ES2599306T3 - Un método y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador - Google Patents

Un método y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador Download PDF

Info

Publication number
ES2599306T3
ES2599306T3 ES09745702.2T ES09745702T ES2599306T3 ES 2599306 T3 ES2599306 T3 ES 2599306T3 ES 09745702 T ES09745702 T ES 09745702T ES 2599306 T3 ES2599306 T3 ES 2599306T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
winding
windings
resonant frequency
current pulse
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES09745702.2T
Other languages
English (en)
Inventor
Torbjörn Wass
Tord Bengtsson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Application granted granted Critical
Publication of ES2599306T3 publication Critical patent/ES2599306T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/62—Testing of transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Un método para estimar una fuerza de apriete de arrollamientos sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador comprendiendo el conjunto de arrollamientos al menos un arrollamiento (1) con conexiones y un núcleo de hierro, comprendiendo el método: - generar (4) un impulso de corriente suficiente para excitar el arrollamiento en un modo de vibración deseado, - suministrar el impulso de corriente a las conexiones del arrollamiento, - medir (6) vibraciones del conjunto de arrollamientos generadas por el impulso de corriente, - calcular (8) una frecuencia resonante mecánica basándose en las vibraciones medidas, y - estimar la fuerza de apriete sobre los paquetes de arrollamientos basándose en la frecuencia resonante mecánica calculada y en una relación predeterminada entre una frecuencia resonante mecánica esperada de dicho modo de vibración deseado y la fuerza de apriete, por lo que el impulso de corriente es generado por un generador (4) de impulsos que incluye un condensador (14) que junto con el arrollamiento (1) forma un circuito eléctrico resonante, y el condensador (14) es seleccionado de manera que la frecuencia resonante de dicho circuito resonante esté próxima o sea mayor que la frecuencia resonante mecánica calculada del arrollamiento con el fin de generar un impulso de corriente con un tiempo de subida suficiente para excitar el arrollamiento (1) en dicho modo de vibración deseado.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Un metodo y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador CAMPO DEL INVENTO
La presente invencion se refiere a un metodo y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador o reactancia, comprendiendo el conjunto de arrollamientos al menos un arrollamiento con conexiones y un nucleo de hierro. La invencion es practica y util para determinar las fuerzas de apriete del arrollamiento de un transformador de potencia en servicio in situ.
TECNICA ANTERIOR
Los transformadores de potencia necesitan resistir los efectos dinamicos de cortocircuito sin danos. Sin embargo durante un cortocircuito, las fuerzas electromagneticas sobre el conjunto de arrollamientos de un transformador de potencia son muy grandes. Por tanto, los arrollamientos son apretados para resistir las fuerzas electromagneticas durante un cortocircuito. Debido al envejecimiento y a la contraccion del material, a los ciclos termicos repetidos, cortocircuitos y similares, las fuerzas de apriete disminuyen durante la vida util del transformador. Una fuerza de apriete disminuida reducira consecuentemente la capacidad de resistir al cortocircuito de un transformador de potencia. Por tanto es importante evaluar como estan de rfgidamente apretados los paquetes de arrollamientos para asegurar la capacidad de resistencia a los cortocircuitos de un transformador.
Para determinar las fuerzas de apriete de un conjunto de arrollamientos de un transformador de potencia, convencionalmente el interior del transformador es inspeccionado, por ejemplo midiendo el par de los pernos de la placa de presion, lo que sin embargo requiere que el transformador sea puesto fuera de servicio durante un tiempo considerable mientras el transformador ha de ser drenado de aceite y a menudo la parte activa ha de ser levantada fuera del deposito. Adicionalmente, hay siempre un riesgo de contaminacion siempre que el deposito de un transformador es abierto.
Es sabido que la caracterfstica de tension-deformacion fuertemente no lineal de la placa de presion utilizada en el aislamiento del transformador da lugar a una frecuencia resonante mecanica que depende de las fuerzas de apriete sobre los arrollamientos. Si la fuerza de apriete es reducida la frecuencia resonante magnetica es desplazada a frecuencias inferiores. Asf, determinando la frecuencia resonante mecanica pueden ser determinada las fuerzas de apriete.
Una patente SU1390643 ha descrito un metodo para inspeccionar la calidad de impregnacion de los arrollamientos de dispositivos electricos, tales como motores, bobinas de transformadores, bobinas de choque, etc. La inspeccion esta basada en el fenomeno ffsico de vibracion generado al hacer pasar una corriente de impulso a traves del arrollamiento, despues de lo cual la calidad del arrollamiento es evaluada a partir de la senal de vibracion.
Un modelo de utilidad Chino CN2864705Y ha descrito un dispositivo que utiliza la excitacion de una fuente de alimentacion de frecuencia de barrido para detectar un estado del arrollamiento de un transformador. El dispositivo comprende un modulo de excitacion que incluye un transformador de excitacion y una fuente de corriente constante de frecuencia variable para suministrar una corriente al arrollamiento de alta tension del transformador detectado, un modulo de recogida de datos que incluye un sensor para medir vibraciones de diferentes frecuencias resonantes mecanicas, un amplificador de carga y un colector de datos, y un modulo de control para controlar y ajustar magnitudes de la corriente alimentada y del rango de la frecuencia de salida de la fuente de corriente constante de frecuencia variable y para analizar el espectro de las frecuencias resonantes mecanicas basandose en la vibracion medida y en la determinacion del estado del arrollamiento del transformador.
Un metodo numerico para determinar la frecuencia resonante mecanica de arrollamientos puede ser encontrado en un documento, titulado "Dynamic response of power transformers under axial short circuit forces, Part 2 - Windings and clamps as a combined system", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Volume PAS-92, N° 5, Sept-Oct. 1973, pp. 1567-1576. Este metodo presenta una solucion numerica, o un modelo matematico para calcular la frecuencia resonante mecanica de los arrollamientos, siendo a continuacion comparadas las frecuencias resonantes calculadas con unas ensayadas. El documento tiene conocimiento de que la tension-deformacion no lineal de la placa de presion utilizada en el aislamiento del transformador da lugar a la frecuencia resonante mecanica del arrollamiento que depende de las fuerzas de apriete. Sin embargo, el metodo esta basado en un modelo matematico para calcular la frecuencia resonante mecanica de arrollamientos en lugar de estarlo en una medicion directamente in situ. Esto significa que una variacion del modelo ha de ser llevada a cabo. Sin embargo, esto no es practico para un transformador in situ ya que esta basado en bobinas en un laboratorio como la tecnica utilizada.
Aunque se ha sugerido que la fuerza de apriete puede ser determinada por analisis de vibraciones del transformador, y la frecuencia resonante mecanica del arrollamiento se sabe que depende de las fuerzas de apriete sobre los arrollamientos de un transformador, no existe hoy en dfa un metodo practico y util para determinar la frecuencia resonante mecanica de un conjunto de arrollamientos de un transformador.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Es tambien de interes general saber cuanto suena un transformador o reactancia. Un modo de encontrarlo es determinar las frecuencias resonantes del transformador o de la reactancia. Hay una necesidad de determinar las frecuencias resonantes de un modo practico, por ejemplo in situ y sin operaciones complicadas.
OBJETOS Y RESUMEN DE LA INVENCION
Un objeto de la presente invencion es proporcionar un metodo perfeccionado para estimar una fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador o reactancia, que sea adecuado para ser llevado a cabo in situ.
Este objeto es conseguido mediante un metodo como se ha definido en la reivindicacion 1.
Tal metodo comprende suministrar un impulso de corriente a las conexiones del arrollamiento con el fin de excitar el arrollamiento, medir las vibraciones del conjunto de arrollamientos generadas por el impulso de corriente, calcular la frecuencia resonante mecanica basado en las vibraciones medidas, y estimar las fuerzas de apriete sobre los paquetes de arrollamiento basado en la frecuencia resonante mecanica calculada y una relacion predeterminada entre la frecuencia resonante mecanica esperada y la fuerza de apriete.
Cuando un arrollamiento es expuesto a un impacto oscilara en una pluralidad de modos de vibracion. Sin embargo, se necesita que un modo de vibracion particular sea identificado o medido dependiendo del proposito de una aplicacion. De acuerdo con la invencion, suministrando un impulso de corriente, el arrollamiento es excitado en el modo de vibracion deseado.
Aunque las excitaciones de corriente pueden excitar los arrollamientos, no todas ellas excitan el modo de vibracion deseado con suficiente intensidad. Por ejemplo, la corriente de 50 Hz de estado estacionario durante el funcionamiento nominal solo excita 50 Hz y sus armonicos. Asf, este metodo tiene una limitacion.
De acuerdo con la invencion, un impulso de corriente es inyectado a traves del arrollamiento. Por ello, se genera una corriente en este arrollamiento y se excita el modo de vibracion deseado.
De acuerdo con la invencion, un condensador junto con la inductancia del arrollamiento forma un circuito electrico resonante. El condensador es seleccionado de manera que la frecuencia resonante del circuito electrico resonante este proxima o sea mayor que la frecuencia resonante mecanica esperada de los arrollamientos.
Para excitar la resonancia simetrica axial, la capacitancia del condensador deberfa ser suficiente. Una capacitancia suficiente determina un tiempo de subida apropiado del impulso de corriente para excitar la resonancia simetrica axial.
La invencion hace posible excitar el modo de vibracion deseado. Por tanto, por ejemplo, este es un metodo simple y practico de determinar la frecuencia resonante mecanica del modo de vibracion deseado para un transformador comparado con el drenaje del aceite de dentro del transformador para permitir la inspeccion del interior. Las vibraciones pueden ser medidas simplemente fijando un aparato de medicion en el exterior de la pared del deposito de un transformador. La frecuencia resonante mecanica de arrollamientos puede ser calculada simplemente basandose en las vibraciones medidas.
Entre expertos en vibraciones, el modo de vibracion deseado es clasificado como un modo de vibracion simetrica axial con extremos fijos para un conjunto de arrollamientos de un transformador.
Determinando la frecuencia resonante mecanica del modo de vibracion simetrica axial pueden ser estimadas las fuerzas de apriete, Con el fin de determinar la frecuencia resonante mecanica del modo de vibracion simetrica axial, el arrollamiento deberfa ser excitado en el modo de vibracion simetrica axial. Las vibraciones de los arrollamientos pueden ser medidas y la frecuencia resonante mecanica de los arrollamientos que afecta al apriete puede ser calculada basandose en las vibraciones medidas. La fuerza de apriete de los arrollamientos puede ser estimada basandose en la frecuencia resonante mecanica calculada y una relacion predeterminada entre la frecuencia resonante mecanica y la fuerza de apriete. Si la frecuencia resonante mecanica calculada es menor que la frecuencia resonante mecanica esperada, se indica una fuerza de apriete reducida de un transformador ya que cuando las fuerzas de apriete son reducidas la frecuencia resonante mecanica es desplazada a una frecuencia inferior.
Establecer una relacion entre la frecuencia resonante mecanica y la fuerza de su gestion hace la invencion mas practica y util.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, la relacion predeterminada entre la frecuencia resonante mecanica esperada y el apriete es estimada matematicamente basandose en la potencia nominal y en la tension nominal del transformador.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el conjunto de arrollamientos del transformador comprende un arrollamiento primario y un arrollamiento secundario con conexiones, comprendiendo el metodo disponer electricamente las conexiones del arrollamiento secundario de manera que los arrollamientos sean excitados de manera efectiva en el modo de vibracion deseado cuando el impulso de corriente es suministrado a las conexiones del primer arrollamiento.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
De acuerdo con una realizacion preferida de la invencion, las conexiones del arrollamiento secundario estan dispuestas de manera que el arrollamiento secundario es cortocircuitado. Con el arrollamiento secundario cortocircuitado, todos los arrollamientos son excitados al mismo tiempo en el mismo modo de vibracion simetrica axial deseado como durante un cortocircuito. Otra ventaja con el arrollamiento secundario cortocircuitado es que como la impedancia del primer arrollamiento es mucho menor, el impulso de corriente necesita mucha menor tension que la tension nominal para excitar los arrollamientos. Por tanto, la tension necesaria no es una sobretension que danara el aislamiento del arrollamiento.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el impulso de corriente tiene un tiempo de subida que esta proximo o es mas corto que el tiempo de subida de la frecuencia resonante mecanica esperada. Esto mejora la excitacion de la resonancia simetrica axial sobre otras resonancias. Por el contrario, o bien numerosas resonancias son excitadas o bien no hay resonancias excitadas. Numerosas resonancias dan como resultado una dificultad para individualizar la resonancia deseada. Una frecuencia resonante mecanica esperada de los arrollamientos de un transformador puede ser calculada aproximadamente de manera previa de acuerdo con el tipo del transformador.
El metodo de acuerdo con la invencion es asf util para determinar fuerzas de apriete en paquetes de arrollamiento de un transformador.
Otro objeto de la invencion es proporcionar un dispositivo para estimar una fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador o reactancia.
El objeto es conseguido por un dispositivo segun ha sido definido en la reivindicacion 6.
Tal dispositivo comprende un generador de impulsos de corriente configurado para generar un impulso de corriente suficiente para excitar el arrollamiento, medios para suministrar el impulso de corriente al arrollamiento, un sensor para medir vibraciones del transformador o de la reactancia generadas por el impulso de corriente, y una unidad de calculo configurada para calcular la frecuencia resonante mecanica basandose en las vibraciones medidas y para estimar las fuerzas de apriete sobre los paquetes de arrollamiento basandose en la frecuencia resonante mecanica calculada y una relacion predeterminada entre la frecuencia resonante mecanica esperada y la fuerza de apriete.
Tal dispositivo puede ser utilizado como una herramienta de diagnostico no destructivo para determinar las fuerzas de apriete del arrollamiento de un transformador o de una reactancia in situ. Una medicion realizada mediante tal dispositivo no perjudicara a los arrollamientos ya que la tension utilizada no es una sobretension.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el sensor es un acelerometro. Para medir las vibraciones, el acelerometro es colocado justo sobre el exterior de la pared del deposito de un transformador o de una reactancia. La posicion puede ser o bien por encima o bien por debajo del arrollamiento. Utilizar un acelerometro para obtener la amplitud apropiada de la senal es economico y es facil realizar la medicion in situ.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, el generador de impulsos comprende un circuito electrico para ser conectado al primer arrollamiento, que incluye un condensador, una fuente de tension de CC (corriente continua) prevista para cargar el condensador, y un interruptor configurado, tras su activacion para generar un impulso de corriente descargando el condensador.
Para inyectar un impulso de corriente el condensador es cargado por la alimentacion de tension de CC y a continuacion descargado sobre el primer arrollamiento mediante la conexion del interruptor.
Con el arrollamiento secundario cortocircuitado, la impedancia aparente del primer arrollamiento es menor; por tanto, solamente es necesario un 10-20% de la tension nominal para obtener una corriente proxima a la corriente nominal, lo que asegura que la tension necesaria no es una sobretension que danara el aislamiento del arrollamiento. Ademas, es practico realizar la medicion sin necesidad de la tension nominal. Una tension nominal necesita un condensador con mas capacitancia lo que puede aumentar la complejidad de construccion de tal dispositivo.
De acuerdo con una realizacion de la invencion, un diodo es previsto en paralelo con el condensador. Una ventaja con el diodo es que el impulso de corriente es unipolar y no oscilante. Asf, el impulso de excitacion puede excitar resonancias en un rango de frecuencias mas amplio, lo que hace la invencion mas flexible en un modo que puede ser utilizado para determinar las frecuencias resonantes mecanicas de arrollamientos en algun rango. Por ejemplo, las frecuencias resonantes mecanicas de un transformador con una potencia nominal de 200 MVA pueden ser de un rango de 75-140 Hz. Adicionalmente, se asegura que la tension sobre el condensador es siempre positiva. Cuando la tension resulta negativa, el condensador es descargado sobre el diodo.
Cuando los datos de senal de las vibraciones simetricas axiales son adquiridos, la unidad de calculo calcula las resonancias simetricas axiales utilizando algunos metodos de analisis bien conocidos, por ejemplo, el analisis de Transformada de Fourier Rapida.
Tal dispositivo es facil de construir para estimar las fuerzas de apriete sobre los arrollamientos de un conjunto de arrollamientos de un transformador.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
La invencion sera explicada a continuacion mas estrechamente mediante la descripcion de diferentes realizaciones de la invencion y con referencia a las figuras adjuntas.
La fig. 1 muestra un dispositivo para determinar la frecuencia resonante mecanica de un modo de vibracion de los arrollamientos en un conjunto de arrollamientos de un transformador, de acuerdo con una realizacion de la invencion.
Las figs. 2a-c muestran un ejemplo de como depende la frecuencia resonante mecanica de la fuerza de apriete mediante una comparacion de casos bien apretados (fig. 2a y fig. 2c) y un caso casi sin apriete (fig. 2b).
La fig. 3 muestra un ejemplo del esquema electrico del generador de impulsos de corriente, de acuerdo con una realizacion de la invencion.
La fig. 4 muestra la estimacion de una frecuencia resonante mecanica esperada como una funcion de la potencia nominal para diferentes tipos de transformadores.
La fig. 5a muestra la corriente a traves del arrollamiento durante el impulso de corriente con un tiempo de subida finito.
La fig. 5b muestra la vibracion medida sobre los arrollamientos durante el impulso de corriente en la fig. 5a.
La fig. 5c muestran el espectro de la senal de vibracion en la fig. 5b.
DESCRIPCION DETALLADA DE REAIZACIONES PREFERIDAS DE LA INVENCION
Esencialmente, una fuerza axial puede ser creada bien mediante un impacto mecanico, por ejemplo un golpe con un martillo, o bien electricamente por un impulso de corriente a traves del arrollamiento. Es sabido que con el impacto mecanico se excitan numerosas resonancias, lo que hace diffcil o casi imposible identificar la frecuencia resonante de los arrollamientos. Adicionalmente, es imposible realizar tal impacto mecanico in situ. Alternativamente, la excitacion de corriente puede ser utilizada para excitar el arrollamiento. La excitacion de corriente excita fundamentalmente los arrollamientos, lo que hace posible encontrar la frecuencia resonante mecanica cuando los arrollamientos oscilan por la fuerza axial.
La excitacion mas simple es la corriente de 50 Hz de estado estacionario durante funcionamiento normal. Pero esta corriente solo excita 50 Hz y sus armonicos. La frecuencia resonante mecanica de los arrollamientos es solamente excitada en irrupcion y a continuacion desaparece en el estado estacionario. Por ello, las frecuencias resonantes mecanicas son diffciles de encontrar utilizando este metodo. Alternativamente, una corriente de entrada puede ser utilizada para excitar los arrollamientos. Tal metodo puede ser realizado cerrando los interruptores de un lado del transformador mientras se dejan los interruptores del otro lado abiertos. La corriente de entrada puede excitar sobre un espectro mas amplio que el estado estacionario de 50 Hz, sin embargo excita el nucleo y otras partes del transformador tambien al mismo tiempo. Por tanto, es muy diffcil individualizar la frecuencia resonante mecanica de los arrollamientos de las otras resonancias.
A continuacion se explicara el metodo de la invencion en conexion con un transformador, sin embargo la invencion tambien es aplicable a una reactancia.
La fig. 1 ilustra un dispositivo para determinar la frecuencia resonante mecanica de un modo de vibracion de los arrollamientos en un conjunto de arrollamientos de un transformador, de acuerdo con una realizacion de la invencion. Como se ha mostrado en la fig. 1, el conjunto de arrollamientos comprende un arrollamiento primario 1 y un arrollamiento secundario 2 con conexiones 1a,1b, 2a y 2b. Un generador 4 de corriente esta conectado a las conexiones 1a, 1b del arrollamiento primario 1. La funcion del generador 4 de corriente es generar un impulso de corriente para crear una fuerza axial que excite los arrollamientos en el modo de vibracion deseado. Un sensor 6, por ejemplo un acelerometro, es colocado en la parte inferior de una pared 3 de deposito para medir las senales de las vibraciones. Las vibraciones medidas por el sensor son adquiridas por una unidad de calculo 8. Ademas, las frecuencias resonantes mecanicas son calculadas basandose en las vibraciones medidas y los resultados son presentados en una unidad de presentacion 10.
Las conexiones 2a, 2b del arrollamiento secundario 2 deberfan estar electricamente dispuestas de modo que el impulso de corriente excite ambos arrollamientos. En la realizacion mostrada en la fig. 1, las conexiones del arrollamiento secundario estan cortocircuitadas. Esta disposicion simula un cortocircuito. En otro caso, el conjunto de arrollamientos de un transformador puede incluir dos o mas arrollamientos secundarios. Entonces todos los arrollamientos secundarios estan cortocircuitados. En el caso de una reactancia, el arrollamiento secundario 2 no existe y por tanto esta operacion es omitida.
Alternativamente, con el arrollamiento secundario 2 abierto, la impedancia del arrollamiento primario 1 es alta y, por tanto, se necesita una tension que este proxima a una tension nominal para que sea capaz de excitar los arrollamientos en el modo de vibracion deseado. Esto puede correr el riesgo de una sobretension.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Una ventaja con la invencion es que excita solo la frecuencia resonante mecanica con un impulso de corriente, lo que hace facil medir las vibraciones. Otra ventaja es que la excitacion del impulso de corriente excita sobre un espectro relativamente amplio. Asf, la invencion puede ser aplicada a un amplio rango de transformadores para estimar las fuerzas de apriete de los transformadores.
Cuando el impulso de corriente es inyectado a traves del arrollamiento primario, estando el arrollamiento secundario dispuesto electricamente de manera apropiada, en este ejemplo cortocircuitado, el impulso de corriente crea una fuerza axial, que ademas hace oscilar a los arrollamientos. Las vibraciones pasan a traves del aceite y a la pared del deposito. La amplitud de la senal puede ser muy dependiente de la posicion del sensor pero la frecuencia no deberfa cambiar para diferentes posiciones del sensor. La conexion mecanica desde el arrollamiento al sensor puede ser vista como un filtro, que aumenta y disminuye frecuencias diferentes. Diferentes posiciones del sensor pueden por tanto mejorar diferentes frecuencias. La mejor posicion es probablemente en un detalle de construccion rfgida con una frecuencia resonante natural que es mucho mas elevada que la frecuencia resonante mecanica. En este ejemplo, el sensor esta colocado en la parte inferior de la pared del deposito.
La unidad de calculo 10 realiza la adquisicion de los datos de senal de las vibraciones, calcula las resonancias simetricas axiales utilizando algunos metodos de analisis bien conocidos, por ejemplo FFT, y presenta los resultados calculados sobre la unidad de presentacion 10.
Las figs. 2a-2c reconocen la dependencia de la frecuencia resonante mecanica sobre una fuerza de apriete. Como se ha ilustrado, una fuerza de apriete incrementada da como resultado una frecuencia resonante mecanica incrementada. Por ejemplo, la fig. 2a muestra una frecuencia resonante mecanica significativa cuando los arrollamientos estan apretados, mientras que la fig. 2b muestra que la frecuencia resonante mecanica ha disminuido cuando no hay apriete sobre los arrollamientos. La fig. 2c muestra que la frecuencia mecanica resonante es incrementada de nuevo cuando los arrollamientos son apretados de nuevo.
La frecuencia resonante mecanica es denominada el primer modo simetrico axial con ambos extremos fijos, en la siguiente notacion f fix-fix".
Se sabe que la caracterfstica de deformacion-tension no lineal de la placa de prensado de un transformador da lugar a la f2 fix-fix que depende de la fuerza de apriete. Consecuentemente, cuando los arrollamientos son excitados en el modo f2 fix-fix, la frecuencia resonante mecanica f2 fix-fix de un transformador puede ser calculada basandose en las vibraciones medidas y en un modelo mecanico detallado del transformador.
La fig. 3 muestra un ejemplo de un esquema electrico del generador 4 de impulsos de corriente de acuerdo con una realizacion de la invencion. El circuito electrico del generador 4 de impulsos de corriente comprende una alimentacion de tension de CC 12, un condensador 14, un diodo 16, y los interruptores 18 y 20. Alternativamente tambien es aplicable un esquema electrico sin el interruptor 18.
En esta configuracion, el generador 4 de impulsos de corriente es conectado a las conexiones 1a, 1b del arrollamiento primario 1. Las conexiones 2a, 2b del arrollamiento secundario 2 estan cortocircuitadas.
Uno de los terminales de la alimentacion de tension 12 de CC esta conectado a una de las conexiones 1a del arrollamiento primario 1 a traves de los interruptores 18 y 20. El otro terminal esta conectado a la otra conexion 1b del arrollamiento primario. Preferiblemente, la magnitud de la alimentacion de tension de CC es del orden de un 10-20% de la tension nominal del transformador. La funcion de la alimentacion de tension de CC es cargar el condensador 14. El condensador esta dispuesto en paralelo con la alimentacion de tension de CC. La capacitancia del condensador depende del tiempo de subida requerido del impulso de corriente como se ha descrito a continuacion. La funcion del condensador es almacenar la energfa para generar el impulso de corriente. El interruptor 18 esta previsto entre la alimentacion de tension de CC y el condensador. La funcion del interruptor 18 es cargar el condensador cuando esta cerrado. El interruptor 20 esta previsto entre el condensador 14 y el diodo 16. La funcion del interruptor 20 es descargar el condensador para inyectar el impulso de corriente al arrollamiento primario cuando esta cerrado. El condensador 14 junto con la inductancia del arrollamiento forman un circuito electrico resonante. El diodo 16 esta dispuesto en paralelo con el condensador. La funcion del diodo es eliminar la oscilacion del circuito electrico resonante cuando el impulso de corriente es generado.
Para inyectar un impulso de corriente en el arrollamiento primario 1, el condensador 14 es cargado por la alimentacion de tension 12 de CC con el interruptor 18 cerrado y el interruptor 20 abierto, y a continuacion el condensador es descargado cerrando el interruptor 20.
Con el fin de excitar solamente la frecuencia resonante mecanica, el impulso de corriente deberfa ser inyectado con un tiempo de subida tsubda proximo o mas corto que el tiempo de subida t de la frecuencia resonante mecanica esperada. Esto significa que la frecuencia resonante electrica fo de la corriente deberfa estar proxima o ser mayor que la frecuencia resonante mecanica f2 fix-fix. El circuito resonante electrico tiene una frecuencia resonante electrica
5
10
15
20
25
30
fo
_l___1_
IxJlC
(1)
donde fo es la frecuencia resonante electrica, L es la inductancia de cortocircuito del transformador y C es la capacitancia del condensador 14.
L = uk
U 2
PN®N
(2)
donde Un es la tension nominal, Pn la potencia nominal, wn la frecuencia de red y uk la impedancia de cortocircuito. C es la capacitancia del condensador que puede ser calculada a partir de las formulas (1) y (2).
C =
1
(2f)2 L
PN®N
(2nfof ukUN
(3)
Por ejemplo, para la corriente con una frecuencia nominal de 50 Hz, para obtener un impulso de corriente con la misma corriente de pico fpco que la corriente nominal, el condensador 14 deberfa ser cargado con Updo-
U = Z * I
pico pico
= m0L *
-P— = ,f2uk *UNfo S Un V 3 N 50
(4)
donde Z es la impedancia de cortocircuito
U2
Z = 2nfo L = fouk-^- (5)
pnJn
Si el impulso de corriente es inyectado en una cuarta parte de periodo sinusoidal, entonces tenemos un tiempo de subida como
I
subida
4 f0
(6)
La capacitancia necesaria es calculada como sigue:
C =
1
(2f )2 L
4t
2
subida
n2 L
(7)
Sin un modelo detallado de un transformador, la resonancia mecanica f2 podrfa ser estimada de manera aproximada a partir de la potencia nominal y de la tension nominal de un transformador como
f2 «
4mva
i
(8)
donde MVA es la potencia nominal de un transformador. Por tanto, una relacion entre la frecuencia resonante mecanica esperada y la fuerza de apriete puede ser predeterminada.
La fig. 4 muestra que la frecuencia resonante mecanica esperada de los arrollamientos es estimada como una funcion de la potencia nominal para diferentes tipos de transformadores. La figura ilustra que diferentes tipos de transformadores tienen diferentes resonancias de arrollamiento. Debido a que la frecuencia resonante electrica fo del impulso de corriente deberfa estar proxima o ser mayor que la frecuencia resonante mecanica f2 fix-fix, f2 en la formula (8) puede ser utilizada en la formula (6) para determinar el tiempo de subida tsubida y por tanto la capacitancia C puede ser determinada con la formula (7). La fig. 4 tambien muestra que para un transformador con una potencia nominal como 200 MVA, las frecuencias resonantes mecanicas pueden ser del orden de 75-140 Hz. Para estimar la fuerza de apriete, la frecuencia resonante mecanica calculada puede ser comparada con la frecuencia resonante esperada, si la frecuencia resonante mecanica calculada es menor que la frecuencia resonante mecanica esperada se indica una fuerza de apriete reducida.
La fig. 5a muestra la corriente a traves del arrollamiento durante el impulso de corriente. La corriente alcanza su pico en el tiempo de subida tsubda. La fig. 5a tambien muestra que, con un diodo dispuesto en paralelo con el condensador, las corrientes son mantenidas por la inductancia y decaen lentamente debido a las perdidas en el arrollamiento despues de
5
10
15
20
25
30
que una corriente alcance su pico.
La fig. 5b muestra la vibracion medida en los arrollamientos durante el impulso de corriente mostrado en la fig. 5a. Observese que el tiempo de subida de la oscilacion es aproximadamente el mismo que tsubda-
La fig. 5c muestra el espectro de la serial de vibracion en la fig. 5b. El valor de pico es una estimacion de la frecuencia resonante mecanica, que puede, por ejemplo, ser utilizada para estimar la fuerza de apriete sobre los arrollamientos de un transformador.
Para ser capaz de calcular la frecuencia resonante basandose en las vibraciones medidas de los arrollamientos, pueden utilizarse varios metodos. Por ejemplo, la transformada de Fourier digital es un algoritmo efectivo para analisis espectral. Ademas, pueden aplicarse metodos de ajuste en casos en los que el analisis espectral no es adecuado. Para un ejemplo, como la excitacion de impulso de corriente da una corta duracion de la serial, el analisis espectral deberfa ser realizado en un marco de tiempo mas bien corto para evitar influencias perturbadoras. Sin embargo, debido a la propiedad de la transformada de Fourier, la resolucion de frecuencia, At, esta limitada debido a que At = 1/T, donde T es la duracion de tiempo de la serial analizada. Para otro ejemplo, el analisis de Fourier algunas veces da una amplia protuberancia con varios picos. Entonces es muy diffcil determinar la frecuencia apropiada.
Daremos a continuacion un ejemplo de un metodo de ajuste posible que ajusta una parte apropiada de la serial, 0(t), a
+ P)^1" + VCC (9)
donde A es la amplitud, wajuste es la frecuencia angular, p es la fase, t es la amortiguacion, y Vcc es el desplazamiento de CC de la serial. Aunque Wajuste es de interes principal, los otros parametros son requeridos para encontrarlo. El metodo de ajuste se basa en minimizar la suma de desviaciones al cuadrado entre 0(t) y y(t):
t=Tfbal
d =ZI°(t) ~V(t )f (10)
El procedimiento es el siguiente:
1. Se seleccionan valores de inicio para todos los parametros.
2. Se establece un escalon inicial para cada parametro.
3. Para cada parametro:
a. Cambiar por el escalon hasta que d ya no disminuye;
b. El nuevo valor de parametro esta en un mfnimo d;
4. Disminuir escalon;
5. Si el escalon es mayor que el valor prescrito, que puede ser ajustado por un operador, volver a 3;
6. Listo.
Este metodo es muy sensible a los valores iniciales. Por tanto el operador puede necesitar ajustar los valores iniciales para ayudar al algoritmo a converger. Especialmente la amplitud y la frecuencia iniciales son sensibles a este respecto.
Con estos dos metodos, las resonancias mecanicas pueden ser calculadas basandose en las vibraciones medidas y las fuerzas de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador pueden ser estimadas.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    1. Un metodo para estimar una fuerza de apriete de arrollamientos sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador comprendiendo el conjunto de arrollamientos al menos un arrollamiento (1) con conexiones y un nucleo de hierro, comprendiendo el metodo:
    - generar (4) un impulso de corriente suficiente para excitar el arrollamiento en un modo de vibracion deseado,
    - suministrar el impulso de corriente a las conexiones del arrollamiento,
    - medir (6) vibraciones del conjunto de arrollamientos generadas por el impulso de corriente,
    - calcular (8) una frecuencia resonante mecanica basandose en las vibraciones medidas, y
    - estimar la fuerza de apriete sobre los paquetes de arrollamientos basandose en la frecuencia resonante mecanica calculada y en una relacion predeterminada entre una frecuencia resonante mecanica esperada de dicho modo de vibracion deseado y la fuerza de apriete, por lo que
    el impulso de corriente es generado por un generador (4) de impulsos que incluye un condensador (14) que junto con el arrollamiento (1) forma un circuito electrico resonante, y el condensador (14) es seleccionado de manera que la frecuencia resonante de dicho circuito resonante este proxima o sea mayor que la frecuencia resonante mecanica calculada del arrollamiento con el fin de generar un impulso de corriente con un tiempo de subida suficiente para excitar el arrollamiento (1) en dicho modo de vibracion deseado.
  2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que dicho modo de vibracion deseado es un modo de vibracion simetrica axial con extremos fijos para un conjunto de arrollamientos de un transformador.
  3. 3. El metodo segun la reivindicacion 1 o 2, en el que dicho conjunto de arrollamientos del transformador comprende un arrollamiento primario (1) y un arrollamiento secundario (2) con conexiones, comprendiendo el metodo disponer electricamente las conexiones del arrollamiento secundario (2) de manera que los arrollamientos (1, 2) son excitados en el modo de vibracion, y el impulso de corriente es suministrado a las conexiones del arrollamiento primario (1).
  4. 4. El metodo segun la reivindicacion 2 o 3, en el que las conexiones del arrollamiento secundario (2) estan dispuestas de manera que el arrollamiento secundario (2) este cortocircuitado.
  5. 5. El metodo segun las reivindicaciones 1-4, en el que la relacion predeterminada entre la frecuencia resonante mecanica calculada y el apriete es estimada matematicamente basandose en la potencia nominal y en la tension nominal del transformador.
  6. 6. Un dispositivo para estimar una fuerza de apriete de un arrollamiento sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador, comprendiendo el conjunto de arrollamientos al menos un arrollamiento (1) con conexiones (1a, 1b) y un nucleo de hierro, comprendiendo el dispositivo:
    - un generador (4) de impulsos de corriente configurado para generar un impulso de corriente suficiente para excitar el arrollamiento (1) en un modo de vibracion deseado,
    - un medio (12) de alimentacion de corriente para alimentar el impulso de corriente al arrollamiento (1),
    - un sensor (6) para medir vibraciones del conjunto de arrollamientos del transformador generadas por el impulso de corriente, y
    - una unidad de calculo (8) configurada para calcular dicha frecuencia resonante mecanica basandose en las vibraciones medidas y para estimar las fuerzas de apriete sobre los paquetes de arrollamientos basandose en la frecuencia resonante mecanica calculada y una relacion predeterminada entre la frecuencia resonante mecanica esperada de dicho modo de vibracion deseado y la fuerza de apriete, en que
    el generador de impulsos incluye un condensador (14) que junto con el arrollamiento (1) forma un circuito electrico resonante, y el condensador (14) es seleccionado de manera que la frecuencia resonante de dicho circuito resonante este proxima o sea mayor que la frecuencia resonante mecanica esperada del arrollamiento con el fin de generar un impulso de corriente con un tiempo de subida suficiente para excitar el arrollamiento en dicho modo de vibracion deseado.
  7. 7. El dispositivo segun la reivindicacion 6, comprendiendo dicho conjunto de arrollamientos del transformador un arrollamiento primario (1) y un arrollamiento secundario (2) con conexiones (1a, 1b, 2a, 2b), en que las conexiones (2a, 2b) del arrollamiento secundario (2) estan dispuestas electricamente de manera que los arrollamientos son excitados en el modo de vibracion deseado, y el impulso de corriente es suministrado a las conexiones del arrollamiento primario (1).
  8. 8. El dispositivo segun la reivindicacion 7, en el que las conexiones (2a, 2b) del arrollamiento secundario (2) estan
    9
    dispuestas de modo que el arrollamiento secundario (2) esta cortocircuitado.
  9. 9. El dispositivo segun las reivindicaciones 6-8, en el que dicho sensor (6) es un acelerometro.
  10. 10. El dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 6-9, en el que el generador de impulsos comprende un circuito electrico para ser conectado al arrollamiento primario (1), incluyendo dicho condensador (14), una alimentacion de
    5 tension (12) de CC prevista para cargar el condensador (14), y un interruptor (20) configurado, despues de activacion, para generar un impulso de corriente mediante la descarga del condensador (14).
  11. 11. El dispositivo segun la reivindicacion 10, en el que un diodo (16) esta dispuesto en paralelo con el condensador (14).
ES09745702.2T 2008-05-14 2009-05-11 Un método y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador Active ES2599306T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08156186A EP2120317A1 (en) 2008-05-14 2008-05-14 A method and a device for determining the mechanical resonant frequency of a vibration mode for a winding package of a transformer
EP08156186 2008-05-14
PCT/EP2009/055643 WO2009138370A1 (en) 2008-05-14 2009-05-11 A method and a device for estimating the clamping force on a winding package of a transformer or a reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2599306T3 true ES2599306T3 (es) 2017-02-01

Family

ID=39847079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09745702.2T Active ES2599306T3 (es) 2008-05-14 2009-05-11 Un método y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9099913B2 (es)
EP (2) EP2120317A1 (es)
CN (1) CN102027660B (es)
BR (1) BRPI0912563B8 (es)
ES (1) ES2599306T3 (es)
WO (1) WO2009138370A1 (es)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8522626B2 (en) * 2011-04-04 2013-09-03 Weidmann Electrical Technology Inc. Clamping force sensor assembly for monitoring transformer degradation
CN103135035A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 江西省电力科学研究院 变压器绕组状态诊断方法
KR20160002949A (ko) 2013-04-26 2016-01-08 비코 홀딩 아게 길이방향-변형-유도 자켓들 및 센서 시스템들 및 이러한 센서들을 포함하는 구조들을 구비하는 섬유-격자 센서들
CN103399255B (zh) * 2013-07-05 2016-01-13 西安交通大学 一种用伪随机序列辨识电力变压器绕组状态的方法
CN103792462B (zh) * 2014-01-15 2017-01-18 国家电网公司 基于阻频曲线的电力变压器绕组匝间短路故障检测方法
CN104122471B (zh) * 2014-07-31 2017-01-25 山东省环能设计院股份有限公司 用于测量超特高压变压器线饼冲击电压的试验装置
CN104459452B (zh) * 2014-12-23 2017-02-22 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种脉冲变压器同名端识别器
ES2667688T3 (es) * 2015-07-27 2018-05-14 Abb Schweiz Ag Procedimiento para clasificar el estado de la sujeción de devanado de un transformador de potencia
RU2606701C1 (ru) * 2015-08-19 2017-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Способ диагностики электротехнического устройства с обмотками и магнитопроводом
CN105182116B (zh) * 2015-08-26 2018-08-14 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于加权梯度结构相似度的变压器绕组工作状态检测方法
CN106768509A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种绕组受力可调的试验变压器
RU2643940C1 (ru) * 2016-12-30 2018-02-06 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Логотех" Способ вибрационного безразборного диагностирования трансформатора
CN107192518A (zh) * 2017-05-19 2017-09-22 国网天津市电力公司 一种交流系统用自耦无励磁调压变压器振动测试方法
CN107014484A (zh) * 2017-05-19 2017-08-04 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种变压器绕组压紧力试验装置
CN108534933B (zh) * 2018-03-27 2020-12-08 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 变压器绕组监测装置
WO2020008243A1 (en) 2018-07-04 2020-01-09 Bosch Car Multimedia Portugal, S.A. Method and system for clamping force estimation

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2427736A1 (fr) * 1978-05-31 1979-12-28 Bicosa Recherches Dispositif generateur d'impulsions de decharge electrique a frequence de decharge controlee
US4261206A (en) * 1978-08-18 1981-04-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Fault diagnostic device for winding of electric machinery and apparatus
JPS5561258A (en) * 1978-10-30 1980-05-08 Toshiba Corp Apparatus for monitoring vibration at end of stator winding for rotary electric machine
JPS61235712A (ja) * 1985-04-11 1986-10-21 Kensaku Imaichi 管の内径等の測定方法
SU1390643A1 (ru) * 1986-11-24 1988-04-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Технологии Электромашиностроения Способ контрол пропитки обмоток электротехнических изделий
GB8703543D0 (en) * 1987-02-16 1987-03-25 Era Patents Ltd Transformer testing
WO2002095346A1 (fr) * 2001-05-21 2002-11-28 Sensor System Co., Ltd. Testeur de boulonnage
US6466034B1 (en) * 2001-05-29 2002-10-15 Powertech Labs Inc. Transformer winding movement detection by high frequency internal response analysis
JP4285057B2 (ja) * 2003-04-16 2009-06-24 株式会社安川電機 サーボ制御装置
WO2005091004A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Univ British Columbia Electric winding displacement detection method and apparatus
EP1703286B1 (de) * 2005-03-16 2008-05-14 Prüftechnik Dieter Busch Ag Schwingungssensor oder Meßaufnehmer
CN100373166C (zh) * 2005-11-30 2008-03-05 上海市电力公司 利用扫频电源激振检测变压器绕组状态的装置
CN2864705Y (zh) * 2005-11-30 2007-01-31 上海市电力公司 利用扫频电源激振检测变压器绕组状态的装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20110112777A1 (en) 2011-05-12
US9099913B2 (en) 2015-08-04
BRPI0912563A2 (pt) 2015-10-13
EP2120317A1 (en) 2009-11-18
EP2283567B1 (en) 2016-07-27
BRPI0912563B1 (pt) 2019-07-09
CN102027660B (zh) 2013-09-11
EP2283567A1 (en) 2011-02-16
CN102027660A (zh) 2011-04-20
BRPI0912563B8 (pt) 2022-11-01
WO2009138370A1 (en) 2009-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2599306T3 (es) Un método y un dispositivo para estimar la fuerza de apriete sobre un conjunto de arrollamientos de un transformador
ES2533797T3 (es) Dispositivo y método para la detección de una falla a tierra
JP5378798B2 (ja) 無線周波数プラズマ発生器の電源装置及び当該電源装置を備えたプラズマ発生装置
ES2784623T3 (es) Aparato para predecir la pérdida de potencia de un transformador
US20140347070A1 (en) Measuring Method Using a Measuring Apparatus for Cable Diagnosis and/or Cable Testing
KR100998576B1 (ko) 내부 임피던스 또는 이의 유효성분 측정연산 장치 및 그방법
EP2402775B1 (en) Insulation inspection/diagnosis device and method of dynamo-electric machine
CN113238093B (zh) 非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质
US9329215B2 (en) Impedance measurement apparatus
Xiang et al. Online ESR monitoring of DC-link capacitor in voltage-source-converter using damping characteristic of switching ringings
ES2256124T3 (es) Procedimiento y dispositivo para determinar la calidad de un cable.
JP2014109475A (ja) パルス電圧を用いた電力ケーブルの水トリー劣化検出装置及びパルス電圧を用いた電力ケーブルの水トリー劣化検出方法
RU2490654C1 (ru) Устройство для определения нарушений целостности изоляции проводов
KR101491102B1 (ko) 2차 전지의 특성 측정장치 및 방법
KR101332675B1 (ko) 몰드변압기의 권선 진동 분석장치
KR101358038B1 (ko) 몰드변압기의 권선 진동 분석방법
KR20160121642A (ko) 인버터 구동 전동기의 절연 상태 진단 방법 및 장치
Xiang et al. Online monitoring of lithium-ion battery impedance using DC–DC converter self-excited switching oscillations
KR20070039254A (ko) 수냉각 발전기의 절연물 흡습 정도 진단 장치
CN114325474B (zh) 漏电检测电路
Abasian et al. A characterization method for identifying the piezoelectric bending beam energy harvesters
RU2491564C1 (ru) Устройство для определения дефектов изоляции проводов
JP2004163344A (ja) 電池評価装置
Holboll et al. Time domain PD-detection vs. dielectric spectroscopy
SU531103A1 (ru) Способ испытани витковой и корпусной изол ции обмоток не внополюсных роторов с демпферной обмоткой электрических машин переменного тока