Контроль витковых деформации обмоток
силовых трансформаторов
Малиновский
Виталий Николаевич,
доктор технических наук , профессор,
Хоанг
Ван Ньу,
аспирант,
Муборакшоев
Джамшед Толибшоевич,
аспирант.
Кафедра информационно – измерительной
техники Московского энергетического института.
Важным параметром, определяющим безаварийную
работу трансформаторного оборудования, является состояние геометрии обмоток,
которая может изменяться при протекании сквозных токов короткого замыкания и приводить
к деформациям обмоток, а в дальнейшем к витковым замыканиям, взрывам и пожарам
с серьезными последствиями и ущербом по недоотпуску электроэнергии. По данным
Департамента генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и
сетей РАО «ЕЭС России» для трансформаторов и автотрансформаторов напряжением
110 ‑ 500 кВ мощностью 63 МВА и более, эксплуатируемых на
предприятиях электрических и межсистемных сетей России, около 30% от общего
числа технологических нарушений [1, 2], связанных с отключением оборудования от
устройств защиты или персоналом по аварийной заявке, сопровождалось
возникновением внутренних коротких замыканий. Основными причинами таких отключений,
связанных с внутренними короткими замыканиями (КЗ), являются износ и пробой
изоляции обмоток и отводов, недостаточная электродинамическая стойкость обмоток
при КЗ, пробой внутренней изоляции высоковольтных вводов. Таким образом,
вырисовываются две основные причины повреждаемости мощных силовых
трансформаторов - это недостаточная стойкость обмоток при КЗ и пробой внутренней
изоляции [1, 2].
В настоящее время известен ряд
методов контроля витковых деформаций обмоток мощных силовых трансформаторов: метод низковольтных импульсов; метод вибрационных
характеристик; метод частотных характеристик и метод контроля сопротивления короткого
замыкания [3, 4].
Чат знакомств без регистрации. Белорусский чат без регистрации chatruletkaz.com Грузовые перевозки новосибирсе грузовые перевозки новосибирсе грузимвозим54.рф
Анализ этих методов, показывает,
что наиболее перспективным среди
них для разработки контрольно-измерительного оборудования является метод
контроля сопротивления короткого замыкания , преимущество которого состоит в том, что это прямой метод
измерений витковых деформаций обмоток трансформатора, что позволяет контролировать
витковые деформации в режиме on-line и не требует вывода трансформатора из рабочего
режима. На основе данного метода научной группой под руководством Малиновского
В.Н, разработан устройство контроля витковых деформаций мощных силовых
трансформаторов под нагрузкой [5, 6]. Суть метода заключается в измерении
падения напряжения на сопротивлениях в каждой фазе трансформатора
и тока по ним протекающего, и из полученного результата вычисляется значение .
На рис. 1. показана электрическая схема
замещения одной из фаз двухобмоточного трехфазного трансформатора.
Рис. 1. Схема замещения трансформатора.
Рис. 2. Упрощенная схема замещения трансформатора.
В этой схеме и – активное
сопротивление и индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора; и – приведенные значения
активного сопротивления и индуктивности рассеяния его вторичной обмотки; и – активное сопротивление и индуктивность первичной обмотки,
определяющие ток холостого хода трансформатора. Соотношение параметров
элементов в схеме отвечает условиям:
, ,.
Тогда, пренебрегая в первом приближении током
холостого хода и сопротивлениями и в сравнении с и можно представить
упрощенную электрическую схему замещения одной фазы трансформатора так, как
показано на рис. 2. Измерив значения напряжения и тока , можно вычислить модуль значения :
(1)
Отсюда находится индуктивность рассеяния
обмотки:
(2)
Индуктивность рассеяния обмоток прямо связана
с ее геометрическими размерами и изменение последних однозначно отражается на
изменении значений . Следовательно, измерение изменений индуктивностей рассеяния
является прямым методом измерения деформации обмоток. В этом заключается важное
достоинство данного метода измерения. Формула (1) содержит частоту тока
протекающего через трансформатор, поэтому контроль изложенным методом
требует измерения и учета частоты приложенного к трансформатору напряжения.
Однако, если перейти от измерения абсолютных значений в каждой фазе
трансформатора к измерению относительных значений этих сопротивлений в разных
фазах трансформатора [7], то от этого недостатка можно избавиться.
Следует заметить, что индуктивность рассеяния
обмоток трансформатора невелика, а измерять необходимо её изменение с высокой
точностью. Поэтому измерение следует организовывать по первой гармонике,
принимая меры к минимизации уровня более высоких гармоник, в первую очередь
третей гармоники, которая возникает при перемагничивании сердечника трансформатора
из-за нелинейности кривой намагничивания стального сердечника.
В первом приближении, пренебрегая током
холостого хода , полученный результат по формуле (1) содержит методическую
погрешность измерения значения Zк. При учете тока
холостого хода , имеем: , откуда следует .
Для простоты анализа, обмотки трансформатора будем
рассматривать как симметричные и , где – входное сопротивление короткого замыкания рассматриваемой
фазы трансформатора.
Тогда значение Zк должно находиться по формуле:
(3)
В лаборатории кафедры Информационно –
измерительной техники Московского Энергетического Института, проведены работы
по исследованию зависимости значения сопротивления короткого замыкания
трансформатора малой мощности типа ТС-180 в разных режимах его работы. Эти результаты
представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Зависимость значения Zк трансформатора с учетом тока
холостого хода от тока нагрузки при разных значениях напряжения первичной цепи.
Полученные результаты измерения параметров
Т-образной схемы замещения трансформатора показывают, что значение трансформатора зависит
от уровня сквозного тока, протекающего через трансформатор и от уровня
напряжений на его обмотках. Эти зависимости оказываются сильно выраженными при
малых значениях сквозного тока трансформаторов I1 ≤ 0,3 Iном., где Iном.– номинальное значение входного тока трансформатора. А в диапазоне
входного тока трансформатора I1 ≥ 0,30 Iном, эти зависимости представляется сравнительно слабыми, и могут быть
скорректированы введенных поправок на уровни входного тока трансформатора и его
входного напряжения.
Полученные результаты показывают пути
дальнейшего повышения точности измерения сопротивления короткого замыкания в мощных силовых
трансформаторах.
Литература
1.
Хренников
А.Ю.- канд. техн. наук. Основные причины внутренних повреждений омоток силовых
трансформаторов напряжением 110-500 кВ в процессе эксплуатации //Промышленная
энергетика № 12. – Москва, 2006. – с. 12-14.
2.
Хренников
А. Ю., Сафонов А. А., Передельский В. А., Киков О. М., Якимов В. А. Опыт диагностики
силового трансформаторного оборудования. – http://www.diarost.ru.
– Москва: филиал ФСК ЕЭС Московское ПМЭС, 2004.
3.
Сви П.М.
Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. М.: Энергоиздат, 1992. –220 с.
4.
Конов
Ю.С., Короленко В.В., Федорова В.П. Обнаружение повреждений трансформаторов при
коротких замыканиях //Электрические станции №7. – 1980. –с. 46‑48.
5.
Абрамцева
Н.Н., Горшунов В.Ю, Григорьева Е.Г., инжинеры, Малиновский В.Н., док.техн.наук,
Антипов Г.В., канд.техн.наук, Скляров А.П., инж. Устройства для диагностики под нагрузкой
радиальных механических деформаций мощных двухобмоточных трансформаторов.
//Электрические станции №11. – 1996. – с. 63-65.
6.
Антипов
Г.В., Горшунов В.Ю., Малиновский В.Н. Скляров А.П., Хубларов Н.Н. Система диагностики
механического состояния обмоток мощных двухобмоточных трансформаторов
//Измерительная техника №9. – 1996. – с.40-44.
7.
Малиновский
В.Н., Гречкин А.Н., Котиков К.В. Методы автоматического контроля и мониторинга
деформаций обмоток мощных трансформаторов находящихся под нагрузкой //Измерительные
средства и технологии Т.2, Москва. – 2004. – с.183-186.
Поступила в редакцию 29.12.2009
г.