СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Российский патент 1996 года по МПК G01R35/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Известны способы диагностики силовых трансформаторов по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Диагностическими параметрами при этом являются: ток холостого хода i%o

= (I_o/I_н)•100; потери холостого хода P_o; напряжение короткого замыкания U%к или численно равное ему сопротивление короткого замыкания Z%к:U%к = (U_к/U_н)•100 = Z%к = (Z_к/Z_н)•100;; потери короткого замыкания P_к. Здесь I_o измеренное значение тока холостого хода; U_к измеренное значение напряжения короткого замыкания; U_н, I_н соответственно номинальные напряжение и ток трансформатора; Z_к U_к/I_к, Z_н U_н/I_н. По отклонениям указанных диагностических параметров от их эталонных значений оценивают техническое состояние трансформатора [1]
Общим недостатком этих способов является необходимость вывода трансформатора из-под нагрузки, что весьма неэкономично.

Необходимость снижения количества остановок трансформаторов при сохранении контроля над указанными диагностическими параметрами требует разработки способов их определения непосредственно при работе под нагрузкой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля внутренних обмоток силовых трансформаторов, при котором определяют фактическое значение сопротивления короткого замыкания внутренних обмоток силовых трансформаторов, сравнивают это значение с эталонным и по превышению определенной величины над эталонной судят о степени деформации контролируемой обмотки [2]
Однако данный способ позволяет контролировать только один диагностический параметр сопротивление короткого замыкания, лишь частично характеризующий техническое состояние трансформатора. Кроме того, в основу данного способа положено упрощенное представление трансформатора без учета намагничивающего тока, что обусловливает дополнительную погрешность способа.

Задача, на решение которой направлено настоящее предложение, заключается в том, чтобы по рабочим параметрам функционирующего трансформатора определить ряд важнейших диагностических показателей. Получаемый технический результат состоит в том, что по данным измерений действующих значений и фаз векторов токов и напряжений обмоток в разные моменты времени осуществляется контроль нескольких диагностических параметров: сопротивления и потерь короткого замыкания Z%к

и Р_к; тока и потерь холостого хода i%o и P_o.

Достоинство нового способа заключается в том, что вместе с сохранением непрерывности контроля обмоток, когда определяют фактическое значение сопротивления короткого замыкания внутренних обмоток силового трансформатора, сравнивают это значение с эталонным, по превышению определенной величины над эталонной судят о степени деформации контролируемой обмотки, в отличие от прототипа, дополнительно к измерениям напряжений и токов обмоток трансформатора в момент времени τ₁, соответствующий определенному состоянию нагрузки, измеряют фазы напряжений и токов обмоток силового трансформатора, в моменты τ₂,...,τ_n, соответствующие (n 1) другим состояниям нагрузки, где n число обмоток трансформатора, повторно измеряют значения и фазы напряжений и токов каждой из обмоток, и по измеренным значениям, на основании решения уравнений состояния силового трансформатора относительно матриц узловых проводимостей и узловых сопротивлений многополюсника (схемы замещения) трансформатора, определяют сопротивление Z%к

и потери P_к короткого замыкания, потери P_o и ток i%o холостого хода, по превышению значений Z%к,P_к,P_o,i%o над соответствующим эталонным значением судят о техническом состоянии трансформатора и его способности к дальнейшему функционированию.

Таким образом перечисленные отличительные признаки являются существенными, поскольку достигается более полная оценка технического состояния трансформатора за счет большего количества контролируемых показателей.

Для реализации описанного способа диагностики трансформаторов может быть использована измерительная схема, представленная на рисунке, изображающем соединение объекта с приборами.

В момент времени τ₁ соответствующий определенному состоянию нагрузки, измеряют действующие значения токов I(1)1

,I(1)2 и напряжений U(1)1,U(1)2 обмоток трансформатора и их фазовые сдвиги относительно произвольного опорного сигнала (например, напряжения первичной обмотки
.

Здесь и в дальнейшем нижний индекс соответствует номеру обмотки, верхний номеру измерения (номеру момента времени, в который производилось измерение); подчеркивание латинской буквы обозначает комплексное выражение величины, обозначенной данной буквой: сдвиг по фазе (фаза) между векторами и .

В момент времени τ₂,, соответствующий другому состоянию нагрузки, повторно измеряют значения и фазы напряжений и токов каждой из обмоток: ,
.

Составляют систему уравнений состояния силового трансформатора:

или в более компактной записи:

где [Yil]₂₂ матрица узловых проводимостей многополюсника трансформатора; e основание натурального логарифма; j мнимая единица.

Решают систему относительно матрицы узловых проводимостей:

Вычисляют значение сопротивления короткого замыкания:
,
где I_1н, U_1н номинальные значения тока и напряжения первичной обмотки; модуль комплексного числа.

Вычисляют потери короткого замыкания:
P_к= I21н

•Re[(Y₁₁)^-1],
где Re(•) действительная часть комплексного числа.

Находят матрицу узловых сопротивлений многополюсника трансформатора:

Вычисляют значение тока холостого хода:

Вычисляют потери холостого хода:

Найденные значения сравнивают с эталонными Z%кэ

,P_кэ,i%оэ,P_оэ и при недопустимых отклонениях фактических показателей от эталонных принимают решение о выводе трансформатора из-под нагрузки.

Таким образом реализация предлагаемого способа диагностики силовых трансформаторов позволит обеспечить непрерывный контроль нескольких диагностических параметров и предотвратить возможную аварию трансформатора.

Сущность изобретения: в моменты времени τ₁... τ_n,, где n - число обмоток трансформатора, измеряют значения и фазы напряжений и токов каждой из обмоток и по измеренным значениям определяют сопротивление Z%к

и потери P_к короткого замыкания, ток i%o и потери P_o холостого хода. По превышению значений Z%к,P_к,P_o,i%o над соответствующими эталонными значениями судят о техническом состоянии и работоспособности трансформатора. 1 ил.

Способ диагностики силовых трансформаторов, заключающийся в том, что измеряют напряжения и токи обмоток трансформатора в момент времени τ₁ соответствующий определенному состоянию нагрузки, отличающийся тем, что дополнительно измеряют фазы напряжений и токов обмоток силового трансформатора в моменты τ₂,...,τ_n, соответствующие (n 1) другим состояниям нагрузки, где n - число обмоток трансформатора, повторно измеряют значения и фазы напряжений и токов каждой из обмоток, по измеренным значениям на основании решения уравнений состояния силового трансформатора относительно матрицы узловых проводимостей и узловых сопротивлений многополюсника (схемы замещения) трансформатора определяют сопротивление Z%к

и потери Р_к короткого замыкания, потери Р_о и ток i%o холостого хода и по превышению значений Z%к,P_к,P_o,i%o над соответствующими эталонными значениями судят о техническом состоянии и работоспособности трансформатора.