SU1742750A1 - Способ контрол состо ни обмоток трансформатора - Google Patents

Abstract

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

Description

Изобретение относитс  к электрическим измерени м и предназначено дл  использовани  при эксплуатации силовых трансформаторов в энергосистемах, при заводских испытани х, а также в различных системах измерений параметров, защиты и автоматики трансформаторов.

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол  путем обеспечени  стабильности измерений трансформатора под нагрузкой.

В качестве параметра контрол  принимают полное сопротивление рассе ни  Z трансформатора, если дл  контролируемого трансформатора справедливо соотношение X R, где X - индуктивное, a R - активное сопротивлени  обмоток.

В противном случае, а акже при искажении формы кривой напр жени  или тока в качестве параметров контрол  принимают индуктивности рассе ни  L и активные сопротивлени  R обмоток, что повышает точность способа. Измер ют напр жени  и токи всех обмоток контролируемого трансформатора . В зависимости от выбранного параметра контрол  измер ют действующие или мгновенные значени  напр жений и токов.

Пусть в качестве параметра контрол  используют Z и измерени  соответственно действующих значений напр жений и токов .

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

где Ui, h - напр жение и ток первой обмот- ки; , ,

U2,12 - приведенные напр жение и ток второй обмотки;

Z-|. 2.2 - полные сопротивлени  рассе ни  первой и второй обмоток.

Дл  определени  двух неизвестных параметров Zi и 2.2 производ т два измерени  напр жений и токов в фиксированные моменты времени при различных значени х Ui, U2 , И, 12. Получают два уравнени  (1). Определ ют параметр контрол :

Z Zi + 2.2 . Затем определ ют AZ Z - -Zs,

где Z3 - эталонное значение параметра контрол , определ емое предыдущими измерени ми на исправном трансформаторе или по паспортным данным. Можно также ис (Л

С

4 Ю

-

пользовать сопротивление двух фаз трансформатора .

Измер ют также частоту напр жени . Если частота f в момент измерени  напр жений и токов отличаетс  от частоты f3, при которой определены эталонные значени  параметров контрол , то параметр контрол  определ ют по формуле

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

В зависимости от измер емых напр жений и токов возможно определение фазных или линейных значений параметров контрол .

С учетом наличи  устройств регулировани  напр жени  параметры контрол  определ ютс  при работе на одном и том же ответвлении от обмотки.

При использовании в качестве параметров контрол  индуктивности рассе ни  L и активного сопротивлени  R уравнение (1) дл  мгновенных значений напр жений и токов имеет вид

UrUHiRi

+ LlLl+liRi + .

Дл  определени  четырех неизвестных параметров Ri, LI, R2 , li производ т четыре измерени  в фиксированные моменты времени , а параметры контрол  определ ют по выражени м (

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

где , Рэ - эталонные значени  параметров контрол , определенные как указано выше. Дл  трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов возможно использование параметров контрол  (как изложено выше), в частности

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

ИЛИ(

AUi2 liZi + l2Zz,

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

AU 12 +AU 13 -AU 23

(4)

Zi - Z 2

211 AU 12 + AU 23-AU 13

2 I

3

AU 13 +AU23 -AU i2 32TT

и параметров контрол 

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

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

Все указанные выше измерени  напр жений и токов обмоток контролируемого трансформатора независимо от прин тых параметров контрол  производ т одновре5 менно в фиксированные моменты времени. Это позвол ет получить совместную систему уравнений дл  определени  значений параметров контрол  вида (1), (3), (4) и уменьшить вли ние погрешностей измере10 ни  напр жений и токов. Так, измерени  мгновенных значений напр жений и токов производ т при одних и тех же определенных значени х их фазовых углов, например 90 , что уменьшает вли ние фазовых по15 грешностей измерительных трансформаторов и повышает стабильность измерений.

Одновременно с напр жени ми и токами обмоток измер ют температуры окража- ющей измерительные трансформаторы и

20 контрольные кабели среды и частоту напр жени  сети.

Измеренные значени  напр жений обмоток U,, токов обмоток li, температур окружающей среды Ti и частоты напр жени  f

25 сравнивают соответственно со значени ми напр жений обмоток Uj3, токов обмоток э, температур окружающей среды Т|Э и частоты напр жени  сети fs, при которых ранее определены эталонные значени  парамет30 ров контрол .

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

I li-lial 5l | ,

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

lis y,

где Ui, li, TI, f - измер емые значени  соответственно напр жений обмоток, токов обмоток , температур окружающей среды и частоты напр жени  сети;

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

Uia, |э, Т|Э, ia значени  соответственно напр жений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты сети, при которых ранее определены эталонные значени  параметров контрол ;

б DJ ,5|(,5т| , 5f- заданные значес-л ни  допустимых при определении параметров контрол  отклонений измер емых величин;

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

40

45

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

Выполнение услови  э /позвол ет увеличить в выражени х (1), (2), (4) величину вида (Ih - Ua). При этом уменьшаетс  вли ние изменени  погрешностей измерени  напр жений Ui, что способствует обеспечению стабильности измерений. Не учитываютс  изменени  погрешностей измерительных трансформаторов от изменени  величины и фазы сопротивлени  нагрузки , поскольку в эксплуатации нагрузка измерительных трансформаторов практически посто нна.

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

Изменени  частоты около номинального значени  в энергосистеме происходит не- прерывно, что в течение времени проведени  измерений обеспечивает выполнение условий If-fs l 5f.

Падени  напр жений в измерительных цеп х определ ютс  в основном активными сопротивлени ми этих цепей, т.е. измерительных трансформаторов и кабелей, и завис т от их температур. Температура, в свою очередь, зависит от температуры окружающей среды и превышени  температуры, определ емого нагрузкой. Поскольку нагрузка измерительных трансформаторов практически посто нна, падени  напр жений в измерительных цеп х определ ютс  только температурами окружающей среды.

Выполнение услови  ITi-Tj9 l б ц достигаетс  путем определени  эталонных параметров контрол  при всех возможных в эксплуатации температурах окружающей среды, вз тых с интервалом, например, 5... 10°. Дл  этого достаточно провести определение эталонных параметров в течение периода наладки - первого полугода эксплуатации (например, с  нвар  по июнь), охватив тем самым весь возможный диапазон температур.

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

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

На чертеже показана схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа.

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

Устройство содержит блок 4 обработки информации, к входам которого присоединены кабел ми измерительные трансформаторы 5-7 тока и измерительные трансформаторы 8-10 напр жени , блоки 11-13 измерени  температур окружающей измерительные цепи обмоток 1-3 среды.

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

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

Измеренные значени  Ui, li, f обрабатываютс  блоком 4 в соответствии с одним из выражений (1), (3), (4) с учетом, при необходимости , формулы (2), и определ ютс  соответствующие параметры контрол . Затем из определенных ранее, в период наладки, эталонных значений параметров контрол  выбирают те, которые определены при температурах Ti3, удовлетвор ющих условию I TI - Т|э I 5 TJ . Сравнива  их с вновь определенными параметрами контрол , определ ют отклонени , характеризующие состо ние обмоток.

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

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

ТП электростанции или подстанции дл  накоплени  и анализа информации.

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

Способ осуществл ют следующим образом ,

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

В качестве параметра контрол  прин то сопротивление рассе ни  Z трансформатора , Измер ют действующие значени  напр жений Ui и IJ2 , тока И.

Ток холостого хода трансформатора не превышает 0,6% и благодар  услови м Ur

-Uia I 5ui -I h- Из «5ц, If-T3i df .

I Ti - Tis I б т; практически не измен етс  в процессе измерений. Поэтому без ущерба дл  стабильности методической погрешно- сти измерений можно прин ть

Ii l2.

Тогда из выражени  (1) параметр контрол 

IU 1 -U jl

Z I 1

определ ют на основании одного измерени  значений Ui, Ua , h.

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

При измерении получено:

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

Тогда 2 19,21 Ом.

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

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

I U2-U23 К 0,1 KB,

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

11 0,320 кА,

При достаточном времени измерений (например, 1 ч) услови  будут выполн тьс  в процессе измерений за счет естественных колебаний напр жений и токов без специальной подгонки их персоналом.

Возможна  нестабильность параметра контрол  за счет изменени  инструментальных погрешностей измерительных цепей и приборов может быть рассчитана следующим образом.

Изменение погрешности каждого трансформатора напр жени  и трансформатора тока составл ет около 0,01 % на 1 % изменени  их первичного напр жени  и тока . Изменение температур окружающей среды на 5° приводит к изменению погрешностей измерительных трансформаторов на 0,005%. При допустимой потере напр жени  в измерительных кабел х от трансформаторов напр жени  до приборов 0,5%-ное изменение температур окружающей среды на 5° приводит к изменению потери напр жени  в кабел х на 0,01 %.

Изменение частоты сети в указанных, выше пределах не дает заметного изменени  погрешностей. Погрешности приборов, измер ющих напр жение и ток, при выполнении условий, указанных аыше, практически не измен ютс . В наиболее т желом случае, когда все изменени  погрешностей обоих трансформаторов напр жени  арифметически суммируютс , получают результирующее изменение погрешности измерени  напр жений, равное

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

По отношению к разности напр жений

I Ui-U2 l 10,79 кВ.

эта результирующа  относительна  погрешность составит 0,55%. С учетом изменени  погрешности измерени  тока нестабильность параметра контрол  Z составит не бо- лзеО,58%.

Таким образом, можно считать, что инструментальна  погрешность способа при указанных услови х не превышает 1 %. Тогда отклонение значени  параметра контрол  Z более чем на 2% от эталонного значени  указывает на наличие опасных деформаций обмоток, что соответствует известной методике.

Стабильность измерений nos «шаетс  с уменьшением значений 3 в выражени х

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

I Ti - Пэ I б TJ , что может достигатьс  путем подгонки напр жений и токов персоналом , в частности, за счет изменени  реактивной мощности.

Дл  уменьшени  вли ни  случайных погрешностей на достоверность определени  деформаций обмоток измерени  и определение параметров контрол  производ тс  многократно с последующей статической обработкой результатов. Так, например, в течение часа можно произвести 10-20 измерений .

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

Изобретение обеспечивает проведение контрол  состо ни  обмоток под нагрузкой, что позвол ет избежать отключени  трансформатора дл  проведени  измерений и св занного с ним ущерба. Достоверный периодический контроль состо ни  обмоток дает возможность не производить аварийных отключений трансформатора, уменьшить затраты на ремонт, избежать ущерба от недоотпуска или недовыработки энергии.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ контрол  состо ни  обмоток трансформатора, включающий одновременные измерени  напр жений и токов каждой обмотки при ограниченной нагрузке транс0

   5

   форматора в фиксированные моменты времени , определение значений параметров контрол  и их отклонений от эталонных значений параметров контрол , отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности контрол , одновременно с измерением напр жений и токов обмоток дополнительно измер ют частоту напр жени  сети и температуру окружающей среды, а значени  параметров контрол  определ ют при одновременном выполнении условий

   I Ui - Ui3 I д LH,

   I li - lis I 5 и,

   If -f31 5f,

   IT|-T|8 I 5T,,

   Mia I У,

   где Ui, li, TI, f - измер емые значени  соот- 0 ветственно напр жений обмоток, токов обмоток , температур окружающей среды и частоты напр жени  сети;

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

   Uia, lis, Tj3, fs - значени  соответственно напр жений обмоток, токов обмоток, температур окружающей среды и частоты сети, при которых ранее определены эталонные значени  параметров контрол ;

   3 ui. 5 и , б ц , 5 f - заданные значени  допустимых при определении параметров контрол  отклонений измер емых величин; у - заданное значение тока 1-й обмотки

   5

   0