ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С НЕНАГРУЖЕННОЙ ТРЕТЬЕЙ ОБМОТКОЙ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

в

естник АПК

Агроинженерия . № 3(19), 2015 ■ ■

27

УДК 621.314

Дорожко С. В.

Dorozhko S. V.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С НЕНАГРУЖЕННОЙ ТРЕТЬЕЙ ОБМОТКОЙ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ

THE DEFINITION OF THE PARAMETERS OF THE ELEMENTS OF THE EQUIVALENT CIRCUIT OF SINGLE-PHASE TRANSFORMER WINDING UNLOADED IN A THIRD OPERATING MODE

Наибольший объем работ по проверке состояния трансформаторов осуществляется в процессе эксплуатации. Значительная доля аварий силовых трансформаторов приходится на повреждение обмоток, в том числе на их деформацию с последующим коротким замыканием. Данный дефект можно обнаружить зная изменения параметров продольных ветвей Т-образной схемы замещения трансформатора. Определение параметров продольных ветвей схемы замещения трансформатора проводится на отключенном трансформаторе в опыте короткого замыкания. Желательно производить измерения без отключения трансформатора от сети в рабочем режиме.

Состояние магнитной системы трансформатора характеризуют магнитные потери. Причинами изменения этого параметра является изменение параметров составных частей магнитопровода. Элементом, учитывающим магнитные потери в Т-образной схеме замещения трансформатора является активное сопротивление поперечной ветви. Интерес также представляет и индуктивное сопротивление намагничивания.

Для определения параметров элементов схемы замещения однофазного трансформатора с ненагруженной третьей обмоткой в рабочем режиме необходимо измерить мгновенные значения входных напряжения и тока, выходных напряжения и тока, напряжение на третьей обмотке с помощью анализатора качества электрической энергии АКЭ - 824. Для снижения погрешностей необходимо использовать фильтрации входных сигналов на основе быстрого преобразования Фурье. Используя дифференциальное уравнение 1^-цепи с постоянными параметрами определяются сопротивления продольных ветвей Т-образной схемы замещения трансформатора. Через определение тока намагничивания определяется активное сопротивление ветви намагничивания, а через намагничивающую мощность - индуктивное сопротивление ветви намагничивания. Такое определения параметров ветви намагничивания Т-образной схемы замещения однофазного трансформатора может повысить точность определения изменения сопротивления короткого замыкания при реализации метода выявления деформации обмоток силовых трансформаторов по параметрам нулевой последовательности нормального режима. Данный алгоритм реализован с помощью программы в современном математическом пакете МаШсаС 14. Проведена проверка алгоритма с использованием анализатора качества электрической энергии АКЭ - 824 в лабораторных условиях. Приведены результаты проверки.

Ключевые слова: силовой однофазный трансформатор, схема замещения, обмотки, рабочий режим, анализатор качества электрической энергии.

The largest volume of works on checking the status of transformers is carried out during the operation. A significant proportion of accidents account for power transformers damaged windings, including their deformation, followed by a short circuit. This defect can be found knowing the variation of the parameters of the longitudinal branches of the T-shaped equivalent circuit of the transformer. Defining the parameters of the longitudinal branches of the equivalent circuit of the transformer is carried out on de-energized transformer in the experience of a short circuit. It is desirable to make measurements without disconnecting the transformer from the network in operation.

Status of the magnetic system transformer characterize the magnetic losses. The reasons for changing this setting is to change the parameters of the components of the magnetic circuit. Items that magnetic losses in the T-equivalent circuit of the transformer is the resistance of the lateral branches. Also of interest is the inductive reactance and magnetizing.

To define the elements of the equivalent circuit of singlephase transformer winding unloaded in a third operating mode, you need to measure the instantaneous value of the input voltage and current, output voltage and current, the voltage on the third winding with the help of electric power quality analyzer PQA - 824. In order to reduce errors need to use input filtering signals based on the Fast Fourier Transform. Using differential equation RL-circuit with constant parameters determined resistance of the longitudinal branches of T-shaped equivalent circuit of the transformer. After determining the magnetizing current is determined by the resistance of the branches of the magnetization, and by magnetizing power - inductive reactance branch magnetization. Such determination of the parameters of the magnetization branch T-equivalent circuit of single-phase transformer can improve the accuracy of determining the change in resistance of a short circuit in the implementation of the method of identifying the strain of power transformer windings in the parameters residual normal. This algorithm is implemented using the modern mathematical package Mathcad 14. Audited algorithm using electric power quality analyzer PQA - 824 under laboratory conditions. The results of the test.

Key words: power single-phase transformer, equivalent circuit, windings, the operating mode, power quality analyzer.

Дорожко Сергей Васильевич - Dorozhko Sergey VasiTevich -

кандидат технических наук, Ph.D. in Technical Sciences,

доцент кафедры «Применение электрической Associate Professor of the Department

энергии в сельском хозяйстве» of the use of electricity in agriculture

Ставропольский государственный аграрный университет Stavropol State Agrarian University

Ставрополь Stavropol

Тел.: 8-8652-56-46-04 Tel.: 8-8652-56-46-04

E-mail: DEV6307@yandex.ru E-mail: DEV6307@yandex.ru

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

естник ЛПК

Ставрополья

Наибольший объем работ по проверке состояния трансформаторов осуществляется в процессе эксплуатации. По заключению специалистов РАО «ЕЭС России» [1] значительная доля аварий силовых трансформаторов при сроках эксплуатации от 10 до 30 лет приходится на повреждение обмоток (16 %), в том числе на их деформацию с последующим коротким замыканием. Диагностике деформации обмоток силовых трансформаторов посвящены работы [2-4]. Данный дефект можно обнаружитьзная изменения параметров продольных ветвей Т-образной схемы замещения трансформатора (рис. 1). Определение параметров продольных ветвей схемы замещения трансформатора проводится на отключенном трансформаторе в опыте короткого замыкания. Желательно производить измерения без отключения трансформатора от сети в рабочем режиме.

Состояние магнитной системы трансформатора характеризуют магнитные потери. Причинами изменения этого параметра является изменение параметров составных частей магнитопровода. Элементом, учитывающим магнитные потери в Т-образной схеме замещения трансформатора (рис. 1) является сопротивление R0 поперечной ветви. Интерес также представляет и индуктивное сопротивление намагничивания X0. Данному сопротивлению соответствует индуктивность намагничивания L0.

Для определения параметров элементов схемы замещения однофазного трансформатора с ненагруженной третьей обмоткой в рабочем режиме измеряют мгновенные значения входного напряжения \иВх k, ),входного тока |/i (j , выходного напряжения |ин (/^выходного тока |/2 (/^напряжение на третьей обмотке |из k,)

(рис. 1) с помощью анализатора качества электрической энергии АКЭ - 824 [5].

Для перехода к Т-образной схеме замещения полученные мгновенные значения выходных тока и напряжения, напряжения на третьей обмотке приводят к первичной стороне

К W i j U.W 1и. <41и'3 М-

i

Wi

W2

= w U U

W3 1 "

Рисунок 1 - Т - образная схема однофазного трансформатора - число витков первой, второй и третьей обмоток трансформатора).

Далееопределяютмассивмгновенныхзначе-ний напряжения на первом продольном сопротивлении схемы замещения «=и«Ь НУ.

Производится дифференцирование массива мгновенных значений входного тока по времени

dt

ii t )- ii t-i)

M

Фиксируются моменты времени, когда ¡х =0 (два момента времени, так как сигналы

имеют гармонический характер) или —1 )=0 (два момента времени). — 1

Рассчитываются значения индуктивности

Li(1)=

_ ui4i

Li(2)=

_ UiVi

dû

и активного

dt

соопротивления Ri(i)— , Ri(2)— —

dt

uiü

— Ui (t2)

¿G2J '

Рассчитываются средние за период значе-

1 ^81 1 Цъх

ния 81Ср=—х и Ь1ср=^ 2 ьн.

^81 1 МЬ1 1

Формируется массив мгновенных значений напряжения на втором продольном сопротивлении схемы замещения, приведенного к первичной цепи |и 2 = |и7з ^■]-|и7 и ^ I

Производится дифференцирование массива мгновенных значений приведенного выход' '2 ^)" ' '2 Ы

ного тока по времени

di '

dt

4:

M

Фиксируются моменты времени, когда ./ )=0 (два момента времени) или — 2 (. ^=о

(два момента времени).

Рассчитываются значения

(t з) т/~ u/2'

dt

индуктивности

и активного со-

L2(i)—-^Ff, L2(2)—

2 } di 2 (tз) ^ di 2 (tз)

dt dt

противления R^(i)— , R/2(2)— ^^.

i 2 (t 4 ) i 2 (t 4 )

Рассчитываются средние за период значе-

ния

i

Nl

R 2cp N X R 2i и L 2cp "N-X L 2i.

N

'R2 1 i>L2 1

Для определения параметров ветви намагничивания определяют значение тока намагниЧивания io |(tj) = |/l (tj)" \i^ 2 kj)■

Так как по третьей обмотке ток не течет, то можно считать, что напряжение ветви намагничивания равно приведенному напряжению этой

обмотки |uo tJHu^ Ц

Определяют мощности магнитных потерь

Po = N£|uotj* |iokj)J, действующее значение

N 1=1

в

естник АПК

Ставрополья

№ 3(19), 2015

тока намагничивания

10

N X |/о

3=1

сопротивление

Вычисляют активное Яо = Ро .

(/о )2

Для определения индуктивного сопротивления ветви намагничивания определяют намагничивающую мощность по площади вольтамперной характеристики, согласно методики Маевского О.А. [6] Q0= Евах/2л:, где

ГвАХ= 21 (Ио У" Ио Ы>*(/о ¡о (/3+1))

z 3=1

- площадь вольтамперной характеристики ио = /(¡о).

Индуктивное сопротивление ветви намагничивания рассчитывают по формуле Хо = Qо .

(/о )2

Поскольку численное дифференцирование массивов мгновенных значений входного

тока по времени

ния выходного тока

аи (г

3

Л

, приведенного значе-

могут иметь очень

маленькие значения это приводит к большим погрешностям при определении изменения активного и индуктивного сопротивления обмоток. Для решения этих задач необходимы измерительные устройства, имеющие высокоточные аналогово-цифровые преобразователи, либо необходимо произвести фильтрацию измеряемых сигналов. В данной работе воспользовались вторым направлением. Для этого измеряемые сигналы разложили в ряд Фурье до 11-гармонической составляющей. Дальнейшие расчеты производили уже с таким образом фильтрованными сигналами.

По вышеизложенному алгоритму разработана программа в современном математическом пакете МаШсаС 14.

Для проверки вышеизложенного алгоритма измерения проводились на лабораторном образце однофазного трансформатора Т с техническими характеристиками: номинальная мощность 0,4 кВА; напряжение первичной обмотки - 220 В; напряжение вторичной обмотки - 220 В; напряжение ненагруженной третьей обмотки - 5 В. На схеме рис. 2: Ти1, Ти2- трансформаторы напряжения.

Результаты расчета параметров продольных ветвей и ветви намагничивания Т-образной схемы замещения однофазного трансформатора с ненагруженной третьей обмоткой в рабочем режиме представлены в таблице 1. Вольтам-перная характеристика ио = /(¡о) лабораторного образца двухобмоточного трансформатора приведена на рис. 3.

Агроинженерия

29

~и

ТШ

ТА1

гас»

71/2

ТА2

3

7м

АКЭ-824

йГ

В2 ВЗ

В4

ВЕ1

Рисунок 2 - Схема определения параметров

элементов Т-образной схемы замещения однофазного трансформатора с ненагруженной третьей обмоткой в рабочем режиме

Таблица 1 - Результаты расчета параметров элементов Т-образной схемы замещения однофазного трансформатора с ненагруженной третьей обмоткой в рабочем режиме

Активное сопротивление первичной обмотки, Я1ср, Ом 3,55

Индуктивность первичной обмотки, Аор? Гн 1,14*10-4

Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки, Я'2ср, Ом 0,5

Приведенная индуктивность вторичной обмотки, Ь'2ср, Гн 9,05*10-4

Активное сопротивление ветви намагничивания схемы замещения, Я0, Ом 331

Реактивное сопротивление ветви намагничивания схемы замещения, Х0, Ом 979,7

Полученная сумма активного сопротивления первичной и приведенного активного сопротивления вторичной обмоток отличается не более чем на 3 % от активной составляющей сопротивления короткого замыкания данного лабораторного образца однофазного трансформатора, полученной в опыте короткого замыкания. Это подтверждает работоспособность данного алгоритма.

Рисунок 3 - Вольтамперная характеристика ио = /(¡о)

30

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

Относительные изменения индуктивностей схемы замещения, полученные в рабочем режиме трансформатора могут быть использованы для диагностики деформации обмоток силового трансформатора.

Применение вышеизложенного алгоритма определения параметров ветви намагничивания Т-образной схемы замещения однофазного трансформатора с ненагру-

женной третьей обмоткой в рабочем режиме с использованием анализатора качества электроэнергии АКЭ-824 может повысить точность определения изменения сопротивления короткого замыкания при реализации метода выявления деформации обмоток силовых трансформаторов по параметрам нулевой последовательности нормального режима [2-4].

Литература

1. Львов М. Ю. Разработка и совершенствование методов и критериев оценки технического состояния трансформаторов и автотрансформаторов напряжением 110 кВ и выше : дис. ... д-ра техн. наук. М. : НТЦ электроэнергетики, 2009.

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

3. Засыпкин А. С., Дорожко С. В. Схема замещения нулевой последовательности несимметричного трансформатора, как модель диагностирования деформации обмоток // Электричество. 1995. № 9. С. 13-16.

4. Дорожко С. В. Выявление деформации обмоток силовых трансформаторов с использованием анализатора качества электрической энергии АКЭ-824 // Электричество. 2011. № 5. С. 26-29.

5. Анализатор качества электрической энергии АКЭ-823, АКЭ-824. Руководство по эксплуатации. М. 2007.

6. Маевский О. А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М. : Энергия, 1978. 320 с.

References

1. Lions M.U. Development and improvement of methods and criteria for assessing the technical condition of transformers and autotransformers 110 kV and above. The thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. M .: JSC "RDC of electric power industry", 2009.

2. Zasypkin A.S., Dorozhko S.V. Diagnosis of power transformer windings without disconnecting from the network // Electromechanics. 1992. № 6. P. 80.

3. Zasypkin A. S., Dorozhko S. V. The equivalent circuit of the zero-sequence transformer asymmetrical, as a model of diagnosing winding deformation //Elektrichestvo. -1995. - № 9. -S. 13-16.

4. Dorozhko S. V. Identification of the strain of power transformer windings with electric power quality analyzer FEA-824 // Elektrichestvo. - 2011. - № 5. - C. 26-29.

5. Quality Analyzer electricity ECA-823, ECA-824. Operating Instructions. M. 2007.

6. Majewski O. A. Energy performance rectifier converters. - M: Energy, 1978-320 C.