СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ОБМОТКАМИ Российский патент 1998 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к технике испытаний энергетического оборудования, а именно электрических аппаратов с обмотками, преимущественно статических типа трансформаторов или реакторов, и может найти применение, в частности, в мониторинге и в диагностике технического состояния опрессовки обмоток силовых масляных трансформаторов.

Известен способ испытания электрических аппаратов, содержащих обмотки, заключающийся в том, что на выводы обмоток подают электрическое напряжение (переменное или импульсное), измеряют, регистрируют и анализируют вибрацию аппарата (см. книгу: Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. / Александров А.А., Барков А.Н., Баркова Н.А., Шафранский В.А., Л.: Судостроение, 1986).

Данный способ предусматривает установку на аппарате датчиков вибрации, что трудоемко, а в ряде случаев встречает серьезные технические трудности или оказывается вообще невозможным, например, при необходимости закрепления датчиков на обмотках.

Препятствием в последнем случае оказывается ограниченность доступа, недостаток свободного пространства между обмотками, наличие масла, высокие уровни электростатических и магнитных полей.

Свободны от данного недостатка способы испытания, в которых в качестве сигнала, обусловленного вибрацией и несущего информацию о ней, используют электрическое напряжение на выводах обмоток аппарата. Примером может служить "метод низковольтных импульсов" испытания трансформатором (см. книгу: Цирель Я. А., Поляков В.С., Эксплуатация силовых трансформаторов на электростанциях и в электросетях. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1985).

В данном способе на одну или несколько обмоток трансформатора подают импульс электрического напряжения и регистрируют сигнал отклика, проявляющийся в виде сигнала, который снимают с выводов других обмоток трансформатора.

Недостатки обоих упомянутых способов обусловлены использованием лишь электрического воздействия на аппарат.

Ограничения, существующие для параметров электрического воздействия (токи и напряжения), накладывают ограничения на информативность испытаний, а необходимость использования специализированного оборудования сдерживает масштабы применения способов.

Прототипом является способ испытания, при котором воздействие на конструкцию аппарата производят посредством источника механической энергии - вибровозбудителем или ударным устройством, а регистрацию вибрационного отклика на воздействие осуществляют с использованием датчика вибрации (см. книгу: Вибрации в технике. Справочник. В 6 томах. М.: Машиностроение, 1981 - том 5. Измерения и испытания./Под ред. М.Д. Генкина. - часть II. Экспериментальное отделение характеристик, идентификации и диагностика механических систем).

Способ универсален в отношении выбора объекта испытаний и предусматривает воздействие на испытуемый аппарат вибрацией (случайной или синусоидальной) или ударным импульсом (или серией импульсов), регистрацию и анализ вибрационного отклика - механических колебаний элементов конструкции аппарата, вызванных воздействием.

Заключение о результатах испытания выносят, сравнивая характеристики вибрационного отклика аппарата с нормативными характеристиками. За нормативные принимают характеристики, полученные при испытании данного аппарата непосредственно после его изготовления или очередного ремонта (или при испытаниях эталонного экземпляра аппарата).

В последних случаях операция сравнения в способ не вводится и заключение не выносится.

Характеристики могут представлять собой непосредственно сигнал отклика или же результат более или менее сложного анализа вибрационного сигнала отклика. Часто используют корреляционные функции и взаимные спектры.

Цель изобретения - устранение недостатков прототипа, обусловленных необходимостью закрепления на конструкции аппарата датчиков вибрации (см. п. 2 данного описания), и обеспечение необходимой информативности испытаний, в том числе измерение в недоступных точках, каковыми являются, нередко, обмотки аппарата.

Цель достигается тем, что в качестве вибрационного сигнала отклика на воздействие в описываемом способе используют электрическое напряжение на выводах обмоток аппарата.

Физической причиной, обуславливающей возникновение в обмотках электродвижущей силы, является движение витков обмотки относительно магнитного поля. Такое поле всегда присутствует - оно содержит составляющую магнитного поля Земли и составляющие от остаточной намагниченности магнитопровода и деталей, выполненных из ферромагнетиков, при их наличии в конструкции аппарата.

Электрический сигнал, снимаемый с обмоток, содержит составляющие, характеризующие как собственное колебательное движение витков обмотки, так и движение магнитопровода и деталей, выполненных из ферромагнетиков и расположенных вблизи витков обмотки.

Конкретные варианты осуществления способа испытания различаются местом приложения механического воздействия на аппарат и формой такого воздействия.

В качестве точки приложения механического воздействия выбирают:
а) Рамы или другие детали, доступные для воздействия без вскрытия аппарата и связанные механически с активной частью аппарата.

б) Опорные части аппарата или основание (грунт) вблизи опор (сейсмическое воздействие на аппарат).

в) Точки на стенках бака (случай использования в аппарате масляной изоляции). Воздействие на активную часть аппарата и на обмотки передается комбинированным путем - через конструктивные элементы бака и выемной части и через заполняющую бак жидкость.

г) Одну или несколько точек магнитопровода и других элементов активной части электрического аппарата. Осуществление данного варианта может потребовать, в отличие от предыдущих вариантов, вскрытия, на стадии подготовки к испытаниям, бака или кожуха аппарата и, возможно, подъема выемной части аппарата.

Данный вариант более трудоемок, но и, одновременно, предоставляет некоторые преимущества в отношении количества информации и легкости ее анализа.

Механическое воздействие задают в одной из форм:
а) Широкополосная случайная вибрация.

б) Синусоидальная вибрация или узкополосная случайная вибрация - с постоянными характеристиками или с изменяемыми в процессе испытания интенсивностью и частотой (в случае узкополосной случайной вибрации - "центральной частотой").

в) Ударный импульс или серия импульсов (ударов).

Для целей осуществления воздействий подходят известные устройства - переносной вибровозбудитель (например, электродинамический) или ударное устройство в виде молотка.

Для определения в ходе испытаний возбуждающей силы (это необходимо в последующем анализе вибрационного отклика) устройство может содержать измерительный узел - силовую или импедансную головку (в случае использования вибровозбудителя) или встроенный в молоток датчика ускорения (в случае ударного возбуждения вибрации).

Силовой или импедансной головками вибрационное воздействие определяют непосредственным измерением воздействующей на аппарат силы.

В случае применения молотка характеристики воздействия определяют косвенно: по показаниям датчика ускорения характеристики силового импульса, в функции от времени, определяют, в соответствии со 2-м и 3-м законами Ньютона, как произведение мгновенных значений ускорения молотка на массу молотка, взятое со знаком минус.

С целью улучшения воспроизводимости результатов регистрации сигнала отклика, снимаемого с выводов обмоток, в способ может включаться операция размагничивания или намагничивания, состоящая в том, что через обмотки аппарата (или некоторые из обмоток) пропускают электрический ток.

Операция уместна только при наличии в конструкции аппарата магнитопровода или деталей, выполненных из ферромагнетиков.

Исходное состояние намагниченности зависит от случайных вариаций режима отключения аппарата от сети перед данными испытаниями, и подвержено аналогичным случайным вариациям. Выбором режима пропускания электрического тока через обмотки возможно обеспечить единообразные в разных испытаниях характеристики намагниченности, что обеспечит (см. п. 8) фиксированные, стабильные характеристики "чувствительности" обмоток к вибрациям.

Операция пропускания электрического тока не является безусловно необходимой, поскольку существует целый ряд характеристик вибрационного отклика, получаемых в результате анализа, которые не зависят от чувствительности канала измерений (например, нормированный спектр).

Технико-экономическая эффективность способа испытания электрических аппаратов с обмотками определяется следующими преимуществами перед прототипом и аналогами:
а) Обеспечивается контроль вибрации обмоток и частей магнитопровода, недоступных для размещения на них датчиков вибрации (по условиям стесненности пространства, отсутствия свободного доступа, опасности нарушения электрической прочности изоляции: присутствие масла и др.).

б) Обеспечивается высокая чувствительность к вибрациям: пиковые значения генерируемых в обмотках сигналов при опытной проверке способа имели величину порядка от десятков до тысяч милливольт.

В связи с этим не существует необходимости в использовании мощного вибровозбудителя или ударного устройства. Умеренные уровни воздействий исключают опасность механических повреждений элементов конструкции аппарата в процессе испытаний.

в) Отсутствует необходимость в использовании специализированной или дорогостоящей аппаратуры и оборудовании. Используется типовая аппаратура, предназначенная для исследований вибрационных и виброударных процессов, включающая регистраторы, анализаторы спектра, средства вычислительной техники.

г) Трудоемкость подготовительных операций перед испытаниями минимальна - подготовка сводится к отключению выводов аппарата от внешней сети и к подключению к ним измерительно-регистрирующей аппаратуры.

Изобретение относится к технике испытаний энергетического оборудования, а именно электрических аппаратов с обмотками, преимущественно статических, типа трансформаторов или реакторов. Способ испытания электрических аппаратов с обмотками заключается в том, что воздействуют на конструкцию аппарата посредством возбудителя вибраций или ударного устройства, определяют (прямо или косвенно) характеристики воздействия и регистрируют вибрационный сигнал отклика конструкции аппарата, в качестве которого используют электрическое напряжение на выводах обмоток. Способ обеспечивает снижение трудоемкости испытаний и обеспечивает контроль в недоступных точках. 6 з.п.ф-лы.

1. Способ испытания электрических аппаратов с обмотками, заключающийся в том, что воздействуют на конструкцию аппарата посредством возбудителя вибраций или ударного устройства, определяют характеристики воздействия и регистрируют вибрационный сигнал отклика конструкции аппарата, отличающийся тем, что в качестве вибрационного сигнала отклика используют электрическое напряжение на выводах обмоток. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве возбудителя вибраций используют переносной вибровозбудитель. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что характеристики воздействия определяют с помощью измерительного узла в виде силоизмерителя или импедансной головки, которым измеряют силу, воздействующую со стороны вибровозбудителя на конструкцию аппарата. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве возбудителя вибраций используют электродинамический вибровозбудитель, измеряют ток в подвижной катушке вибровозбудителя, а силу воздействия определяют как величину, пропорциональную току. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ударного устройства используют молоток со встроенным датчиком ускорения. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что измеряют ускорение молотка, а силу воздействия от молотка в точке нанесения удара определяют как величину, равную произведению мгновенных значений ускорения молотка на массу молотка и взятую со знаком минус. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением испытания через обмотки (или некоторые из них) пропускают электрический ток.