ОПРЕДЕЛЕНИЕ УХУДШЕННОЙ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ В ИЗОЛЯЦИИ, ПРЕДУСМОТРЕННОЙ МЕЖДУ ДВУМЯ ОБЪЕКТАМИ ИНДУКТИВНОГО РАБОЧЕГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2013 года по МПК G01R31/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу, устройству и компьютерному программному продукту для определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изоляция между объектами в индуктивных рабочих элементах, например изоляция, предусмотренная между двумя обмотками трансформатора, может ухудшаться со временем. Одной из причин может быть то, что эта изоляция, которая во многих высоковольтных системах выполнена из бумаги или прессованного картона, загрязняется загрязняющим веществом, например сульфидом меди (Cu₂S). Для обеспечения соответствующих мер противодействия, следовательно, представляет интерес определение степени ухудшения изолирующей способности. Целью может быть получение информации о том, когда следует заменить трансформатор и/или отремонтировать. Лучшее получение информации об изолирующей способности может иметь большое экономическое значение. Обладая такой информацией, кроме того, легче определить, когда трансформатор следует отсоединить, что может быть также полезным с точки зрения безопасности.

Предпочтительна возможность выполнить это без необходимости демонтажа трансформатора и непосредственной проверки изолирующего материала. Это неудобно и занимает много времени. Трансформатор не может быть использован во время такого обследования. Кроме того, существует риск повреждения трансформатора при его демонтаже.

Одним типом такого способа проверки, часто используемого в настоящее время, является способ анализа частотного отклика диэлектрика. В отношении этого способа проведено несколько исследований.

Большое количество литературных данных в данной области направлено на общее описание данного способа, но без каких-либо действительных указаний на то, каким образом он должен быть осуществлен на практике.

Некоторые примеры даны ниже:

“Frequency response of oil impregnated pressboard and paper samples for estimating moisture in transformer insulation” (“Частотный отклик пропитанных маслом образцов прессованного картона и бумаги для оценки количества влаги в изоляции трансформатора”), Chandima Ekanayake, Stanislav M. Gubanski, Andrzej Graczkowski, Krzysztof Walczak, IEEE Transactions on Power Delivery, том 21, № 3, июль 2006, описывает спектры областей частот пропитанных маслом образцов прессованного картона и бумаги, которые могут быть использованы при моделировании результатов диагностических измерений в силовых трансформаторах.

“Evaluation of Transformer Insulation by Frequency Domain Technique” (“Оценка изоляции трансформатора технологией, основанной на анализе частотных областей”), P.K. Poovamma, A. Sudhindra, K. Mallikarjunappa, T.R. Afzal Ahamad, 2007, International Conference on Solid Dielectrics (Международная конференция по твердым диэлектрикам), Винчестер, Соединенное Королевство, 8-13 июля 2007, обсуждаются измерения отклика диэлектрика, используемого для оценки бумажно-масляной изолирующей системы в трансформаторах.

“Dielectric Response Analysis of Real Insulation Systems” (“Анализ отклика диэлектрика действительных изоляционных систем”), Uno Gafvert, 2004, International Conference on Solid Dielectrics (Международная конференция по твердым диэлектрикам), Тулуза, Франция, 5-9 июля 2004, обсуждается приложение способов, основанных на частотных откликах диэлектриков, к некоторому количеству практически важных действительных изоляционных систем.

US 7292048 описывает способ и устройство для измерения отклика диэлектрика электрической изолирующей системы, причем первый результат измерения определяют способом, основанным на анализе частотной области, а второй результат измерения определяют способом, основанным на анализе во временной области. Первый результат измерения и второй результат измерения объединяют для получения общего результата измерения в качестве отклика диэлектрика. К сожалению, в документе нет информации о том, как в действительности использовался способ, основанный на анализе частотной области.

Тем не менее, существует один документ, который описывает практическое решение проблемы определения ухудшенной изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя обмотками в трансформаторе. Данным документом является US 6870374.

US 6870374 описывает способ для идентификации типа дефекта в системе изоляции силового трансформатора, причем измеряют диэлектрические потери участка системы изоляции, вычисляют теоретические диэлектрические потери для участка на основе свойств, геометрии и температуры материала участка и создают графическое представление процентного различия между измеренными и вычисленными диэлектрическими потерями. Подготавливают характеристику диэлектрического отклика на основе DFR тестирования (тестирование частотного отклика диэлектрика) трансформатора. Характеристику и измеренный отклик сравнивают с моделированным откликом трансформатора с “нормальной” изолирующей структурой и библиотекой характеристик известных дефектов. На основе сравнения могут быть затем диагностированы недостатки в коэффициенте мощности в изолирующей структуре проверяемого трансформатора.

Вышеупомянутый способ также описан в “Dielectric Frequency Response Measurement as a Tool for Troubleshooting Insulation Power Factor Problems” (“Измерение частотного отклика диэлектрика как инструмент для устранения повреждений изоляции, связанных с проблемами коэффициента мощности”), Mark Perkins, Asim Fazlagic, George Frimpong, IEEE International Symposium on Electrical Insulation (Международный симпозиум IEEE по электрической изоляции), Бостон, Массачусетс, США.

Ввиду вышеописанного, существует, следовательно, необходимость в обеспечении другого способа определения изменения изолирующей способности, который учитывает также случай изменений.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка.

Поставленная задача решена путем получения первого частотного спектра, связанного с частотным откликом на сигнал переменной частоты, причем упомянутый сигнал переменной частоты является сигналом, который может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, причем упомянутый частотный отклик может быть получен от второго объекта индуктивного рабочего элемента, сравнения полученного первого частотного спектра со вторым эталонным частотным спектром, детектирования пика в полученном первом частотном спектре, который не проявляется во втором эталонном частотном спектре, анализа формы детектированного пика и определения изменения изолирующей способности на основе проанализированной формы детектированного пика.

Одной задачей настоящего изобретения является создание способа определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, причем способ может быть выполнен без необходимости демонтажа индуктивного рабочего элемента.

Поставленная задача решена, согласно первому аспекту настоящего изобретения, способом определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, указанный способ содержит этапы, на которых: получают первый частотный спектр, связанный с частотным откликом на сигнал переменной частоты, причем упомянутый сигнал переменной частоты является сигналом, который может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, причем упомянутый частотный отклик может быть получен от второго объекта индуктивного рабочего элемента, сравнивают полученный первый частотный спектр со вторым эталонным частотным спектром,

детектируют пик в полученном первом частотном спектре, который не проявляется во втором эталонном частотном спектре,

анализируют форму детектированного пика, и

определяют изменение изолирующей способности на основе проанализированной формы детектированного пика.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства для определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, устройство может выполнить данное определение без необходимости демонтажа индуктивного рабочего элемента.

Поставленная задача, согласно второму аспекту настоящего изобретения, решена с помощью устройства для определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, указанное устройство содержит:

анализирующий блок, выполненный с возможностью

получения первого частотного спектра, связанного с частотным откликом на сигнал переменной частоты, причем упомянутый сигнал переменной частоты является сигналом, который может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, причем упомянутый частотный отклик получен от второго объекта индуктивного рабочего элемента,

сравнения полученного первого частотного спектра со вторым эталонным частотным спектром,

детектирования пика в полученном первом частотном спектре, который не проявляется во втором эталонном частотном спектре,

анализа формы детектированного пика, и

определения изменения изолирующей способности на основе проанализированной формы детектированного пика.

Другой задачей настоящего изобретения является создание компьютерного программного продукта для определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, который позволяет выполнить это определение без необходимости демонтажа индуктивного рабочего элемента.

Поставленная задача согласно третьему аспекту настоящего изобретения решена путем создания компьютерного программного продукта для определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, указанный компьютерный программный продукт содержит

компьютерный программный код, обеспеченный на машиночитаемой среде и сконфигурированный для побуждения компьютера, при загрузке кода, выполнять компьютером операции

получения первого частотного спектра, связанного с частотным откликом на сигнал переменной частоты, причем упомянутый сигнал переменной частоты является сигналом, который может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, причем упомянутый частотный отклик получен от второго объекта индуктивного рабочего элемента,

сравнения полученного первого частотного спектра со вторым эталонным частотным спектром,

детектирования пика в полученном первом частотном спектре, который не проявляется во втором эталонном частотном спектре,

анализа формы детектированного пика, и

определения изменения изолирующей способности на основе формы детектированного пика.

Согласно одному варианту настоящего изобретения степень ухудшения изолирующей способности определяют на основе частоты пикового значения пика.

Согласно другому варианту настоящего изобретения объем изоляции, имеющей ухудшенную изолирующую способность, определяют на основе высоты пика относительно эталонного частотного спектра.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества. Оно определяет ухудшение изолирующей способности изоляции без необходимости демонтажа или других способов, отрицательно влияющих на индуктивный рабочий элемент. Благодаря такому определению впоследствии легче определить объем необходимого технического обслуживания элемента, например, когда следует его заменить, починить и/или провести его техническое обслуживание. Большее количество информации об изолирующей способности, следовательно, может иметь большое экономическое значение. С помощью такой информации, кроме того, легче определить, когда индуктивный рабочий элемент должен быть отсоединен, что может быть также полезно с точки зрения безопасности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 схематически изображает устройство по настоящему изобретению, соединенное с первичной обмоткой трансформатора,

фиг.2 схематически изображает вид в разрезе через одну половину примерного трансформатора;

фиг.3 схематически изображает вид сверху всего трансформатора по фиг.2;

фиг.4 схематически изображает изоляцию между первичной и вторичной обмотками, причем сечение объема V имеет ухудшенную изолирующую способность;

фиг.5 схематически изображает эквивалентную электрическую схему, соответствующую изоляции с ухудшенной изолирующей способностью, предусмотренной между первичной и вторичной обмотками по фиг.4;

фиг.6 изображает примерный первый частотный спектр частотного отклика на сигнал переменной частоты, который был отправлен на первичную обмотку трансформатора, вместе с соответствующим вторым эталонным частотным спектром;

фиг.7 схематически изображает этапы способа, включенных в способ по настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже будет дано подробное описание предпочтительных вариантов воплощения устройства и способа согласно настоящему изобретению.

На фиг.1 показано устройство 10 для определения изменения изолирующей способности изоляции, предусмотренной между двумя объектами индуктивного рабочего элемента 16. Устройство 10 по настоящему изобретению включает в себя блок 12 генерации сигналов и анализирующий блок 14. Блок 12 генерации сигналов выполнен с возможностью соединения с первым объектом трансформатора, которым является первичная обмотка 18, и анализирующий блок 14 выполнен с возможностью соединения со вторым объектом трансформатора, которым является вторичная обмотка 20.

На фиг.1 устройство 10 соединено с индуктивным рабочим элементом, который выполнен в виде трансформатора 16. На фиг.1 схематически показан трансформатор 16, включающий в себя первый объект в виде первичной обмотки 18 и второй объект в виде вторичной обмотки 20. Трансформатор 16, кроме того, имеет определенное количество зажимов, первый и второй питающие зажимы 22 и 24 для соединения с первичной обмоткой 18 и третий и четвертый питающие зажимы 26 и 28 для соединения с вторичной обмоткой 20. Трансформатор 16, показанный на фиг.1, кроме того, включает в себя пятый и шестой зажимы 30 и 32, причем пятый зажим 30 выполняют через изолированный отвод, который обеспечивает соединяемость с первичной обмоткой 18, и шестой зажим 32 выполняют через изолированный отвод, который обеспечивает соединяемость с вторичной обмоткой 20.

В примере, приведенном, блок 12 генерации сигналов соединен с первым питающим зажимом 22, а анализирующий блок 14 соединен с третьим питающим зажимом 26, тогда как второй и четвертый зажимы 24 и 28 заземлены, хотя это не является жестким требованием. Следует понимать, что это только один из способов, которым устройство 10 может быть соединено с трансформатором 16 и что существуют несколько других способов, которые будут более подробно описаны далее.

На фиг.2 показан вид в разрезе половины трансформатора, а фиг.3 показывает вид сверху всего трансформатора, для которого могут быть выполнены измерения по настоящему изобретению. Как можно видеть на фиг.2 и 3, примерный трансформатор снабжен первичной обмоткой 18, содержащей определенное количество витков намотанного проводника, предусмотренных по окружности вокруг сердечника 34 трансформатора. Радиально, на расстоянии от этой первичной обмотки 18, предусмотрена вторичная обмотка 20, выполненная из определенного числа витков намотанного проводника, предусмотренных по окружности вокруг первичной обмотки 18 и сердечника 34. Наконец, между двумя обмотками 18 и 20 предусмотрена изоляция 36. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается трансформатором цилиндрической формы или использованием сердечников трансформатора такой формы.

Трансформатор предпочтительно является силовым трансформатором, т.е. трансформатором, который может работать при высоких напряжениях, обычно порядка киловольт. В таких больших трансформаторах изоляцию 38 между обмотками 18 и 20 во многих случаях выполняют из бумаги или прессованного картона, который может быть пропитан маслом. Эту изоляцию, с точки зрения электрической схемы, можно рассматривать как одну или более электрические емкости, предусмотренные параллельно друг другу между первичной и вторичной обмотками.

Итак, поскольку такой трансформатор используется в течение долгого времени, изоляция будет ухудшаться. Одним типом ухудшения, которое может произойти, является возможность загрязнения изоляции между обмотками, например сульфидом меди (Cu₂S). Такие загрязнения ухудшают изолирующую способность изоляции, т.е. изоляция в некотором смысле будет проводить ток. Это ухудшение, кроме того, может быть локальным, так что только определенный объем изоляции получит отрицательное воздействие. Такая ситуация показана на фиг.4.

На фиг.4 схематически показана изоляция 36 между первичной и вторичной обмотками 18 и 20. Изоляция 36 состоит из основного участка 37 с нормальной изолирующей способностью и подучастка 38 с ухудшенной изолирующей способностью. Этот подучасток 38 занимает объем V. Подучасток 38, который показан пунктирным прямоугольником, кроме того, имеет глубину d, т.е. протяженность в направлении от первичной обмотки 18 к вторичной обмотке 20. Как указано выше, можно рассматривать изоляцию как одну или более электрические емкости, соединенные между первичной и вторичной обмотками 18 и 20. Эта модель изоляции может быть затем модифицирована, исходя из части изоляции, т.е. подучастка 38 с объемом V, имеющего ухудшенную изолирующую способность.

На фиг.5 показана одна такая модифицированная модель для подучастка 38 по фиг.4, при которой определенное количество электрических элементов подсоединено между первичной и вторичной обмотками 18 и 20. Чтобы показать их связь с различными участками изоляционного материала, показано, что они предусмотрены в основном участке 37 изоляции, в котором отсутствует ухудшение, а также в подучастке 38, где ухудшение имеет место. Здесь имеют место два примерных плеча, причем первое плечо предусмотрено только в основном участке 37 и, следовательно, включает в себя только емкость C_I1, подсоединенную между первичной и вторичной обмотками 18 и 20. Также имеет место второе плечо, также между первичной и вторичной обмотками 18 и 20. Тем не менее, второе плечо предусмотрено в подучастке 38, так же как и в основном участке 37. Часть второго плеча, предусмотренного в подучастке 38, имеет емкость C_V, параллельную сопротивлению R_V. Эта параллельная цепь в свою очередь соединена последовательно с емкостью C_I2, предусмотренной в основном участке 37. Плечо, таким образом, состоит из этой параллельной цепи, соединенной последовательно с емкостью C_I2.

Наличие сопротивления R_V обуславливает ухудшение изолирующей способности изоляции. Показано, что подучасток 38 предусмотрен близко к первичной обмотке 18. Тем не менее, следует понимать, что он может быть размещен в любом месте изоляции 36, исходя из того, где может произойти ухудшение изолирующей способности. Подучасток 38 может, кроме того, проходить по всей длине от первичной обмотки до вторичной обмотки или также проходить по всей длине в направлении, параллельном первичной и вторичной обмоткам. В этих случаях модель по фиг.5, конечно, должна была бы быть соответствующим образом изменена. В общем случае, тем не менее, подучасток 38 будет состоять из параллельной цепи, состоящей из сопротивления и емкости и последовательно и/или параллельно соединенной с одной или более емкостями основного участка в зависимости от протяженности этого объема между обмотками или параллельно длине обмоток.

Согласно настоящему изобретению можно определить объем V подучастка 38, а также глубину d. Также можно определить степень ухудшения изолирующей способности, которая зависит от сопротивления R_V.

Благодаря такому определению впоследствии легче определить, когда следует произвести техническое обслуживание, ремонт или замену.

Функционирование настоящего изобретения будет описано далее более подробно со ссылкой на фиг.6 и 7, причем на фиг.6 показан примерный первый частотный спектр частотного отклика на сигнал переменной частоты, который был отправлен на первичную обмотку трансформатора, вместе с примерным вторым эталонным частотным спектром, который соответствует первому частотному спектру, а на фиг.7 схематически показаны этапы способа, включенные в способ по настоящему изобретению.

Первый частотный спектр 40 показан на фиг.6 сплошной линией, тогда как второй эталонный частотный спектр 42 показан пунктирной линией. Кроме того, они показаны в виде кривых 40 и 42, предусмотренных на диаграмме, имеющей X- и Y-ось, причем Y-ось показывает первый частотный спектр и эталонный спектр в виде тангенса-дельта в дБ, а X-ось показывает частоту в логарифмическом масштабе, т.е. в виде log(f). Тангенс-дельта является общеизвестным способом представления частотного спектра изоляции и, в связи с этим, не будет более подробно описываться в настоящей заявке. Кривая 40 примерного первого частотного спектра, кроме того, имеет пик 44, который не может быть обнаружен на втором эталонном частотном спектре 42. Этот пик 44 имеет пиковое значение, обеспечиваемое на частоте f₁. При этой частоте f₁ пика 44 также обеспечивается высота Δ (тангенс-дельта) относительно второго эталонного частотного спектра 42. Пик 44, кроме того, имеет ширину w. Второй эталонный частотный спектр может быть вычислен на основе свойств изоляции и может учитывать, например, элементы изоляции, такие как прокладки и перегородки, используемые материалы, такие как бумага или прессованный картон и масло, температуру и т.д. В связи с этим, второй эталонный частотный спектр может быть определен в соответствии с принципами, упомянутыми, например, в работе U. Gäfvert, L. Adeen, M. Tapper, P. Ghasemi и B. Jönsson: “Dielectric Spectroscopy in Time and Frequency Domain Applied to Diagnostics of Power Transformers” (“Спектроскопия диэлектрика во временных и частотных областях, применяемая к диагностике силовых трансформаторов”), 2000 IEEE International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM) (Международная конференция IEEE по свойствам и применениям диэлектрических материалов), Сиань, Китай, 21-26 июня 2000, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки. В качестве альтернативы, он может быть получен через действительный измеренный частотный отклик, который может быть получен при сборке трансформатора на заводе или первом введении в эксплуатацию. Также, конечно, возможно, что второй эталонный частотный спектр может быть получен в другой определенный момент времени с помощью соответствующих измерений.

Способ начинается с этапа, на котором прикладывают сигнал переменной частоты к первичной обмотке 18 трансформатора 16 блоком 12 генерации сигналов, на этапе 46, что может быть осуществлено отправкой сигнала качающейся частоты на первый питающий зажим 22 первичной обмотки 18 трансформатора 16. Этот сигнал предпочтительно является синусоидальным сигналом, имеющим амплитуду, который качается в низкочастотном диапазоне. Этот частотный диапазон обычно может быть диапазоном от 1 мГц до 1 кГц. В качестве альтернативы, можно применить сигнал, состоящий из импульсов, причем эти импульсы включают в себя спектральный состав, который достаточен для получения частотного отклика в требуемом частотном диапазоне. Сигнал качающейся частоты проходит через первичную обмотку 18 и вызывает генерацию сигнала отклика во вторичной обмотке 20. Сигнал отклика принимают через третий зажим 26 вторичной обмотки 20 анализирующим блоком 14, на этапе 48, обеспечивая, тем самым, первый частотный спектр 40. Анализирующий блок 14 может сохранить принятый первый частотный спектр 40 в памяти, а также представить его, возможно вместе со вторым эталонным частотным спектром 42, чтобы пользователь мог определить, имеет ли место изменение изолирующей способности изоляционного материала изоляции 36.

Анализирующий блок 14, кроме того, сравнивает принятый первый частотный спектр 40 со вторым эталонным частотным спектром 42, на этапе 50, и детектирует пик 44, который не проявляется во втором эталонном частотном спектре, на этапе 52. Анализирующий блок 14 далее анализирует форму пика 44, на этапе 54, и затем определяет изменение изолирующей способности изоляции на основе детектированного пика 44, на этапе 56.

Сравнение может быть выполнено, более подробно, следующим образом.

Разница высот может быть выражена как

$$\Delta (Tan-Delta)=\frac{1}{2\cdot (1-d)}\cdot V$$ (1)

где: Δ(Tan-Delta) - высота пика 44 относительно второго эталонного частотного спектра 42 на частоте f₁; d - нормированная глубина; V - нормированный объем участка с ухудшенной изолирующей способностью. Нормированная глубина является расстоянием в направлении от первичной к вторичной обмотке, которое включает в себя подучасток с ухудшенной изолирующей способностью, поделенным на длину изоляции между первой и второй обмотками. Аналогично, нормированный объем является объемом подучастка с ухудшенной изолирующей способностью, поделенным на весь объем изоляции.

Основываясь на данном уравнении (1), следовательно, можно определить объем V изоляции, имеющий ухудшенную изолирующую способность.

Частота f₁ может быть также выражена как

$$f_1=\frac{\sigma }{2\pi \cdot {\epsilon }_0{\epsilon }_r}\cdot (1-d)$$ (2)

где: σ - проводимость объема V; ε₀ - диэлектрическая проницаемость в вакууме; ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции; d - нормированная глубина.

Основываясь на данном уравнении (2), следовательно, можно определить степень ухудшения изолирующей способности в виде проводимости σ.

Таким образом, из исследования пика 44 можно определить проводимость, из которой могут быть получены ухудшение изолирующей способности объема, объем, а также глубина d. Степень ухудшения изолирующей способности, таким образом, определяют на основе частоты пикового значения пика. Объем определяют на основе высоты пика относительно второго эталонного частотного спектра, а глубину или протяженность объема в направлении от первичной к вторичной обмотке определяют также на основе частоты.

Более подробно, глубина d может быть определена на основе вышеприведенного уравнения (2). Из положения частоты f₁ определяют произведение (1-d)*σ. Мнимую и действительную части первого частотного спектра, затем, отделяют друг от друга и действительную часть первого частотного спектра сравнивают с действительной частью второго эталонного частотного спектра, тогда как мнимую часть отклика сравнивают с мнимой частью второго эталонного частотного спектра. Мнимая часть соответствует емкости, и мнимая часть соответствует потерям диэлектрического материала. Из этих сравнений может быть получена глубина. Большая глубина обычно обеспечивает увеличение действительной части отклика по сравнению с действительной частью эталонного спектра, тогда как малая глубина, например 0,01, будет давать незначительную разницу. Следовательно, разница между действительными частями отклика и второго эталонного частотного спектра может быть использована для определения глубины. Также может быть использована мнимая часть, причем большая глубина обеспечивает большую разницу в частотном спектре и также, с уменьшением глубины, обеспечивает эти разницы на более низких частотах. Также, можно видеть пики, причем большая глубина обеспечивает более широкий пик на более низкой частоте при меньшей глубине.

После определения глубины d затем легко вернуться к уравнениям (1) и (2) и более точно определить объем V и проводимость σ.

В объеме могут присутствовать несколько примесей или загрязняющих веществ. Они могут давать несколько пиков, которые накладываются друг на друга. Вместе они обеспечивают пик, который шире, чем пик для одного загрязнителя. Исследуя ширину w пика принятого отклика, следовательно, можно, кроме того, распознать различные примеси и ухудшение изолирующей способности, вызываемое этими различными примесями.

Вклад от различных примесей можно также рассматривать как результат общей проводимости, называемой “низкочастотной дисперсией” (LFD). Выражение для нее показано в уравнении (3) ниже:

$$\Delta {\epsilon }_{LFD}=\frac{A_n}{{\epsilon }_0}\cdot {(i\cdot \omega )}^{-n}$$ (3)

A в данном случае является действительной амплитудой, нормированной с учетом диэлектрической проницаемости ε₀ в вакууме, с тем чтобы амплитуда A_n имела значение проводимости для n=1. Уравнение упрощается следующим образом:

$$\Delta {\epsilon }_{DC}=\frac{\sigma }{{\epsilon }_0}\cdot {\left(i\cdot \omega \right)}^{-1}$$ (4)

Показатель степени влияет на ширину пика. Значение, более низкое, чем n=1, дает более широкий пик. Положение пика также будет сдвигаться при измерении показателя n степени. Если требуется сохранить неизменным положение пика на частоте f₁= $${\omega }_1/2\pi$$ для n=1, амплитуда должна быть масштабирована в соответствии с выражением:

$$A_n\cdot {\omega }_0{}^{-n}=A_1\cdot {\omega }_0{}^{-1}$$ (5)

С помощью определения объема, глубины и степени ухудшения изолирующей способности объема, затем, легче выбрать соответствующие меры противодействия и, прежде всего, более точно определить, когда также меры противодействия следует применить. Кроме того, это можно выполнить без демонтажа или других способов, отрицательно влияющих на трансформатор. С помощью такого определения легче определить объем технического обслуживания, который необходимо выполнить для трансформатора, например, когда следует его заменить, починить и/или провести его техническое обслуживание. Более точная информация об изолирующей способности, следовательно, может иметь большое экономическое значение. С помощью такой информации, кроме того, легче определить, когда следует отсоединить элемент, что может быть полезным с точки зрения безопасности, а также с точки зрения передачи электроэнергии. Вышеупомянутое определение, конечно, может быть объединено с определениями других типов для определения объема технического обслуживания, например, с исследованием влажности и старения масла в изоляциях.

Устройство согласно настоящему изобретению может быть снабжено подходящим программируемым сетевым анализатором (NA) или компьютером. Этапы способа, обеспечиваемые анализирующим блоком, по настоящему изобретению могут быть в действительности предусмотрены в виде компьютерного программного продукта, содержащего компьютерный программный код, записанный на машиночитаемой среде, например на CD ROM или запоминающей среде другого типа, и сконфигурированного, для выполнения компьютером или сетевым анализатором, при загрузке кода в компьютер или сетевой анализатор, этапов способа, описанных выше в отношении анализирующего блока.

Настоящее изобретение может быть изменено некоторым количеством способов.

Можно обеспечить настоящее изобретение в виде инструмента строго программного обеспечения, причем первый частотный спектр не принимается, но генерируется инструментом программного обеспечения. Далее возможна генерация различных откликов для различных разниц объема, глубины и проницаемости на основе вышеупомянутой электрической модели. Первый частотный спектр затем будет вычислен на основе “нормального” вычисленного не подвергавшегося воздействию отклика с нормальной фоновой проницаемостью, причем объем с ухудшенной изолирующей способностью предусматривается в виде добавляемой вставки с измененной проницаемостью. Изменение учитывается в электрической модели изоляции. Эта вставка затем определяет анализируемый пик. В данном случае отклик в действительности соответствует только “мнимому” частотному отклику, который принимается на основе “мнимого” сигнала переменной частоты, примененного к обмотке трансформатора. Такие искусственные частотные спектры можно затем сравнить с частотными спектрами принятых откликов для определения ухудшенной изолирующей способности.

Следует также понимать, что сигнал переменной частоты, отправляемый на обмотку, может быть отправлен на второй питающий зажим вместо первого питающего зажима, и результат может быть принят с четвертого питающего зажима. Кроме того, следует понимать, что первый изолированный отвод может быть использован как второй изолированный отвод для отправки сигнала переменной частоты и приема результата измерения. Анализ подобного типа, конечно, может быть также выполнен на основе отправки сигнала переменной частоты на вторичную обмотку и измерения отклика первичной обмотки. Настоящее изобретение в действительности может быть использовано для анализа изоляции, предусмотренной между любыми обмотками трансформатора. Таким образом, оно не ограничено изоляцией между первичной и вторичной обмотками. Анализирующий блок может, кроме того, выдавать предупредительный сигнал, если одно или более из различных свойств пика и/или мнимые, действительные части отклика отличаются от соответствующих заранее заданных значений. Изобретение, таким образом, может быть использовано вместе с порогами срабатывания устройства сигнализации.

Анализируемый индуктивный рабочий элемент, приведенный в качестве примера выше, являлся трансформатором. Следует понимать, что анализируемый трансформатор может быть трансформатором любого типа, например, трехфазным силовым трансформатором. Такой анализ, следовательно, может быть выполнен между любыми двумя обмотками такого трансформатора. Тем не менее, изобретение не ограничено применением к трансформаторам. Оно может быть применено к любому индуктивному рабочему элементу, например, к индуктору или катушке индуктивности. Анализ, следовательно, может быть выполнен между двумя объектами индуктивного рабочего элемента, которые разделены изоляцией, причем одним из них является обмотка. Другой объект, таким образом, может быть другой обмоткой, но также может быть, например, плечом магнитопровода или электростатическим экраном. Из вышеприведенного обсуждения очевидно, что настоящее изобретение может быть изменено различными способами. Следовательно, нужно понимать, что настоящее изобретение должно быть ограничено только последующей формулой изобретения.

Изобретение относится к контролю изменения изолирующей способности изоляции между двумя объектами индуктивного рабочего элемента. По меньшей мере, одним из объектов является обмотка. Сущность: устройство содержит анализирующий блок, который получает первый частотный спектр (40), связанный с частотным откликом на сигнал переменной частоты. Упомянутый сигнал переменной частоты может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, а упомянутый частотный отклик может быть получен от второго объекта индуктивного рабочего элемента. Анализирующий блок сравнивает полученный первый частотный спектр (40) со вторым эталонным частотным спектром (42), детектирует пик (44) в полученном первом частотном спектре (40), который не проявляется во втором эталонном частотном спектре (42), анализирует форму детектированного пика и определяет изменение изолирующей способности на основе проанализированной формы. Технический результат: возможность определения ухудшения изолирующей способности без демонтажа индуктивного рабочего элемента, увеличение информации об изолирующей способности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ определения изменения изолирующей способности изоляции (36), предусмотренной между двумя объектами (18, 20) индуктивного рабочего элемента (16), причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, указанный способ содержит этапы, на которых:
получают (48) первый частотный спектр (40), связанный с частотным откликом на сигнал переменной частоты, причем упомянутый сигнал переменной частоты является сигналом, который может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, причем упомянутый частотный отклик получают от второго объекта (20) индуктивного рабочего элемента,
сравнивают (50) полученный первый частотный спектр (40) со вторым эталонным частотным спектром (42),
детектируют (52) пик (44) в полученном первом частотном спектре (40), который не проявляется во втором эталонном частотном спектре (42),
анализируют (54) форму детектированного пика (44) и
определяют (56) изменение изолирующей способности на основе проанализированной формы детектированного пика,
отличающийся тем, что этап определения изменения изолирующей способности включает в себя этап, на котором определяют степень ухудшения изолирующей способности на основе частоты (f₁) пикового значения пика (44).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем (V) изоляции, имеющей ухудшенную изолирующую способность, определяют на основе высоты (Δ(тангенс-дельта)) пика (44) относительно второго эталонного частотного спектра (42).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что протяженность (d) объема (V) в направлении от первого объекта ко второму объекту определяют на основе сравнения, по меньшей мере, действительной части первого частотного спектра с соответствующей действительной частью второго эталонного частотного спектра.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что увеличенная разница между действительными частями соответствует увеличенной глубине.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что протяженность (d) определяют также на основе сравнения мнимой части первого частотного спектра с соответствующей мнимой частью второго эталонного частотного спектра.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что различные ухудшения проводящей способности, вызванные различными загрязняющими веществами в изоляции, определяют на основе ширины (w) пика.

7. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором отправляют (54) сигнал переменной частоты на первый объект и принимают частотный отклик от второго объекта, причем первый частотный спектр является частотным спектром принятого частотного отклика.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что частотный диапазон первого частотного спектра составляет от 1 мГц до 1 кГц.

9. Устройство (10) для определения изменения изолирующей способности изоляции (36), предусмотренной между двумя объектами (18, 20) индуктивного рабочего элемента (16), причем, по меньшей мере, одним из объектов является обмотка, содержащее:
анализирующий блок (14), выполненный с возможностью
получения первого частотного спектра (40), связанного с частотным откликом на сигнал переменной частоты, причем упомянутый сигнал переменной частоты является сигналом, который может быть применен к первому объекту индуктивного рабочего элемента, причем упомянутый частотный отклик получен от второго объекта (20) индуктивного рабочего элемента,
сравнения полученного первого частотного спектра (40) со вторым эталонным частотным спектром (42),
детектирования пика (44) в полученном первом частотном спектре (40), который не проявляется во втором эталонном частотном спектре (42),
анализа формы детектированного пика и
определения изменения изолирующей способности на основе проанализированной формы детектированного пика,
отличающееся тем, что анализирующий блок (14), выполненный с возможностью определения изменения изолирующей способности, выполнен с возможностью определения степени ухудшения изолирующей способности на основе частоты (f₁) пикового значения пика (44).

10. Устройство (10) по п.9, отличающееся тем, что анализирующий блок (14), выполненный с возможностью определения изменения изолирующей способности, выполнен с возможностью определения объема (V) изоляции, имеющего ухудшенную изолирующую способность, на основе высоты (Δ(тангенс-дельта)) пика (44) относительно второго эталонного частотного спектра (42).

11. Устройство (10) по п.10, отличающееся тем, что анализирующий блок (14), выполненный с возможностью определения изменения изолирующей способности, выполнен с возможностью определения протяженности (d) объема (V) в направлении от первого объекта ко второму объекту на основе сравнения, по меньшей мере, действительной части первого частотного спектра с соответствующей действительной частью второго эталонного частотного спектра.

12. Устройство (10) по п.11, отличающееся тем, что увеличенная разница между действительными частями соответствует увеличенной глубине.

13. Устройство (10) по п.11 или 12, отличающееся тем, что анализирующий блок (14) выполнен с возможностью определения протяженности (d) объема (V) также на основе сравнения мнимой части первого частотного спектра с соответствующей мнимой частью второго эталонного частотного спектра.

14. Устройство (10) по п.9, отличающееся тем, что анализирующий блок (14), выполненный с возможностью определения изменения изолирующей способности, выполнен с возможностью определения различных ухудшений проводящей способности, вызванных различными загрязняющими веществами в изоляции, на основе ширины (w) пика.

15. Устройство (10) по п.9, дополнительно содержащее блок (12) генерации сигналов, выполненный с возможностью отправки сигнала переменной частоты на первый объект (18) индуктивного рабочего элемента, и анализирующий блок выполненный с возможностью приема частотного отклика от второго объекта, причем первым частотным спектром является частотный спектр принятого частотного отклика.

16. Устройство (10) по п.9, отличающееся тем, что частотный диапазон первого частотного спектра составляет от 1 мГц до 1 кГц.