ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ТРЕХФАЗНОМ ТРАНСФОРМАТОРЕ
DIFFERENTIAL METHOD OF DETECTING COIL SHORT CIRCUITS IN A THREE-PHASE TRANSFORMER

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках трехфазных трансформаторов.
Дифференциальные способы основаны на суммировании двух или более величин, когда в результате суммирования в нормальном, не поврежденном режиме, сумма величин равна нулю. При появлении повреждения, в сумме возникает отличное от нуля значение, которое связано с тяжестью повреждения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является поперечная дифференциальная защита, которая применяется для релейной защиты параллельных линий, имеющих одинаковое сопротивление, и основывается на сравнении значений и фаз токов, протекающих по линиям. При нормальном режиме токи равны, а в случае короткого замыкании на одной из линий равенство нарушается [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учеб. Пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 341 с]. При равенстве токов, если вычесть ток одной линии от тока другой линии, в результате получим нулевое значение. В случае короткого замыкании на одной из линий равенство токов двух линий нарушается, и результат вычитания тока одной линии из тока другой линии будет не нулевым, и будет равен току короткого замыкания на одной из параллельных линий.
Недостатком прототипа является то, что, хотя в трехфазном трансформаторе имеются три фазных обмотки, имеющих одинаковые характеристики, принцип работы трансформатора отличается принципа работы линий электропередачи, и напрямую принцип поперечной дифференциальной защиты не применим к трансформаторам.
Задачей изобретения является создание нового метода обнаружения витковых замыканий в фазах трехфазных трансформаторов.
Техническим результатом является применение дифференциального способа к обнаружению витковых замыканий в трехфазном трансформаторе.
Технический результат достигается тем, что в дифференциальном способе обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе, согласно настоящему изобретению, одну обмотку трехфазного трансформатора используют в качестве питающей обмотки, к которой подключают источник переменного напряжения с известными характеристиками, две другие обмотки, имеющие одно номинальное значение напряжения, используют в качестве измерительных обмоток, и используют для обнаружения в данных обмотках наличия витковых замыканий, измерительные обмотки трехфазного трансформатора соединяют таким образом, что магнитные потоки в сердечниках измерительных обмоток, создаваемые током в питающей обмотке, направлены в одном направлении, при этом начала измерительных обмоток соединяют вместе, два конца двух измерительных обмоток соединяют соответственно с двумя входами датчика переменного напряжения либо тока, при этом выход датчика переменного тока соединяют с точкой соединения двух измерительных обмоток, и по показаниям датчика, по сравнению с известными значениями напряжения источника переменного напряжения, судят о наличии или отсутствии витковых замыканий в измерительных обмотках.
На фиг. 1, 2 представлена схема соединений обмоток трехфазного трансформатора, которая иллюстрирует предлагаемый дифференциальный способ обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе. При этом на фиг. 1 представлена схема, в которой измеряют разность напряжений, на фиг. 2 представлена схема, в которой измеряют разность токов. Цифрами на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - измеряемый трехфазный трансформатор, имеющий три фазные обмотки 2, 3, 4 на высокой стороне, три фазные обмотки 5, 6, 7на низкой стороне;
3 -фазная обмотка, выбранная в качестве питающей обмотки;
5, 7- фазные обмотки, выбранные в качестве измерительных обмоток;
8 - источник переменного напряжения с известными характеристиками;
9 - датчик переменного напряжения;
10, 11 - два конца двух измерительных обмоток 5, 7;
12,13 - два начала двух измерительных обмоток 5, 7; 14 -точка соединения двух измерительных обмоток 5, 7;
15 - датчик, переменного тока.
Для работы предлагаемого дифференциального способа обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе одна из обмоток трехфазного трансформатора выбирается в качестве питающей. При этом для двух обмоточного трехфазного трансформатора имеется шесть вариантов выбора питающей обмотки (фиг. 1): 2, 3, 4, 5, 6, 7. Для трех обмоточного трехфазного трансформатора вариантов выбора питающей обмотки будет девять, и предлагаемый дифференциальный способ обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе применим и к трех обмоточным трансформаторам. На фиг. 1, 2 в качестве питающей обмотки выбрана обмотка 3. Две другие обмотки, выбранные с одной (высокой или низкой) стороны трехфазного трансформатора, и имеющие одно номинальное значение напряжения, могут быть выбраны в качестве измерительных обмоток, поскольку будут иметь идентичные характеристики, и подходят для применения дифференциального метода. На фиг. 1 в качестве измерительных обмоток выбраны обмотки 5и 7.
Дифференциальный способ обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе заключается в следующем.
- На питающую обмотку 3 измеряемого трехфазного трансформатора 1 от источника переменного напряжения 8 подается синусоидальный ток или напряжение, промышленной частоты. Таким образом во всех трех фазных сердечниках измеряемого трехфазного трансформатора 1 создается переменный магнитный поток.
- Данный магнитный поток создает электродвижущую силу (ЭДС) в витках всех остальных обмоток измеряемого трехфазного трансформатора 1.
- При отсутствии витковых замыканий в измерительных обмотках 5, 7, которые имеют одно номинальное значение напряжения, благодаря идентичности характеристик измерительных обмоток 5, 7,будут создаваться одинаковые ЭДС.
- При встречном соединении измерительных обмоток 5, 7, таким образом, что магнитные потоки в сердечниках измерительных обмоток, создаваемые током в питающей обмотке, направлены в одном направлении, начала измерительных обмоток 12, 13 соединяются вместе, разность потенциалов между двумя концами 10, 11 измерительных обмоток будет нулевой.
- Для измерения разности потенциалов между концами 10, 11 измерительных обмоток 5, 7 к ним присоединяется датчик переменного напряжения 9, который в отсутствии витковых замыканий в измерительных обмотках 5, 7 покажет нулевые значения.
- Таким образом, при отсутствии витковых замыканий в измерительных обмотках 5, 7, показания датчика переменного напряжения 9 будут нулевыми.
- При наличии виткового замыкания в измерительной обмотке 5, ЭДС измерительной обмотки 5 будет меньше ЭДС измерительной обмотки 7, поскольку часть витков в измерительной обмотке 5 будет замкнута витковым замыканием, и оставшаяся часть витков в измерительной обмотке 5 будет меньше, чем количество витков в измерительной обмотке 7. Соответственно датчик переменного напряжения 9 покажет величину напряжения, которая приходится на витковые замыкания в измерительной обмотке 5. По величине измеренного напряжения, относительно величины напряжения, подаваемого источником напряжения 8, можно оценить количество витков в витковом замыкании, относительно общего количества витков в измерительной обмотке 5. По фазе переменного напряжения, измеренного датчиком переменного напряжения 9, относительно фазы переменного напряжения источника переменного напряжения 8 определяют, в какой из двух измерительных обмоток 5 или 7 имеются витковые замыкания.
- При использовании вместо датчика переменного напряжения датчика переменного тока 15 для измерения разности токов измерительных обмоток 5, 7, два входа датчика переменного тока 15 соединяется с концами 10, 11 измерительных обмоток 5, 7, выход датчика переменного тока 15 соединяется с точкой 14 соединения двух начал 12, 13 измерительных обмоток 5, 7. При этом обе измерительные обмотки 5, 7 оказываются замкнуты на датчик переменного тока 15, который измеряет разность токов, протекающих по измерительным обмоткам 5, 7. При этом датчик переменного тока 15 в отсутствии витковых замыканий в измерительных обмотках 5, 7 покажет нулевые значения, поскольку обмотки 5, 7 имеют идентичные характеристики.
- При наличии виткового замыкания в измерительной обмотке 5, ток измерительной обмотки 5 будет распределяться между витковым замыканием в измерительной обмотке 5, и оставшимися витками измерительной обмотки 5. Таким образом ток, который создают оставшиеся витки измерительной обмотки 5 в датчике переменного тока 15, будет меньше тока, который создает измерительная обмотка 7. Соответственно датчик переменного тока 15 покажет величину тока, которая приходится на витковые замыкания в измерительной обмотке 4. По фазе переменного тока, измеренного датчиком переменного тока 15, относительно фазы переменного напряжения источника переменного напряжения 8 определяют, в какой из двух измерительных обмоток 5 или 7 имеются витковые замыкания.
Таким образом, ненулевые показания датчика переменного напряжения 9 или датчика переменного тока 15 сигнализируют о наличии витковых замыканий в трансформаторе. По величине измеренного тока или напряжения судят о свойствах виткового замыкания, о тяжести повреждения трансформатора.
Измерительные обмотки 5, 7 уже непосредственно после изготовления трансформатора могут иметь неидентичные свойства. Поэтому для повышения чувствительности предлагаемого дифференциального способа обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе, необходимо уже на новом трансформаторе провести измерения данным способом, и записать в паспорт нового трансформатора токи и напряжения небаланса, которые возникают из неидентичных свойств фазных обмоток трансформатора. В дальнейшем, при плановой проверке трансформатора предлагаемым способом, при измерениях необходимо учитывать паспортные значения токов и напряжений небаланса.
Таким образом, предлагаемый дифференциальный способ обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе позволяет обнаружить витковые замыкания в обмотках трехфазного трансформатора, оценить тяжесть повреждения трансформатора.