RU2059257C1 - Method for checking deformation in windings of power transformers - Google Patents

Abstract

FIELD: permanent and periodic check of windings in power transformers. SUBSTANCE: device, which implements said method has power three-phase transformer 1 with primary winding 2 and secondary winding 6, current transformers 3, grounded neutral wire 4, current transformer 5, device wires 7, power supply 8, zero-line voltage transformer 9, first harmonic filters 10 and 11, coefficient units 12 and 13, adders 14, 15, phase indicator 16, phase switch 17, divider 18 and indicator 19. EFFECT: increased functional capabilities. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для непрерывного и периодического контроля состояния обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети. The invention relates to instrumentation and can be used for continuous and periodic monitoring of the status of the windings of power transformers without disconnecting from the network.

Известен способ контроля внутренних обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети, заключающийся в непрерывном измерении сопротивления трансформатора как отношения разности нормированных напряжений первичной и вторичной обмоток к току вторичной обмотки, приведенного к частоте 50 Гц. A known method of monitoring the internal windings of power transformers without disconnecting from the network, which consists in the continuous measurement of the resistance of the transformer as the ratio of the difference between the normalized voltages of the primary and secondary windings to the current of the secondary winding, reduced to a frequency of 50 Hz.

Z_к=

• 50 T, где Т период частоты сети.Z _to =

• 50 T, where T is the period of the network frequency.

Полученное сопротивление сравнивается с паспортным Z_к,п и оценивается относительное изменение сопротивления
δΖ_к=

• 100%
По значению относительного изменения сопротивления выявляется деформация обмоток. В данном способе результат получается как разность двух измерений, поэтому требуется их высокая точность. Необходимо учитывать отклонение частоты в сети от номинальной и использовать напряжение с обеих сторон трансформатора.The resulting resistance is compared with the passport Z _{to, p} and the relative change in resistance is estimated
δΖ _k =

• one hundred%
By the value of the relative change in resistance, deformation of the windings is detected. In this method, the result is obtained as the difference of two measurements, therefore, their high accuracy is required. It is necessary to take into account the deviation of the frequency in the network from the nominal one and use the voltage on both sides of the transformer.

Известен способ, при котором дополнительно введено эталонное сопротивление, падение напряжения на котором от тока трансформатора сравнивается с падением напряжения на сопротивлении трансформатора, что позволяет повысить точность и уменьшить зависимость результата от частоты. Однако по-прежнему остается необходимость измерения напряжений на всех сторонах трансформатора наряду с измерением тока. There is a method in which a reference resistance is additionally introduced, the voltage drop of which on the transformer current is compared with the voltage drop on the transformer resistance, which improves accuracy and reduces the dependence of the result on frequency. However, there remains a need for voltage measurements on all sides of the transformer along with current measurement.

Известен способ контроля деформации обмоток силовых трансформаторов, не требующий измерения напряжений, заключающийся в непрерывном измерении разностей токов секций нерасщепленных обмоток в каждой фазе, измерении фазных токов всех нерасщепленных обмоток и по результатам измерений определении магнитопровода с деформированной обмоткой и относительного отклонения сопротивления короткого замыкания от первоначального значения. Способ предназначен для специальных трансформаторов с обмотками, расщепленными на разные стержни, и может быть применим также для случая подключения к общим шинам двух и более трансформаторов с заземленной нейтралью. Однако для одиночно работающего силового трехфазного трансформатора этот способ неприменим. A known method of controlling the deformation of the windings of power transformers, which does not require a voltage measurement, consists in continuously measuring the differences in the currents of sections of undigested windings in each phase, measuring the phase currents of all undigested windings and determining the magnetic circuit with a deformed winding and the relative deviation of the short circuit resistance from the original value . The method is intended for special transformers with windings split into different rods, and can also be used for connecting two or more transformers with a grounded neutral to common buses. However, for a single-working power three-phase transformer, this method is not applicable.

Известен способ контроля сопротивления трехфазного шунтирующего реактора, заключающийся в том, что измеряют ток в нейтрали, измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, к которым подключены обмотки с заземленной нейтралью, векторно вычитают сигналы, пропорциональные измеренным току и напряжению и по значению полученной разности судят об изменении сопротивления обмотки, например, вследствие виткового замыкания. A known method of controlling the resistance of a three-phase shunt reactor is that they measure the current in neutral, measure the voltage of the zero sequence on the buses to which the windings with grounded neutral are connected, vectorly subtract signals proportional to the measured current and voltage and judge the change by the value of the received difference winding resistance, for example, due to a short circuit.

Способ не позволяет выявить фазу, в которой произошло изменение сопротивления, и имеет недостаточную точность для контроля деформации обмоток силовых трансформаторов по изменению сопротивления. The method does not allow to identify the phase in which the change in resistance occurred, and has insufficient accuracy to control the deformation of the windings of power transformers by the change in resistance.

Задача изобретения повышение точности контроля изменения сопротивления трансформатора, что необходимо для выявления по этому изменению деформации обмоток трансформатора, а также задачи выявления фазы, в которой произошло изменение сопротивления. The objective of the invention is to increase the accuracy of monitoring changes in the resistance of the transformer, which is necessary to identify the deformation of the transformer windings by this change, as well as the task of identifying the phase in which the change in resistance occurs.

Технический результат изобретения заключается в своевременном выявлении деформации обмоток трансформатора и его ремонте, что предотвращает аварию. The technical result of the invention is the timely detection of deformation of the transformer windings and its repair, which prevents an accident.

Сущность изобретения заключается в том, что измеряют ток в нейтрали силового трансформатора, измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, к которым подключена обмотка с заземленной нейтралью. С помощью измеренного напряжения нулевой последовательности формируют ток, пропорциональный току нулевой последовательности трансформатора в первоначальном состоянии и вычитают его из тока нейтрали трансформатора. Полученная разность токов представляет собой ток нулевой последовательности от продольной несимметрии, обусловленной различием сопротивлений короткого замыкания (КЗ) обмоток фаз трансформатора, которое по заводским данным может достигать 2% а в эксплуатации не допускается более 5% Для исключения влияния исходного различия сопротивлений обмоток фаз трансформатора предлагается компенсировать полученную разность токов дополнительным вычитанием из нее токов тех двух фаз, сопротивление которых больше, умноженных на соответствующие коэффициенты, подбирая их так, чтобы результирующий ток в первоначальном состоянии стал равен нулю. Если в результате протекания тока внешнего короткого замыкания произошла деформация обмотки одной из фаз трансформатора, то это приводит к изменению сопротивления КЗ и тока нулевой последовательности обмотки с заземленной нейтралью, а следовательно, к появлению результирующего тока, который по фазе коллинеарен с током деформировавшейся обмотки, что является признаком для выявления фазы трансформатора с деформировавшейся обмоткой. Величина результирующего тока пропорциональна отклонению сопротивления КЗ обмотки от исходного, поэтому делением модуля результирующего тока на модуль тока деформировавшейся фазы получают относительное отклонение сопротивления обмотки. The essence of the invention lies in the fact that they measure the current in the neutral of the power transformer, measure the voltage of the zero sequence on the buses to which the winding is connected with a grounded neutral. Using the measured zero sequence voltage, a current is generated proportional to the zero sequence current of the transformer in the initial state and subtracted from the neutral current of the transformer. The resulting current difference is the zero sequence current from the longitudinal asymmetry, due to the difference in the short circuit resistance (SC) of the transformer phase windings, which according to the factory data can reach 2% and in operation is not allowed more than 5%. To eliminate the influence of the initial difference in the resistance of the transformer phase windings, it is proposed compensate for the current difference obtained by subtracting from it the currents of those two phases whose resistance is greater than multiplied by the corresponding coefficients coefficients, selecting them so that the resulting current in the initial state becomes equal to zero. If, as a result of the flow of external short circuit current, the winding of one of the phases of the transformer is deformed, this leads to a change in the short-circuit resistance and the current of the zero sequence of the winding with a grounded neutral, and, consequently, to the appearance of the resulting current, which is collinear in phase with the current of the deformed winding, which is a sign for detecting the phase of a transformer with a deformed winding. The value of the resulting current is proportional to the deviation of the short-circuit resistance of the winding from the original, therefore, by dividing the module of the resulting current by the current module of the deformed phase, a relative deviation of the winding resistance is obtained.

Технический эффект предлагаемого способа сведения к нулю результирующего тока компенсацией в исходном состоянии при токе нагрузки I_н состоит в том, что, при последующей деформации обмотки, появляющийся результирующий ток I

пропорционален изменению сопротивления КЗ Х_к обмотки фазы трансформатора на величину ΔХ_к, и последнее может быть определено по формуле
ΔX

=

а ток I

коллинеарен току I_н, что позволяет выявить деформировавшуюся фазу трансформатора.The technical effect of the proposed method to reduce the resulting current to zero by compensation in the initial state at a load current I _n consists in the fact that, upon subsequent deformation of the winding, the resulting current I

is proportional to the change in the resistance of the short circuit X _to the transformer phase winding by ΔX _k , and the latter can be determined by the formula
ΔX

=

and current I

collinear current I _n that allows you to identify the deformed phase of the transformer.

При отсутствии предлагаемой компенсации разность токов в исходном состоянии не равна нулю, и деформация какой-либо фазы обмотки может как увеличить, так и уменьшить значение разности токов, а ее фаза будет произвольной, что делает невозможной определение изменения значения сопротивления КЗ обмотки и выявление деформировавшейся фазы трансформатора. In the absence of the proposed compensation, the current difference in the initial state is not equal to zero, and the deformation of any phase of the winding can both increase and decrease the value of the current difference, and its phase will be arbitrary, which makes it impossible to determine the change in the value of the short-circuit resistance of the winding and identify the deformed phase transformer.

Предлагаемый способ контроля может дать дополнительный технический эффект, если результирующий ток подать на специальный токовый измерительный орган релейной защиты трансформатора, отстроенный по уставке от сигнала при максимально возможной деформации обмотки. При этом будет достигнута более высокая чувствительность релейной защиты трансформатора к витковым замыканиям. The proposed monitoring method can give an additional technical effect if the resulting current is applied to a special current measuring body of the relay protection of the transformer, tuned up according to the setpoint from the signal at the maximum possible deformation of the winding. In this case, a higher sensitivity of the transformer relay protection to coil circuits will be achieved.

На чертеже приведена схема, реализующая предлагаемый способ. The drawing shows a diagram that implements the proposed method.

На схеме объект контроля силовой трехфазный трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, соединенной в звезду и имеющей на вводах трансформаторы тока 3 и заземленную нейтраль 4 с трансформатором тока 5. Вторичная обмотка 6, соединена в треугольник. Трансформатор 1 подключен к шинам 7, питающимся от источника рабочего напряжения 8. К шинам также подключен трансформатор напряжения нулевой последовательности 9. На схеме изображены фильтры первой гармоники 10 и 11, блоки коэффициентов 12 и 13, блоки суммирования первый 14 и второй 15, индикатор фаз 16, переключатель фазы 17, блок деления 18 и индикатор 19. In the diagram, the object of control is a three-phase power transformer 1 with a primary winding 2 connected to a star and having current transformers 3 at the inputs and a grounded neutral 4 with current transformer 5. The secondary winding 6 is connected in a triangle. The transformer 1 is connected to the buses 7, powered by a source of operating voltage 8. The zero-sequence voltage transformer 9 is also connected to the buses. The diagram shows the filters of the first harmonic 10 and 11, blocks of coefficients 12 and 13, summing blocks of the first 14 and second 15, phase indicator 16, phase switch 17, division unit 18 and indicator 19.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Ток нейтрали 4 первичной обмотки 2 контролируемого трансформатора 1 через трансформатор тока 5 и фильтр первой гармоники 10 подается на вход первого блока суммирования 14. Через трансформатор напряжения нулевой последовательности 9, фильтр первой гармоники 11 и коэффициент 13, значение которого обратно пропорционально сопротивлению нулевой последовательности контролируемого трансформатора 1, формируется с обратным знаком и подается на второй вход блока суммирования 14 ток нулевой последовательности контролируемого трансформатора, обусловленный напряжением нулевой последовательности на шинах. Полученная разность токов с выхода первого блока суммирования 14 подается на вход второго блока суммирования 15, где из нее вычитаются некоторые доли фазных токов первичной обмотки, подаваемых от трансформаторов тока 3 через коэффициенты 12. The neutral current 4 of the primary winding 2 of the controlled transformer 1 through the current transformer 5 and the first harmonic filter 10 is supplied to the input of the first summing unit 14. Through the zero-sequence voltage transformer 9, the first harmonic filter 11 and coefficient 13, the value of which is inversely proportional to the zero-sequence resistance of the controlled transformer 1, is formed with the opposite sign and fed to the second input of the summing unit 14, the zero sequence current of the controlled transformer, due to zero voltage on the tires. The resulting current difference from the output of the first summing unit 14 is fed to the input of the second summing unit 15, where some fractions of the phase currents of the primary winding supplied from current transformers 3 through the coefficients 12 are subtracted.

Если сопротивления КЗ обмоток 2 и 6 всех фаз контролируемого трансформатора 2 одинаковы, то в нейтрали 4 существует лишь ток нулевой последовательности, обусловленный напряжением нулевой последовательности на шинах от внешнего источника несимметрии. По цепи 9,11,13 формируется такой же ток и в блоке суммирования 14 эти токи компенсируются, т.е. на выходе сумматора 14 разность токов равна нулю. If the short-circuit resistance of the windings 2 and 6 of all phases of the controlled transformer 2 is the same, then in neutral 4 there is only a zero-sequence current, due to the voltage of the zero-sequence on the buses from an external source of asymmetry. On the circuit 9,11,13 the same current is generated and in the summing unit 14 these currents are compensated, i.e. at the output of adder 14, the current difference is zero.

Если сопротивление КЗ одной из фаз трансформатора отличается от двух других, то при протекании тока нагрузки в результате продольной несимметрии появится ток в нейтрали 4 и на выходе блока суммирования 14 появится результирующий ток, пропорциональный току нагрузки и отклонению сопротивления фазы. Этот результирующий ток коллинеарен с током нагрузки указанной фазы трансформатора, поэтому может быть скомпенсирован некоторой долей тока нагрузки по цепи 3,12 этой фазы трансформатора до установления нулевого результирующего тока на выходе блока суммирования 15. С такой настройкой схема длительно эксплуатируется. If the short-circuit resistance of one of the phases of the transformer is different from the other two, then when the load current flows as a result of longitudinal asymmetry, the current in neutral 4 will appear and the resulting current will be output at the output of summing unit 14, proportional to the load current and the phase resistance deviation. This resulting current is collinear with the load current of the specified phase of the transformer, therefore, it can be compensated by a certain fraction of the load current along the circuit 3.12 of this phase of the transformer until the zero resulting current is established at the output of the summing unit 15. With this setting, the circuit is operated for a long time.

Если при внешнем КЗ произошла деформация одной из фаз обмотки трансформатора 1, в результате чего изменилось сопротивление КЗ этой фазы трансформатора, появляется дополнительная продольная несимметрия, которая приводит к появлению сигнала на выходе блока суммирования 15. Этот сигнал подается на индикатор фазы 16, где поочередным сравнением с токами фаз трансформатора, подаваемыми от переключателя 17, выявляется деформировавшаяся фаза трансформатора по коллинеарности сравниваемых сигналов. If, during an external short circuit, one of the winding phases of the transformer 1 is deformed, as a result of which the short-circuit resistance of this phase of the transformer changes, an additional longitudinal asymmetry appears, which leads to the appearance of a signal at the output of the summing unit 15. This signal is fed to the phase 16 indicator, where alternating comparison with the currents of the phases of the transformer supplied from the switch 17, the deformed phase of the transformer is detected by the collinearity of the compared signals.

Сигнал с выхода сумматора 15 и ток выбранной фазы от переключателя 17 подаются на блок деления 18, с помощью которого определяется относительное значение изменения сопротивления. К выходу блока деления 18 подключается индикатор 19 для фиксации значения этого изменения. The signal from the output of the adder 15 and the current of the selected phase from the switch 17 are fed to the division unit 18, with which the relative value of the change in resistance is determined. An indicator 19 is connected to the output of the division unit 18 to fix the value of this change.

Для трансформаторов электростанций с симметричной нагрузкой можно компенсацию разности токов производить от тока нагрузки одной фазы трансформатора через фазоповоротное устройство с плавным регулированием фазового угла. При этом первоначальная компенсация осуществляется изменением доли тока нагрузки и его поворотом. При появлении результирующего тока из-за деформации обмотки, определение фазы трансформатора с деформировавшейся обмоткой производится по замеренному углу между током нагрузки фазы трансформатора, выбранной для компенсации, и результирующим током. For transformers of power plants with a symmetrical load, it is possible to compensate for the difference in currents from the load current of one phase of the transformer through a phase-shifting device with smooth adjustment of the phase angle. In this case, the initial compensation is carried out by changing the proportion of the load current and its rotation. When the resulting current appears due to winding deformation, the phase of the transformer with the deformed winding is determined by the measured angle between the load current of the transformer phase selected for compensation and the resulting current.

Коллинеарность токов свидетельствует о повреждении фазы трансформатора, выбранной для компенсации. Угол + 120 или 60 свидетельствует о деформации в опережающей фазе трансформатора, а 120 или + 60 в отстающей фазе трансформатора. The collinearity of the currents indicates damage to the phase of the transformer selected for compensation. An angle of + 120 or 60 indicates deformation in the leading phase of the transformer, and 120 or + 60 in the lagging phase of the transformer.

Предлагаемый способ может быть применен и для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов с обмоткой низшего напряжения, соединенной в треугольник. Известно, что в результате протекания токов КЗ может деформироваться внутренняя или средняя обмотка в зависимости от того, по каким обмоткам протекает ток КЗ. Поэтому для контроля деформации обмоток достаточно контролировать суммарное сопротивление КЗ обмоток низшего (НН) и среднего (СН) напряжений. При деформации внутренней обмотки (НН) напряжение КЗ U_{к сн-нн} увеличивается, а при деформации средней обмотки (СН) U_{к сн-нн} уменьшается. В соответствии с этим появляющийся результирующий ток может либо совпадать по фазе с током нагрузки, если деформировалась средняя обмотка, либо находиться в противофазе, если деформировалась внутренняя обмотка.The proposed method can be applied to tri-winding transformers and autotransformers with a low voltage winding connected in a triangle. It is known that as a result of the flow of short-circuit currents, the inner or middle winding may be deformed, depending on which windings the short-circuit current flows through. Therefore, to control the deformation of the windings, it is sufficient to control the total short-circuit resistance of the windings of the lower (LV) and medium (MV) voltages. With the deformation of the internal winding (LV), the short circuit voltage U _{to sn-nn} increases, and with the deformation of the middle winding (SN) U _{to sn-nn} decreases. In accordance with this, the resulting resulting current can either coincide in phase with the load current if the middle winding is deformed, or be in antiphase if the internal winding is deformed.

Предлагаемый способ контроля может быть реализован с применением ЭВМ. Для этого необходимо в течение нескольких периодов одновременно записать фазные токи нагрузки, ток нейтрали и напряжение нулевой последовательности на шинах на магнитный носитель в кодах ЭВМ, а затем полученную информацию ввести в ЭВМ и обработать по программе, реализующей алгоритм предлагаемого способа контроля деформации обмотки. Запись и обработка данных выполняется первый раз для настройки, последующие после близких внешних КЗ или в соответствии с графиком проверок. The proposed control method can be implemented using a computer. For this, it is necessary to simultaneously record the phase load currents, the neutral current and the zero sequence voltage on the buses on a magnetic carrier in computer codes, and then enter the received information into a computer and process it using a program that implements the algorithm of the proposed method for controlling the deformation of the winding. Data recording and processing is performed for the first time for tuning, subsequent after close external faults or in accordance with the inspection schedule.

Claims (3)

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИИ ОБМОТОК СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ под нагрузкой, заключающийся в том, что измеряют ток в нейтрали силового трансформатора, обмотка низшего напряжения которого соединена в треугольник, измеряют напряжение нулевой последовательности на шинах, к которым подключена обмотка с заземленной нейтралью, вычитают из первой гармоники тока нейтрали сигнал, прямо пропорциональный первой гармонике измеренного напряжения нулевой последовательности на шинах, деленной на сопротивление нулевой последовательности контролируемого трансформатора, и получают разность токов, по которой определяют отклонение сопротивления контролируемого трансформатора от первоначального значения, отличающийся тем, что дополнительно измеряют и вычитают из разности токов умноженные на свои коэффициенты фазные токи обмотки с заземленной нейтралью и полученный результирующий ток поочередно сравнивают по фазовому углу с токами фаз трансформатора и по коллинеарности токов выявляют фазу трансформатора с деформировавшейся обмоткой, а отклонение сопротивления короткого замыкания контролируемого трансформатора определяют делением модуля результирующего тока на модуль тока деформировавшейся фазы. 1. METHOD FOR MONITORING THE DEFORMATION OF WINDINGS OF POWER TRANSFORMERS under load, namely, that they measure the current in the neutral of the power transformer, the low-voltage winding of which is connected in a triangle, measure the zero-sequence voltage on the buses to which the winding with a grounded neutral is connected, subtract from the first harmonic neutral current signal, directly proportional to the first harmonic of the measured voltage of the zero sequence on the buses divided by the resistance of the zero sequence control current transformer, and receive the current difference, which determines the deviation of the resistance of the controlled transformer from the original value, characterized in that it is additionally measured and subtracted from the current difference multiplied by their coefficients, the phase currents of the winding with a grounded neutral and the resulting resulting current is alternately compared in phase angle with the currents of the phases of the transformer and the collinearity of the currents reveal the phase of the transformer with a deformed winding, and the deviation of the resistance of the short circuit Nia controlled transformer module is determined by dividing the resulting current in the current module deformed phase. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для трансформаторов электростанций с симметричной нагрузкой измеряют и из разности токов вычитают умноженный на комплексный коэффициент ток одной фазы, а деформировавшуюся фазу трансформатора определяют по измеренному углу между результирующим током и током этой фазы. 2. The method according to claim 1, characterized in that for transformers of power plants with a symmetrical load, they measure and subtract the current of one phase multiplied by the complex coefficient from the current difference, and the deformed phase of the transformer is determined by the measured angle between the resulting current and the current of this phase. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для автотрансформаторов и трехобмоточных трансформаторов с заземленными нейтралями обмоток высшего и среднего напряжения в режиме отключенной обмотки высшего напряжения измеряют и из разности токов вычитают умноженные на свои коэффициенты фазные токи обмотки среднего напряжения и при сравнении фаз результирующего тока и тока обмотки среднего напряжения дополнительно выявляют внутреннюю по расположению деформировавшуюся обмотку, если коллинеарные токи находятся в противофазе, и среднюю по расположению обмотку, если коллинеарные токи совпадают по фазе. 3. The method according to p. 1, characterized in that for autotransformers and three-winding transformers with grounded neutrals of the high and medium voltage windings in the disconnected mode of the high voltage winding, they are measured and the phase currents of the medium voltage winding multiplied by their coefficients are subtracted from their currents and when comparing the phases the resulting current and the medium-voltage winding current additionally identify the deformed winding internal by location, if the collinear currents are in antiphase, and the average Proposition winding, if collinear currents are in phase.