CC BY
63
008 0(ї) =
І), если І )| < 1;
1, если )| > 1,
или
) =
агооо8 ^(t), если | ^(t) < 1;
—, если )| > 1.
В тех случаях, когда ¥(/) слишком часто принимает значения по модулю больше единицы, значение величины абсолютного демпфирования п относительно имеющейся мощности устройств обогрева
выбрано неоправданно завышенным и его желательно уменьшать.
Рассмотренный пример свидетельствует о простоте и в то же время о высокой эффективности метода синтеза робастных нелинейных систем управления, включающих объекты со статическими нелинейными характеристиками.
Список литературы
1. Шавров, А.В. Многокритериальное управление в условиях статистической неопределенности / А.В. Шавров, В.В. Солдатов. — М.: Машиностроение, 1990.
УДК 621.314.222.6
Л.М. Рыбаков, доктор техн. наук, профессор Н.Л. Макарова, аспирантка
ГОУ ВПО «Марийский государственный университет»
ОБОСНОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Рассмотрим использование изменения параметров амплитудно-частотных характеристик в качестве диагностических признаков силового трансформатора, которыми могут служить разность напряжений и коэффициент передачи в зависимости от частоты приложенного напряжения к одной из обмоток (НН) и снятого с другой обмотки (ВН).
Схема замещения обмоток трансформатора при исследовании на частотах до 100 кГц представляет-
Рис. 1. Схема замещения для слоевой обмотки трансформатора:
Ь — витковая индуктивность; К — витковая емкость одного слоя; С — витковая емкость между слоями; п — число слоев
ПРИЗНАКОВ
ся матричной формой, состоящей из элементарных контуров ЕЬС (рис. 1).
Индуктивность Ь и емкости К и С определяются геометрическими размерами конструкции витка, слоя, катушки или в целом обмотки. Основной составляющей геометрических размеров конструкции являются радиус и высота витка, слоя, катушки. Если преобразовать полные схемы замещения обмотки, состоящей из элементарных контуров ЬС и свести ее к каскадам четырехполюсников, то каждый из них будет несимметричным, поскольку для каждого четырехполюсника индуктивности и емкости определяются следующими функциями:
Ь = К (х); С = К(х; є ); К = К № є ),
1Ч 2К ’ г.экв^’ ’ г.экв^
где х — радиус витка, слоя, катушки; I — высота витка, катушки, обмотки; егэкв — диэлектрическая постоянная жидкой и твердой составляющей изоляции.
Диэлектрическая постоянная зависит от температуры t, °С, влажности Ж, %, и критерия т, определяющего фактор старения (окисления) изоляции:
ег.экв=К4(^ ^; т1
что связано с появлением свободных химических соединений, а также с изменением молекулярного строения материала твердой и жидкой изоляции, со старением твердой изоляции и с появлением в масле продуктов их старения.
При постоянной температуре активной части силового трансформатора емкостные параметры
витка, слоя, катушки и в целом обмотки находятся в зависимости от увлажнения и старения изоляции: С = Г5(Ж; от); С = F6( W; от).
Обмотки трансформатора представлены слоями, катушками и слоями катушек с постоянной индуктивностью и переменной емкостью, поэтому емкость является одним из основных критериев, определяющих состояние изоляции. Отсюда следует, что каждому слою витков, слою катушек или отдельным катушкам соответствуют собственные частоты.
При подаче тестового сигнала высокой частоты на обмотку трансформатора и совпадении частот приложенного напряжения с собственной частотой частей обмотки (витков, слоев или катушек) будет иметь место резонансное распределение напряжения в обмотке трансформатора [1].
Экстремальные точки зависимостей указывают на резонансные явления в слоях обмотки на частоте подаваемого сигнала, совпадающей с собственной частотой слоев обмотки.
Резонансное явление, происходящее в частях обмоток (слой, катушка), также можно наблюдать, если подключить к выводам трансформатора (например, к низковольтной обмотке) высокочастотный генератор тестового сигнала и1, а с соответствующих выводов высоковольтной обмотки снимать напряжение и2 (рис. 2).
Тестовый сигнал подавался на низковольтную обмотку в режиме холостого хода (рис. 2а), на высоковольтную обмотку в режиме холостого хода (рис. 2б), на низковольтную обмотку (рис. 2в) в режиме нагрузки ^ = 2,15 кОм, Я2 = 20 Ом, на высоковольтную обмотку в режиме нагрузки (рис. 2г).
При снятии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) силовых трансформаторов в режимах холостого хода и нагрузки использовали измерительные приборы и оборудование: генератор сигналов энергетический (ГСЭ) с диапазоном частот 20...300 кГц; генератор высокочастотный ГЗ-112 с диапазоном частот 20.300 кГц; вольтметры универсальные В7-16А; мегаомметр М-4110/3; мост Р5026; прибор контроля влажности ПКВ; нагрузочное сопротивление Я1 = 2,15; Я2 = 20 Ом; силовые трансформаторы 1—11 габаритов со слоевой обмоткой типов ТМ-25/10, ТМ-30/10, ТМ-63/10, ТМ-100/10, ТМ-160/10, ТМ-250/10, ТМ-400/10.
Изоляция всех силовых трансформаторов в процессе экспериментальных исследований подвергалась разной степени увлажнения и находилась в трех состояниях: I — увлажненная выше нормированных значений (влагосодержание в масле Ж > 0,0025 %); II — увлажненная до допустимого предельного состояния (Ж > 0,0018 %), III — сухое состояние (Ж < 0,0010 %).
Метод отношений. Плавно изменяя в интервале от десятков до сотен килогерц частоту тестового
напряжения, вырабатываемого генератором, получим зависимости (рис. 3а): и1 = к1(/); и2 = к2(/).
Экстремумы в полученных зависимостях указывают на резонансные явления в слоях, катушках, обмотках, когда частота генератора совпадает с собственной частотой составляющих обмотки трансформатора. При этом коэффициент передачи П = и2/и1 не равен коэффициенту трансформации на частоте 50 Гц и меняется в зависимости от частоты приложенного напряжения и состояния изоляции.
Увлажнение внутриобмоточной изоляции трансформатора вызывает увеличение внутриоб-моточных емкостей [2] и приводит к уменьшению собственных частот составляющих обмотки (слоя, катушки) трансформатора и коэффициента передачи.
На АЧХ (резонансных кривых) это отражается смещением экстремальных точек, которое наглядно видно на экспериментальной АЧХ (рис. 3а). Смещение экстремальных точек можно рассматривать как диагностический признак состояния изоляции.
Изменение собственных частот составляющих обмоток (слой, катушка) трансформатора связано как с увлажнением или старением внутриобмоточ-ной изоляции, независимо для твердой или жидкой, так и с тем, и с другим одновременно.
Метод разности. Если зафиксировать частоту одной из экспериментальных точек частотной характеристики подачей тестового напряжения стабильной выбранной частоты, то с увлажнением или старением внутриобмоточной изоляции будет, со-
Рис. 2. Схемы измерения амплитудно-частотных характеристик обмоток силовых трансформаторов
10 20 ЗО 40 50 60 70 80 90 100110120 130 /кГц
6
Рис. 3.
Амплитудно-частотные характеристики к/ = и2/иі (а), к2(/) = Аи (б) трансформатора ТМ-160/10 кВ при различных состояниях (I, II и III) внутрислоевой изоляции по увлажнению:
I — увлажненная изоляция; II — изоляция подсушена; III — высушенная изоляция
а
ответственно, меняться и напряжение в диагностируемой обмотке.
Отсюда вытекает, что разность напряжения также может служить диагностическим признаком состояния внутриобмоточной изоляции.
Если подать тестовое напряжение и1 к выводам обмотки низкого напряжения силового трансформатора, а с выводов обмотки высокого напряжения снимать напряжение и2, как указывалось выше (плавно меняя частоту от десятков до сотен килогерц), и таким способом снять АЧХ при разных состояниях внутриобмоточной изоляции, то можно отметить, как изменяется разность напряжения Ли = |и11 — |и21 от увлажнения или старения внутриобмоточной изоляции (рис. 3б).
Одновременно со снятием АЧХ для разных состояний изоляции трансформаторов по увлажнению их показатели оценивались традиционными методами, что позволяло комплексно оценить состояние изоляции.
Из вышеизложенного можно заключить, что экстремальные точки АЧХ к1(/) = и2/и1 (см. рис. 3а)
и к2(/) = Ли (см. рис. 3б) смещаются относительно оси абсцисс в зависимости от изменения состояния (увлажнения, старения) витковой, слоевой или межобмоточной изоляции силового трансформатора. Значение амплитуды напряжения на разных экстремальных точках также изменяется в зависимости от состояния изоляции. Эти параметры можно рекомендовать как диагностические признаки состояния внутренней изоляции силовых трансформаторов посредством создания специальных устройств.
Список литературы
1. Рыбаков, Л.М. Диагностирование силовых трансформаторов I и II габаритов напряжением 10/0,4 кВ под рабочим напряжением с использованием частотных характеристик / Л.М. Рыбаков, Т.В. Анчарова, Р.С. Ахметшин // Вестник МЭИ. — № 3. — 2003. — С. 39-48.
2. Ахметшин, Р.С. Разработка средств диагностирования изоляции силовых трансформаторов I—II габаритов по изменению их частотных характеристик / Р.С. Ахметшин, Л.М. Рыбаков // Проблемы энергетики. — 2002. — № 11—12. — С. 49—55.
