Способ вибрационного безразборного диагностирования трансформатора Российский патент 2018 года по МПК G01R31/06 

Область техники

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 (КЗ).

Уровень техники

При эксплуатации силовых трансформаторов усилие прессовки их обмоток постепенно уменьшается от первоначального (заводского) значения, обеспечивающего электродинамическую стойкость при расчетном (максимально допустимом) значении тока короткого замыкания (КЗ), до текущего (остаточного) значения, которое должно обеспечивать указанную стойкость благодаря принятому при проектировании сети коэффициенту запаса по току КЗ (отношению тока КЗ, заложенного в проекте сети, к току КЗ, максимально допустимому для данного типа трансформатора). Поэтому в процессе эксплуатации трансформаторов предусматривают периодическую оценку достаточности усилий прессовки их обмоток для обеспечения электродинамической стойкости трансформатора к проектному значению тока КЗ.

Известен вибрационный способ контроля усилий прессовки обмоток трансформатора, основанный на их оценке по амплитудно-частотным характеристикам вибрационного отклика конструкции трансформатора на импульсное механическое воздействие [Петрищев Л.С., Салтанов В.М., Осотов В.Н. и др. Исследование возможности диагностики усилия прессовки обмоток трансформаторов по их вибрационным характеристикам. - Электрические станции 1995, N 8, с. 32-37]. Однако этот способ контроля требует расшиновки, разборки и последующей сборки трансформатора.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятый в качестве прототипа способ, заключающийся в том, что механически импульсно воздействуют на конструктив трансформатора, измеряют ЭДС, наводимые в его фазных обмотках, и определяют частоты максимумов спектральной плотности мощности измеренных ЭДС [RU 2117955].

Недостаток прототипа - низкая достоверность оценки технического состояния прессовки обмоток диагностируемого трансформатора из-за отсутствия четких и обоснованных критериев разделения испытываемых трансформаторов на годные для дальнейшей эксплуатации и негодные (требующие ремонта). В случае продолжения эксплуатации трансформатора с недопустимо низкими остаточными усилиями прессовки обмоток это приводит к разрушению трансформатора при возникновении КЗ в питаемой им сети, а в случае вывода в ремонт трансформатора, пригодного к дальнейшей эксплуатации, - к неоправданному повышению ремонтно-эксплуатационных расходов.

Сущность изобретения

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.

Предметом изобретения является способ диагностирования трансформатора, заключающийся в том, что механически импульсно воздействуют на конструктив трансформатора, измеряют ЭДС, наводимые в его фазных обмотках, определяют частоты максимумов спектральной плотности мощности (СПМ) измеренных ЭДС, отличающийся тем, что сравнивают частоты максимумов СПМ в фазных обмотках трансформатора, определяют наименьшую и наибольшую из указанных частот и вычисляют их отношение, выводят трансформатор из эксплуатации, если это отношение меньше порогового значения, продолжают диагностирование при других значениях указанного отношения и оставляют трансформатор в эксплуатации, если наименьшая частота максимума СПМ превышает граничное значение, при этом пороговое и граничное значения выбирают в зависимости от величин проектного запаса по току короткого замыкания.

Развития изобретения состоят в том, что пороговое значение выбирают в пределах 0,5÷0,6, а граничное значение - в пределах где F - первоначальное (установленное на заводе) усилие (в ньютонах) прессовки обмоток, α - постоянная для данного типа трансформаторов величина (в Н/Гц⁴).

Осуществление изобретения с учетом его развитий

Ударные (импульсные) механические воздействия на конструктив испытываемого трансформатора, измерение ЭДС, наводимых в его фазных обмотках в результате этих механических воздействий, и определение частот максимумов спектральной плотности мощности (СПМ) измеренных ЭДС выполняют методами, которые рассмотрены в патентном описании прототипа.

Оценку технического состояния трансформатора согласно заявляемому способу производят следующим образом.

Сравнивают между собой частоты f_{max i} максимумов СПМ в каждой i-й фазе обмотки трансформатора и определяют наименьшую (f_max)_m и наибольшую (f_max)_n частоты максимумов СПМ, наведенные в m-й и n-й фазных обмотках соответственно. Затем вычисляют отношение (f_max)_m/(f_max)_n, которое (в силу прямой зависимости частоты f_{max i} от величины усилия прессовки в i-й фазе обмотки) характеризует степень неравномерности снижения остаточных усилий прессовки обмоток разных фаз в процессе эксплуатации трансформатора. Для новых (не бывших в эксплуатации) трансформаторов и отремонтированных с выполнением регулировки усилий прессовки обмоток указанное отношение близко к единице.

Согласно заявляемому способу сначала (на первом этапе) оценивают годность испытываемого трансформатора к дальнейшей эксплуатации по отношению (f_max)_m/(f_max)_n. Трансформатор должен быть забракован (признан негодным для дальнейшей эксплуатации), если это отношение ниже порогового значения, выбираемого в пределах (0,5÷0,6). Эти пределы обеспечивают выбор порогового значения отношения (f_max)_m/(f_max)_n так, чтобы снижение до него фактически полученного отношения частот гарантированно свидетельствовало о недопустимом ослаблении остаточных усилий прессовки в m-й фазной обмотке даже при максимальном коэффициенте запаса по току КЗ, и могут быть обоснованы следующим образом.

При проектировании сети принимают ток КЗ на уровне 30÷50% от тока КЗ, максимально допустимого для данного трансформатора (т.е. коэффициент проектного запаса по току КЗ может лежать в пределах от 2 до 3,3). Для обеспечения электродинамической стойкости начальное усилие прессовки каждой из обмоток трансформатора должно быть не ниже силы, действующей на обмотку при максимально допустимом токе КЗ. Поскольку сила, действующая на обмотку, имеет согласно закону Ампера квадратичную зависимость от тока обмотки, соответствующий коэффициент запаса по усилию прессовки, обеспечиваемый при изготовлении трансформатора, может составлять от 4 до 10,89. Учитывая известное (см. прототип) соотношение между усилием прессовки F и частотой f_max

F=α×(f_max)⁴,

где α - постоянная для данного типа трансформаторов величина (в Н/Гц⁴), полученная, например, опытным путем, можно определить значение отношения (f_max)_m/(f_max)_n, соответствующее максимальному запасу по усилию прессовки, как величину, равную Если фактическое отношение (f_max)_m/(f_max)_n не достигает этого значения, то даже при максимальном коэффициенте запаса (проектный ток КЗ не превышает 30% от максимально допустимого) остаточное усилие прессовки в m-й обмотке заведомо недостаточно для обеспечения электродинамической стойкости при проектном значении тока КЗ. Выбранный интервал (0,5÷0,6) позволяет установить такое пороговое значение с достаточной для практики точностью.

Для трансформаторов, не забракованных на первом этапе, остаточное усилие прессовки в m-й обмотке (и тем более в других обмотках) проверяется на достаточность при минимальном коэффициенте запаса по току КЗ (когда проектный ток КЗ составляет 50% от максимально допустимого) с учетом того, что первоначальное усилие F прессовки, установленное на заводе при изготовлении трансформатора, обеспечивает электродинамическую стойкость при максимально допустимом (расчетном) токе КЗ.

Аналогичное рассмотрение изложенных выше взаимосвязей между током КЗ, усилием прессовки и частотой максимума СПМ дает для (f_max)_m граничное значение превышение которого гарантирует электродинамическую стойкость испытуемого трансформатора при минимальном проектном запасе по току КЗ. Интервал позволяет установить такое граничное значение с достаточной для практики точностью.

Совокупность признаков заявляемого способа позволяет повысить достоверность оценки электродинамической стойкости диагностируемого трансформатора, благодаря введению обоснованных критериев разделения испытываемых трансформаторов на годные и негодные для дальнейшей эксплуатации, и, как следствие, повысить эксплуатационную надежность прошедших диагностирование трансформаторов, избежать неоправданных ремонтных работ, а также сократить среднее время диагностирования за счет ранней браковки трансформаторов с заведомо низким усилием прессовки, обнаруженным, по меньшей мере, в одной из обмоток.

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.

1. Способ диагностирования трансформатора, заключающийся в том, что механически импульсно воздействуют на конструктив трансформатора, измеряют ЭДС, наводимые в его фазных обмотках, определяют частоты максимумов спектральной плотности мощности измеренных ЭДС, отличающийся тем, что сравнивают частоты максимумов спектральной плотности мощности в фазных обмотках трансформатора, определяют наименьшую и наибольшую из указанных частот и вычисляют их отношение, выводят трансформатор из эксплуатации, если это отношение меньше порогового значения, продолжают диагностирование при других значениях указанного отношения и оставляют трансформатор в эксплуатации, если наименьшая частота максимума спектральной плотности мощности превышает граничное значение, при этом пороговое и граничное значения выбирают в зависимости от величин проектного запаса по току короткого замыкания.

2. Способ по п. 1, в котором пороговое значение выбирают в пределах 0,5÷0,6.

3. Способ по п. 1, в котором граничное значение выбирают в пределах , где F - первоначальное усилие (в ньютонах) прессовки обмоток, α - постоянная для данного типа трансформаторов величина (в Н/Гц⁴).