PL237056B1 - Układ do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora i sposób pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora umożliwiający jednoczesną rejestrację tej odpowiedzi w konfiguracji pomiędzy końcami uzwojenia oraz w konfiguracji międzyuzwojeniowej oraz sposób pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora.

Do detekcji odkształceń uzwojeń transformatorów znana jest i stosowana metoda analizy odpowiedzi częstotliwościowej (z ang. Frequency Response Analysis - FRA), która umożliwia bezpośrednią identyfikację problemów ze stanem mechanicznym uzwojeń transformatorów. Metoda ta opiera się na zależności pomiędzy geometrycznym kształtem poszczególnych elementów części aktywnej, wpływającym na lokalne pojemności, indukcyjności, sprzężenia i rezystancje, a kształtem krzywej funkcji przejścia takiego układu. W odpowiedzi częstotliwościowej można zauważyć wiele rezonansów szeregowych i równoległych. Każda zmiana geometrii skutkuje zmianą częstotliwości lokalnych rezonansów oraz ich tłumienia widocznych na rejestrowanej krzywej. Poprzez porównanie wyników zarejestrowanych po wprowadzeniu deformacji do badanego układu z wynikami referencyjnymi, możliwe jest stwierdzenie zmian w geometrii, a w pewnych przypadkach dokładniejsza identyfikacja rodzaju, miejsca czy też skali deformacji. Wyniki pomiarów metodą FRA prezentowane są zazwyczaj w postaci charakterystyk Bodego, gdzie amplituda obliczana jest jako skalarny stosunek sygnału mierzonego na wyjściu układu do sygnału podawanego na wejście i prezentowana w formie tłumienia (w dB). Z kolei przesunięcie fazowe odpowiedzi częstotliwościowej wynika z różnicy między tymi sygnałami i przedstawione jest w stopniach. Najczęściej do analizy wykorzystuje się tylko zmiany amplitudy, którą przyjęło się oznaczać jako FRA, można więc zapisać następująco:

™(dB) = 20log^ t/we

W roku 2012 Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) opublikowała normę międzynarodową (IEC 60076-18: Power transformers - Part 18: Measurement of frequency response), która określa metodologię wykonywania pomiarów odpowiedzi częstotliwościowej.

Do pomiarów odpowiedzi częstotliwościowej stosowany jest układ trzech przewodów (plus potencjał odniesienia, czyli uziemiona kadź, ekrany przewodów i urządzenia pomiarowego). Układ taki umożliwia uniezależnienie wyniku pomiaru od położenia przewodów, pod warunkiem prowadzenia ich jednym torem i stosowania tych samych długości, tak by sprzężenia pojemnościowe i indukcyjne nie wpływały na odpowiedź badanego układu i czasy propagacji były takie same. Impedancja pomiarowa i impedancja falowa przewodów pomiarowych powinna, zgodnie z normą, wynosić 50 Ω.

Najczęściej stosowane są dwa rodzaje układów: układ do pomiaru pomiędzy końcami uzwojenia oraz układ do pomiaru międzyuzwojeniowego pojemnościowego.

Układ do pomiaru pomiędzy końcami uzwojenia (z ang. end-to-end open) zawiera zasilanie, uziemienie, generator sygnału i dwa kanały pomiarowe. Wyjście z generatora sygnału połączone jest z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek badanego uzwojenia. Każdy z dwóch kanałów pomiarowych składa się z impedancji połączonej z układem do pomiaru spadku napięcia na tej impedancji. Wyjścia kanałów pomiarowych połączone są z izolatorami przepustowymi wyprowadzającymi początek i koniec badanego uzwojenia.

Układ do pomiaru międzyuzwojeniowego pojemnościowego (z ang. interwinding capacitive) także zawiera dwa kanały pomiarowe. Wyjście jednego kanału pomiarowego połączone jest z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy, a wyjście drugiego kanału pomiarowego połączone jest z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia dolnego napięcia tej samej badanej fazy transformatora. Wyjście z generatora sygnału połączone jest z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy.

Inne układy pomiarowe, niezalecane do stosowania, to pomiar pomiędzy końcami wybranego uzwojenia, przy uzwojeniach strony przeciwnej zwartymi (z ang. end-to-end shorted) oraz pomiar pomiędzy początkami uzwojeń górnego i dolnego tej samej fazy, z przeciwnymi końcami tych uzwojeń uziemionymi, tzw. pomiar międzyuzwojeniowy indukcyjny (z ang. interwinding inductive).

Z publikacji Banaszak S., Szoka W.: Cross Test Comparison in Transformer Windings Frequency Response Analysis, Energies 11, nr 6, 1349, 2018 znana jest metoda analizy stanu mechanicznego części aktywnej transformatora w oparciu o pomiary pochodzące z dwóch układów pomiarowych:

PL 237 056 Β1 pomiędzy końcami uzwojenia oraz międzyuzwojeniowego pojemnościowego. Dane pochodzące z tych układów mogą być analizowane osobno, jednak skutecznym narzędziem jest wprowadzenie metody CTC (Cross Test Comparison), analizującej wyniki uzyskane z obu układów pomiarowych jednocześnie. Wyniki te zostały powiązane następującą zależnością:

CTC(f) = FRA_E2E(f) - FRA_Po](f) gdzie: FRAe2e - wyniki uzyskane w układzie pomiędzy końcami uzwojenia, FRApoi - wyniki uzyskane w układzie międzyuzwojeniowym pojemnościowym.

Układ do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora, według wynalazku, zawierający zasilanie, generator sygnału i dwa kanały pomiarowe, każdy składający się z impedancji połączonej z układem do pomiaru spadku napięcia oraz uziemienie, charakteryzuje się tym, że ma dodatkowy trzeci kanał pomiarowy składający się z impedancji i układu do pomiaru spadku napięcia na niej, których wyjście umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia dolnego napięcia badanej fazy transformatora. Wyjście pierwszego kanału pomiarowego umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy, a wyjście drugiego kanału pomiarowego umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym z izolatorem przepustowym wyprowadzającym koniec tego samego uzwojenia. Wyjście generatora sygnału umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy.

Korzystnie generator sygnału, pierwszy, drugi i trzeci kanał pomiarowy umieszczone są w obudowie.

Sposób pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora, według wynalazku, polegający na podaniu sygnału na izolator przepustowy wyprowadzający początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy, rejestracji tego sygnału i odpowiedzi uzwojeń górnego napięcia i dolnego napięcia badanej fazy, charakteryzuje się tym, że do izolatorów przepustowych transformatora podłącza się równocześnie trzy kanały pomiarowe, każdy składający się z impedancji połączonej z układem do pomiaru spadku napięcia, przy czym dwa kanały pomiarowe podłącza się do izolatorów przepustowych wyprowadzających początek i koniec badanego uzwojenia strony górnego napięcia badanej fazy transformatora, zaś trzeci kanał podłącza się do izolatora przepustowego wyprowadzającego początek uzwojenia dolnego napięcia badanej fazy. W ten sposób przy zastosowaniu jednego sygnału wzbudzającego uzwojenia dokonywana jest jednoczesna rejestracja odpowiedzi na ten sygnał dla obu układów pomiarowych.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość bezpośredniego wyznaczenia danych pomiarowych w postaci wyników CTC, bez konieczności ich przeliczania z wcześniejszych wyników. Dodatkowym efektem uzyskanym przez zastosowanie układu pomiarowego według wynalazku jest modyfikacja otrzymanych sygnałów, znamienna tym, że następuje zmiana tłumienia w niskim zakresie częstotliwości, co wynika z podłączenia impedancji pomiarowych po obu stronach (dolnego i górnego napięcia) transformatora. Zmiana ta ogranicza w odpowiedziach częstotliwościowych rejestrowanych dla obu uzwojeń indukcyjny wpływ strony przeciwnej. Dzięki temu uzyskany sygnał w większym stopniu związany jest z każdym badanym uzwojeniem.

Układ według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu pomiarowego, fig. 2 przedstawia schemat układu połączonego z transformatorem, fig. 3 przedstawia na wykresie porównanie wyników pomiarów FRA z wykorzystaniem znanego układu pomiarowego pomiędzy końcami uzwojenia oraz układu według wynalazku, fig. 4 przedstawia na wykresie porównanie wyników pomiarów FRA z wykorzystaniem znanego układu pomiarowego międzyuzwojeniowego pojemnościowego i układu według wynalazku.

Przykład 1

Układ do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora zawiera zasilanie, generator sygnału 1 połączony z wyjściem przystosowanym do przyłączenia przewodu koncentrycznego 6 oraz trzy kanały pomiarowe: pierwszy kanał pomiarowy 3, drugi kanał pomiarowy 4 i dodatkowy, trzeci kanał pomiarowy 2. Każdy z kanałów zbudowany jest z impedancji pomiarowej 50 Ω w postaci rezystora R, połączonej równolegle z układem mierzącym na nim spadek napięcia i przystosowany jest do przyłączenia przewodów koncentrycznych 6. Generacja sygnału i pomiar poprzez kanały pomiarowe 3, 4 i 2 realizowany jest względem wspólnego uziemienia 7. Wyjście pierwszego kanału pomiarowego 3 połączone jest z izolatorem przepustowym fazy A napięcia górnego transformatora 5

PL 237 056 B1 (początek uzwojenia górnego napięcia) i rejestruje sygnał referencyjny U_We podawany z generatora sygnału 1. Wyjście drugiego kanału pomiarowego 4 połączone jest z izolatorem przepustowym górnego napięcia wyprowadzającym koniec badanego uzwojenia i rejestruje odpowiedź częstotliwościową U_Wyi tego uzwojenia. Wyjście trzeciego kanału pomiarowego 2 połączone jest z izolatorem przepustowym dolnego napięcia fazy, na którą podawany jest sygnał i rejestruje odpowiedź międzyuzwojeniową U_Wy2. W ten sposób przy zastosowaniu jednego sygnału wzbudzającego uzwojenia podawanego na izolator przepustowy strony górnego napięcia dokonywana jest jednoczesna rejestracja odpowiedzi na ten sygnał danego uzwojenia górnego napięcia i uzwojenia dolnego napięcia poprzez sprzężenia międzyuzwojeniowe.

Wyniki pomiarów FRA dla transformatora 15/0,4 kV, 0,8 MVA przedstawiono na wykresach pokazanych na fig. 3 i 4, gdzie krzywa X oznacza wynik pomiaru dla układu według wynalazku, a krzywa Y oznacza wynik pomiaru dla układu znanego ze stanu techniki.

P r z y k ł a d 2

Układ jak w przykładzie 1, z tym, że generator sygnału 1, pierwszy, drugi i trzeci kanał pomiarowy 3, 4, 2 umieszczone są we wspólnej obudowie 8 wyposażonej w zacisk uziemiający i wyjścia umożliwiające podłączenie przewodów koncentrycznych 6.

Claims (3)

1. Układ do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora, zawierający zasilanie, generator sygnału i dwa kanały pomiarowe, każdy składający się z impedancji połączonej z układem do pomiaru spadku napięcia oraz uziemienie, znamienny tym, że ma dodatkowy trzeci kanał pomiarowy (2) składający się z impedancji (R) i układu do pomiaru na niej spadku napięcia (U_Wy2), których wyjście umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym (6) z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia dolnego napięcia badanej fazy transformatora (5), zaś wyjście pierwszego kanału pomiarowego (3) umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym (6) z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy, a wyjście drugiego kanału pomiarowego (4) umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym (6) z izolatorem przepustowym wyprowadzającym koniec tego samego uzwojenia, przy czym wyjście generatora sygnału (1) umożliwia połączenie przewodem koncentrycznym (6) z izolatorem przepustowym wyprowadzającym początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że generator sygnału (1), pierwszy (3), drugi (4) i trzeci kanał pomiarowy (2) umieszczone są w obudowie (8).

3. Sposób pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojeń transformatora polegający na podaniu sygnału na izolator przepustowy wyprowadzający początek uzwojenia górnego napięcia badanej fazy, rejestracji tego sygnału pierwszym kanałem pomiarowym, rejestracji odpowiedzi uzwojenia górnego napięcia na izolatorze przepustowym wyprowadzającym koniec tego uzwojenia drugim kanałem pomiarowym, znamienny tym, że do izolatorów przepustowych transformatora podłącza się równocześnie trzy kanały pomiarowe, każdy składający się z impedancji połączonej z układem do pomiaru spadku napięcia, przy czym dwa kanały pomiarowe podłącza się do izolatorów przepustowych wyprowadzających początek i koniec badanego uzwojenia strony górnego napięcia badanej fazy transformatora, zaś trzeci kanał podłącza się do izolatora przepustowego wyprowadzającego początek uzwojenia dolnego napięcia badanej fazy.