Устройство контроля технического состояния обмоток трансформатора
Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю технического состояния силовых трансформаторов, и может быть использовано при диагностировании повреждений обмоток, вызванных воздействием токов короткого замыкания. Технический результат заключается в повышении точности измерения частотных характеристик тока в обмотках и в повышении достоверности контроля технического состояния обмоток трансформатора. Для этого устройство содержит шины напряжения, к одной из которых подключен высоковольтный ввод трансформатора, измерительный вывод, соединенный с высоковольтным вводом через его емкость, параллельно включенные полное сопротивление и быстродействующий коммутатор, один из выводов которых подключен к измерительному выводу, а другой вывод заземлен, цепь заземления обмоток трансформатора, в которую включен датчик, и селективный измеритель, также введен корректор частотной характеристики, вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика и к входу селективного измерителя. 4 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю технического состояния силовых трансформаторов, и может быть использовано при диагностировании повреждений обмоток, вызванных воздействием токов короткого замыкания.
Известны способ и устройство для диагностики замыканий в трансформаторе, основанный на подаче в измерительный контур высокочастотного синусоидального сигнала с последующим сравнением измеренного сигнала с эталонным (А.С. СССР № 1691788, G 01 R 31/06; Н 01 F 41/00, Бюл. № 42, СССР, 1991 г.), которое содержит источник синусоидального тока изменяемой частоты, измеритель разности фаз, согласующие резисторы, высокочастотный вольтметр и испытуемый трансформатор.
Известны также способ и устройство для испытаний витковой изоляции электрических обмоток, заключающийся в том, что на объект испытаний подают испытательное напряжение, представляющее собой сумму гармонических электрических сигналов, измеряют амплитуду напряжения реакции объекта испытаний на определенной частоте, сравнивают измеренную амплитуду напряжения реакции объекта испытаний с эталонным значением (А.С. СССР № 1723538, G 01 R 31/02, Бюл. № 12, 1992 г.), которое содержит генератор испытательного напряжения, объект испытаний, генератор модулирующего сигнала, селективный вольтметр.
Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является устройство для контроля технического состояния обмоток трансформатора (А.С. СССР № 1760476, G 01 R 31/00, Бюл. № 33, 1992 г.), которое содержит шины напряжения, цепи заземления, высоковольтный ввод, конденсатор, измерительный вывод, полное сопротивление, быстродействующий коммутатор, датчик, селективный измеритель тока.
Недостатком прототипа является относительно невысокая точность измерения частотных характеристик тока в обмотках, обусловленная неравномерностью амплитудного спектра формируемого импульса и не идеальностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) датчика. Следствием этого является невысокая достоверность контроля технического состояния обмоток трансформатора.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении точности измерения частотных характеристик тока в обмотках и в повышении достоверности контроля технического состояния обмоток трансформатора путем корректировки АЧХ тракта измерения частотных характеристик тока в обмотках силового трансформатора с учетом вида формируемого импульса и не идеальности АЧХ датчика. Кроме того, для частотного анализа отклика сигнала применяется параллельный спектральный анализ.
Технический результат достигается тем, что в устройство контроля технического состояния обмоток трансформатора, содержащее шины напряжения, к одной из которых подключен высоковольтный ввод трансформатора, измерительный вывод, соединенный с высоковольтным вводом через его емкость, параллельно включенные полное сопротивление и быстродействующий коммутатор, один из выводов которых подключен к измерительному выводу, а другой вывод заземлен, цепь заземления обмоток трансформатора, в которую включен датчик, селективный измеритель, введен корректор частотной характеристики, вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика и ко входу селективного измерителя.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства контроля технического состояния обмоток трансформатора, на фиг.2 - амплитудно-частотная характеристики корректора, на фиг.3 - формируемый импульс и на фиг.4 - амплитудный спектр формируемого импульса.
Устройство (фиг.1) содержит обмотки 1, 2 трансформатора, одни концы которых подключены через высоковольтные вводы к шинам 3, 4 напряжения, а другие концы обмоток 1, 2 трансформатора подключены к цепи заземления 5, 6 соответственно. Устройство содержит также высоковольтный ввод 7, который подключает обмотки 1, 2 трансформатора к шинам 3, 4 и соединяется через емкость 8 высоковольтного ввода с измерительным выводом 9. Кроме того, устройство содержит включенные параллельно полное сопротивление 10 и быстродействующий коммутатор 11, один из выводов которых подключен к измерительному выводу 9, а другой вывод заземлен. Устройство также содержит датчик 12, включенный в цепь заземления обмотки 1, а выход датчика 12 подключен ко входу корректора 13, выход которого подключен ко входу селективного измерителя 14.
Работа устройства основана на измерении амплитудно-частотной характеристики обмотки трансформатора путем подачи на обмотку импульсного напряжения и измерении отклика в виде импульсного тока обмотки с последующим его спектральном анализом. При этом достоверность контроля состояния обмотки трансформатора зависит от точности измерения ее амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), которая в свою очередь определяется видом спектра импульсного напряжения и частотными искажениями вносимые датчиком 12.
Формирование импульсного напряжения происходит за счет изменения заряда емкости 8 высоковольтного ввода 7. Изменение заряда емкости 8 высоковольтного ввода 7 происходит в момент коммутации быстродействующего ключа 11. Полученный при изменении заряда импульс тока переходного процесса фиксируется датчиком 12.
Корректор 13 позволяет учесть неравномерность амплитудного спектра формируемого импульса путем предыскажений АЧХ тракта: выход датчика 12 - селективный измеритель 14. При этом АЧХ корректора 13 K кop(
) имеет вид, представленный на фиг.2
где 
S( ) и Sмах( ) - соответственно амплитудный спектр формируемого импульса и его максимальное значение, а Sвх( ) - нормированный амплитудный спектр формируемого импульса.
Целесообразно вместо селективного измерителя использовать анализатор спектра параллельного действия, который позволяет оценить АЧХ при однократном измерении. Корректор, кроме того, должен учитывать искажения, вносимые датчиком 12. В качестве датчика могут быть использованы шунт, высокочастотный трансформатор тока и т.п. Особенностью схемы на фиг.1 является постоянство АЧХ корректора 13, выбранного исходя из вида амплитудного спектра формируемого импульса, полученного расчетным путем, и неидеальности АЧХ датчика. При конкретной реализации данной схемы возможны отклонения расчетного амплитудного спектра от реального, что дает дополнительную погрешность при измерении АЧХ тока K(f) в обмотках трансформатора.
Импульс (фиг.2), образуемый при коммутации измерительного вывода 9 на землю, формируется следующим образом.
В промежутке 0
t t1 RC-цепь, образуемая емкостью С высоковольтного ввода и полным сопротивлением R, подключается параллельно к обмотке трансформатора. При этом напряжение на обмотке задано функцией U=Umsin
t.
В следующем промежутке t1 t t2 напряжение на обмотке задано другой функцией U=U c(1-e-t/
), причем в момент t1 оно изменяется скачком от величины Um до величины Uc. Это объясняется тем, что в момент t1 быстродействующий коммутатор кратковременно замыкается, т.е. когда напряжение U имеет максимальную амплитуду. Таким образом, RC-цепь коммутируется и параллельно подключенной к обмотке трансформатора остается лишь емкость С. Поскольку 
следовательно, и Uc <<Ur. Таким образом, напряжение на обмотке трансформатора падает до значения Uc, и происходит изменение заряда емкости С.
Для промежутка времени t2 t<
учитываем, что в момент t=t2 происходит размыкание коммутатора и, следовательно, к обмотке трансформатора вновь прикладывается напряжение UC+UR, которое задано функцией U=Umsin t.
Амплитудный спектр (фиг.4) формируемого импульса имеет величину спада на верхней частоте исследуемого диапазона и значение верхней частоты соответственно 
S и в. Неравномерность спектра формируемого импульса приводит к дополнительной погрешности при оценке частотной характеристики тока обмотки, т.е. в области верхней частоты (район частоты в) значение оценки АЧХ будет меньше реального. При этом выполняется следующее соотношение между спектром формируемого импульса Sвх( ) и спектром Sвых( ) на выходе цепи измерения:
- спектр на выходе датчика тока;
- соответственно АЧХ силового трасформатора и АЧХ датчика тока.
Поэтому для корректировки экспериментально полученной АЧХ силового трасформатора используется корректор АЧХ в цепи измерения спектра с подъемом частотной характеристики в области верхней частоты (см. фиг.2). При этом выполняется следующее соотношение между спектром формируемого импульса Sвх( ), спектром Sвых( )на выходе цепи измерения:
,
где Ккор (f) - АЧХ корректора 13.
При наличии в цепи измерения корректора 13 происходит компенсация спада в спектре формируемого импульса, т.е. произведение K кор( ) и Sвх( ) дает идеальный спектр формируемого импульса без спада в области верхней частоты. В этом случае спектр тока обмотки будет определяться только видом частотной характеристики трансформатора Kст ( ).
Устройство контроля технического состояния обмоток трансформатора может быть реализовано следующим образом.
В качестве датчика используется устройство присоединения, состоящее из шунта и сборки зажимов, соединенных кабелем (см. Сви П.М. "Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения". - М.: Энергоатомиздат, 1992 г., с.70-71, рис.3.1). В качестве корректора АЧХ формируемого импульсы, используются схемы, приведенные в книге Сильвинская К.А., Голышко З.И. "Расчет фазовых и амплитудных корректоров". Справочник. 2-е издание, доп.и переработанное. - М.: Связь, 1980 г. В качестве селективного измерителя используется анализатор спектра, приведенный в книге "Метрология, стандартизация и измерения в технике связи". Учебное пособие для ВУЗОВ/Под ред. Б.П.Хромого. - М.: Радио и связь, 1986 г., с.232-243. В качестве полного сопротивления используется резистор мощностью 5 Вт и сопротивлением (10... 20) кОм. В качестве быстродействующего коммутатора используется интегральный коммутатор типа 5П14 (фирма "ПЛАТАН", 2001 г.).
Таким образом, в предложенном устройстве осуществляется контроль технического состояния обмоток трансформатора с большей достоверностью через более точное измерение частотной характеристики тока в обмотке (что равносильно измерению самой частотной характеристики обмотки) за счет учета и коррекции амплитудно-частотной характеристики формируемого импульса, а также учета неидеальности АЧХ датчика тока.
Формула изобретения
Устройство контроля технического состояния обмоток трансформатора, содержащее шины напряжения, к одной из которых подключен высоковольтный ввод трансформатора, измерительный вывод, соединенный с высоковольтным вводом через его емкость, параллельно включенные полное сопротивление и быстродействующий коммутатор, один из выводов которых подключен к измерительному выводу, а другой вывод заземлен, цепь заземления обмоток трансформатора, в которую включен датчик, селективный измеритель, отличающееся тем, что в него введен корректор частотной характеристики, вход и выход которого подключены соответственно к выходу датчика и ко входу селективного измерителя.
РИСУНКИ
