СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА
METHOD OF CONTROL OF MECHANICAL CONDITION OF TRANSFORMER WINDINGS

Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть использовано для контроля механического состояния обмоток силовых трансформаторов в электроэнергетических системах по результатам анализа переходных процессов, обусловленных коммутацией под рабочим напряжением.
Известен способ контроля механического состояния обмоток трансформаторов на основе анализа частотных характеристик его обмоток [US 6369582 В2, МПК G01R 31/06, опубл. 09.04.2002], заключающийся в том, что на отключенный от сети трансформатор от специального генератора, на одну из его обмоток, подают зондирующее синусоидальное напряжение с амплитудой 10 В, которое изменяют по частоте в диапазоне от 10 Гц до 2 МГц. С другой обмотки трансформатора снимают осциллограмму напряжения, которая является откликом на подаваемое зондирующее напряжение. В результате получают амплитудно-частотную характеристику обмотки, на которую подают зондирующее напряжение, и обмотки, с которой получают отклик. Осциллограмма отклика исправного трансформатора называется нормограммой, а осциллограмма отклика трансформатора, полученная при последующей диагностике, называется дефектограммой. Степень отличия дефектограммы от нормограммы зависит от степени отличия механического состояния двух обмоток исправного трансформатора и диагностируемого, и свидетельствует о смещении витков или замыкании отдельных витков. Такую процедуру проводят периодически, в среднем один раз в год при профилактических испытаниях трансформатора.
Недостатки этого способа контроля механического состояния обмоток заключаются, во-первых, в необходимости снятия рабочего напряжения и расшиновки трансформатора, во-вторых, в необходимости получения нормограмм на исправном трансформаторе (для большинства трансформаторов нормограммы отсутствуют), в-третьих, в необходимости использования специального генератора для получения нормограмм и дефектограмм.
Известен способ контроля состояния обмоток трансформатора методом низковольтных импульсов [Диагностика обмоток силовых трансформаторов методом низковольтных импульсов, С.В Аликин, А.А. Дробышевский, Е.И Левицкая, М.А. Филатова. Электротехника, №12, 1991, - С. 30-35], принятый за прототип, который заключается в том, что на одну из обмоток трансформатора подают прямоугольный импульс низкого напряжения с амплитудой от 100 до 500 В, на другой обмотке регистрируют осциллограмму отклика на воздействие этого импульса. Отклик от воздействия прямоугольного импульса на исправном трансформаторе называют нормограммой, а отклик на повторно диагностируемом трансформаторе называют дефектограммой. Различие форм дефектограммы и нормограммы свидетельствует об изменении механического состояния обмоток трансформатора.
Недостатками такого способа контроля механического состояния обмоток трансформатора являются: необходимость отключения и расшиновки трансформатора, необходимость получения нормограмм на исправном трансформаторе (для большинства трансформаторов нормограммы отсутствуют), необходимость использовать специальный генератор прямоугольных импульсов для получения нормограмм и дефектограмм.
Техническая проблема, решаемая при использовании предложенного изобретения, заключается в возможности контроля механического состояния обмоток трансформатора в рабочем режиме.
Предложенный способ контроля механического состояния обмоток трансформатора, также как в прототипе, включает измерение напряжения на вторичной обмотке трансформатора с получением осциллограмм.
В отличие от прототипа в рабочем режиме трансформатора одновременно измеряют напряжение в течение первых 50 мкс на первичной и вторичной обмотках трансформатора при подключении / отключении первичной обмотки трансформатора к питающей сети, полученные осциллограммы запоминают. Каждую последующую осциллограмму сравнивают с предыдущей, соответствующей включению / отключению трансформатора при одинаковых углах включения питающего напряжения первичной обмотки трансформатора. Если сравниваемые осциллограммы не отличаются друг от друга, то делают вывод об исправном состоянии обмоток трансформатора. Если же сравниваемые осциллограммы отличаются друг от друга, то это свидетельствует об изменении механического состояния обмоток.
Продолжительность измерения напряжения на первичной и вторичной обмотке трансформатора в течение первых 50 мкс обоснована наличием переходного процесса, который происходит в обмотках трансформатора в течение этого времени [Лавров Ю.А., Овсянников А.Г., Шевченко Ю.С., Шиллер О.Ю. Перенапряжения при коммутациях блочного трансформатора 500 кВ элегазовым выключателем. «Электро» №6, 2010. - С. 24 - 27].
В качестве зондирующего сигнала используются коммутационные импульсы, возникающие при подключении или отключении первичной обмотки трансформатора к сети высокого напряжения при одинаковых углах включения питающего напряжения первичной обмотки трансформатора, что не требует специального генератора. Анализ каждого предыдущего акта коммутации трансформатора является нормограммой для последующего акта коммутации, поэтому нет необходимости в специальной нормограмме.
Техническим результатом предложенного способа является возможность контроля механического состояния обмоток трансформатора в рабочем режиме трансформатора путем сравнения полученных осциллограмм.
На фиг. 1 показана схема для реализации предложенного способа.
На фиг. 2 представлены осциллограммы переходного процесса в обмотках высоковольтного трансформатора НТМИ-6, где а) - соответствует исправному состоянию обмоток, кривая 1 - зависимость изменения напряжения от времени на первичной обмотке трансформатора, кривая 2 - зависимость изменения напряжения от времени на вторичной обмотке трансформатора; б) - соответствует неисправному состоянию (произошло механическое смещение витков обмотки), кривая 3 - зависимость изменения напряжения от времени на первичной обмотке трансформатора, кривая 4 - зависимость изменения напряжения от времени на вторичной обмотке трансформатора.
Устройство для осуществления способа контроля механического состояния обмоток трансформатора содержит высоковольтный выключатель 1, высоковольтный трансформатор 2 (например, типа НТМИ-6), к обмоткам 3 и 4, которого соответственно подключены регистраторы 5 и 6 (осциллографы типа Тектроникс TDS 1012). Потребитель 7 подключен к вторичной обмотке 4. Первичная обмотка 3 через выключатель 1 подключена к высоковольтной сети.
Способ контроля механического состояния обмоток трансформатора под рабочим напряжением осуществляли следующим образом. При включении выключателя 1 для питания нагрузки 7 на обмотку 3 высоковольтного трансформатора 2 подали напряжение сети. Форму напряжения, подаваемого на первичную обмотку 3, регистрировали регистратором 5 (кривая 1 на фиг. 2а)). За счет переходного процесса, который возник в обмотках трансформатора при подключении его к питающей сети выключателем 1 и длится в течение примерно 50 мкс, во вторичной обмотке 4 высоковольтного трансформатора 2 возникло напряжение переходного процесса, которое зарегистрировали регистратором 6 (кривая 3 на фиг. 2б)). Форма напряжения переходного процесса в исправном высоковольтном трансформаторе приведена в виде осциллограммы - кривая 2 на на фиг. 2а), а при неисправном трансформаторе, в случае смещения витков высоковольтной первичной обмотки 3 относительно штатного положения, - на осциллограмме - кривая 4 на фиг. 2б). После получения осциллограмм на развертке длительностью 50 мкс, провели их сравнение, совмещением друг с другом в одном масштабе на координатной плоскости: кривой 1 на фиг. 2а) с кривой 3 на фиг. 2б) и кривой 2 на фиг. 2а) с кривой 4 на фиг. 2б). Так как кривые 1 и 3 не отличаются друг от друга, делается вывод о том, что угол включения одинаков.
При изменении механического состояние витков обмоток трансформатора кривые 2 и 4 отличаются.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает обнаружение отклонений в механическом состоянии обмоток трансформатора путем последовательного сравнения осциллограмм, полученных при последующем включении или отключении трансформатора с осциллограммами, полученными при предыдущих включениях или отключениях.
Способ не требует вывода трансформатора из эксплуатации путем отключения от сети, и расшиновки, с целью последующей диагностики, и не требует применения специального импульсного генератора для диагностики механического состояния обмоток трансформатора под рабочим напряжением.