Введение к работе
Актуальность темы.
Среди трансформаторных преобразователей напряжения в напряжение можно выделить силовые трансформаторы, номинальная мощность которых не менее 1 кВ-А (ГОСТ 30830-2002), а также трансформаторы напряжения (номинальная мощность не более 1,2 кВ-А ), включающие трансформаторы для сигнализации и управления (ГОСТ 1983-2001). Испытаниям указанных видов трансформаторов посвящена данная работа. Для краткости они объединяются общим термином «трансформаторы напряжения» (ТН), что соответствует и терминологии по ГОСТ 18685-73.
Надёжность оборудования с использованием ТН в значительной степени зависит от их качества. Большое число аварий сопровождалось деформацией обмоток ТН (16% по российским данным и около 11% - по зарубежным). Было найдено, что деформация оимоток приводит к изменению их сопротивления. Б связи со сказанным становится понятным, почему особенно интенсивно развиваются методы, контролирующие сопротивление пары обмоток. Этот контроль может проводиться при отключении ТН от сети, в которой они должны работать. Такие методы диагностики трансформаторов принято называть тестовыми. В последние годы появился ряд работ, в которых контроль сопротивления пары обмоток проводится в рабочем режиме (функциональные методы).
Важным вопросом является определение порогового значения изменения сопротивления пары обмоток, выше которого трансформатор уже нельзя уверенно применять. По разным данным, это значение может составлять от 0,2% до 5% от первоначального значения. Неуклонно проводятся работы по снижению погрешности измерения сопротивления пары обмоток. Задача осложняется тем, что нежелательное изменение сопротивления пары обмоток маскируется изменением сопротивления от изменения температуры, частоты и других факторов. Для уверенного измерения сопротивления пары обмоток с учётом влияния всех этих факторов разрабатываются специальные информационно-измерительные системы, как для тестовых, так и для функциональных методов.
Вопросам разработки методов и систем измерения сопротивления пары обмоток ТН посвящены работы следующих российских и зарубежных авторов: Алпатов М.Е., Бутырин П.А., Гольдштейн Е.И., Дробышевский А.А., Коноз Ю.С., Лурье А.И., Сви П.М., Хренников А. Ю., Arri Е.. Приводимые в литературе оценки точности измерения сопротивления пары обмоток (от 2 до 9%) не всегда соответствуют современным требованиям.
Целью работы является развитие информационно-измерительных систем для контроля сопротивления пары обмоток трансформаторов напряжения с повышенной точностью.
Достижение цели работы предполагает решение следующих основных задач:
Составление классификации методов диагностики деформации обмоток трансформаторов напряжения для обоснованного выбора перспективного метода измерения сопротивления пары обмоток ТН,
Разработка метрологического подхода к выбору точности системы измерения сопротивления пары обмоток ТН.
Проведение анализа известных методов измерения сопротивления пары обмоток ТН с точки зрения методических и инструментальных погрешностей и разработка способов их снижения.
Разработка информационно-измерительных систем для контроля сопротивления пары обмоток ТН.
Методы исследования. Для решения поставленных в настоящей работе задач использовались методы теории электрических машин и трансформаторов, теории вероятностей, теории управления, метрологии, информационно-
йЗмсрйТсЛЬКОИ ТсХНЙКИ.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
Дана естественная классификация способов диагностики витковой деформации обмоток трансформаторов напряжения, в результате которой найден новый вид методов и систем измерения, исключающий влияние тока намагничивания.
Предложено выбирать требования к точности систем измерения сопротивления пары обмоток ТН по известным правилам метрологии, если пределы допустимых погрешностей эталонного и поверяемого средств измерений заменить соответственно на предел допустимой погрешности системы измерения изменения сопротивления пары обмоток и пороговое значение допустимого изменения этого сопротивления.
Предложен новый метод измерения сопротивления пары обмоток ТН, позволяющий исключить влияние тока намагничивания ТН на точность измерения путём расчёта модуля отношения разности входного и приведённого ко входу выходного напряжения на сумму входного и приведённого ко входу выходного токов с определёнными весовыми коэффициентами. Даны методики достаточно точного нахождения указанных коэффициентов приведения и весовых коэффициентов.
Предложено, при определении сопротивления пары обмоток ТН, ввести в измерительную систему звено с обратным преобразованием по отношению к звену, отображающему напряжение пары обмоток ТН. В результате уменьшаются погрешности от колебаний частоты, динамических изменений нагрузки и высших гармоник токов.
Впервые поставлен вопрос о важности ослабления влияния синфазных напряжений при функциональных методах измерения сопротивления пары обмоток. Предложено для ослабления синфазных напряжений использовать в измерительных системах индуктивные делители, метод образцовых сигналов и метод коммутационного инвертирования.
Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением в пределах неопределённости измерений результатов расчётов и
экспериментальных данных, а также совпадением результатов измерения сопротивления пары обмоток по предложенному методу и по известному методу короткого замыкания при условии исключения влияния тока намагничивания.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
- Естественная классификация методов диагностики витковых
деформации обмоток трансформаторов напряжения позволяет выявить новые
методы измерения сопротивления пары обмоток ТН, в частности методы,
свободные от влияния тока намагничивания.
- Выбор требований к точности систем измерения сопротивления пары
обмоток ТН по известным правилам метрологии позволяет обеспечить
надёжный контроль при минимально необходимой для этого точности, то есть
при минимально необходимых затратах.
- .иреДЛОлСсННЫй СПОСОи ИЗМереНИЯ СОПрОТйБЛсНИЯ ПарЫ ОиЫОТОК
трансформаторов позволяет исключить влияние тока намагничивания ТН на точность измерительных систем, как при тестовом, так и при функциональном методах. Поэтому впервые удаётся получать теоретически идентичные результаты для обоих методов.
Введение звена с обратным преобразованием по отношению к звену, отображающему напряжение пары обмоток ТН, способствует уменьшению погрешности от колебаний частоты, динамических изменений нагрузки и высших гармоник тока, что особенно важно для контроля ТН в реальных условиях его эксплуатации.
Разработанные методы ослабления синфазных сигналов при измерении сопротивления пары обмоток ТН могут существенно повысить точность контроля.
Разработанные структурные схемы систем измерения сопротивления пары обмоток ТН позволяют обеспечить надёжный контроль ТН в рабочих условиях их эксплуатации.
Результаты работы учтены при выполнении договора № 2176080 от 01.07.2008 г. по теме «Разработка и изготовление измерительной аппаратуры для контроля и диагностики деформаций обмоток крупных силовых трансформаторов, находящихся под нагрузкой». Этот договор был заключён между НП «ИНВЭЛ» и ГОУВПО МЭИ (ТУ) по программе Правления ОАО РАО ЕЭС России «Повышение эффективности отечественной энергетики в современных условиях».
Некоторые результаты исследований внедрены в учебный процесс путём постановки лабораторной работы и публикации учебного пособия.
Основные теоретические результаты работы проверялись экспериментально на однофазных трансформаторах с номинальной мощностью 0,18 кВ-А при частоте 50 Гц. Рассмотрены некоторые особенности применения разработанных методов на мощных трёхфазных трансформаторах, а также влияние частоты входного напряжения.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях «Информационные средства и технологии» 2006, 2008 гг., 14 Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Материалы диссертационной работы опубликованы в научных изданиях. Общее число публикаций - 12, в том числе, 1 патент РФ на изобретения, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, одно учебное методическое пособие.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения, библиографического списка, включающего 88 источников. Работа изложена на 138 страницах, содержит 52 рисунка и 5 таблиц.
