Способ контроля состояния обмоток трансформатора Советский патент 1992 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для использования при эксплуатации силовых трансформаторов в энергосистемах, при заводских испытаниях, а также в различных системах измерений параметров, защиты и автоматики трансформаторов.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля путем обеспечения стабильности измерений трансформатора под нагрузкой.

В качестве параметра контроля принимают полное сопротивление рассеяния Z трансформатора, если для контролируемого трансформатора справедливо соотношение X R, где X - индуктивное, a R - активное сопротивления обмоток.

В противном случае, а акже при искажении формы кривой напряжения или тока в качестве параметров контроля принимают индуктивности рассеяния L и активные сопротивления R обмоток, что повышает точность способа. Измеряют напряжения и токи всех обмоток контролируемого трансформатора. В зависимости от выбранного параметра контроля измеряют действующие или мгновенные значения напряжений и токов.

Пусть в качестве параметра контроля используют Z и измерения соответственно действующих значений напряжений и токов.

Для двухобмоточного трансформатора U1-IV hZi + l2 Z2.(1)

где Ui, h - напряжение и ток первой обмот- ки; , ,

U2,12 - приведенные напряжение и ток второй обмотки;

Z-|. 2.2 - полные сопротивления рассеяния первой и второй обмоток.

Для определения двух неизвестных параметров Zi и 2.2 производят два измерения напряжений и токов в фиксированные моменты времени при различных значениях Ui, U2 , И, 12. Получают два уравнения (1). Определяют параметр контроля:

Z Zi + 2.2 . Затем определяют AZ Z - -Zs,

где Z3 - эталонное значение параметра контроля, определяемое предыдущими измерениями на исправном трансформаторе или по паспортным данным. Можно также ис(Л

С

4 Ю

-

пользовать сопротивление двух фаз трансформатора.

Измеряют также частоту напряжения. Если частота f в момент измерения напряжений и токов отличается от частоты f3, при которой определены эталонные значения параметров контроля, то параметр контроля определяют по формуле

Z - (Zi + Z2 )f/fs.(2)

В зависимости от измеряемых напряжений и токов возможно определение фазных или линейных значений параметров контроля.

С учетом наличия устройств регулирования напряжения параметры контроля определяются при работе на одном и том же ответвлении от обмотки.

При использовании в качестве параметров контроля индуктивности рассеяния L и активного сопротивления R уравнение (1) для мгновенных значений напряжений и токов имеет вид

UrUHiRi

+ LlLl+liRi + .

Для определения четырех неизвестных параметров Ri, LI, R2 , li производят четыре измерения в фиксированные моменты времени, а параметры контроля определяют по выражениям (

AL ( + L2)-U, AR (Ri + R2)-R9,

где , Рэ - эталонные значения параметров контроля, определенные как указано выше. Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов возможно использование параметров контроля (как изложено выше), в частности

fUi-U2 hZi + l2Z2, Slh-из -MZi + lsZs, IU2 - из l2 Z2 + з Z3

ИЛИ(

AUi2 liZi + l2Zz,

{ Aub -iiZi + i3Z3. (.AU23 I2Z2 + I3Z3, откуда ,(

AU 12 +AU 13 -AU 23

(4)

Zi - Z 2

211 AU 12 + AU 23-AU 13

2 I

3

AU 13 +AU23 -AU i2 32TT

и параметров контроля

AZi2 (Zi + Z2 ) - (Zi + Z2 )э, AZ23 (Z2 +Z3)-(Z2 + Z3)a.

AZis (Zi + Z3)-(Zi + Z3)3. Аналогично для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов можно использовать параметры контроля L и R,

Все указанные выше измерения напряжений и токов обмоток контролируемого трансформатора независимо от принятых параметров контроля производят одновре5 менно в фиксированные моменты времени. Это позволяет получить совместную систему уравнений для определения значений параметров контроля вида (1), (3), (4) и уменьшить влияние погрешностей измере10 ния напряжений и токов. Так, измерения мгновенных значений напряжений и токов производят при одних и тех же определенных значениях их фазовых углов, например 90 , что уменьшает влияние фазовых по15 грешностей измерительных трансформаторов и повышает стабильность измерений.

Одновременно с напряжениями и токами обмоток измеряют температуры окража- ющей измерительные трансформаторы и

20 контрольные кабели среды и частоту напряжения сети.

Измеренные значения напряжений обмоток U,, токов обмоток li, температур окружающей среды Ti и частоты напряжения f

25 сравнивают соответственно со значениями напряжений обмоток Uj3, токов обмоток э, температур окружающей среды Т|Э и частоты напряжения сети fs, при которых ранее определены эталонные значения парамет30 ров контроля.

При одновременном выполнении условий I Ui - Ui3 I д ui ,

I li-lial 5l | ,

I f - f э I 5 f. 35I Ti - Т|Э I 5 TI .

lis y,

где Ui, li, TI, f - измеряемые значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты напряжения сети;

,2,...- индекс, соответствующий обмотке трансформатора;

Uia, |э, Т|Э, ia значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты сети, при которых ранее определены эталонные значения параметров контроля;

б DJ ,5|(,5т| , 5f- заданные значес-л ния допустимых при определении параметров контроля отклонений измеряемых величин;

у-заданное значение тока i-й обмотки, определяют параметры контроля поуравнесс ниям (1), (3) или (4). Величины отклонений аи величин а у задают исходя из- характеристик и параметров конкретных измерительных трансформаторов и контроль- ных кабелей так, чтобы обеспечить максимально возможную нестабильность

40

45

параметров контроля из-за изменений погрешностей измерительных цепей в пределах, меньших, чем значимые отклонения параметров контроля и от эталонных.

Выполнение условия э /позволяет увеличить в выражениях (1), (2), (4) величину вида (Ih - Ua). При этом уменьшается влияние изменения погрешностей измерения напряжений Ui, что способствует обеспечению стабильности измерений. Не учитываются изменения погрешностей измерительных трансформаторов от изменения величины и фазы сопротивления нагрузки, поскольку в эксплуатации нагрузка измерительных трансформаторов практически постоянна.

Выполнение условий I Ui -Ui3 I l 8 UJTI I i - lia l d ij обеспечивается наличием и соблюдением графика напряжений на шинах электростанций и подстанций и графика нагрузки. При этом практически одинаковые значения напряжений и токов повторяются обычно не реже, чем один раз в сутки. Возможна также подгонка напряжений Ui и токов h персоналом.

Изменения частоты около номинального значения в энергосистеме происходит не- прерывно, что в течение времени проведения измерений обеспечивает выполнение условий If-fs l 5f.

Падения напряжений в измерительных цепях определяются в основном активными сопротивлениями этих цепей, т.е. измерительных трансформаторов и кабелей, и зависят от их температур. Температура, в свою очередь, зависит от температуры окружающей среды и превышения температуры, определяемого нагрузкой. Поскольку нагрузка измерительных трансформаторов практически постоянна, падения напряжений в измерительных цепях определяются только температурами окружающей среды.

Выполнение условия ITi-Tj9 l б ц достигается путем определения эталонных параметров контроля при всех возможных в эксплуатации температурах окружающей среды, взятых с интервалом, например, 5... 10°. Для этого достаточно провести определение эталонных параметров в течение периода наладки - первого полугода эксплуатации (например, с января по июнь), охватив тем самым весь возможный диапазон температур.

Возможен также косвенный учет условий 1Т|-Т|э l 5 TJ путем измерения температур Т| и соответствующей им коррекции величин Uj и h для учета изменений сопротивлений измерительных цепей.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

На чертеже показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство установлено на силовом трехобмоточном трансформаторе и контролирует состояние его обмоток 1-3.

Устройство содержит блок 4 обработки информации, к входам которого присоединены кабелями измерительные трансформаторы 5-7 тока и измерительные трансформаторы 8-10 напряжения, блоки 11-13 измерения температур окружающей измерительные цепи обмоток 1-3 среды.

Блок 4 обработки информации осуществляет масштабирование входных сигналов, их преобразование и фильтрацию, проверяет УСЛОВИЯ I Ui - Uj3 I 5 U| , I li - da I б I, ,

I f - fa I 5f и при их одновременном выполнении вырабатывает сигнал на одновременное измерение напряжений Ui, токов I, и частоты f.

Измеренные значения Ui, li, f обрабатываются блоком 4 в соответствии с одним из выражений (1), (3), (4) с учетом, при необходимости, формулы (2), и определяются соответствующие параметры контроля. Затем из определенных ранее, в период наладки, эталонных значений параметров контроля выбирают те, которые определены при температурах Ti3, удовлетворяющих условию I TI - Т|э I 5 TJ . Сравнивая их с вновь определенными параметрами контроля, определяют отклонения, характеризующие состояние обмоток.

В простейшем случае все элементы блока 4 обработки информации выполнены на серийно выпускаемых аналоговых и цифровых интегральных схемах, например 153, 155, 521 серии, и цифровых измерительны/ приборах В7-16А, Ф-246. При этом отображение информации на выходе блока 4 производится знакосинтезирующим / индикаторами, входящими в состав указанных приборов, или цифропечатающим механизмом, подключенным к их выводам Параметры контроля и их отклонения от эталонных значений с учетом условия I Т( - Т,э I 5ij определяются персоналом на основе значений Ui, li, f, П, полученных с выхода блока 4 обработки информации.

Более удобно в эксплуатации выполнение блока 4 обработки информации в виде микропроцессорной системы на основе, например, микросхем 1113, 580 серии или контроллера К1-20. При этом с выхода блока 4 обработки информации персоналом считываются непосредственно значения отклонений параметров контроля от эталонных. Возможен также ввод этих значений в АСУ

ТП электростанции или подстанции для накопления и анализа информации.

Блок 4 обработки информации может выполняться передвижным или стационарным з виде системы, контролирующей не- сколько трансформаторов, Используют серийно выпускаемые трансформаторы тока 5-7 и напряжения 8-10, например, типов ТПЛ.ТФКН.ЗНОМ.НКФ. В качестве блоков 11-13 измерения температур окружающей среды можно применять приборы, например, типа Ф-208.

Способ осуществляют следующим образом,

Контролируют состояние обмоток сило- вого двухобмоточного трансформатора ТДЦ-80000/110, установленного в блоке с генератором ТВФ-60 на ТЭЦ, Параметры трансформатора: Ui 121 кВ, U2 6,3 кВ, И 0,382 кА, X 19,2 Ом, R 0,71 Ом,

В качестве параметра контроля принято сопротивление рассеяния Z трансформатора, Измеряют действующие значения напряжений Ui и IJ2 , тока И.

Ток холостого хода трансформатора не превышает 0,6% и благодаря условиям Ur

-Uia I 5ui -I h- Из «5ц, If-T3i df .

I Ti - Tis I б т; практически не изменяется в процессе измерений. Поэтому без ущерба для стабильности методической погрешно- сти измерений можно принять

Ii l2.

Тогда из выражения (1) параметр контроля

IU 1 -U jl

Z I 1

определяют на основании одного измерения значений Ui, Ua , h.

Для измерения напряжения Ui и тока h используют трансформатор напряжения НКФ-110 и трансформатор тока ТФНК-110, установленные на ОРУ-110 кВ. Для измерения Da используют трансформатор ЗНОМ- 6, установленный в машзале ТЭЦ (все измерительные трансформаторы класса 0,5).

При измерении получено:

Ui 116,0 кВ, LJ2 6,600 кВ, U2 126,8 кВ, И 0,325 кА.

Тогда 2 19,21 Ом.

В соответствии с графиком на шинах ОРУ-110 кВ поддерживается в рабочие дни напряжение 117-118 кВ, на выводах генератора - напряжение 6,5-6,6 кВ. Нагрузка 0,320-0,330 кА, частота в сети 49.9-50,1 Гц,

Тогда условия I Ui - Ui3 : 5 DJ , I h - |э l д ij , I f - fg I б f ,l Ti - Т|Э I 5 TJ можно принять следующими: I Ui - 1Мэ К 1 кВ,

I U2-U23 К 0,1 KB,

I li-ha l 0,01 кА, I f - fa К 0,2 Гц, STi-Tia I 5°C,

11 0,320 кА,

При достаточном времени измерений (например, 1 ч) условия будут выполняться в процессе измерений за счет естественных колебаний напряжений и токов без специальной подгонки их персоналом.

Возможная нестабильность параметра контроля за счет изменения инструментальных погрешностей измерительных цепей и приборов может быть рассчитана следующим образом.

Изменение погрешности каждого трансформатора напряжения и трансформатора тока составляет около 0,01 % на 1 % изменения их первичного напряжения и тока. Изменение температур окружающей среды на 5° приводит к изменению погрешностей измерительных трансформаторов на 0,005%. При допустимой потере напряжения в измерительных кабелях от трансформаторов напряжения до приборов 0,5%-ное изменение температур окружающей среды на 5° приводит к изменению потери напряжения в кабелях на 0,01 %.

Изменение частоты сети в указанных, выше пределах не дает заметного изменения погрешностей. Погрешности приборов, измеряющих напряжение и ток, при выполнении условий, указанных аыше, практически не изменяются. В наиболее тяжелом случае, когда все изменения погрешностей обоих трансформаторов напряжения арифметически суммируются, получают результирующее изменение погрешности измерения напряжений, равное

(0,01 + 0,005 + 0,01) 2 0,05%, или, приблизительно, 0,05 кВ.

По отношению к разности напряжений

I Ui-U2 l 10,79 кВ.

эта результирующая относительная погрешность составит 0,55%. С учетом изменения погрешности измерения тока нестабильность параметра контроля Z составит не бо- лзеО,58%.

Таким образом, можно считать, что инструментальная погрешность способа при указанных условиях не превышает 1 %. Тогда отклонение значения параметра контроля Z более чем на 2% от эталонного значения указывает на наличие опасных деформаций обмоток, что соответствует известной методике.

Стабильность измерений nos «шается с уменьшением значений 3 в выражениях

iUi - Uia I 6 Ui ,l li - Ы 6, , I f - ТЭ I d f ,

I Ti - Пэ I б TJ , что может достигаться путем подгонки напряжений и токов персоналом, в частности, за счет изменения реактивной мощности.

Для уменьшения влияния случайных погрешностей на достоверность определения деформаций обмоток измерения и определение параметров контроля производятся многократно с последующей статической обработкой результатов. Так, например, в течение часа можно произвести 10-20 измерений.

Применение способа возможно на любом трансформаторе и особенно целесообразно на наиболее мощных и ответственных трансформаторах для повышения надежности работы энергосистем.

Изобретение обеспечивает проведение контроля состояния обмоток под нагрузкой, что позволяет избежать отключения трансформатора для проведения измерений и связанного с ним ущерба. Достоверный периодический контроль состояния обмоток дает возможность не производить аварийных отключений трансформатора, уменьшить затраты на ремонт, избежать ущерба от недоотпуска или недовыработки энергии.

Формула изобретения Способ контроля состояния обмоток трансформатора, включающий одновременные измерения напряжений и токов каждой обмотки при ограниченной нагрузке транс0

5

форматора в фиксированные моменты времени, определение значений параметров контроля и их отклонений от эталонных значений параметров контроля, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, одновременно с измерением напряжений и токов обмоток дополнительно измеряют частоту напряжения сети и температуру окружающей среды, а значения параметров контроля определяют при одновременном выполнении условий

I Ui - Ui3 I д LH,

I li - lis I 5 и,

If -f31 5f,

IT|-T|8 I 5T,,

Mia I У,

где Ui, li, TI, f - измеряемые значения соот- 0 ветственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты напряжения сети;

1 1,2..,- индекс, соответствующий обмотке трансформатора:

Uia, lis, Tj3, fs - значения соответственно напряжений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты сети, при которых ранее определены эталонные значения параметров контроля;

3 ui. 5 и , б ц , 5 f - заданные значения допустимых при определении параметров контроля отклонений измеряемых величин; у - заданное значение тока 1-й обмотки

5

0

Использование: в области контрольно- измерительной техники при контроле трансформаторов без их вывода из эксплуатации. Сущность изобретения: устройство для осуществления способа контролирует 3 обмотки (1, 2, 3) и содержит 1 блок обработки информации (4), 3 трансформатора тока