Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи

Авторы патента:

Васильев Николай Валерьевич (RU)

Косоухов Фёдор Дмитриевич (RU)

Криштопа Наталья Юрьевна (RU)

Филиппов Антон Олегович (RU)

Галиева Зарина Равильевна (RU)

Паутов Алексей Сергеевич (RU)

G01R31/06 - электрических обмоток, например на полярность (измерение числа витков, коэффициента трансформации или коэффициента связи в обмотках G01R 29/20)

Владельцы патента RU 2599280:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметричных токов. Технический результат заключается в возможности определять отдельные потери мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи. 1 табл.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи.

Известно, что потери мощности и энергии в трехфазных трансформаторах и линиях электропередачи зависят от несимметричных токов в них. В кН.: Р. Дрехслер. «Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке»: Пер. с чешск. М.: Энергоатомиздат, 1985, 112 с., предлагается оценивать потери в элементах системы электропередачи по величине мощности пульсаций, скрытой мощности, мощности искажений и реактивной мощности.

По этим показателям для измерения потерь потребуется большой объем измерительной информации с довольно громоздкими дальнейшими вычислениями.

Наиболее близким техническим решением к изобретению относится «Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2533530, МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014), предусматривающий измерение напряжения на первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. В данном способе измерения потерь силовых трансформаторов в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжение которого ступенчато регулируют в пределах от 70 до 110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

Недостатком данного способа является измерение общих потерь в трансформаторе при холостом ходе, а не отдельных составляющих - потерь мощности от несимметричных токов, а также невозможность измерения потерь в трансформаторе в рабочем режиме.

Задача изобретения - определение потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи по результатам измерения известных показателей электроэнергии:

- коэффициента обратной последовательности токов K_2i,

- коэффициента нулевой последовательности токов K_0i.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, предусматривающего применение источника регулируемого трехфазного напряжения, измеряют при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметричных токов по формуле:

откуда ΔP_ε=K_εΔP₁,

где: R₀, R₁ - активные сопротивления нулевой и прямой последовательности трансформатора (линии);

ΔP_ε - потери мощности от несимметричных токов;

P₁ - потери мощности от тока прямой последовательности.

Новые существенные признаки

1. Измеряют в четырехпроводной сети при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности трехфазных токов.

2. По результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметрии токов в трехфазном трансформаторе (линии) по формуле:

3. Зная коэффициент K_ε и потери мощности от тока прямой последовательности определяют потери мощности от несимметрии токов в трансформаторе (линии):

ΔP_ε=K_εΔP₁.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата, на который распространяется исчерпываемый объем правовой охраны.

Технический результат

1. Разработан простой способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, составляющих дополнительные потери, за счет снижения которых достигается снижение общих потерь.

2. Минимальный набор материально-технических средств.

3. Измерения реализуются с помощью одного измерительного прибора «Энергомонитор 3.3» высокого класса точности 0,1, приведенная погрешность которого не превышает 0,1%. Поэтому точность измерения симметричных составляющих токов будет высокой (методическая погрешность отсутствует).

4. Разработанное математическое выражение для коэффициента потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях является простым. Поэтому отсутствуют громоздкие вычисления потерь мощности в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

Пояснения к способу измерения потерь

Современные трехфазные четырехпроводные сети, как правило, имеют неравномерную нагрузку. Поэтому в них создаются несимметричные токи. В трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях возникают потери мощности и электрической энергии от несимметричных токов. При разработке средств и способов снижения потерь в трансформаторах и линиях важно иметь информацию не только о полных потерях, но и, прежде всего, о частичных потерях мощности, составляющих эти потери, и принимать меры по их снижению. К частичным потерям относятся потери мощности от несимметричных токов.

В трехфазной четырехпроводной сети при симметричной синусоидальной трехфазной системе напряжений и несимметричной линейной нагрузке возникает трехфазная несимметричная система токов, которая может быть разложена на симметричные составляющие токов прямой I₁, обратной I₂ и нулевой I₀ последовательности. Эти составляющие токов характеризуются коэффициентами обратной и нулевой последовательности токов, которые измеряются прибором «Энергомонитор 3.3». По результатам измерения вычисляется важнейший критерий (коэффициент) потерь мощности от несимметричных токов, равный отношению потерь мощности от токов обратной и нулевой последовательности ΔP_ε к потерям мощности от токов прямой последовательности ΔP₁:

где

Зная потери мощности от токов прямой последовательности и коэффициент K_ε, определяют потери мощности от несимметричных токов в трехфазном трансформаторе (линии):

ΔP_ε=K_εΔP₁.

Для экспериментальной проверки способа измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи в научно-исследовательской лаборатории кафедры электроэнергетики и электрооборудования федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО СПбГАУ) изготовлена физическая модель электрической сети 0,38 кВ. Эта модель содержит реальное электротехническое оборудование: трехфазные трансформаторы типа ТМГ мощностью 25 кВА с номинальными первичным и вторичным напряжениями 0,38 кВ, четырехпроводную линию электропередачи, выполненную проводом марки СИП-4, сечением 25 мм², длиной 370 м, нагрузочное устройство: набор регулируемых однофазных резисторов в трехфазном исполнении общей мощностью 25 кВт и два трехфазных асинхронных электродвигателя по 4,5 кВт с генераторами постоянного тока на общем валу. Измерения потерь мощности и других физических величин в трансформаторе и линии производились с помощью измерительных устройств «Энергомонитор 3.3», имеющих класс точности 0,1.

На физической модели сети 0,38 кВ проведены исследования потерь мощности от несимметричных токов в трансформаторах со схемами соединения обмоток Y/Y_H, Y/Y_H СУ, Y/Z_H и четырехпроводной линии. При этом потери мощности от несимметрии токов, полученные опытным путем, сравнивались с расчетными данными. Расхождение между опытными и расчетными данными не превышало 1,5%, что подтверждает правильность предлагаемого способа измерения потерь мощности от несимметричных токов.

В таблице 1 приведены результаты исследования потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе Y/Y_H на физической модели сети 0,38 кВ при изменении двухфазной нагрузки (опыты №№1…5).

Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи прошел экспериментальную проверку. Результаты эксперимента совпали с результатами расчета.

Источник информации

1. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке: Пер. с чешск. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 112 с.

2. Патент РФ №1533530. Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления. МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014.

Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, предусматривающий применение источника регулируемого трехфазного напряжения, отличающийся тем, что измеряют при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметричных токов по формуле
откуда ΔP_ε=K_εΔP₁,
где R₀, R₁ - активные сопротивления нулевой и прямой последовательности трансформатора (линии);
ΔP_ε - потери мощности от несимметричных токов;
ΔP₁ - потери мощности от тока прямой последовательности.

Изобретение относится к средствам диагностики силового электрооборудования. Способ диагностики приводного механизма (2, 2'), содержащего катушку (211, 212) и устройство (22, 22') управления энергоснабжением катушки, включает следующие этапы: управляют энергоснабжением приводного механизма посредством устройства диагностики (3), управляют энергоснабжением катушки посредством устройства управления, отслеживают на уровне устройства диагностики электрической характеристики электрического сигнала, в частности электрического сигнала, питающего приводной механизм, и диагностируют приводной механизм с использованием результатов этапа отслеживания.

Устройство для испытания управляемого шунтирующего реактора // 2592253

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - повышение устойчивости испытаний.

Способ определения средней температуры короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя // 2589453

Изобретение относится к электромашиностроению. Способ заключается в том, что регистрируют затухающее напряжение статора, индуктированного затухающим полем ротора, при отключении из состояния холостого хода холодной и горячей машины.

Автоматический способ испытания витковой изоляции и точного обнаружения секции обмотки статора с витковым замыканием электрической машины переменного тока // 2564695

Изобретение относится к области испытаний витковой изоляции обмоток статоров электрических машин переменного тока при массовом серийном производстве. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельно включенных фаз импульсными токами i от генератора импульсных напряжений ГИН путем возбуждения при этом испытательных импульсных междувитковых напряжений, равных ЭДС самоиндукции секций e=-Ldi/dt.

Способ контроля состояния обмоток с монолитными металлическими сердечниками // 2563777

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для диагностирования межвиткового замыкания в обмотках электрических машин с монолитными металлическими сердечниками.

Способ адаптации обнаружения короткого замыкания на землю // 2544267

Изобретение относится к способу адаптации обнаружения короткого замыкания на землю к изменению состояния электрической машины. Сущность: электрическая машина находится в первом состоянии машины, первое опорное значение определяется для измеряемых значений электрической величины.

Способ и устройство для повышения надежности обнаружения короткого замыкания на землю генератора на вращающейся электрической машине // 2539098

Изобретение относится к диагностике обмоток электрических машин. Сущность: способ обнаружения короткого замыкания на землю во вращающейся электрической машине содержит подачу тестового сигнала на заданной частоте на обмотку, измерение электрического параметра сигнала отклика в обмотке, являющегося результатом поданного тестового сигнала, и обнаружение короткого замыкания на землю на основании измеренного значения электрического параметра.

Устройство для диагностики индуктивных обмоток // 2538077

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Технический результат: расширение арсенала технических средств.

Способ диагностики межвитковых замыканий асинхронного электродвигателя // 2537518

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления межвитковых повреждений в обмотке статора асинхронного электродвигателя. Технический результат: возможность диагностирования межвитковых повреждений на ранней стадии развития.

Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления // 2533530

Предлагаемые способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления относятся к электротехнике и могут быть использованы для расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям.

Способ диагностики электротехнического устройства с обмотками и магнитопроводом // 2606701

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к диагностике механической прочности электротехнического устройства. Сущность: способ заключается в том, что создают вибрационные процессы путем механических воздействий на устройство, измеряют напряжение, наведенное в обмотках устройства в результате механического воздействия, определяют частотные характеристики G(f) отклика на эти воздействия. Производят оценку модуля электромагнитных частотных характеристик по соотношению , где Uг(ƒ) – спектральная плотность мощности (СПМ) случайного процесса напряжения с генератора тестовых сигналов типа «белый шум», подаваемых на обмотку; UR(ƒ) - СПМ случайного процесса после измерительного сопротивления. Определяют частоту максимума спектральной плотности мощности нормированного напряжения согласно выражению: . Определяют усилие прессовки по соответствующему соотношению , где - постоянная величина, характеризующая степень прессовки обмоток данного устройства; ƒi - частота максимума СПМ напряжения, наведенного в обмотке; n - постоянная величина; Pi0 и ƒi0 - известные или ранее определенные усилие прессовки и частота максимума СПМ напряжения данного устройства. Устанавливают диагноз по вычисленному усилию прессовки. Технический результат: повышение достоверности диагностики механической прочности электротехнического устройства. 4 ил.

Способ обнаружения межвитковых замыканий в катушках электрических аппаратов локомотивов // 2617285

Изобретение относится к области испытаний обмоток катушек реле локомотивов на межвитковое замыкание после ремонта. Сущность: выявление межвитковых замыканий проводится в нагруженном режиме по величине тока в обмотке катушки при подаче на нее стабилизированного напряжения. Одновременно с подачей стабилизированного напряжения к обмотке прикладываются высоковольтные импульсы. Через 1 минуту подачу высоковольтных импульсов отключают и измеряют значение тока в обмотке. Технический результат: повышение вероятности обнаружения межвитковых пробоев. 1 ил.

Система и способ контроля приборов высоковольтной техники // 2619396

Изобретение относится к системе контроля приборов высоковольтной техники, в частности к шунтирующим электрическим реакторам, а также к реализуемому с помощью этой системы контроля способу контроля приборов высоковольтной техники. Сущность изобретения: со вторичной стороны испытательного трансформатора предусмотрена непрерывно регулируемая индуктивность, а также пошагово дискретно регулируемая емкость таким образом, чтобы указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур. В способе с помощью дискретно регулируемых емкостей батареи конденсаторов осуществляется грубая настройка системы контроля. Причем с помощью итеративного процесса подключаются отдельные емкости батареи конденсаторов, если посредством измерительного устройства в системе контроля измеряется недостаточная емкость. Или отдельные емкости отключаются, если посредством измерительного устройства измеряется избыточная емкость, пока не станет преобладать заранее установленная пороговая величина избыточной емкости. Далее посредством непрерывно регулируемой индуктивности производится точная настройка системы контроля таким образом, чтобы эти указанные компоненты вместе с контролируемым объектом, выполненным в качестве индуктивности, образовывали последовательный колебательный контур, выполненный с возможностью согласования со своей точкой резонанса. Технический результат: возможность снижения испытательного напряжения, подаваемого от испытательного трансформатора на объект контроля. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ диагностики витковых замыканий в обмотке ротора синхронного генератора // 2629708

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для диагностирования виткового замыкания в обмотке ротора синхронных генераторов. Сущность: способ заключается в определении процента замкнутых витков на основе измеренных в рабочем режиме синхронного генератора мгновенных величин токов и напряжений фаз статора, тока и напряжения ротора. Измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений статора преобразуют из естественной системы координат в двухфазную α-β систему координат. Используя полученные значения преобразованных токов и напряжений статора, определяют коэффициент квазиреактивной мощности Q=3⋅(Iα(k)⋅Uβ(k)-Iβ(k)⋅Uα(k)), где Iα(k), Iβ(k) - проекции токов в α-β системе координат; Uα(k), Uβ(k) - проекции напряжений в α-β системе координат. На вход предварительно обученной искусственной нейронной сети подают мгновенные величины тока и напряжения ротора, преобразованные токи и напряжения статора, коэффициент квазиреактивной мощности, а также их временные задержки 0,5 с. С помощью обученной искусственной нейронной сети выявляют зависимость между входными и выходными данными искусственной нейронной сети. О начале повреждений в обмотке ротора судят по мгновенной величине оценки процента замкнутых витков обмотки ротора синхронного генератора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи // 2638904

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при нелинейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) действующее значение тока 1-й гармоники, суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем, и суммарный коэффициент гармоник, кратных трем, и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов по формуле. Изобретение позволяет определить отдельные потери мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи.

Устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора с переключением без возбуждения // 2642445

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов, и может быть использовано для определения витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ с переключением без возбуждения. Технический результат состоит в повышении чувствительности к межвитковым замыканиям и исключении влияния высших гармоник. Устройство содержит включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой. Полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле. Для определения межвиткового замыкания в обмотках на автотрансформаторе предусмотрены выводы обмотки, имеющие соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней переключателя без возбуждения силового трансформатора и позволяющие увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора. На выводах по числу фаз трансформатора установлены накладки переключения витков регулируемой обмотки, каждая из которых представляет собой металлическую пластину сечением не менее 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, а другим концом - к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки осуществляется на выводах автотрансформатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ вибрационного безразборного диагностирования трансформатора // 2643940

Изобретение относится к испытаниям силового трансформатора, а более конкретно к контролю достаточности усилий прессовки его обмоток, периодически проводимому в процессе эксплуатации для проверки сохранения трансформатором электродинамической стойкости к токам короткого замыкания. Технический результат изобретения - повышение эксплуатационной надежности прошедших диагностирование трансформаторов и оптимизация ремонтных расходов на продление срока их эксплуатации, а также сокращение среднего времени, затрачиваемого на оценку технического состояния испытываемых трансформаторов. Механически импульсно воздействуют на конструктив трансформатора, измеряют ЭДС, наводимые в его фазных обмотках, и определяют частоты максимумов спектральной плотности мощности (СПМ) измеренных ЭДС. Затем сравнивают частоты максимумов СПМ в фазных обмотках трансформатора, определяют наименьшую и наибольшую из указанных частот и вычисляют их отношение. Если это отношение меньше порогового значения, выводят трансформатор из эксплуатации. При других значениях указанного отношения продолжают диагностирование и оставляют трансформатор в эксплуатации, если наименьшая частота максимума СПМ превышает граничное значение, при этом указанные пороговое и граничное значения выбирают в зависимости от величин проектного запаса по току короткого замыкания. Пороговое значение может быть выбрано в пределах 0,5÷0,6, а граничное значение - в пределах где F - первоначальное усилие (в ньютонах) прессовки обмоток, α - постоянная для данного типа трансформаторов величина (в Н/Гц4). 2 з.п. ф-лы.

Способ измерения потерь мощности от реактивных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи // 2644454

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от реактивных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при симметричной линейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) коэффициент мощности (cosϕ), фазный ток и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от реактивных токов по формуле. Техническим результатом, наблюдаемым при реализации заявленного технического решения, является возможность определить отдельные потери мощности от реактивных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи, а также минимальный набор материально-технических средств.

Способ выявления витковых замыканий в обмотках трехфазных трансформаторов // 2645811

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для выявления витковых замыканий в обмотках трехфазных трансформаторов. Способ основан на измерениях активной мощности и напряжений на холостом ходу. Измерения проводят при отсутствии соединений между обмотками трансформатора, кроме общей точки в схеме "звезда". Измерения выполняют поочередно путем подачи оперативного напряжения промышленной частоты от регулируемого источника питания только на одну первичную или вторичную обмотку в начале первой фазы трансформатора. При этом измеряют величину активной мощности, потребляемой от источника питания и регистрируют эту величину. Одновременно измеряют и регистрируют значения напряжений на обеих обмотках первой фазы. Затем подают оперативное напряжение прежней величины на первичную или вторичную обмотку второй фазы трансформатора. Измеряют и регистрируют величину активной мощности для второй фазы и значения напряжений на обмотках второй фазы. Далее аналогично измеряют и регистрируют активную мощность и напряжения для третьей фазы. Далее сопоставляют между собой зарегистрированные величины активной мощности для трех фаз и по наибольшей из этих величин делают заключение о факте наличия виткового замыкания в некоторой из обмоток соответствующей фазы трансформатора. По зарегистрированным величинам напряжений обмоток выявленной поврежденной фазы вычисляют значения фактического коэффициента трансформации между обмотками этой фазы для двух вероятных случаев виткового замыкания в первичной или во вторичной обмотке. Затем вычисленные значения коэффициента сопоставляют с паспортным коэффициентом трансформации. Если фактический коэффициент меньше паспортного, то делают окончательное заключение о факте виткового замыкания в первичной обмотке, при обратном соотношении коэффициентов, наоборот, - во вторичной обмотке. Технический результат: повышение достоверности выявления поврежденной обмотки. 2 ил.