автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Диагностика деформации обмоток силовых трансформаторов энергосистем

* Г Б -О А Государственный комитет Российской Федерации

по высшему образованию

Новочеркасский государственный технический университет

РГ 5

_ ^ 1395 На нравах рукописи

ДОРОЖКО Сергей Васильевич

УДК 621.314.222.6.001.4

Диагностика деформации обмоток силовых трансформаторов энергосистем

Специальность 05.14.02 — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОЧЕРКАССК 1995

Работа выполнена па кафедре «Автоматизированные электроэнергетические системы» Новочеркасского государственного технического университета

Научный ■ руководитель доктор технических, наук,, профессор Засыпкин А. С.,

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Подгорный Э. В,, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Середин М. М.

Ведущая организация — Ростовское акционерное общество энергетики и электрификации «Ростовэнерго».

Защита состоится « 8 » 1995 года

в часов в аудитории 107 главного корпуса на заседа-

нии диссертационного Совета Д 063.30.01 Новочеркасского государственного технического университета (346400, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул- Просвещения, 132).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новочеркасского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить в адрес университета.

v

Автореферат разослан «

1995 года.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 063.30.01 к. т. н., доцент

Золотарев Н. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Общая мощность силовых трансформаторов напряжением НО кВ и выше в настоящее время превышает генераторную мощность энергосистем в несколько раз. Наблюдается рост единичных мощностей и номинальных напряжений трансформаторов. Кроме того, основная часть электрооборудования электростанций (порядка 90%), действующего в настоящее время, отработает свой ресурс к 2005-2010 гг. Поэтому обеспечение надежной и бесперебойной работы силовых трансформаторов на данном этапе является важной задачей. Одним из направлений снижения ущерба от повреждений силовых трансформаторов является совершенствование их диагностики. Действия электродинамических сил при внешних к.з. ведут к накапливаемым деформациям обмоток силового трансформатора. Несвоевременный вывод в ремонт трансформатора может вызвать аварийный выход его из строя. Число аварий, к которым приводят эти повреждения, составляет 8,8% от общего количества аварий и отказов силовых трансформаторов. Наиболее информативным признаком деформации обмоток является изменение сопротивления к.з. трансформатора. Эксплуатационным циркуляром Минэнерго СССР * Ц-02-88 (Э) от 28.12.1987г. предлагается выполнять измерения сопротивления к.з. отключенных от сети трансформаторов мощностью 63 МВА и более, класса напряжения НО кВ и выше: перед вводом в эксплуатацию, при капитальных ремонтах, после протекания тока 0,7 и более расчетного тока к.з. трансформатора. Подобные замеры желательно проводить и на трансформаторах меньшей мощности. Известны методы контроля деформации обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети, но они или несовершенны, или имеют узкую область применения. Поэтому разработка методов и устройств выявления деформации обмоток силовых трансформаторов без отключения их от сети является актуальной задачей.

Целью настоящей работы является создание нового метода, устройств и алгоритмов диагностирования деформации обмоток, не требующих отключения силового трансформатора от сети.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи;

- исследование состояния диагностики силовых трансформаторов в части контроля нарушения геометрии обмоток;

- уточнение нормы признака деформации обмоток трансформатора;

- получение модели для идентификации с целью диагностирования

- 2 -

деформации оОмоток силового трансформатора;

- разработка метода выявления деформации обмоток силовых трансформаторов, алгоритмов и устройств для его- реализации.

Поставленная цель достигается на базе использования методов теории электрических цепей, математического и физического моделирования, теории вероятностей,вычислительной математики, теории планирования эксперимента.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложен метод пересчета нормы признака дефекта - деформации обмоток трансформатора в зависимости от относительных геометрических параметров неповрежденного трансформатора.

2. Разработана схема замещения нулевой последовательности несимметричного трансформатора как модель для идентификации с целью диагностирования деформации обмоток силового трансфбр -матора.

3. Разработаны метод, алгоритмы и программы контроля изменения сопротивления к.з. трансформаторов НО кВ и выше без отключения их от сети.

4. Предложены методы компенсации погрешностей первичных измерительных преобразователей: восстановление первичного тока, меньшего Ъ% номинального тока трансформатора тока (ТТ) в нейтрали силового трансформатора, по вторичному току; восстановление напряжения нулевой последовательности на шинах ВН по вторичному напряжению несимметричного трансформатора напряжения (ТН).

Достоверность результатов подтверждена лабораторными исследованиями и промышленным применением на предприятиях АО "Ростовэнерго".

Практическая ценность работы состоит в том, что:

- метод, устройство и программы контроля изменения сопротивления к.з. силового трансформатора позволяют с достаточной точностью диагностировать деформации и смещения обмоток трансформа-матора без отключения его от сети;

- разработано схемотехническое решение микропроцессорного регистратора параметров нормального режима с возможностью широкого использования;

- разработана методика нормирования признака деформации обмоток в зависимости от относительных геометрических размеров активной части трансформатора.

Результаты научных работ внедрены в учебный процесс НГТУ -используются при выполнении специальных разделов дипломных про-

ектов.

Экономический эффект от внедрения разработанного метода выявления деформации обмоток силового трансформатора по параг метрам нулевой последовательности нормального режима с использованием микропроцессорного регистратора на одном предприятии электрических сетей составляет в ценах декабря 1994г. 9300 тыс. руб в год.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуадались на всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях и семинарах: "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе"(г.Барнаул,1988г.), "Техническая диагностика устройств релейной защиты и автоматики электрических систем" (г.Мариуполь, 1990г.), "Кибернетика электрических систем" (г.Новочеркасск, 1992-1994гг.) ; на ХУ111 конференции по итогам научно-исследовательской работы профес-сорско - преподавательского состава Ставропольского политехнического института за 1988г. .(г.Ставрополь, 1988г.); на ХХШ1, ХШШ научных сессиях профессорско-преподавательского состава,научных работников и аспирантов Новочеркасского государственного технического университета ( г.Новочеркасск,1993,1994 гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 125 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 9 таблиц, список литературы из 86 наименований, 7 приложений на 40 страницах. Общий объем работы составляет 215 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертации проводится анализ повреждаемости силовых трансформаторов. Установлено, что удельная аварийность силовых трансформаторов НО кВ и выше довольно высока. Значительную роль в их повреждаемости играют деформации обмоток. Определено направление повышения эксплуатационной надежности силовых трансформаторов - диагностика силовых трансформаторов без отключения от сети. Использование такой диагностики существенно повышает эффективность контроля и открывает возможность его автоматизации. Кроме того, снижаются затраты на проведение испытаний и улучшаются условия труда персонала. Данные о причинах повреждений силовых трансформаторов подтверждают, что низкая эффективность действующей системы, эксплуатационного

контроля залокена в ее основе: наиболее часто встречающиеся дефекты оборудования предписанными методами не выявляются или обнаруживаются недопустимо поздно. Важную часть в системе диагностики силового трансформатора должны занимать методы выявления механических деформаций обмоток, возникающих вследствие электродинамических воздействий. Типичная форма развития повреждения при деформации обмоток - нарушение изоляции с последующим возникновением витковых замыканий, разрядов или полного пробоя участков главной изоляции. Проведен анализ известных методов выявления деформации обмоток силовых трансформаторов без отключения трансформатора от сети и установлено, что они далеки от совершенства или имеют узкую область применения.

Основным нормированным признаком дефекта (НПД) - деформации обмоток является относительное изменение сопротивления к.з. ДХ^. Норма признака дефекта установлена циркуляром равной 3 %. Выявлены зависимости Дх^ от относительной деформации и относительных геометрических размеров трансформаторов одинаковой конструкции и технологии изготовления для характерных видов деформации-. При осевом смещении обмоток

при радиальной деформации внутренней обмотки по всей окружности

^^ = 14,6-1,07а-17,18В-181,3а+76,11аа-18,79ва, (2)

где р= то/С; а=БЛ>ст; в=ъл>ст; а=а/с; ъ=(ъ,+1)г)/г-,

- средние диаметры внутренней и внешней обмоток; 1)ст- диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня; й = (Бг-0()/2 - расстояние между средними линиями обмоток; Д<1,= Да/й - относительное изменение эквивалентного диаметра внутренней обмотки при радиальной волновой деформации ее по всей окружности; С - высота обмоток; Д0„= До/о - относительное осевое смещение обмоток, ъ - толщина обмоток.

Полученные зависимости можно использовать для пересчета НПД ЛХК>{ трансформаторов одинаковой конструкции и технологии изготовления, но различных геометрических размеров, если есть достоверные данные о хотя бы одного из трансформаторов, по условию равенства относительной д ации характерного вида

(I)

) '

где р(П ) - правая часть (I) или (2).

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассматривается получение и использование схемы замещения нулевой последовательности несимметричного трехфазного трансформатора как модели для диагностирования деформации и смещения обмоток трансформатора по признаку изменения продольной не симметрии без отключения его от сети, используя параметры нормального режима.

Для построения схемы замещения, нулевой последовательности применен комбинированный путь - рассматривается упрощенная схема магнитной цепи, а параметры полученной на ее основе схемы замещения нулевой последовательности определяются экспериментально.

На рисЛ представлена расчетная схема - комбинация электрической и магнитной цепей трехфазного трансформатора с соединением обмоток Уо/Д, связывающего части электроэнергетической системы ЭЭС1 на стороне ВН и ЭЭС2 на стороне Ш. На схеме обмотка

наружная, и>2 - внутренняя, и>л = н>2= w. _Стрелками указаны положительные направления фазных напряжений иА, ив, ис относительно земли. Если они определяются относительно заземляющего контура, к которому подключена нейтраль трансформатора, то ZN принимается равным нулю. Пренебрегаем магнитным сопротивлением ярм, магнитными и добавочными потерями.

Приняты следующие обозначения:

un= n Е и„- напряжение нулевой последовательности; и р=А,в,с .

hx- ho- hr = з % = 5Г . £ hv - токи в ®>за*

" —а , ь , о

ВН, нейтрали, ток нулевой последовательности;

i2A,i2B,i2C,ia=-5~ ^ l2v~ Ф33™0 токи во вторичных обмотках, соединенных в треугольник, ток "треугольника*';

фстА,фстВ'фстС ~ магнитные потоки в стержнях (с учетом штоков в пространстве между стержнем и внутренней обмоткой), сцепленные с внутренней обмоткой ш2;

®КА Ав Ао'3\=Л icrv + ®КР> - магнитные потоки в канале рассеяния мезду обмотками одной фазы и между ярмами вне обмоток;

rctA' rctB' RciC «КА- *КВ' «КС 3 V " магнитные С0ПР°" тивления соответствующим потокам;

R^Rg- электрические сопротивления первичной и вторичной обмоток; практически я1Д= н1В = R1C= R1; RgA= R2B= Rg^ Rg*.

Zjj- сопротивление заземления.

- б -

В результате преобразований уравнений, описывающих расчетную схему трехфазного трансформатора уравнениями Кирхгофа для электрических цепей первичных и вторичных обмоток и для магнитной цепи, получены следующие уравнения для первых гармоник напряжений, токов, ЭДС:

и0 = (Н1+ 3^) 10 + jzVL0 1Ц0 ;

V - ^ст ^СТО + ЧтО + *Ь0 + Чо ! «2 Ч = «*от ^стО + Что •• <3>

■^о = + 1ьо • • • •

1ь0 = 1Д + 1цст0 5

где: 1Ц0Т1). 1йст0 = - токи, намагничивающие

цространство вне магнитопровода и V - й стержень, ток нулевой последовательности намагничивания стержней;

= ^о ~ ~ ток НУЛ0ВОЙ последовательности в месте рассматриваемой продольной несимметрии, вызванной различием сопротивлений к.з. фаз трансформатора;

Хц0. , хот - индуктивные сопротивления намагничивания нулевой последовательности, короткого замыкания и холостого хода стержня одной из фаз, произвольно принятой за базу, например, А.

Отклонения индуктивных сопротивлений других фаз

Лхкв= хкв~ ^с = ^с ~ хк: ^ств= Хств~ Хст' ^стс = хстс" Хст*

ДВ^, АЕст0 - ЭДС нулевой последовательности, обусловленные неравенством сопротивлений к.з. и неравенством сопротивлений х.х. по фазам,

ЛВстО = (^ЛХств/3)

цотв ЦстС"

По уравнениям (3) построена схема замещения нулевой последовательности несимметричного трехфазного трансформатора (рис.2,а). Соединив между собой схемы отдельных последовательностей и сопротивление, обусловливающее продольную несимметрию АХ^/3, получим комплексную схему замещения при увеличенном сопротивлении к.з. в одной у-той фазе на дх^ (рис.2,б). Здесь

эзсг(м)

Рис. I. Расчетная схема трехфазного трансформатора

4

¿о О

а) £)

Рис. 2. Схема замещения несимметричного трехфазного

трансформатора: а - нулевой последовательности;

б - комплексная

• • ••• •••

= ""-ЬО + 1Х1Р+ 1Ь2У= Но + 111>+ 121>) ~ ^О15 ^ "^О* - фазный ток обмотки ВН;

<ЛХк» /3>< К - V) > - Чсо-

При Хот-» <» и АХ^-» 0 полученная схема замещения превращается в традиционную для симметричного трансформатора.

По аналогии могут быть разработаны схемы замещения нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов с различным соединением обмоток и их взаимным расположением.

В соответствии со схемой замещения рис.2, ток нейтрали несимметричного трансформатора в общем случае содержит три составляющие ("частичные токи"):

обусловленную напряжением нулевой последовательности на шинах ВН - и0;

, определяемую несимметрией обмоток - ДЕк0; ', вызванную несимметрией магнитной цепи - АЕст0.

Параметры схемы замещения нулевой последовательности определяются экспериментально. В лабораторных условиях можно измерить электрические сопротивления обмоток и на постоянном токе; сопротивление короткого замыкания в опыте короткого замыкания; сопротивление холостого хода гсту в опыте трехфазного холостого хода при номинальном напряжении; сопротивление нулевой последовательности в опыте холостого хода при разомкнутом треугольнике обмотки НН и соединенных вместе фазных выводах обмотки ВН.

Для силовых трансформаторов НО кВ и выше сопротивление нулевой последовательности измерить нельзя из - за невозможности размыкания треугольника вторичных обмоток. Поэтому его можно определить через сопротивление нулевой последовательности Х0, полученное экспериментально. При Р^ « хст и И, + «

у = *к,°РХо , где * = I £ х .

Тогда выражение для тока нейтрали силового трансформатора с симметричной магнитной системой, т.е. при '= 0 имеет вид:

Зип • 1„= Г.+ г/ =-^- - Е -х (4)

где ха = 1/( + |---1— ) - расчетное сопротивление

и.раоч ¿0 ^ "Ьс.ор

нулевой последовательности (симметричного трансформатора).

Таким образом,для определения из (4) относительного отклонения сопротивления к.з. трансформатора АХ^/З^ достаточно при известных и ^ изменить первые гармоники напряжения нуле-

вой последовательности Зи0 на шинах ВН, тока в нейтрали и фазных токов обмотки ВН в. рабочем режиме трансформатора, т.е. без отключения его от сети. По изменению' ЛХ^/^ после внешнего к.з. (в опыте 2) определяется относительное изменение сопротивления к.з. АХ,,,, являющееся нормируемым признаком деформации,

= *« я ^- • (б)

0.01 (%) + I

В этом заключается сущность предлагаемого метода выявления деформации обмоток силовых трансформаторов по параметрам нормального режима.

При реализации метода для обеспечения требуемой точности дополнительно необходимо:

- восстановить ток нейтрали по вторичному току трансформатора тока, работающего с большой погрешностью при малых токах;

- компенсировать погрешность трансформатора напряжения нулевой последовательности, обусловленную его не симметрией.

Восстановить ток нейтрали по вторичному току трансформатора тока возможно следующими способами:

1) с помощью •зависимостей для встроенного ТТ с реальной нагрузкой 12=Р(11) или Г^РС^) и 0=ф(12), где - токовая и угловая погрешности, снятых на отключенном от сети трансформаторе;

2) если таких зависимостей нет, то можно воспользоваться предложенным методом экстраполяции вторичного тока на нулевое сопротивление вторичной цепи.

Для реализации второго способа производятся три замера вторичного тока: при реальном сопротивлении вторичной цепи ТТ Ъг\ при сопротивлении Ъг + АН;при сопротивлении 2г +2АИ. Значение АН должно быть таким, чтобы вторичный ток изменился ориентировочно на ЮЖ. По полученным замерам производится квадратичная экстраполяция на нагрузку, равную нулю. При этом токовая и угловая погрешности снижаются в несколько раз.

Вторичное напряжение ТН с учетом несимметрии его фаз

иА ив ис и„

Зи02= + __в_ + _£_ = 2 ,

^Ш. Кв ^С 1'"А,В,С Куу

- 10 -

где Кцу - коэффициент передачи по напряжению каждой фазы

V = А,В,С нагруженного ТН. Разложив первичные^ напряжения иА,ив,ис на. симметричные составляющие ,й2, с учетом того, что и2<<и1~и1)| получим

ГД9 ^ = р3/Л в' «Г^ = 1 + 03240 + е;1120-

"•т* пга пгс

Отсюда искомое первичное напряжение

= К'-Т^ ' Кб, '

Для его определения по измеренным зи02 и й^ необходимо знать с высокой точностью действительные коэффициенты передачи

^ил* ^ов*

Можно обойтись без определения точных значений коэффициен-

• *

тов передачи, если воспользоваться вместо Кио и Кщ, значениями Ку0 ном , Кцу ном и вместо Кнб1 экспериментальным эквивалентным коэффициентом небаланса Кн(3у.

Методика экспериментального определения Кнб„ позволяет компенсировать не только несимметрию ТН, но и "магнитную" несимметрию силового трансформатора ' •

Предложенный метод выявления деформации обмоток трансформатора позволяет определять по признакам продольной несимметрии относительное отклонение сопротивления к.з. обмоток трансформатора ЫК])/ гк в одной фазе V или двух фазах V и V + I при их деформации. При деформации обмоток во всех трех фазах определяются по предложенному методу значения

(дгк„ - Д2к(„+2))/ гК и (Агк(1)+1)- Д^^р/ гк, где Агк(„+2)- изменение сопротивления к.з. в третьей фазе, т.е. проявляется методическая погрешность метода, равная Д2к(У+2)/2к-Относительная вероятность возникновения этой погрешности равна отношению вероятности одновременной деформации всех трех фаз к вероятности деформации хотя бы одной фазы при внешних к.з.,т.е.

р р р р Л _ ДА ДВ ДС_ ,

Рд(1'2'3> " I - (I- Рм)<1- Рда)(1- Рдс)

где Рдд, Рдз» РдС - вероятность деформации одной фазы.

Используя вероятностные характеристики прочности обмоток

трансформатора и возникающих механических напряжений, определяемых уровнем токов к.з., моментом возникновения к.з. (фазой включения) и постоянной времени апериодической составляющей, а. также вероятности различных видов к.з., оценено значение

V Рд( ,2,32 которое составило ~ 4'10-8. Таким образом,вероятность одновременной деформации трех фаз ничтожно мала и может не учитываться.

На основании вышеизложенного метода разработаны алгоритмы определения изменения сопротивления к.з. силового трансформатора и общий алгоритм их использования, который представляется в виде.

1. Ввод начальных значений отклонений сопротивлений к.з.

А2К1>1

силового трансформатора * (%), 1»=А,в,с.

к

2. Выбор алгоритма расчета в зависимости от режима работы трансформатора, наличию данных о величине небаланса нулевой последовательности ТН, возможности одновременного замера тока нейтрали напряжения нулевой последовательности зй0 и фазных, токов трансформатора 1»=А,в,с.

3. Восстановление тока нейтрали методом квадратичной экстраполяции, исключение погрешности ТН по нулевой последовательности с помощью методик, приведенных выше (выполняются при необходимости).

4. Определение изменения сопротивления к.з. силового трансформатора по данным нормального режима или опыта трехфазного к.з. на землю на стороне ВН энергоблока (в соответствии с алгоритмами, приведенными ниже).

5. Если необходим проверочный расчет в другом режиме, то возврат на п.З, иначе перейти на п.6.

6. Вывод результатов расчета. Заключение о степени деформации обмоток и необходимости проверки методами с отключением силового трансформатора от сети.

Алгоритм определения изменения сопротивления к.з. силового

• • •

трансформатора по данным одновременных замеров зи0, 1у нормального режима заключается в следующем.

1. Ввод результатов измерений зи0, Хд расч.

2. Расчет составляющих тока нейтрали:

• _ зи0

^ ^.расч + ! для трансформатора с практически симметричной магнитной систе-

деформации обмоток непрерывного действия

- 13 -

МОЙ 1^"= О,поэтому = 1ц -

3. Определение деформированной фазы путем сопоставления угловых координат вектора и трехфазной системы токов ВН трансформатора.

4. Определение отклонения сопротивления к.з.

Д2к» ш Чп>

где - составляющая тока нейтрали, обусловленная деформацией фазы V.

5. Определение изменения сопротивления к.з. в соответствии с выражением (5).

6. Для получения достоверных результатов отклонения и изменения сопротивления к.з. _ еле дует проводить не менее 5+7 одновременных замеров зи0, и повторить пл. 1-5.

7. Статистическая обработка отклонения и изменения сопротивления к.з. силового трансформатора.

Алгоритм определения изменения сопротивления к.з. силового трансформатора по данным опыта трехфазного к.з. на землю энергоблока является частным случаем алгоритма определения изменения сопротивления к.з. силового трансформатора по данным одновременных замеров зи0, 1„ нормального режима при условии зй0=0.

Алгоритм определения изменения сопротивления к.з. силового трансформатора при возможности изменения его нагрузки заключается в следующем. •

1. Ввод результатов^ измерений, полученных при ивн=сопз1;:

1Ы2,1Р2;"*1Кт'1Ут' гда т * г'

2. Определение коэффициентов

где 1,3 - натуральные числа от I до ш, причем 3 < 1.

3. Определение среднего значения коэффициента Кср по полученным

4. Расчет составляющей тока нейтрали, определяемой несимметрией обмоток, = -1у К .

5-8. Аналогично пп. 3-7 предыдущего алгоритма.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена разработке устройств для реализации предложенного метода. Разработана структурная схема устройства контроля непрерывного действия (рис.3). На схеме силовой трансформатор I имеет обмотку высшего напряжения 2, соединенную

- и -

в звезду с заземленной нейтралью,и обмотку низшего напряжения 3, соединенную в треугольник. В фазах и в нейтрали силового трансформатора установлены трансформаторы тока 4,5. Силовой трансформатор подключен к шинам 6, которые питаются от системы 7. Для получения напряжения нулевой последовательности к шинам также подключен трансформатор напряжения 8, одна из вторичных обмоток которого соединена в разомкнутый треугольник. От обмотки трансформатора напряжения 8, соединенной в разомкнутый треугольник, через фильтр первой гармоники 9 напряжение нулевой последовательности подается на первый вход сумматора 10. От обмотки трансформатора напряжения 8, соединенной в звезду, через фильтр первой гармоники II и блок пропорциональности 12 с коэффициентом Кнбу/Кт) ном на второй вход сумматора 10 подается сигнал, компенсирующий погрешность трансформатора напряжения 8. С выхода сумматора 10 результирующий сигнал через блок пропорциональности 13 с коэффициентом Ки0 ном / г0 расч подается на первый вход сумматора 14. Ток нейтрали через трансформатор тока 5 и фильтр первой гармошки 15 подается на второй вход сумматора 14.

Таким образом, на выходе сумматора 14 выделяется разность токов, представляющая собой ток нейтрали, обусловленный различием сопротивлений к.з. фаз трансформатора. В идеальном случае (при равенстве сопротивлений к.з. всех фаз) эта разность равна нулю. Если же в исходном состоянии сопротивления к.з. фаз не равны,то подбором коэффициентов пропорциональности 16 устанавливается нулевой результирующий ток на выходе сумматора 17. С такой настройкфй схема длительно эксплуатируется. При появлении деформации обмотки одной из фаз изменяется ток нейтрали и появляется результирующий ток на выходе блока 17. Этот ток коллинеарен току нагрузки 1р деформировавшейся фазы, которая выявляется с помощью индикатора фазы 18 и переключателя фаз 19. Результирующий ток 1„ пропорционален изменению сопротивления к.з.обмотки фазы трансформатора на величину ДХ^/ Хк, поэтому последнее может быть определено по формуле:

дх^/ хк = у V

что реализуется блоком деления 20 и отражается индикатором 21.

Используя алгоритм работа устройства непрерывного действия, разработано и изготовлено микропроцессорное устройство,состоящее из регистратора с энергонезависимым ОЗУ и ПЭВМ. Данная реализация способа отличается от описанной выше тем, что ток нейтрали, напряжение нулевой последовательности на шинах и фазные токи

одновременно в течение нескольких периодов промышленной частоты фиксируются с помощью энергонезависимого ОЗУ и затем обрабатываются по программе ПЭВМ.

Методика анализа и получения конкретных результатов проиллюстрирована на примере измерения отклонения сопротивления к.з. блочного трансформатора ТДЦ - 400000/220- 71У1 с помощью микропроцессорного устройства. Проведен анализ погрешностей регистратора, измерительных каналов токов и напряжения нулевой последовательности, анализ погрешностей определения отклонения сопротивления фаз от базового и относительного изменения сопротивления к.з. силового трансформатора. Установлено, что на средне-квадратическую погрешность отклонения сопротивления фаз силового трансформатора от базового наибольшее влияние оказывают средае-квадратические погрешности измерительных каналов при измерении углов тока нейтрали, фазного тока,напряжения нулевой последовательности. На среднеквадратическую погрешность изменения сопротивления к.з. силового трансформатора практически одинаковое влияние оказывают среднеквадратические погрешности при измерении отклонения сопротивления фаз силового трансформатора от базового как при вводе в эксплуатацию силового трансформатора, так и при текущем контроле.Предполагая, что после внешнего к.з. отклонение сопротивления фазы А силового трансформатора от минимального в фазе С составит 3% (до деформации измерено 0.26 ± 0.03%),то относительное изме'ренное изменение сопротивления к.з. силового трансформатора составит Дгк„ ~ 2.73 ± 0.07 %.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассматривается лабораторная проверка метода тремя способами: моделированием продольной несимметрии трансформатора с помощью дросселя; моделированием поперечной несимметрии трансформатора с помощью конденсатора; моделированием деформации обмотки трансформатора с помощью смещаемой обмотки одной из фаз.

Проведенные лабораторные исследования и измерения на силовых трансформаторах Новочеркасской ГРЭС и Волгодонской ТЭЦ-2 подтвердили работоспособность предложенного, метода, разработанных устройств, алгоритмов и программ измерения относительного изменения сопротивления к.з.

Определена перспектива использования предложенного метода для выполнения высокочувствительной релейной защиты от витковых замыканий и совершенствования устройств контроля изоляции вводов силовых трансформаторов.

-16 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований сводятся к следующему.

1. Анализ известных методов контроля деформации обмоток выявил актуальность разработки новых методов, не требующих отключения силового трансформатора от сети.

2. Норма признака дефекта (ШШ- деформации обмоток трансформатора отличается у трансформаторов одинаковой конструкции и технологии изготовления, но с различными геометрическими размерами. Предложен метод пересчета НЦЦ в зависимости от относительных геометрических параметров трансформаторов.

3. В качестве модели для идентификации с целью диагностирования деформации и смещения обмоток силового трансформатора составлена схема замещения нулевой последовательности несимметричного .трехфазного трансформатора, на основе которой разработан метод выявления деформации обмоток силовых трансформаторов по параметрам нулевой последовательности нормального режима.

4. Разработаны методы восстановления тока нейтрали по трем значениям вторичного тока ТТ, измеренным при реальном сопротивлении вторичной цепи ТТ, при увеличенном на АН и 2AR, и напряжения нулевой последовательности на шинах ВН по вторичному напряжению несимметричного ТН с использованием экспериментальных коэффициентов небаланса конкретных ТН.

5. Проанализирована вероятность деформации всех трех фаз трансформатора при внешних к.з., а следовательно и вероятность проявления методической погрешности предложенного метода. Установлено,что вероятность проявления указанной методической погрешности метода ничтожно мала и может не учитываться.

6. Разработаны алгоритмы предложенного метода и выполнена их програмная реализация на языке TURBO PASCAL для ПЭВМ типа IBM.

7. Для реализации разработанного метода предложены структурная схема и алгоритм работы устройства непрерывного действия, которое определяет деформированную фазу и изменение сопротивления к.з. трансформатора после деформации.

8. Используя алгоритм работы устройства непрерывного действия,разработан и изготовлен микропроцессорный регистратор, с помощью которого возможен периодический контроль изменения сопротивления к.з. трансформатора. Микропроцессорный регистратор можно использовать и для постоянного контроля, допол-

нив его схемой автоматического запуска и усовершенствованной защитой каналов от перенапряжений. Предложенный алгоритм может быть реализован на базе информационной части АСУ ТП энергоблока электростанции или АСУ ТП подстанции.

9. В перспективе предложенный метод выявления дефор* мации обмоток силовых трансформаторов по параметрам нулевой последовательности нормального режима можно использовать для выполнения высокочувствительной релейной защиты от витковых замыканий и совершенствования устройств контроля ИЗОЛЯЦИИ" вводов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Засыпкин А. С., Дорожко С. В. Диагностика обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети //Изв. вузов. Электромеханика. — 1992. — № 6. — С.. 80.

2. Дорожко С. В. Регистратор параметров нормального режима для контроля деформации обмоток силового трансформатора без отключения от сети //Изв. вузов. Электромеханика. — 1993. — № 5. — С. 105—107.

3. Засыпкии А. С., Гармаш В. А., Дорожко С. 'В. Погрешности трансформаторов тока при малых первичных токах /'/Изв. вузов. Электромеханика. — ¡993. — № 6. — С. 84—85.

4. Засыпкин А. С., Дорожко С. В. К оценке способа контроля деформации обмоток трансформатора rio его продольной несимметрии //Изв. вузов. Электромеханика. — 1994. — № 5. — С. 111 —115.

5. Засыпкин А. С., Гармаш В. А., Дорожко С. В., Павлов А. А. Результаты контроля несимметрии блочных трансформаторов Пч. ГРЭС // Изв. вузов. Электромеханика. — 1994. — № 6. — С. 90—91.

6. Стрельцова Е. Д., Дорожко С. В., Брнчников Э. М. Программа оценки деформации обмоток силовых трансформаторов по параметрам нормального режима //Изв. вузов. Электромеханика. — 1994. — № 6.— С. 91.

■ 7. Засыпкии А. С. Дорожко С. ©., Гармаш В. А. Диагностика деформации и смещения обмоток силовых трансформаторов / /Улучшение экологии и повышение надежности энергетики. Ростовской области. — Ростов н/Д, 1995. — Вып. I. — С. 50—54.

Подписано к печати 06.02.95. Тираж 80 экз. Объем 1,0 п. л. Заказ № 312.

Типография НГТУ, ул. Просвещения, 132.