RU2069371C1

RU2069371C1 - Method of diagnostics of power transformers

Info

Publication number: RU2069371C1
Application number: RU93033648A
Authority: RU
Inventors: Павел Анфимович Бутырин; Леонард Валентинович Алексейчик; Михаил Евгеньевич Алпатов
Original assignee: Павел Анфимович Бутырин; Леонард Валентинович Алексейчик; Михаил Евгеньевич Алпатов
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: diagnostics of power transformers. SUBSTANCE: at time moments $$$, where n is the number of transformer windings, the values and phases of voltages and currents of each winding are measured, and, according to the measured values, impedance $$$ and short-circuit loss Psh., current $$$ and idling loss Po are determined. The transformer technical condition and serviceability are determined according to the excess of values $$$ over the respective standard values. EFFECT: facilitated procedure. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике. The invention relates to electrical engineering.

Известны способы диагностики силовых трансформаторов по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Диагностическими параметрами при этом являются: ток холостого хода i $\binom{%}{o}$ = (I_o/I_н)•100; потери холостого хода P_o; напряжение короткого замыкания U $\binom{%}{к}$ или численно равное ему сопротивление короткого замыкания Z $\binom{%}{к}$ :U $\binom{%}{к}$ = (U_к/U_н)•100 = Z $\binom{%}{к}$ = (Z_к/Z_н)•100;; потери короткого замыкания P_к. Здесь I_o измеренное значение тока холостого хода; U_к измеренное значение напряжения короткого замыкания; U_н, I_н соответственно номинальные напряжение и ток трансформатора; Z_к U_к/I_к, Z_н U_н/I_н. По отклонениям указанных диагностических параметров от их эталонных значений оценивают техническое состояние трансформатора [1]
Общим недостатком этих способов является необходимость вывода трансформатора из-под нагрузки, что весьма неэкономично.Known methods for diagnosing power transformers according to the experiments of idling and short circuit. The diagnostic parameters in this case are: no-load current i $\binom{%}{o}$ = (I _o / I _n ) • 100; loss of idling P _o ; short circuit voltage U $\binom{%}{to}$ or numerically equal to it short circuit resistance Z $\binom{%}{to}$ : U $\binom{%}{to}$ = (U _to / U _n ) • 100 = Z $\binom{%}{to}$ = (Z _to / Z _n ) • 100 ;; short circuit loss P _to . Here I _{o the} measured value of the open circuit current; U _{to the} measured value of the short circuit voltage; U _n , I _n respectively the rated voltage and current of the transformer; Z _to U _to / I _to , Z _n U _n / I _n . The deviations of the specified diagnostic parameters from their reference values evaluate the technical condition of the transformer [1]
A common disadvantage of these methods is the need to remove the transformer from under load, which is very uneconomical.

Необходимость снижения количества остановок трансформаторов при сохранении контроля над указанными диагностическими параметрами требует разработки способов их определения непосредственно при работе под нагрузкой. The need to reduce the number of transformer stops while maintaining control of the specified diagnostic parameters requires the development of methods for their determination directly when working under load.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля внутренних обмоток силовых трансформаторов, при котором определяют фактическое значение сопротивления короткого замыкания внутренних обмоток силовых трансформаторов, сравнивают это значение с эталонным и по превышению определенной величины над эталонной судят о степени деформации контролируемой обмотки [2]
Однако данный способ позволяет контролировать только один диагностический параметр сопротивление короткого замыкания, лишь частично характеризующий техническое состояние трансформатора. Кроме того, в основу данного способа положено упрощенное представление трансформатора без учета намагничивающего тока, что обусловливает дополнительную погрешность способа.The closest in technical essence to the proposed one is a method for monitoring the internal windings of power transformers, in which the actual value of the short circuit resistance of the internal windings of the power transformers is determined, this value is compared with the reference value and, when a certain value is exceeded over the reference value, the degree of deformation of the controlled winding is judged [2]
However, this method allows you to control only one diagnostic parameter short circuit resistance, which only partially characterizes the technical condition of the transformer. In addition, the basis of this method is a simplified representation of the transformer without taking into account the magnetizing current, which leads to an additional error of the method.

Задача, на решение которой направлено настоящее предложение, заключается в том, чтобы по рабочим параметрам функционирующего трансформатора определить ряд важнейших диагностических показателей. Получаемый технический результат состоит в том, что по данным измерений действующих значений и фаз векторов токов и напряжений обмоток в разные моменты времени осуществляется контроль нескольких диагностических параметров: сопротивления и потерь короткого замыкания Z $\binom{%}{к}$ и Р_к; тока и потерь холостого хода i $\binom{%}{o}$ и P_o.The task to which this proposal is directed is to determine a number of important diagnostic indicators by the operating parameters of a functioning transformer. The obtained technical result consists in the fact that according to measurements of the effective values and phases of the current vectors and winding voltages at various time points, several diagnostic parameters are monitored: resistance and short circuit loss Z $\binom{%}{to}$ and R _to ; current and idle losses i $\binom{%}{o}$ and P _o .

Достоинство нового способа заключается в том, что вместе с сохранением непрерывности контроля обмоток, когда определяют фактическое значение сопротивления короткого замыкания внутренних обмоток силового трансформатора, сравнивают это значение с эталонным, по превышению определенной величины над эталонной судят о степени деформации контролируемой обмотки, в отличие от прототипа, дополнительно к измерениям напряжений и токов обмоток трансформатора в момент времени τ₁, соответствующий определенному состоянию нагрузки, измеряют фазы напряжений и токов обмоток силового трансформатора, в моменты τ₂,...,τ_n, соответствующие (n 1) другим состояниям нагрузки, где n число обмоток трансформатора, повторно измеряют значения и фазы напряжений и токов каждой из обмоток, и по измеренным значениям, на основании решения уравнений состояния силового трансформатора относительно матриц узловых проводимостей и узловых сопротивлений многополюсника (схемы замещения) трансформатора, определяют сопротивление Z $\binom{%}{к}$ и потери P_к короткого замыкания, потери P_o и ток i $\binom{%}{o}$ холостого хода, по превышению значений Z $\binom{%}{к}$ ,P_к,P_o,i $\binom{%}{o}$ над соответствующим эталонным значением судят о техническом состоянии трансформатора и его способности к дальнейшему функционированию.The advantage of the new method is that, together with maintaining the continuity of the control of the windings, when the actual value of the short circuit resistance of the internal windings of the power transformer is determined, this value is compared with the reference value, after exceeding a certain value over the reference value, the degree of deformation of the controlled winding is judged, in contrast to the prototype , in addition to measuring the voltage and currents of the transformer windings at a time instant τ ₁ corresponding to a specific load condition, the phases are measured voltages and currents of the windings of the power transformer, at moments τ ₂ , ..., τ _n corresponding to (n 1) other load conditions, where n is the number of transformer windings, re-measure the values and phases of the voltages and currents of each of the windings, and the measured values , based on the solution of the equations of state of the power transformer with respect to the matrices of nodal conductivities and nodal resistances of the multipole (equivalent circuit) of the transformer, determine the resistance Z $\binom{%}{to}$ and loss P _to short circuit, loss P _o and current i $\binom{%}{o}$ idling, exceeding Z values $\binom{%}{to}$ , P _k , P _o , i $\binom{%}{o}$ the corresponding reference value is judged on the technical condition of the transformer and its ability to further function.

Таким образом перечисленные отличительные признаки являются существенными, поскольку достигается более полная оценка технического состояния трансформатора за счет большего количества контролируемых показателей. Thus, the above distinguishing features are significant, since a more complete assessment of the technical condition of the transformer due to the greater number of controlled indicators is achieved.

Для реализации описанного способа диагностики трансформаторов может быть использована измерительная схема, представленная на рисунке, изображающем соединение объекта с приборами. To implement the described method for the diagnosis of transformers, a measuring circuit shown in the figure depicting the connection of an object with devices can be used.

В момент времени τ₁ соответствующий определенному состоянию нагрузки, измеряют действующие значения токов I $\binom{(1)}{1}$ ,I $\binom{(1)}{2}$ и напряжений U $\binom{(1)}{1}$ ,U $\binom{(1)}{2}$ обмоток трансформатора и их фазовые сдвиги относительно произвольного опорного сигнала (например, напряжения первичной обмотки

.At time τ ₁ corresponding to a certain load condition, measure the current values of currents I

\binom{(one)}{1}

, I

\binom{(one)}{2}

and voltages U

\binom{(one)}{1}

, U

\binom{(one)}{2}

transformer windings and their phase shifts relative to an arbitrary reference signal (for example, primary winding voltage

.

Здесь и в дальнейшем нижний индекс соответствует номеру обмотки, верхний номеру измерения (номеру момента времени, в который производилось измерение); подчеркивание латинской буквы обозначает комплексное выражение величины, обозначенной данной буквой:

сдвиг по фазе (фаза) между векторами

и

.Hereinafter, the lower index corresponds to the winding number, the upper measurement number (the number of the point in time at which the measurement was made); underlining of the Latin letter denotes a complex expression of the value indicated by this letter:

phase shift (phase) between vectors

and

.

В момент времени τ₂,, соответствующий другому состоянию нагрузки, повторно измеряют значения и фазы напряжений и токов каждой из обмоток:

,
.At time τ ₂ , corresponding to a different load condition, the values and phases of the voltages and currents of each of the windings are re-measured:

,
.

Составляют систему уравнений состояния силового трансформатора:

или в более компактной записи:

где [Yil]₂₂ матрица узловых проводимостей многополюсника трансформатора; e основание натурального логарифма; j мнимая единица.They compose a system of equations of state for a power transformer:

or in a more compact notation:

where [Yil] _{22 is the} matrix of the nodal conductivity of the multipole transformer; e is the base of the natural logarithm; j is the imaginary unit.

Решают систему относительно матрицы узловых проводимостей:

Вычисляют значение сопротивления короткого замыкания:

,
где I_1н, U_1н номинальные значения тока и напряжения первичной обмотки;

модуль комплексного числа.The system is solved with respect to the matrix of nodal conductivities:

The value of the short circuit resistance is calculated:

,
where I _1n , U _1n nominal values of current and voltage of the primary winding;

modulus of a complex number.

Вычисляют потери короткого замыкания:
P_к= I $\binom{2}{1н}$ •Re[(Y₁₁)^-1],
где Re(•) действительная часть комплексного числа.Short circuit loss is calculated:
P _to = I $\binom{2}{1n}$ • Re [(Y ₁₁ ) ^-1 ],
where Re (•) is the real part of the complex number.

Находят матрицу узловых сопротивлений многополюсника трансформатора:

Вычисляют значение тока холостого хода:

Вычисляют потери холостого хода:

Найденные значения сравнивают с эталонными Z

\binom{%}{кэ}

,P_кэ,i

\binom{%}{оэ}

,P_оэ и при недопустимых отклонениях фактических показателей от эталонных принимают решение о выводе трансформатора из-под нагрузки.Find the matrix of nodal resistances of the multipolar transformer:

The idle current value is calculated:

The idle loss is calculated:

The found values are compared with the reference Z

\binom{%}{ke}

, P _ke , i

\binom{%}{oe}

, P _oe and with unacceptable deviations of the actual indicators from the reference, they decide on the output of the transformer from under load.

Таким образом реализация предлагаемого способа диагностики силовых трансформаторов позволит обеспечить непрерывный контроль нескольких диагностических параметров и предотвратить возможную аварию трансформатора. Thus, the implementation of the proposed method for diagnosing power transformers will provide continuous monitoring of several diagnostic parameters and prevent a possible transformer accident.

Claims

A method for diagnosing power transformers, which consists in measuring the voltage and currents of the transformer windings at a time instant τ ₁ corresponding to a certain load condition, characterized in that they additionally measure the phases of voltages and currents of the power transformer windings at moments τ ₂ , ..., τ _n corresponding to (n 1) other load conditions, where n is the number of transformer windings, re-measure the values and phases of the voltages and currents of each of the windings, from the measured values based on the solution of the equations of state of power of the transformer relative to the array of nodal and nodal conduction resistances multipole (equivalent circuit) of the transformer determine the impedance Z

\binom{%}{to}

and losses P _to short circuit, losses P _about and current i

\binom{%}{o}

idling and exceeding Z values

\binom{%}{to}

, P _k , P _o , i

\binom{%}{o}

the corresponding reference values are judged on the technical condition and operability of the transformer.