Способ контроля деформации обмоток силовых трансформаторов

 

Использование: для непрерывного и периодического контроля состояния обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ контроля деформации обмоток силовых трансформаторов, содержит силовой трехфазный трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 6, трансформаторы тока 3, заземленную нейтраль 4, трансформатор тока 5, шины устройства 7, источник рабочего напряжения 8, трансформатор напряжения нулевой последовательности 9, фильтры первой гармоники 10, 11, блоки коэффициентов 12, 13, блок суммирования 14, 15, индикатор фазы 16, переключатель фазы 17, блок деления 18 и индикатор 19. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для непрерывного и периодического контроля состояния обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети.

Известен способ контроля внутренних обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети, заключающийся в непрерывном измерении сопротивления трансформатора как отношения разности нормированных напряжений первичной и вторичной обмоток к току вторичной обмотки, приведенного к частоте 50 Гц.

Z_к= · 50 T, где Т период частоты сети.

Полученное сопротивление сравнивается с паспортным Z_к,п и оценивается относительное изменение сопротивления δΖ_к= · 100% По значению относительного изменения сопротивления выявляется деформация обмоток. В данном способе результат получается как разность двух измерений, поэтому требуется их высокая точность. Необходимо учитывать отклонение частоты в сети от номинальной и использовать напряжение с обеих сторон трансформатора.

Известен способ, при котором дополнительно введено эталонное сопротивление, падение напряжения на котором от тока трансформатора сравнивается с падением напряжения на сопротивлении трансформатора, что позволяет повысить точность и уменьшить зависимость результата от частоты. Однако по-прежнему остается необходимость измерения напряжений на всех сторонах трансформатора наряду с измерением тока.

Известен способ контроля деформации обмоток силовых трансформаторов, не требующий измерения напряжений, заключающийся в непрерывном измерении разностей токов секций нерасщепленных обмоток в каждой фазе, измерении фазных токов всех нерасщепленных обмоток и по результатам измерений определении магнитопровода с деформированной обмоткой и относительного отклонения сопротивления короткого замыкания от первоначального значения. Способ предназначен для специальных трансформаторов с обмотками, расщепленными на разные стержни, и может быть применим также для случая подключения к общим шинам двух и более трансформаторов с заземленной нейтралью. Однако для одиночно работающего силового трехфазного трансформатора этот способ неприменим.

Известен способ контроля сопротивления трехфазного шунтирующего реактора, заключающийся в том, что измеряют ток в нейтрали, измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, к которым подключены обмотки с заземленной нейтралью, векторно вычитают сигналы, пропорциональные измеренным току и напряжению и по значению полученной разности судят об изменении сопротивления обмотки, например, вследствие виткового замыкания.

Способ не позволяет выявить фазу, в которой произошло изменение сопротивления, и имеет недостаточную точность для контроля деформации обмоток силовых трансформаторов по изменению сопротивления.

Задача изобретения повышение точности контроля изменения сопротивления трансформатора, что необходимо для выявления по этому изменению деформации обмоток трансформатора, а также задачи выявления фазы, в которой произошло изменение сопротивления.

Технический результат изобретения заключается в своевременном выявлении деформации обмоток трансформатора и его ремонте, что предотвращает аварию.

Сущность изобретения заключается в том, что измеряют ток в нейтрали силового трансформатора, измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, к которым подключена обмотка с заземленной нейтралью. С помощью измеренного напряжения нулевой последовательности формируют ток, пропорциональный току нулевой последовательности трансформатора в первоначальном состоянии и вычитают его из тока нейтрали трансформатора. Полученная разность токов представляет собой ток нулевой последовательности от продольной несимметрии, обусловленной различием сопротивлений короткого замыкания (КЗ) обмоток фаз трансформатора, которое по заводским данным может достигать 2% а в эксплуатации не допускается более 5% Для исключения влияния исходного различия сопротивлений обмоток фаз трансформатора предлагается компенсировать полученную разность токов дополнительным вычитанием из нее токов тех двух фаз, сопротивление которых больше, умноженных на соответствующие коэффициенты, подбирая их так, чтобы результирующий ток в первоначальном состоянии стал равен нулю. Если в результате протекания тока внешнего короткого замыкания произошла деформация обмотки одной из фаз трансформатора, то это приводит к изменению сопротивления КЗ и тока нулевой последовательности обмотки с заземленной нейтралью, а следовательно, к появлению результирующего тока, который по фазе коллинеарен с током деформировавшейся обмотки, что является признаком для выявления фазы трансформатора с деформировавшейся обмоткой. Величина результирующего тока пропорциональна отклонению сопротивления КЗ обмотки от исходного, поэтому делением модуля результирующего тока на модуль тока деформировавшейся фазы получают относительное отклонение сопротивления обмотки.

Технический эффект предлагаемого способа сведения к нулю результирующего тока компенсацией в исходном состоянии при токе нагрузки I_н состоит в том, что, при последующей деформации обмотки, появляющийся результирующий ток I пропорционален изменению сопротивления КЗ Х_к обмотки фазы трансформатора на величину ΔХ_к, и последнее может быть определено по формуле ΔX= а ток I коллинеарен току I_н, что позволяет выявить деформировавшуюся фазу трансформатора.

При отсутствии предлагаемой компенсации разность токов в исходном состоянии не равна нулю, и деформация какой-либо фазы обмотки может как увеличить, так и уменьшить значение разности токов, а ее фаза будет произвольной, что делает невозможной определение изменения значения сопротивления КЗ обмотки и выявление деформировавшейся фазы трансформатора.

Предлагаемый способ контроля может дать дополнительный технический эффект, если результирующий ток подать на специальный токовый измерительный орган релейной защиты трансформатора, отстроенный по уставке от сигнала при максимально возможной деформации обмотки. При этом будет достигнута более высокая чувствительность релейной защиты трансформатора к витковым замыканиям.

На чертеже приведена схема, реализующая предлагаемый способ.

На схеме объект контроля силовой трехфазный трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, соединенной в звезду и имеющей на вводах трансформаторы тока 3 и заземленную нейтраль 4 с трансформатором тока 5. Вторичная обмотка 6, соединена в треугольник. Трансформатор 1 подключен к шинам 7, питающимся от источника рабочего напряжения 8. К шинам также подключен трансформатор напряжения нулевой последовательности 9. На схеме изображены фильтры первой гармоники 10 и 11, блоки коэффициентов 12 и 13, блоки суммирования первый 14 и второй 15, индикатор фаз 16, переключатель фазы 17, блок деления 18 и индикатор 19.

Способ реализуется следующим образом.

Ток нейтрали 4 первичной обмотки 2 контролируемого трансформатора 1 через трансформатор тока 5 и фильтр первой гармоники 10 подается на вход первого блока суммирования 14. Через трансформатор напряжения нулевой последовательности 9, фильтр первой гармоники 11 и коэффициент 13, значение которого обратно пропорционально сопротивлению нулевой последовательности контролируемого трансформатора 1, формируется с обратным знаком и подается на второй вход блока суммирования 14 ток нулевой последовательности контролируемого трансформатора, обусловленный напряжением нулевой последовательности на шинах. Полученная разность токов с выхода первого блока суммирования 14 подается на вход второго блока суммирования 15, где из нее вычитаются некоторые доли фазных токов первичной обмотки, подаваемых от трансформаторов тока 3 через коэффициенты 12.

Если сопротивления КЗ обмоток 2 и 6 всех фаз контролируемого трансформатора 2 одинаковы, то в нейтрали 4 существует лишь ток нулевой последовательности, обусловленный напряжением нулевой последовательности на шинах от внешнего источника несимметрии. По цепи 9,11,13 формируется такой же ток и в блоке суммирования 14 эти токи компенсируются, т.е. на выходе сумматора 14 разность токов равна нулю.

Если сопротивление КЗ одной из фаз трансформатора отличается от двух других, то при протекании тока нагрузки в результате продольной несимметрии появится ток в нейтрали 4 и на выходе блока суммирования 14 появится результирующий ток, пропорциональный току нагрузки и отклонению сопротивления фазы. Этот результирующий ток коллинеарен с током нагрузки указанной фазы трансформатора, поэтому может быть скомпенсирован некоторой долей тока нагрузки по цепи 3,12 этой фазы трансформатора до установления нулевого результирующего тока на выходе блока суммирования 15. С такой настройкой схема длительно эксплуатируется.

Если при внешнем КЗ произошла деформация одной из фаз обмотки трансформатора 1, в результате чего изменилось сопротивление КЗ этой фазы трансформатора, появляется дополнительная продольная несимметрия, которая приводит к появлению сигнала на выходе блока суммирования 15. Этот сигнал подается на индикатор фазы 16, где поочередным сравнением с токами фаз трансформатора, подаваемыми от переключателя 17, выявляется деформировавшаяся фаза трансформатора по коллинеарности сравниваемых сигналов.

Сигнал с выхода сумматора 15 и ток выбранной фазы от переключателя 17 подаются на блок деления 18, с помощью которого определяется относительное значение изменения сопротивления. К выходу блока деления 18 подключается индикатор 19 для фиксации значения этого изменения.

Для трансформаторов электростанций с симметричной нагрузкой можно компенсацию разности токов производить от тока нагрузки одной фазы трансформатора через фазоповоротное устройство с плавным регулированием фазового угла. При этом первоначальная компенсация осуществляется изменением доли тока нагрузки и его поворотом. При появлении результирующего тока из-за деформации обмотки, определение фазы трансформатора с деформировавшейся обмоткой производится по замеренному углу между током нагрузки фазы трансформатора, выбранной для компенсации, и результирующим током.

Коллинеарность токов свидетельствует о повреждении фазы трансформатора, выбранной для компенсации. Угол + 120 или 60 свидетельствует о деформации в опережающей фазе трансформатора, а 120 или + 60 в отстающей фазе трансформатора.

Предлагаемый способ может быть применен и для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов с обмоткой низшего напряжения, соединенной в треугольник. Известно, что в результате протекания токов КЗ может деформироваться внутренняя или средняя обмотка в зависимости от того, по каким обмоткам протекает ток КЗ. Поэтому для контроля деформации обмоток достаточно контролировать суммарное сопротивление КЗ обмоток низшего (НН) и среднего (СН) напряжений. При деформации внутренней обмотки (НН) напряжение КЗ U_{к сн-нн} увеличивается, а при деформации средней обмотки (СН) U_{к сн-нн} уменьшается. В соответствии с этим появляющийся результирующий ток может либо совпадать по фазе с током нагрузки, если деформировалась средняя обмотка, либо находиться в противофазе, если деформировалась внутренняя обмотка.

Предлагаемый способ контроля может быть реализован с применением ЭВМ. Для этого необходимо в течение нескольких периодов одновременно записать фазные токи нагрузки, ток нейтрали и напряжение нулевой последовательности на шинах на магнитный носитель в кодах ЭВМ, а затем полученную информацию ввести в ЭВМ и обработать по программе, реализующей алгоритм предлагаемого способа контроля деформации обмотки. Запись и обработка данных выполняется первый раз для настройки, последующие после близких внешних КЗ или в соответствии с графиком проверок.

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИИ ОБМОТОК СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ под нагрузкой, заключающийся в том, что измеряют ток в нейтрали силового трансформатора, обмотка низшего напряжения которого соединена в треугольник, измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, к которым подключена обмотка с заземленной нейтралью, вычитают из первой гармоники тока нейтрали сигнал, прямо пропорциональный первой гармонике измеренного напряжения нулевой последовательности на шинах, деленной на сопротивление нулевой последовательности контролируемого трансформатора, и получают разность токов, по которой определяют отклонение сопротивления контролируемого трансформатора от первоначального значения, отличающийся тем, что дополнительно измеряют и вычитают из разности токов умноженные на свои коэффициенты фазные токи обмотки с заземленной нейтралью и полученный результирующий ток поочередно сравнивают по фазовому углу с токами фаз трансформатора и по коллинеарности токов выявляют фазу трансформатора с деформировавшейся обмоткой, а отклонение сопротивления короткого замыкания контролируемого трансформатора определяют делением модуля результирующего тока на модуль тока деформировавшейся фазы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для трансформаторов электростанций с симметричной нагрузкой измеряют и из разности токов вычитают умноженный на комплексный коэффициент ток одной фазы, а деформировавшуюся фазу трансформатора определяют по измеренному углу между результирующим током и током этой фазы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для автотрансформаторов и трехобмоточных трансформаторов с заземленными нейтралями обмоток высшего и среднего напряжения в режиме отключенной обмотки высшего напряжения измеряют и из разности токов вычитают умноженные на свои коэффициенты фазные токи обмотки среднего напряжения и при сравнении фаз результирующего тока и тока обмотки среднего напряжения дополнительно выявляют внутреннюю по расположению деформировавшуюся обмотку, если коллинеарные токи находятся в противофазе, и среднюю по расположению обмотку, если коллинеарные токи совпадают по фазе.

РИСУНКИ

Рисунок 1