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].

Видеочат без регистрации

Чат знакомств без регистрации. Белорусский чат без регистрации

chatruletkaz.com

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 Z_к. 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 Z_к 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 I_ном., где I_ном.– номинальное значение входного тока трансформатора. А в диапазоне входного тока трансформатора I₁ ≥ 0,30 I_ном, 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.