównania można też użyć przebiegu uzyskanego na bliźniaczej jednostce lub innej fazie tego samego transformatora. Na podstawie analizy rejestrowanych przebiegów możliwe jest wykrycie takich uszkodzeń transformatorów jak:

• niesprężyste deformacje geometryczne uzwojeń (osiowe i promieniowe),
• przemieszczenia cewek uzwojeń na kolumnach rdzenia,
• zwarcia zwojowe i w przewodach równoległych,
• nieprawidłowości w obwodzie magnetycznym (uziemienie rdzenia, ekranów, itp.),
• uszkodzenia izolatorów przepustowych,
• uszkodzenia w obrębie przełącznika zaczepów pod obciążeniem.

W przypadkach, kiedy uszkodzenie już nastąpiło, pomiar SFRA może potwierdzić tylko wystąpienie defektu oraz ujawnić jego skalę i lokalizację. Przy prowadzeniu natomiast diagnostyki okresowej, możliwe jest śledzenie stanu technicznego transformatora, co pozwala na odpowiednio wczesne formułowanie zaleceń i wniosków odnośnie do dalszej eksploatacji. W wielu przypadkach dzięki okresowym pomiarom SFRA możliwe było uniknięcie poważnych awarii oraz wysokich kosztów związanych z usunięciem jej skutków, a także z nieplanowanym postojem jednostek.

Mobilne Laboratorium Diagnostyki Transformatorów wykorzystuje nowoczesny analizator odpowiedzi częstotliwościowej M5200 firmy Doble Engineering (Fot 1).

Fot.1. Analizator odpowiedzi impulsowej M5200 firmy Doble Engineering.

Analizator ten umożliwia rejestrowanie odpowiedzi częstotliwościowej transformatorów w zakresie częstotliwości 10 Hz – 25 MHz, pod napięciem 20 V (peak-to-peak). Fotografia 2 przedstawia przykładowe porównanie dwóch rozkładów uzyskanych na fazie pierwszej i trzeciej transformatora.

Fot. 2. Rozkłady uzyskane przy użyciu M5200 firmy Doble Engineering dla fazy pierwszej i trzeciej transformatora