УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Устройство предназначено для диагностики состояния изоляции обмоток трансформаторов, в частности для диагностики силовых трансформаторов напряжением 6-10/0,4 кВ любой мощности на наличие межвитковых замыканий в обмотках.
Известна газовая защита (Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения - М: Высш. шк., 2006.С 490-492), содержащая газовое реле, которое при возникновении электрической дуги, вызванной межвитковым замыканием обмотки и приводящей к вскипанию масла в трансформаторе, подает сигнал на отключение трансформатора.
Недостаток описанного аналога заключается в том, что она не срабатывает на ранних стадиях возникновения неисправности, а когда масло вскипит и газовая защита сработает, большая часть обмоток трехфазного трансформатора уже будет повреждена.
Патент на полезную модель «Устройство для диагностики межвитковых замыканий в обмотках силового трансформатора» (№2642521; дата публикации 26.12.2017; МПК G01R 31/02), включающее измерительный блок, соединенный с силовым трансформатором, отличающееся тем, что устройство соединено с силовым трансформатором со стороны низшего напряжения через трехполюсный автомат и содержит заведомо неповрежденный трансформатор, последовательно соединенный через трехполюсный автомат с согласующим трансформатором, а также диоды, регулировочные реостаты и фильтры, последовательно соединенные между собой, через которые проводники силового и согласующего трансформаторов соединены с заземляющим проводником, а в качестве измерительного блока используют приборы для измерения разности потенциалов между двумя точками, расположенными между регулировочными реостатами и фильтрами одноименных фаз силового и заведомо неповрежденного трансформаторов.
Недостатком аналога является постоянное наличие исправленного трансформатора.
В качестве прототипа взят патент на полезную модель «Устройство для диагностики межвитковых замыканий в обмотках трехфазного трансформатора» (№188169; дата публикации 02.04.2019; G01R 31/06), содержащее трансформаторы тока, включенные в фазы первичной обмотки трехфазного трансформатора. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединены параллельно, первая общая точка вторичных обмоток трансформаторов тока заземлена, а вторая общая точка присоединена через выключатель к последовательно соединенным между собой диодом, реостатом и первым контактом измерительного прибора.
Недостатком прототипа является возможность пробоя изоляции вторичной обмотки трансформаторов тока при эксплуатации в сетях высокого напряжения.
Недостаток прототипа поясняется следующим: диод свободно пропускает ток в одном направлении (в первый полупериод), а для тока противоположного направления (во второй полупериод) является большим сопротивлением, то есть в схеме, представленной в прототипе, создается для трансформатора тока в одном из полупериодов режим холостого хода. Между тем трансформатор тока по своим условиям эксплуатации не должен работать в режиме холостого хода. В противном случае на концах его обмоток появляются недопустимо высокие напряжения, которые могут привести к пробою изоляции вторичной обмотки трансформатора тока, а также к риску поражения обслуживающего персонала электрическим током. Допускаются только два режима работы трансформатора тока: либо работа на измерительный прибор, либо в режиме короткого замыкания. Режим работы, описанный в прототипе, может быть применен только при включении трансформаторов тока в низковольтные сети.
Задача полезной модели - исключение пробоя изоляции вторичной обмотки трансформаторов тока при эксплуатации в сетях высокого напряжения.
Задача решается тем, что устройство для диагностики межвитковых замыканий в обмотках трехфазного трансформатора, содержащее трансформаторы тока, включенные в фазы первичной обмотки трехфазного трансформатора, начала первичных обмоток трансформаторов тока заземлены, а концы вторичных обмоток трансформаторов тока присоединены к устройству выпрямления переменного тока, реостату и амперметру, второй контакт которого заземлен, в отличие от прототипа, устройство выпрямления переменного тока представляет собой трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост, соединенный по схеме Ларионова и имеющий положительный и отрицательный контакты, каждый из которых соединен последовательно с реостатом и амперметром.
В данной полезной модели обмотки трансформаторов тока соединены с двухполупериодным трехфазным выпрямителем. В один из полупериодов, когда ток протекает через диод в прямом направлении, трансформатор тока работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания. В другой полупериод, когда ток протекает через другой диод в обратном направлении, трансформатор тока работает также в режиме, близком к режиму короткого замыкания, что исключает работу трансформатора тока в режиме холостого хода и как следствие, исключает пробой изоляции. Дополнительным эффектом является повышение точности измерений за счет использования двухполупериодного выпрямителя вместо однополупериодного.
Устройство поясняется фигурой.
Устройство для диагностики межвитковых замыканий в обмотках трехфазного силового трансформатора, содержащее трансформаторы тока 2, включенные в фазы первичной обмотки трехфазного трансформатора 1, при этом начала первичных обмоток трансформаторов тока заземлены, а концы вторичных обмоток трансформаторов тока присоединены к устройству выпрямления переменного тока 3, реостатам 4 и амперметрам 5, второй контакт которых заземлен. Устройство выпрямления переменного тока 3 представляет собой трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост, соединенный по схеме Ларионова и имеющий положительный и отрицательный контакты, каждый из которых соединен последовательно со своими реостатами 4 и амперметрами 5.
Устройство для диагностики межвитковых замыканий в обмотках трехфазного трансформатора работает следующим образом: до ввода трехфазного трансформатора 1 в эксплуатацию, последовательно с его первичной обмоткой устанавливаются трансформаторы тока 2. Начала вторичных обмоток трансформаторов тока заземлены, концы вторичных обмоток соединены с двухполупериодным трехфазным диодным мостом 3, собранным по схеме Ларионова. Отрицательный и положительный зажимы моста через реостаты 4 и амперметры 5 соединены с землей.
Перед началом эксплуатации трехфазного трансформатора 1 (трансформатор заведомо исправен) трехфазный трансформатор 1 включается в сеть в режиме холостого хода (с отключенной нагрузкой). При этом показания амперметров 5 фиксируется. Они прямо пропорциональны сумме фазных токов трансформатора в режиме холостого хода.
Для осуществления диагностики трехфазного трансформатора 1 при плановом осмотре подстанции необходимо отключить нагрузку и повторить измерение. При включении трансформатора 1 в режиме холостого хода регистрируют показания амперметров 5. Если во время эксплуатации произошло межвитковое замыкание в обмотках трансформатора, ток холостого хода трансформатора увеличится. Превышение полученных значений над ранее зарегистрированными значениями (т.е. при заведомо исправном трансформаторе) свидетельствует о наличии короткозамкнутого витка или витков в обмотке трехфазного трансформатора 1.
Примером использования устройства диагностики межвитковых замыканий в обмотках трехфазного трансформатора является экспериментальное исследование патентуемого устройства.
В эксперименте наличие короткозамкнутых витков имитировалось навивкой дополнительных витков, расположенных поверх обмотки высшего напряжения в каждой фазе. Эти витки замыкались накоротко при проведении испытаний на той или иной фазе с помощью тумблеров, встроенных в пульт управления.
На макетной плате был спаян диодный мост Ларионова. Каждый из выводов с диодного моста был соединен со своими микроамперметром и резистором 430 Ом, согласно приведенной фигуре.
На выходе диодного моста получаем сигнал, пропорциональный арифметической сумме модулей фазных токов:
А
В
С
где ⎜I⎜, ⎜I⎜, ⎜I⎜- модули значения тока в фазах А, В, С соответственно.
При исправной работе трехфазного трансформатора данное значение является некоторой постоянной величиной.
Каждый тумблер на пульте управления включался поочередно обособленно от других, для получения на выходе диодного моста следующего сигнала:
А
В
С
где ⎜I'⎜, ⎜I'⎜, ⎜I'⎜- модули значения тока в фазах А, В, С соответственно, при наличии короткого замыкания в одной из фаз обмоток трехфазного трансформатора.
Вследствие проведенного эксперимента, выявлена закономерность - в результате возникновения короткозамкнутых витков образуется приращение суммы модулей токов фаз:
Σ
Σ
где I' - сумма токов трех фаз при наличии короткого замыкания в обмотках трансформатора, I - сумма токов трех фаз при нормальном режиме работы трансформатора.
Ниже представлена таблица регистрации показаний эксперимента.
Результаты эксперимента подтверждают правильность работы устройства диагностики межвитковых замыканий в обмотках трансформатора с применением диодного моста Ларионова.
Положительный эффект при использовании полезной модели заключается в диагностике межвитковых замыканий трехфазного трансформатора на ранней стадии возникновения, исключая пробой изоляции трансформаторов тока с обеспечением безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации трансформаторов тока в сетях высокого напряжения.