СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ Российский патент 2015 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измерению параметров обмоток трансформаторов. Известно устройство (см. патент РФ RU 2281522 С1, 2006 г., [Л-1]) для определения полного сопротивления короткого замыкания обмоток трехфазного силового трансформатора, содержащее трехканальный источник регулируемого переменного напряжения и трехфазный измеритель полного сопротивления. При помощи указанного выше устройства полное, активное и реактивное сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора раздельно не определяются.

Известен способ (см. патент РФ RU 2364876 С1, 2009 г., [Л-2]) определения параметров Т-образной схемы замещения трехфазного трехобмоточного трансформатора в рабочем режиме, заключающийся в том, что после подключения обмотки высокого напряжения к источнику питания, а обмотки среднего и низкого напряжения к нагрузкам регистрируют для одних и тех же моментов времени мгновенные значения напряжений и токов в обмотках всех фаз. Затем определяют действующие значения напряжений всех обмоток и коэффициенты трансформации, при помощи которых приводят токи и напряжения обмоток среднего и низкого напряжения к цепи обмотки высокого напряжения. После этого определяют мгновенные приведенные значения напряжений обмотки среднего напряжения, которые принимаются равными напряжениям ветви намагничивания схемы замещения трансформатора. Затем одновременно формируют массивы мгновенных значений тока намагничивания как разность мгновенных значений тока в обмотке высокого напряжения и суммы мгновенных значений приведенных токов обмоток среднего и низкого напряжения и падения напряжения на сопротивлениях обмоток высокого и низкого напряжения как разность мгновенных значений напряжений соответственно обмотки высокого напряжения и ветви намагничивания, а также ветви намагничивания и приведенного на обмотке низкого напряжения. Далее определяют действующие значения токов обмотки высокого напряжения, ветви намагничивания и приведенного тока обмотки низкого напряжения по массивам мгновенных значений этих токов. Определяют потери активной мощности в обмотках высокого и низкого напряжения и в ветви намагничивания как средние за период значения мгновенных мощностей соответствующих обмоток, а также потери реактивной мощности в тех же обмотках, определяя их по массивам мгновенных значений токов и напряжений соответствующих обмоток через площади вольт-амперных характеристик этих обмоток. По известным действующим значениям токов и величине потерь активных и реактивных мощностей определяют для всех трех фаз активные и реактивные составляющие сопротивлений обмоток высокого и низкого напряжения и ветви намагничивания. Это изобретение не позволяет определять активное, реактивное и полное сопротивления обмотки среднего напряжения трансформатора, потому что за мгновенное приведенное значение электродвижущей силы ветви намагничивания принято мгновенное приведенное значение напряжения обмотки среднего напряжения, то есть не учтены потери напряжения в этой обмотке.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ определения параметров Т-образной схемы замещения трехфазного трехобмоточного трансформатора в рабочем режиме, описанный в [Л-2]. Он и взят за прототип.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы трансформаторов путем получения информации об их состоянии.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что измерение параметров трехфазных двухобмоточных трансформаторов в опыте короткого замыкания производится вначале при схеме соединения первичной обмотки в треугольник, а затем - в звезду. При эквивалентном преобразовании трех одинаковых сопротивлений, включенных в треугольник, в трехлучевую звезду их значения уменьшаются в 3 раза. Поэтому сопротивления трехфазного двухобмоточного трансформатора в опытах короткого замыкания различны на величину уменьшения в 3 раза полных, активных и реактивных сопротивлений первичной обмотки при ее соединении в треугольник Z_кт1, r_кт1, x_кт1 по сравнению с соединением в звезду Z_кз1, r_кз1, x_кз1, а приведенные к числу витков значения этих же сопротивлений вторичной обмотки Z_кт2, r_кт2, x_кт2 и Z_кз2, r_кз2, x_кз2 остаются постоянными. Так как полное, активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора равны сумме соответствующих сопротивлений:

Z_кт=Z_кт1-Z_кт2;

Z_кз=Z_кз1+Z_кз2;

r_кт=r_кт1+r_кт2;

r_кз=r_кз1+r_кз2;

x_кт=x_кт1+x_кт2;

x_кз=x_кз1+x_кз2;

то полное, активное и реактивное сопротивления короткого замыкания, полученные на основании опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора при схеме соединения первичной обмотки в треугольник, меньше на 2/3 значений фазных сопротивлений первичной обмотки Z_кп, r_кп, x_кп по сравнению с соответствующими параметрами, полученными на основании опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора при схеме соединения первичной обмотки в звезду:

Z_кз-Z_кт=2Z_кп/3;

r_кз-r_кт=2r_кп/3;

x_кз-x_кт=2x_кп/3.

Окончательно имеем, что полное, активное и реактивное фазные сопротивления короткого замыкания первичной обмотки в полтора раза больше разности соответствующих параметров, подсчитанных на основании измерений, проведенных в опытах короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора при соединении первичной обмотки в звезду, а затем в треугольник:

Z_кп=1,5(Z_кз-Z_кт);

r_кп=1,5(r_кз-r_кт);

x_кп=1,5(x_кз-x_кт).

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, приведенными на рис.1 и 2. При этом:

1 - три одинаковых амперметра РА;

2 - два одинаковых ваттметра PW;

3 - три одинаковых вольтметра PV;

4 - первичная обмотка трехфазного двухобмоточного трансформатора, соединенная в треугольник;

5 - вторичная обмотка трехфазного двухобмоточного трансформатора, соединенная в звезду и замкнутая накоротко;

6 - первичная обмотка трехфазного двухобмоточного трансформатора, соединенная в звезду;

7 - вторичная обмотка трехфазного двухобмоточного трансформатора, соединенная в звезду и замкнутая накоротко.

На рис.1 и 2 вторичные обмотки 5 и 7 трехфазного двухобмоточного трансформатора, соединенные в звезду, замкнуты накоротко. В провода, питающие первичные обмотки, которые соединены в треугольник (рис.1) и звезду (рис.2), включены три одинаковых амперметра РА 1, два одинаковых ваттметра PW 2 и три одинаковых вольтметра PV 3.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом. При опыте короткого замыкания вторичная обмотка 5 и 7 трехфазного двухобмоточного трансформатора, соединенная в звезду (рис.1 и 2), замыкается накоротко, а к первичной обмотке 4 и 6 подводится пониженное линейное напряжение U_к, при котором первичный линейный ток I_к равен номинальному значению I_н. Для трехфазного двухобмоточного трансформатора по алгебраической сумме показаний двух ваттметров PW 2 определяется мощность короткого замыкания трех фаз Р_к, а по показаниям трех вольтметров PV 3 и амперметров PA 1 вычисляют средние значения линейного напряжения U_к и линейного тока I_к.

При соединении первичной обмотки 4 трехфазного двухобмоточного трансформатора треугольником (рис.1) фазные параметры короткого замыкания:

полное сопротивление короткого замыкания ;

активное сопротивление короткого замыкания ;

реактивное сопротивление короткого замыкания .

При соединении первичной обмотки 6 в звезду (рис.2) фазные параметры короткого замыкания:

полное сопротивление короткого замыкания ;

активное сопротивление короткого замыкания ;

реактивное сопротивление короткого замыкания .

Затем вычитают из значений полного, активного и реактивного сопротивлений короткого замыкания, полученных из опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора при схеме соединения первичной обмотки в звезду, величины соответствующих сопротивлений, вычисленные при схеме соединения первичной обмотки в треугольник. Далее эти разности увеличивают в 1,5 раза, есть фазные значения полных, активных и реактивных сопротивлений первичной обмотки:

Z_кп=1,5(Z_кз-Z_кт);

r_кп=1,5(r_кз-r_кт);

x_кп=1,5(x_кз-x_кт).

Параметры полного, активного и реактивного сопротивлений короткого замыкания первичной обмотки трех одинаковых однофазных двухобмоточных трансформаторов могут быть определены аналогично экспериментально при их соединении в трехфазную группу. Параметры полного, активного и реактивного сопротивлений короткого замыкания вторичной обмотки двухобмоточного трехфазного трансформатора и любой обмотки многообмоточных трехфазных и однофазных трансформаторов могут быть определены аналогично, превращая ее в первичную.

Список литературы

1. Патент RU 2281522 C1 G01R 31/02 (2006.01). Устройство для определения сопротивления короткого замыкания обмоток трехфазного трансформатора с выведенной на корпус нейтралью / Михеев Г.М., Федоров Ю.А., Баталыгин С.Н., Шевцов В.М. - Заявлено 11.01.2005; опубл. 10.08.2006.

2. Патент RU 2364876 C1. G01R 27/02 (2006.01). Способ определения параметров Т-образной схемы замещения трехфазного трехобмоточного трансформатора в рабочем режиме / Гольдштейн Е.И., Прохоров А.В., Панкратов А.В. - Заявлено 19.05.2008; опубл. 20.08.2009.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к измерению параметров обмоток трансформаторов. Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что измерение параметров трехфазных двухобмоточных трансформаторов при коротком замыкании производится вначале при схеме соединения первичной обмотки в треугольник, а затем - в звезду. Далее по измеренным значениям мощности трех фаз, средних линейных значениях напряжения и тока короткого замыкания определяют по формулам полное сопротивление короткого замыкания, а также значения активного и реактивного сопротивления к.з., кроме того фазные значения сопротивления первичной обмотки трансформаторов определяют также по формулам. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы трансформаторов путем получения информации о их состоянии. 2 ил.

Способ экспериментального определения сопротивлений обмоток трансформаторов, осуществляемый путем определения сопротивления короткого замыкания трансформатора, отличающийся тем, что сначала измеряют сопротивление короткого замыкания трехфазного трансформатора или группы трех одинаковых однофазных трансформаторов при схемах соединения первичной обмотки соединением сперва в треугольник, а далее - в звезду, потом по измеренным значениям мощности трех фаз Р_к, средних линейных значений напряжения U_к и тока I_к короткого замыкания определяют полное z_кт, z_кз, активное r_кт, r_кз и реактивное x_кт, x_кз сопротивления короткого замыкания при схемах соединения первичной обмотки трансформатора в треугольник и звезду, при этом вычисляют по формулам:
$$z_{кт}=\sqrt{3}Uк/Iк$$ ,
$$z_{кз}=Uк/(\sqrt{3}Iк)$$ ,
r_кт=Р_к/I_к ²,
r_кз=Р_к/(3I_к ²),
$$x_{кт}=\sqrt{(z_{кт}^2-r_{кт}^2)}$$ ,
$$x_{кз}=\sqrt{(z_{кз}^2-r_{кз}^2)}$$ ,
затем вычитают полное, активное и реактивное сопротивления короткого замыкания при схемах соединения первичной обмотки трансформатора в звезду и треугольник, далее эти разности увеличивают в 1,5 раза, а фазные сопротивления первичной обмотки трансформаторов определяют по формулам:
Z_кп=1,5(Z_кз-Z_кт);
r_кп=1,5(r_кз-r_кт);
x_кп=1,5(x_кз-x_кт),
где Z_кз, r_кз, x_кз - полное, активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трансформатора при схеме соединения первичной обмотки трансформатора в звезду; Z_кт r_кт, x_кт - полное, активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трансформатора при схеме соединения первичной обмотки трансформатора в треугольник.