Способ контроля состояния обмоток трансформатора

 

Использование: в области контрольноизмерительной техники при контроле трансформаторов без их вывода из эксплуатации . Сущность изобретения: устройство для осуществления способа контролирует 3 обмотки (1, 2, 3) и содержит 1 блок обработки информации (4), 3 трансформатора тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51у5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

54er„ Р ) 4 ф

М

Оч (21) 4847370/21 (22) 11,05.90 (46) 23.06,92, Бюл, ¹ 23 (71) Кировский политехнический институт (72) А.M.Ãèíîâêåð (53) 621.317 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1622842, кл, G 01 R 31/02, 17,02.89. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Изобретение о-iносится к электрическим измерениям и предназначено для использования при эксплуатации силовых трансформаторов в энергосистемах, при заводских испытаниях, а также в различных системах измерений параметров, защиты и автоматики трансформаторов.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля путем обеспечения стабильности измерений трансформатора под нагрузкой.

В качестве параметра контроля принимают полное сопротивление рассеяния 2 трансформатора, если для контролируемого трансформатора справедливо соотношение

Х» R, где Х вЂ” индуктивное, а R — активное сопротивления обмоток.

В противном случае, а акже при искажении формы кривой напряже:,ия или тока в качестве параметров контроля принимают индуктивности рассеяния L и активные сопротивления Rобмоток,,что повышает точность способа. Измеряют напряжения и токи всех обмоток контролируемого трансформатора. В зависимости от выбранного параметра контроля измеряют действую(57) Использование: в области контрольноизмерительной техники. при контроле трансформаторов без их вывода из эксплуатации. Сущность изобретения: устройство для осуществления способа контролирует 3 обмотки (1, 2, 3) и содержит 1 блок обработки информации (4), 3 трансформатора тока (5...7), 3 трансформатора напряжения (8...10), 3 блока измерения- температуры (11...13),1-5-4, i-8-4. 11-4; 12-4: 3-7-4; 3-10-4;

13-4; 2-5; 2-9-4; 5-4; 6-4. 1 ил. щие или мгновенные значения напряжений и токов.

Пусть в качестве параметра контроля используют Z и измерения соответственно действующих значений напряжений и токов.

Для двухобмоточного трансформатора

U1-0г = I1Z1+ Ь Ег. (1) где 01, 11 — напряжение и ток первой обмотки;

0г, iz — приведенные напряжение и ток второй обмотки;

Z i, Zz — полные сопротивления рассеяния первой и второй обмоток.

Для определения двух неизвестных па-! раметров Z1 и Ег производят два измерения напряжений и токов в фиксированные моменты времени при различных значениях

01, U2, l1, l2, Получают два уравнения (1).

Определяют параметр контроля: !

Z = Z1+ 2г . Затем определяют Л2 = Z—

-Еэ, где Z3 — эталонное значение параметра контроля, определяемое предыдущими измерениями на исправном трансформаторе или по паспортным данным. Можно также ис1742750 пользовать сопротивление двух фаз трансформатора.

Измеряют также частоту напряжения.

Если частота f в момент измерения напряжений и токов отличается от частоты 1э, при которой определены эталонные значения параметров контроля, то параметр контроля определяют по формуле

Z = (21 + Z2 )f/fý. (2)

В зависимости от измеряемых напряжений и токов возможно определение фазных или линейных значений параметров контроля, С учетом наличия устройств регулирования напряжения параметры контроля определяются при работе на одном и том же ответвлении от обмотки, При использовании в качестве параметров контроля индуктивности рассеяния L u активного сопротивления R уравнение (1) для мгновенных значений напряжений и токов имеет вид

01-02=I1R1+, + )Я +, LJ, (3)

Для определения четырех неизвестных параметров R1, L1, й2, L2 производят четыре измерения в фиксированные моменты времени; а параметры контроля определяют по выражениям

h,L=(L1+ L2) — L,, ЛR = (R1+ R2) - Йэ, где э, R> — эталонные значения параметров контроля, определенные как указано выше, Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов возможно использование параметров контроля (как изложено выше), в частности

I I

01 - 02 = I1Z1 + !2 Z2

01-0з = l1Z1+ l32з, (4)

02 — 03 = !2 22 + l3 Z3 или 012 = 11Z1 + l2 Z2, 4 013 = !121+ !з 2з,, Л023 = !2 22 + !3 23, откуда

Z1 012+ 013 023

2 I 1

22

ЛU 12 +ЛU 23 — ЛU 13

2! 013+ 023 012

2з 2!з и параметров контроля

Л Z12 = (Z1+ Z2 ) (Z1+ 22 )э

Л 22з = (22 + 2з ) - (Z2 + 2з )э, ЛZ13 = (Z1+ Z3) - (Z1+ 2з)э.

Аналогично для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов можно использовать параметры контроля L и R, 5

Все указанные выше измерения напряжений и токов обмоток контролируемого трансформатора независимо от принятых параметров контроля производят одновременно в фиксированные моменты времени.

Это позволяет получить совместную систему уравнений для определения значений параметров контроля вида (1), (3), (4) и уменьшить влияние погрешностей измерения напряжений и токов. Так, измерения мгновенных значений напряжений и токов производят при одних и тех же определенных значениях их фазовых углов, например о

90, что уменьшает влияние фазовых погрешностей измерительных трансформаторов и повышает стабильность измерений.

Одновременно с напряжениями и токами обмоток измеряют температуры окражающей измерительные трансформаторы и контрольные кабели среды и частоту напряжения сети.

Измеренные значения напряжений обмоток L ;, токов обмоток Ii, температур окружающей среды Ti и частоты напряжения f сравнивают соответственно со значениями напряжений обмоток 0ь, токов обмоток э, температур окружающей среды Ti> и частоты напряжения сети f>, при которых ранее определены эталонные значения параметров контроля.

При одновременном выполнении условий ! 0!-0э I <дц, ! libel < Dl i, ! f-fý l< д, ITi-т!эl < дт, !!э > ), где Ui, Ii, Ti, f — измеряемые значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты напряжения сети;

i = 1, 2, .„— индекс, соответствующий обмотке трансформатора;

О!э, !!э, Т э, 1э — значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты сети, при которых ранее определены эталонные значения параметров контроля д ц, д !;, д т;, д f — заданные значения допустимых при определении параметров контроля отклонений измеряемых величин;

y — заданное значение тока i-й обмотки, определяют параметры контроля по уравнениям (1), (3) или (4). Величины отклонений сг и величин а у задают исходя изхарактеристик и параметров конкретных измерительных трансформаторов и контрольных кабелей так, чтобы обеспечить максимально возможную нестабильность

1742750 параметров контроля из-за изменений погрешностей измерительных цепей в пределах, меньших, чем значимые отклонения параметров контроля и от эталонных.

Выполнение условия !(э - y позволяет 5 увеличить в выражениях (1), (2), (4) величину вида (О (- U2). При этом уменьшается влияние изменения погрешностей измерения напряжений U(, что способствует обеспече.нию стабильности измерений. Не учитыва- 10 ются изменения погрешностей измерительных трансформаторов от изменения величины и фазы сопротивления нагрузки,-поскольку в эксплуатации нагрузка измерительных трансформаторов практиче- 15 ски постоянна.

Выполнение условий I U(-0(э !<

<3 (((,(I, ;— 1;, !< д (; обеспечивается наличием и соблюдением графика напряжений на шинах электростанций и подстанций и графика 20 нагрузки. При этом практически одинаковые значения напряжений и токов повторяются обычно не реже, чем один раэ в сутки, Возможна также подгонка напряжений U(и токов i(персоналом. 25

Изменения частоты около номинального значения в энергосистеме происходит непрерывно, что в гечение времени проведения измерений обеспечивает выполнение условий I f - f> I < д . 30

Падения напряжений s измерительных цепях определяются в основном активными сопротивлениями этих цепей, т.е. измерительных трансформаторов и кабелей, и зависят от их температур. Температура, в 35 свою очередь, зависит от температуры окружающей среды и превышения температуры, определяемого нагрузкой. Поскольку нагрузка измерительных трансформаторов практически постоянна, падения напряже- 40 ний в измерительных цепях определяются только температурами окружающей среды.

Выполнение условия I T(-T(> < д т(достигается путам определения эталоннь(х параметров контроля при всех возможных в эксплуатации температурах окружающей среды, взятых с интервалом, например, 5...10О. Для этого достаточно провести определение эталонных параметров в течение периода наладки — первого полугода эксплуатации (например, с января по июнь), охватив тем самым весь возмо>кный диапазон температур.

Возможен также косвенный учет условий I T(Tie < д т(путем измерения темпе- 55 ратур Т(и соответствующей им коррекции величин U(u I(для учета изменений сопротивлений измерительных цепей.

На чертеже показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство установлено на силовом трехобмоточном трансформаторе и контролирует состояние его обмоток 1 — 3.

Устройство содержит блок 4 обработки информации, к входам которого присоединены кабелями измерительные трансформаторы 5 — 7 тока и измерительные трансформаторы 8 — 10 напряжения, блоки

11 — 13 измерения температур окружающей измерительные цепи обмоток 1 — 3 среды.

Блок 4 обработки информации осуществляет масштабирование входных сигналов, их преобразование и фильтрацию, проверяет условия I U(- 0ь < д ц, !(- I(з I < д (;, I f - f I < д и при их одновременном выполнении вырабатывает сигнал на одновременное измерение нагряжений 13(, токов I; и частоты f.

Измеренные значения Ui, li, f обрабатываются блоком 4 в соответствии с одним из выражений (1), (3), (4) с учетом, при необходимости, формулы (2), и определяются соответствующие параметры контроля, Затем из определенных ранее, в период наладки, эталонных значений параметров контроля выбирают те, которые определены при температурах Т;, удовлетворяющих условию I T(— Т(э I < д т;, Сравнивая их с вновь определенными параметрами контроля, определяют отклонения, характеризующие состояние обмоток.

В простейшем случае все элементы блока 4 обработки информации выполнены на серийно выпускаемых аналоговых и цифровых интегральных схемах, например 153, 155, 521 серии, и цифровых иэмерительны>: приборах В7-16А, Ф-246. При этом отображение информации на выходе блока 4 производится знакосинтезирующими индикаторами, входящими в состав указанных приборов, или цифропечатающим механизмом, подключенным к их вывода(, Параметры контроля и их отклонения от эталонных значений с учетом условия I Т(- T;> I< д т; определяются персоналом на основе значений !.((, I f, T(, полученных с выхода блока 4 обработки информации.

Более удобно в эксплуатации выполнение блока 4 обработки информации в виде микропроцессорной системы на основе, например, микросхем 1113, 580 серии или контроллера К1-20. При этом с выхода блока 4 обработки информации персоналом считываются непосредственно значения отклонений параметров контроля от эталонных.

Возможен также ввод этих значений в AC)

1742750

ТП электростанции или подстанции для накопления и анализа информации, Блок 4 обработки информации может выполняться передвижным или стационарным в виде системы, контролирующей несколько трансформаторов, Используют серийно выпускаемые трансформаторы тока 5 — 7 и напряжения 8 — 10, например, типов

ТПЛ, ТФ КН, 3НОМ, Н КФ. В качестве блоков

11 — 13 измерения температур окружающей среды можно применять приборы, например, типа Ф-206.

Способ осуществляют следующим образом, Контролируют состояние обмоток силового двухобмоточного трансформатора

ТДЦ-80000(110, устансвленного в блоке с генератором ТВФ-60 на ТЭЦ, Параметры трансформатора: U I =- 2 1 K B, IJ2 = 6,3 кВ, --- 0.382 КА, Х = 19,2 Ом, Р =-0,71 Ом.

В качестве параметра контроля принято сопротивление рассеяния Z трансформатора, Измеряю действующие значения напряженийй IUI и U2, Т0КВ I1, Ток холостого хода трансформатора не превышает 0,6% и благодаря условиям I 0;-й: !< дц,l -Ijgl <д!;, If-fbi <д, I Т, — Ть l < д г;. практически не изменяется в процессе измерений. Поэтому без ущерба для стабильности методической погрешнссти измерений можно принять !

1= l2

Тогда из выражения (1) параметр контроля

IU < — UlI !

1 определяют на основании одного измереI н ия значений 0, !.!2, I >.

Для измерения напряжения U1 тока !.! используют трансформатор напояжения

Н КФ-110 и трансформатор тока ТФ H К-110, установленные на ОРУ-110 кВ. Для измерения U2 используют трансформатор ЗНОМб, установленный в машзале ТЭЦ (все измерительные трансформаторы класса

0,5).

При измерении получено; !

U1 = 116,0 кВ, !-!2 — 6.600 кВ, !-!2 = 126,8 кВ, !1 = 0,325 кА.

Тогда Z = 19,21 Ом, В соответствии с графиком на шинах

ОРУ-110 кВ поддерживается в рабочие дни напряжение 117 — 118 кВ, на выводах генератора — напряжение 6,5 — б,б кВ, Нагрузка

0,320 — 0,330 кА, частота в сети 49.9 — 50,1 Гц.

Тогда условия I !;- 1/ь < д О;, I II- II>!":. д1;,If э I < (5r,ITI Т з I < дт можно принять следующими:

l U1 U13 l < 1 KB

IU2-U2 i<01кВ, ! !!-!1 I<001êÀ, I f-f3 <0,2 Гц, ITI-TIa <5 С, 5 I1 > 0,320 кА, При достаточном времени измерений (например, 1 ч) условия будут выполняться в процессе измерений за счет естес венных колебаний напряжений и токов без специ10 альной подгонки их персоналом, Возможная нестабильность параметра контроля за счет изменения инструментальных погрешностей измерительных цепей и приборов может быть рассчитана следую15 щим образом, Изменение погрешности каждого трансформатора напряжения и трансформатора тока составляет около 0,01% на 1 % изменения их первичного íà",ðÿæåíèÿ и то20 ка. Изменение температур окружающей среды на 5 приводит к изменению погрешностей измерительных трансформаторов на

0,005%. При допустимой потере напряжения в измерительных кабелях от трансфор25 маторов напряжения до приборов 0,5%-ное изменение температур окружающей среды на 5 приводит к изменению потери напряжения в кабелях на 0,01%.

Изменение частоты сети в указанных

30 выше пределах не дает заметного изменения погрешностей. Погрешности приборов, измеряющих напряжение и ток, при выполнении условий, указанных выше, практически не изменяются, В наиболее тяжелом

35 случае, когда все изменения погрешностей обоих трансформаторов напряжения арифметически суммируются, получают результирующее изменение погрешности измерения напряжений, равное

40 (0,0 + 0,005 + 0,01) 2 = 0,05%, или, приблизительно, 0,05 кВ.

По отношению к разности напряжений

I U< - U2 I = 10,79 кВ. эта результирующая относительная погреш45 ность составит 0,55%. C учетом изменения погрешности измерения тока нестабильность параметра контроля 2 составит не более 0,58%, Таким образом, можно считать, что инс50 трументальная погрешность способа при указанных условиях не превышает 1%,. Тогда отклонение значения параметра контроля Z более чем на 2% от эталонного значения указывает на наличие опасных де55 формаций обмоток, что соотьетствует известкой методике.

Стабильность измерений поз.,шается с уменьшением значений д в выражениях

lIJI-Цэ I < дц,III-II,I <д!;, If-f;„I <дг, 1742750

Формула изобретения

Способ контроля состояния обмоток трансформатора, включающий одновременные измерения напряжений и токов каждой обмотки при ограниченной нагрузке трансСоставитель С.Радзевич

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Бескид

Редактор Г.Бельская

Заказ 2283 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101! Ti - TIs < д т;, что может достигаться путем, подгонки напряжений и токов персоналом, в частности, за счет изменения реактивной мощности.

Для уменьшения влияния случайных погрешностей на достоверность определения деформаций обмоток измерения и определение параметров контроля производятся многократно с последующей статической обработкой результатов. Так, например, в течение часа можно произвести 10 — 20 измерений.

Применение способа возможно на любом трансформаторе и особенно целесообразно на наиболее мощных и ответственных трансформаторах для повышения надежности работы энергосистем, Изобретение обеспечивает проведение контроля состояния обмоток под нагрузкой, что позволяет избежать отключения трансформатора для проведения измерений и связанного с ним ущерба. Достоверный периодический контроль состояния обмоток дает возможность не производить аварийных отключений трансформатора, уменьшить затраты на ремонт, избежать ущерба от недоотпуска или недовыработки энергии. форматора в фиксированные моменты времени, определение значений параметров контроля и их отклонений от эталонных значений параметров контроля, о т л и ч а ю5 шийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, одновременно с измерением напряжений и токов обмоток дополнительно измеряют частоту напряжения сети и температуру окружающей среды, 10 а значения параметров контроля определяют при одновременном выполнении условий !

Ц-0ь I < дц, ! !1-Ila < д11, э! <

I Т!- T> < дт! !!!э !>у, где 0ь !ь Ть f — измеряемые значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты напряжения сети;

i = 1, 2 ... — индекс, соответствующий обмотке трансформатора:

Ьэ, !!э, Т!э э значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты сети, при которых ранее определены эталонные значения параметров контроля; д ц, д !;, д т!, д f — заданные значения допустимых при определении параметров контроля отклонений измеряемых величин, у — заданное значение тока i-й обмотки.