Технические науки/5. Энергетика

Мукамбетов М.Ж.

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет

имени Жангир хана, г.Уральск, Казахстан

Функциональные методы диагностики витковых деформаций обмоток трансформаторов

Определение сопротивления пары обмоток трансформатора путем измерения отношения напряжения пары обмоток к вторичному току. Данный подход описывается авторами Конов Ю.С. и Цурпал C.B. [1]. Они предложили схему измерения сопротивления короткого замыкания z_k вольтамперным способом в соответствии с [1] (авторы данной статьи назвали измеряемую величину сопротивлением короткого замыкания z_k).

Предполагаемое устройство, реализующее способ (рисунок 1), содержит первый 1 и второй 2 трансформаторы напряжения, зажимы 3 и 4 для подключения первичной и вторичной обмоток контролируемого трансформатора 5, трансформатор 6 тока, первый 7 и второй 8 промежуточные трансформаторы, вольтметр 9, амперметр 10 и частотомер 11, причем зажимы 3 и 4 для подключения первичной и вторичной обмоток контролируемого трансформатора 5 присоединены к первичным обмоткам первого 1 и второго 2 трансформаторов напряжения соответственно, вторичные обмотки которых присоединены к первичным обмоткам первого 7 и второго 8 промежуточных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно встречно между собой и последовательно с вольтметром 9, на вторичной стороне контролируемого трансформатора 5 установлен трансформатор 6 тока, параллельно которому подключен амперметр 10, параллельно зажимам 4 для подключения вторичной обмотки контролируемого трансформатора 5 присоединен частотомер 11. Значение сопротивления короткого замыкания обмоток трансформатора определяется как произведение отношений разности векторов напряжений обмоток к току к отношению измеренной частоты к эталонной.

Рисунок 1. - Схема контроля внутренних обмоток трансформаторов

Устройство работает следующим образом. Чтобы определить наличие и степень деформаций одной из внутренних обмоток трансформатора 5, необходимо, прежде всего, подсоединить к объекту контроля первый и второй трансформаторы 1 и 2 напряжения. Затем на вторичной стороне трансформатора 5 устанавливают трансформатор 6 тока. После этого переключатель ответвлений трансформатора 5 и, следовательно, номинальные напряжения его первичной и вторичной сторон устанавливают в положение, соответствующее рассматриваемой ступени регулирования трансформатора 5.

Коэффициент трансформации промежуточных трансформаторов 7 и 8 выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие:

(1)

где U₁, U₂ - номинальные значения напряжений первичной и вторичной обмоток на рассматриваемой ступени регулирования соответственно, В;

и - результирующие коэффициенты трансформации первого трансформатора 1 напряжения и первого промежуточного трансформатора 7, второго трансформатора 2 напряжения и второго промежуточного трансформатора 8.

После того, как собраное устройство и контролируемый трансформатор подключен к сети, вольтметр 9 показывает разность векторов нормированных напряжений первичной и вторичной обмоток. Измеренную таким образом разность напряжений делят на значение тока, измеренного амперметром 10. Полученное значение уточняют по формуле:

(2)

где z_k — сопротивления короткого замыкания обмоток трансформатора при частоте ,Ом;

— частота, измеренная частотомером 11, Гц;

— номинальное значение частоты сети, Гц.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет контролировать состояние обмоток трансформаторов без отключения их от сети, что повышает бесперебойность энергоснабжения потребителей электрической энергии. Недостатком этого метода является отсутствие учета влияния намагничивания тока на результат измерения z_k и зависимость результата измерения от частоты. Последнее замечание особенно существенно, если активное сопротивление сравнимо с индуктивным [2].

Рассмотрим метод измерения индуктивности пары обмоток трансформатора по производной вторичного тока трансформатора.

Макет предлагаемой системы диагностики трансформатора с помощью технических и программных средств измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) включает ЭВМ типа СМ-1300 с периферийными устройствами, крейт КАМАК с АЦП типа ФК4225, ФК5286, мультиплексором Ф5283, модулем ввода - вывода ФК173, а также первичные преобразователи: трансформаторы напряжения, трансформаторы тока с согласующими устройствами [3-5].

Устройство работает следующим образом: в течение 0,5 с с интервалом от 200 до 500 мкс с помощью измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) регистрируются мгновенные значения первичных и вторичных напряжений u, токов i и производных токов по времени . По выборкам этих значений после обработки по специальным программам рассчитываются значения полного сопротивления КЗ z_k, его активной составляющей R_к и индуктивности L_к. Измерения повторяются через заданное время (несколько секунд).

Полученные в последующих измерениях значения диагностических параметров z_k и L_к сравниваются со значениями, хранящимися в памяти ЭВМ после первого цикла измерений. При появлении механических повреждений обмоток происходит изменение их геометрических размеров и, как следствие, изменение z_k и L_к. При достижении изменениями этих величин заданных пороговых значений ЭВМ формирует сигнал о возникновении аварии и выдает на печать информацию об изменениях сопротивления z_k. С целью возможности использования устройства для диагностики трансформаторов, имеющих регулировку напряжения типа РПН или ПБВ, предусмотрена очистка памяти в ручном или автоматическом режиме после срабатывания переключателя.

Диагностический параметр Lк определяется как среднестатистический для некоторого числа N мгновенных значений u_j, i_j методом наименьших квадратов и вычисляется в каждом конкретном случае так, чтобы минимизировать сумму отклонений А

(3)

где u_j — разность приведенных первичного и вторичного напряжений;

L_k — индуктивность обмотки, Г;

R_k — активная составляющая сопротивления z_k, Ом.

Для решения поставленной задачи необходимо вычислить частные производные функции A по коэффициентам R_k и L_k и приравнять их к нулю. Поскольку в средних и мощных трансформаторах , где , т. е. изменение R_K практически не влияет на значение сопротивления то можно упростить полученную систему уравнений, приняв и оставив только одно уравнение , решение которого

(4)

где .

В статистическом анализе точность определения параметров зависит от объема выборки, т. е. от числа N (чем больше N, тем точнее определяются среднестатистические значения R_k и L_k). В процессе испытаний системы экспериментально определено, что при времени регистрации от 0,2 до 0,5 с и дискретности от 200 до 500 мкс значения измеряемых параметров остаются стабильными, хорошо совпадающими со значениями, измеренными на отключенном трансформаторе. Наиболее часто встречающееся повреждение трансформаторов при КЗ - потеря радиальной устойчивости внутренних обмоток. Опыт испытаний показывает, что увеличение z_k или L_к от 2,5 до 3 % после КЗ свидетельствует о появлении деформаций в обмотках.

По экспериментальным оценкам система обеспечивает измерения L_к и со случайной погрешностью, не превышающей 2 %, поэтому для исключения ошибочных отключений трансформатора пороговое значение ∆L_к и ∆z_k задается не менее 2,5 %.

Литература:

1. Пат. СССР N 1221620 Конов Ю. С., Цурпал C.B. Способ контроля внутренних обмоток силовых трансформаторов. A.c., кл. G 01 R 31/02, 1986 г.

2. Конов Ю.С., В.В. Короленко, В.П. Федорова Обнаружение повреждений трансформаторов при коротких замыкания // Электрические Станции. - 1980. - N 7. - С 46-48.

3. Абрамцева H. H., Горшунов В. Ю., Григорьева Е- Г., Коврижных M.JL, Петровичев В. А. Макет автоматизированной системы диагностики в эксплуатации механического состояния обмоток и защиты силовых трансформаторов // Электрические станции. - 1993. - № 4. — С. 40-43.

4. Абрамцева H.H., Горшунов В.Ю, Григорьева Е.Г., Малиновский В.Н., Антипов Г.В., Скляров А.П. Устройства для диагностики под нагрузкой радиальных механических деформаций мощных двухобмоточных трансформаторов. // Электрические станции. - 1996. - №11. — С. 63-65.

5. Антипов Г.В., Горшунов В.Ю., Малиновский В.Н. Скляров А.П., Хубларов H.H. Система диагностики механического состояния обмоток мощных двухобмоточных трансформаторов. // Измерительная техника. - 1996. - №9. - С.40-44.