DE10060520A1

DE10060520A1 - Device for measuring the core pressure in a power transformer

Info

Publication number: DE10060520A1
Application number: DE2000160520
Authority: DE
Inventors: Nicolaie Laurentiu Fantana; Armin Gasch; Hans-Walter Kopp
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-20
Also published as: WO2002047096A1

Abstract

The invention relates to a device for measuring the core pressure of a core (13) which is arranged in a tank (9) in a power transformer. At least one clamping element (1) for pressing the sheet metal plates (2) of the core (13) is connected to a sensor arrangement (5) which delivers a signal which is proportional to the mechanical tension in the clamping element (1). Each sensor arrangement is adjusted in such a way that it corresponds with an electronic interrogation system (8) via a radio connection, located outside the tank (9).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Kernpressung in einem Leistungstransformator.The invention relates to a device for measuring the core pressure in a power transformer.

Der Kern eines Leistungstransformators ist aus dünnen Siliziumstahlblechen herge stellt, die einen 3- oder 5-schenkligen Kern bilden, und mittels einer komplexen me chanischen Konstruktion verspannt und somit in dieser Form gehalten werden. Die mittels der Verspannung erreichte Pressung der Kernbleche ist wesentlich im Hin blick auf die Funktionalität des Transformators, insbesondere bezüglich Kurzschluß festigkeit und Geräuschen; auch bezüglich der Stabilität des Kerns beim Transport.The core of a power transformer is made of thin silicon steel sheets provides a 3- or 5-legged core, and by means of a complex me mechanical construction and thus be held in this form. The pressing the core sheets by means of the bracing is essential in the outward direction look at the functionality of the transformer, especially regarding short circuit strength and noise; also regarding the stability of the core during transport.

Die Transformator-Gesamtanordnung einschließlich Transformatorkern ist während der Herstellung erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt, beispielsweise durch Ofentrocknung, die einen Einfluß auf die Verspannung haben können. Auch mechanische Einflüsse sind während der Herstellung und durch den Transport zum Aufstellungsort gegeben. Während des Transformatorbetriebs verursachen insbe sondere Kurzschlüsse, daß die Wicklungen axiale Kräfte auf die Kernkonstruktion ausüben, die von ihr aufgenommen werden müssen.The overall transformer arrangement including transformer core is during exposed to significant temperature fluctuations during manufacture, for example due to oven drying, which can have an influence on the tension. Also mechanical influences are during the manufacture and through the transport to the Given site. In particular, during transformer operation special short circuits that the windings have axial forces on the core structure exercise that must be absorbed by it.

Die nötige Pressung der Kernbleche wird üblicherweise mittels Jochbolzen und Spannverschlüssen erreicht, wobei z. B. nach einem Trocknungsprozeß eine Nach spannung vorgenommen werden kann. The necessary pressing of the core sheets is usually done using yoke bolts and Latches reached, z. B. after a drying process voltage can be made.

Eine Kenntnis der damit erreichten Preßkraft ist zur Qualitätsüberwachung während der Fertigung, während und nach dem Transport für den Hersteller von Interesse. Betreiber sind ebenfalls an der Kenntnis der jeweils gegebenen Preßkraft interes siert, beispielsweise nach einer Standortänderung oder nach bestimmten Abschnit ten der Einsatzdauer. Fig. 9 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Kernpressung B in Abhängigkeit von der Zeit, wobei die Erfassung über mehrere Jahre erfolgte, und zwar jeweils nach bestimmten Ereignissen, wie z. B. während der Fertigung, nach dem Transport, oder nach Ereignissen während des Betriebs, wie z. B. nach einer Kurzschlussbelastung. Typische Off-line Messungen während der Fertigung sind z. B. Messungen während oder nach der Pressung, oder nach der Ofentrocknung. Fig. 10 zeigt einen ähnlichen Verlauf der Kernpressung 8, wobei jedoch geplante Offline- Messungen in konstanten Zeitabschnitten durchgeführt wurden.Knowledge of the pressing force thus achieved is of interest to the manufacturer for quality monitoring during manufacture, during and after transport. Operators are also interested in knowing the given pressing force, for example after a change of location or after certain sections of the period of use. Fig. 9 shows an example of a course of the core pressure B as a function of time, the detection taking place over several years, specifically after certain events such as B. during manufacture, after transport, or after events during operation, such as. B. after a short circuit load. Typical off-line measurements during production are e.g. B. measurements during or after pressing, or after oven drying. FIG. 10 shows a similar course of the core pressure 8 , but planned offline measurements were carried out in constant time segments.

Es ist bekannt, Spannungsänderungen in Spannteilen mittels Dehnungsmeßstreifen zu erfassen. Allerdings erfordern Meßanordnungen mit Dehnungsmeßstreifen eine Meßleitungsführung vom Meßort aus durch den Innenraum des Transformators und durch eine Kesselwand hindurch zu einer Meß- und Anzeigeeinrichtung außerhalb des Transformatorkessels. Meßleitungen sind in einer durch die Wicklungen und Stromschienen im Transformator gegeben Hochspannungsumgebung schwierig an zuordnen, und sind eine häufige Fehlerursache.It is known to change the tension in clamping parts by means of strain gauges capture. However, measuring arrangements with strain gauges require one Measuring line routing from the measuring point through the interior of the transformer and through a boiler wall to a measuring and display device outside of the transformer tank. Test leads are in one through the windings and Power rails in the transformer given high voltage environment difficult map, and are a common cause of errors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung einer Kernpressung in einem Leistungstransformator anzugeben, bei der eine Leitungsfüh rung innerhalb des Transformators vermieden ist.The invention is therefore based on the object of a device for measuring a Specify core pressure in a power transformer in which a tion within the transformer is avoided.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Messung der Kernpressung in einem Leistungstransformator mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This task is accomplished by a device for measuring the core pressure in one Power transformer with the features specified in claim 1 solved. Advantageous refinements are specified in further claims.

Die Vorrichtung ermöglicht es, jederzeit die gegebene Kernpressung meßtechnisch zu erfassen, und damit auch die nach längerer Betriebszeit noch gegebene Ver spannung. The device enables the given core pressure to be measured at any time to record, and thus also the Ver tension.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand von Ausfüh rungsbeispielen, die in Zeichnungsfiguren dargestellt sind.A further explanation of the invention is given below using Ausfüh Example, which are shown in drawing figures.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Kernteiles in einem Leistungstransforma tor mit auf einem Jochbolzen angeordneter Sensoranordnung, Fig. 1 is a schematic view of a core member in a power transformers with gate arranged on a yoke bolts sensor arrangement,

Fig. 2 eine erste Variante einer Sensoranordnung auf einem Jochbolzen, Fig. 2 shows a first variant of a sensor assembly on a yoke bolts,

Fig. 3 eine zweite Variante einer Sensoranordnung auf einem Jochbolzen, Fig. 3 shows a second variant of a sensor assembly on a yoke bolts,

Fig. 4 eine dritte Variante einer Sensoranordnung auf einem Jochbolzen, Fig. 4 shows a third variant of a sensor assembly on a yoke bolts,

Fig. 5 eine Darstellung eines Transformatorkerns im Kessel, einschließlich Darstellung der Messanordnung, Fig. 5 is an illustration of a transformer core in the boiler, including representation of the measuring arrangement,

Fig. 6 bis 8 Darstellung eines Transformatorkerns, sowie möglicher Einbauorte für Sensoren, FIGS. 6 to 8 Preparation of a transformer core, as well as the possible mounting locations for sensors,

Fig. 9 einen typischen Verlauf der Kernpressung, die nach bestimmten Ereig nissen erfaßt wurde, und Fig. 9 shows a typical course of the core pressure, which was detected after certain events, and

Fig. 10 einen typischen Verlauf der Kernpressung, die in konstanten Zeitinter vallen erfaßt wurde. Fig. 10 shows a typical course of the core pressure, which was recorded in constant time intervals.

Fig. 1 zeigt Kernbleche 2, die mittels Pressbalken oder Klemmplatten 3 und einem Jochbolzen 1 zu einem Kern verspannt sind. Der Jochbolzen 1 ist durch die Klemm platten 3 geführt, liegt aber außerhalb der Kernbleche 2. Auf den Jochbolzen 1 ist eine Sensoranordnung 5 mit zwei Sensorantennen 4 geklebt. Fig. 1 shows core sheets 2 which are clamped to form a core by means of press beams or clamping plates 3 and a yoke bolt 1 . The yoke bolt 1 is guided by the clamping plates 3 , but is outside the core sheets 2 . A sensor arrangement 5 with two sensor antennas 4 is glued onto the yoke bolt 1 .

Fig. 2 zeigt schematisiert eine erste Anordnungsvariante, wobei auf einem Jochbol zen 1 mit Kreisquerschnitt ein als Chip ausgeführter Sensor 5 aufgeklebt ist. Der Sensor 5 ist als drahtloser, d. h. funkabfragbarer Miniatur-Sensor ausgeführt, der auf Druck oder Dehnung reagiert. Der Sensor 5 ist dazu mittels Anschlußdrähten 7 elek trisch mit wenigstens einer Hochfrequenz- oder Mikrowellenantenne verbunden, die als Sensorantenne 4 bezeichnet ist. Zwischen den Antennen 4 und dem Bolzen 1 befindet sich eine Isolationslage oder ein Isoliersubstrat 6. Fig. 2 shows schematically a first arrangement variant, wherein a sensor 5 designed as a chip is glued to a Jochbol zen 1 with a circular cross section. The sensor 5 is designed as a wireless, ie radio-interceptable miniature sensor that reacts to pressure or expansion. The sensor 5 is electrically connected to this by means of connecting wires 7 with at least one high-frequency or microwave antenna, which is referred to as sensor antenna 4 . An insulation layer or an insulating substrate 6 is located between the antennas 4 and the bolt 1 .

Fig. 3 zeigt eine zweite Anordnungsvariante, bei der im Vergleich zur ersten Variante die Sensor/Antennen-Anordnung 4 bis 7 auf dem Bolzen 1 um 90 Grad gedreht ist. FIG. 3 shows a second arrangement variant in which the sensor / antenna arrangement 4 to 7 on the bolt 1 is rotated by 90 degrees in comparison to the first variant.

Fig. 4 zeigt eine dritte Anordnungsvariante, bei der die Antenne 4 gegenüber dem Sensor 5 gedreht ist. Mit Anordnungen, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, kann eine optimale Ausrichtung auf eine Gegenantenne (vergl. Fig. 5) erreicht werden. FIG. 4 shows a third variant of the arrangement in which the antenna 4 is rotated relative to the sensor 5 . With arrangements as shown in FIGS. 2 to 4, an optimal alignment with a counter antenna (see FIG. 5) can be achieved.

Fig. 5 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Transformatorkern 13, der in einem ge gebenenfalls ölgefüllten Kessel oder Tank 5 angeordnet ist. Der geblechte Kern 13 ist mittels Klemmplatten 3 und mehreren Jochbolzen 1 zusammengehalten und trägt Wicklungen, deren zugehörigen Wicklungsabstützungen 10 in der Zeichnung sicht bar sind. Auf - im gezeigten Beispiel vier - Jochbolzen 1 sind Sensoren 5 einschließ lich Sensorantennen 4 angeordnet. An durch die Wand des Tanks führende Hoch frequenz-Durchführungen 11 ist jeweils im Tank-Inneren eine Abfrageantenne 12 angeschlossen, außen - gegebenenfalls nur temporär - jeweils eine Abfrageelektro nik 8. Es versteht sich, daß die Abfrageantennen 12 und die Sensorantennen 4 je nach Gegebenheit im jeweiligen Transformator so anzuordnen sind, daß eine Funk verbindung möglich ist. Die Abfrageelektronik 8 enthält einen Sender und einen Empfänger sowie Steuer- und Überwachungseinrichtungen. Fig. 5 shows a schematic representation of a transformer core 13 which is arranged in a ge possibly oil-filled boiler or tank 5 . The magnetics, core 13 is held together by means of clamping plates 3 and a plurality of yoke bolts 1 and carries windings, the associated winding supports 10 in the drawing are considerate bar. On - in the example shown four - yoke bolts 1 , sensors 5 including sensor antennas 4 are arranged. A high-frequency bushings 11 leading through the wall of the tank are each connected to an interrogation antenna 12 in the interior of the tank, and outside - possibly only temporarily - one interrogation electronics 8 each. It goes without saying that the query antennas 12 and the sensor antennas 4 are to be arranged, depending on the circumstances, in the respective transformer so that a radio connection is possible. The interrogation electronics 8 contains a transmitter and a receiver as well as control and monitoring devices.

Die durch die Abfrageelektronik 8 in Verbindung mit dem Sensor 5 und den Anten nen 4, 12 gebildete Meßvorrichtung kann vorzugsweise in einer OFW-Technik aus geführt sein und entsprechend arbeiten. Die OFW-Technik ist beispielsweise in den Druckschriften DE-A1-44 13 211 und DE-A1-195 35 543 beschrieben.The measuring device formed by the interrogation electronics 8 in connection with the sensor 5 and the antennas 4 , 12 can preferably be performed in an SAW technology and work accordingly. The SAW technology is described for example in the documents DE-A1-44 13 211 and DE-A1-195 35 543.

Die Abkürzung OFW steht für akustische Oberflächenwellen. Die Funkübertragung erfolgt mit Frequenzen im Bereich von 30 MHz bis 3 GHz. OFW-Sensoren enthalten ein dünnes Plättchen aus einem piezoelektrischen Kristall als Sensorelement. Das vom Abfragegerät 8 ausgesandte Hochfrequenzsignal wird von der Antenne 4 des Sensors 5 empfangen und durch einen (Interdigital-)Wandler in eine sich ausbreiten de mechanische OFW umgewandelt. Über geeignete reflektierende Strukturen wer den die sich ausbreitenden OFW wieder zum Wandler im Sensor 5 reflektiert, wo sie in eine elektromagnetische Welle rückgewandelt und von der Antenne 4 abgestrahlt werden. Bei OFW-Sensoren muß die physikalische Größe, die gemessen werden soll, auf die Eigenschaften der akustischen Oberflächenwelle einwirken. Meistens ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Laufstrecke. Mechanische Kräfte wie Verbiegung und Druck ändern sowohl die akustische Weglänge als auch die elastischen Konstanten des Kristalls und damit die OFW-Geschwindigkeit. Aus gewertet werden in der Abfrageelektronik 8 die Laufzeit bzw. Phasenverschiebung, Signalamplitude und Signalform sowie die Verschiebung der Mittenfrequenz bei re sonanten Sensoren. Da OFW-Sensoren passive Elemente sind, d. h. auf dem Sub strat befinden sich weder Batterien noch aktive elektronische Elemente, eignen sie sich besonders für den langlebigen Einsatz in rauhen Umgebungsbedingungen.The abbreviation OFW stands for surface acoustic waves. The radio transmission takes place with frequencies in the range from 30 MHz to 3 GHz. SAW sensors contain a thin plate made of a piezoelectric crystal as a sensor element. The high-frequency signal emitted by the interrogator 8 is received by the antenna 4 of the sensor 5 and converted into a spreading mechanical SAW by an (interdigital) converter. Using suitable reflective structures, who the reflected SAW reflected back to the transducer in the sensor 5 , where they are converted back into an electromagnetic wave and emitted by the antenna 4 . In SAW sensors, the physical quantity to be measured must have an effect on the properties of the surface acoustic wave. Most of the time, the speed of propagation and the running distance change. Mechanical forces such as bending and pressure change both the acoustic path length and the elastic constants of the crystal and thus the SAW speed. The transit time or phase shift, signal amplitude and signal shape as well as the shift of the center frequency in the case of re sonant sensors are evaluated in the query electronics 8 . Since SAW sensors are passive elements, ie there are no batteries or active electronic elements on the substrate, they are particularly suitable for long-term use in harsh environmental conditions.

Fig. 6 zeigt ebenfalls einen Transformatorenkern 13 mit zweckmäßigen Positionen für die Anordnung von Sensoren 5 auf Jochbolzen, wobei mit gestrichelten Linien auf zwar wünschenswerte, aber bezüglich der Antennenanordnung schwieriger zu reali sierender Funkverbindungen hingewiesen wird. Auch die Fig. 7 und 8 zeigen mögliche Einbauorte für Sensoren 5. Fig. 6 also shows a transformer core 13 with appropriate positions for the arrangement of sensors 5 on yoke bolts, with dashed lines pointing to desirable, but with respect to the antenna arrangement more difficult to implement radio links. Also Figs. 7 and 8 show possible mounting locations for sensors 5.

Claims

1. Device for measuring the core pressure of a core ( 13 ) which is arranged in a tank ( 9 ) of a power transformer, wherein

a) at least one clamping element ( 1 ) for pressing core sheets ( 2 ) of the core ( 13 ) is connected to a sensor arrangement ( 5 ) which supplies a signal proportional to the mechanical tension in the clamping element ( 1 ), and
b) the respective sensor arrangement ( 5 ) is set up to correspond via a radio link to at least one interrogation electronics ( 8 ) which is located outside the tank ( 9 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that for realizing the radio connection, the respective sensor arrangement ( 5 ) is mechanically and elec trically each connected to at least one sensor antenna ( 4 ), and within the tank ( 9 ) at least one interrogation antenna ( 12 ) is arranged, each with means of an HF feed-through ( 11 ) is electrically connected to one of the interrogation electronics ( 8 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor arrangement ( 5 ) with the interposition of an insulating substrate ( 6 ) on the chip nelement ( 1 ) is glued.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the combination of interrogation electronics ( 8 ) and sensor arrangement ( 5 ) is set up to receive a high-frequency signal sent by the interrogation electronics ( 8 ) in the sensor arrangement ( 5 ) and in converting a mechanical surface wave, which propagates in the sensor ( 5 ), is reflected, after conversion back into an electromagnetic wave, sent to the interrogation electronics ( 8 ), received and evaluated there.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement ( 5 ) contains an SAW (surface acoustic waves) - sensor element.