Способ определения группы и схемы соединения обмоток силовых двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов
Владельцы патента RU 2458354:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) (RU)
Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения группы и схемы соединения силовых двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов. Технический результат: определение группы и схемы соединения обмоток трансформатора по параметрам симметричного и несимметричного режима работы трансформатора без отключения его от сети. Сущность: измеряют величины (фазные или линейные) и фазовые углы напряжений и токов всех обмоток трансформатора в различных нагрузочных (симметричных и несимметричных) режимах. По измеренным значениям путем решения уравнения для определения группы соединения обмоток трансформатора определяют номер группы соединения обмоток трансформатора. Анализируя наличие составляющих нулевой последовательности и полученный номер группы, определяют схему соединения обмоток трансформатора. 2 ил.
Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения группы и схемы соединения силовых двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов.
Известен способ определения группы соединения обмоток трансформатора с помощью устройства, содержащего источник постоянного напряжения и коммутирующий орган, обеспечивающий поочередное подключение источника постоянного напряжения к выводам АВ, ВС, АС высоковольтной обмотки трансформатора, цифровой осциллограф, содержащий вычислительный блок, энергонезависимую память, порт сопряжения с персональным компьютером и три измерительных канала напряжения, которые соединены с выводами обмотки низкого напряжения трехфазного трансформатора, причем коммутирующий орган содержит блок запуска, цепи защиты внутренних ключей от перенапряжения, блок ожидания обнуления токов в высоковольтной обмотке трехфазного трансформатора и имеет дополнительный выход, подключенный к дополнительному управляющему входу цифрового осциллографа. После завершения трех циклов вычислительный блок цифрового осциллографа, сопоставляя знаки и уровни сигналов с выводов обмотки низкого напряжения трехфазного трансформатора с табличными значениями групп известных соединений, определяет группу соединения обмоток испытуемого объекта [1].
Недостатком этого способа является необходимость отключения трансформатора от сети, что весьма неэкономично, а также указанный способ позволяет определить только группу соединения обмоток трансформатора, но не позволяют определить схему соединения обмоток.
Существует способ, согласно которому измеряют величины и фазовые углы напряжений и токов всех обмоток трансформатора в двух различных нагрузочных режимах, по измеренным значениям путем решения уравнений состояния силового трансформатора, составленным на основе схемы замещения трансформатора, определяют сопротивление ZK и потери PK короткого замыкания, ток I0 и потери P0 холостого хода и по превышению значений ZK, РK, I0, P0 над соответствующими эталонными значениями судят о техническом состоянии и работоспособности трансформатора. Определяют активные и индуктивные сопротивления каждой из обмоток и по полученным значениям сопротивлений уточняют техническое состояние витковой изоляции и состояние токоведущих частей обмоток [2].
Однако этот способ не предусматривает определения группы соединения обмоток и схемы соединения обмоток трансформатора.
Необходимость снижения количества отключений трансформаторов требует разработки способов определения группы и схемы соединения обмоток трансформатора непосредственно при работе под нагрузкой.
Цель предлагаемого изобретения - это определение группы и схемы соединения обмоток трансформатора по параметрам симметричного и несимметричного режима работы трансформатора без отключения его от сети. Способ заключается в том, что измеряют величины (фазные или линейные) и фазовые углы напряжений и токов всех обмоток трансформатора в различных нагрузочных (симметричных и несимметричных) режимах, по измеренным значениям путем решения уравнения для определения группы соединения обмоток трансформатора определяют номер группы соединения обмоток трансформатора, далее, анализируя зафиксированный несимметричный режим работы трансформатора (а именно наличие составляющих нулевой последовательности) и полученный номер группы, определяют схему соединения обмоток трансформатора.
Способ может быть реализован следующим образом: измеряют величины и фазовые углы напряжений и токов всех обмоток трансформатора в нормальном или аварийном режиме работы трансформатора без перерыва в его работе, по измеренным значениям путем решения уравнения определения группы соединения обмоток трансформатора определяют номер группы соединения обмоток, далее, если имеется зафиксированный несимметричный режим работы трансформатора, проверяют наличие составляющих нулевой последовательности на сторонах трансформатора, затем, сопоставляя полученный номер группы соединения обмоток с возможной схемой соединения обмоток, определяют схему соединения обмоток трансформатора.
На фиг.1 изображена электрическая схема измерительной цепи, реализующая способ для двухобмоточного трансформатора. На фиг.2 изображена электрическая схема измерительной цепи, реализующая способ для трехобмоточного трансформатора.
Для реализации предложенного способа определения группы и схемы соединения обмоток двухобмоточных трансформаторов может быть использована измерительная цепь, электрическая схема которой изображена на фиг.1.
Измерительная цепь содержит первый 1 и второй 3 трансформаторы тока, первый 4 и второй 6 трансформаторы напряжения, шины 7 и 9 высшего и низшего напряжений соответственно для подключения обмоток контролируемого двухобмоточного трансформатора 10, измерительно-вычислительный комплекс 11, эквивалентную нагрузку 13 и эквивалентную электрическую систему 14, причем на сторонах контролируемого трансформатора 10 установлены трансформаторы тока 1 и 3, первичные обмотки трансформаторов напряжения 4 и 6 подключены соответственно к шинам 7 и 9, к которым присоединен контролируемый трансформатор 10, вторичные обмотки трансформаторов 1, 3, 4, и 6 подсоединены к измерительно-вычислительному комплексу 11, эквивалентная нагрузка 13 подключена к шине 9 низшего напряжения, эквивалентная электрическая система 14 подключена к шине 7 высшего напряжения.
В качестве измерительно-вычислительного комплекса может быть использован цифровой регистратор аварийных процессов, имеющий функции измерения не менее 6 сигналов (3 фазных тока и 3 фазных напряжения) с каждой стороны трехобмоточного трансформатора, либо 5 сигналов (3 фазных тока и 2 линейных напряжения) с каждой стороны трансформатора, регистрации осциллограмм токов и напряжений.
Аналогично в случае трехобмоточного трансформатора для реализации предложенного способа определения группы и схемы соединения обмоток может быть использована измерительная цепь, электрическая схема которой изображена на фиг.2 (измерительная цепь содержит первый 1, второй 2 и третий 3 трансформаторы тока, первый 4, второй 5 и третий 6 трансформаторы напряжения, шины 7, 8 и 9 высшего, среднего и низшего напряжений соответственно для подключения обмоток контролируемого трехобмоточного трансформатора 10, измерительно-вычислительный комплекс 11, эквивалентную нагрузку 12, 13 и эквивалентную электрическую систему 14, причем на сторонах контролируемого трансформатора 10 установлены трансформаторы тока 1, 2 и 3, первичные обмотки трансформаторов напряжения 4, 5 и 6 подключены соответственно к шинам 7, 8 и 9, к которым присоединен контролируемый трансформатор 10, вторичные обмотки трансформаторов 1, 2, 3, 4, 5 и 6 подсоединены к измерительно-вычислительному комплексу 11, эквивалентная нагрузка 12, 13 подключена к шинам 8 и 9 среднего и низшего напряжений, эквивалентная электрическая система 14 подключена к шине 7 высшего напряжения).
Измеряют одновременно сигналы фазных токов и напряжений всех обмоток трансформатора. Регистрируют измеренные токи и напряжения в виде цифровых осциллограмм, выделяют основные гармоники напряжений , 
, 
, 
, 
, 
, и токов 
, 
, 
, 
, 
, 
для двухобмоточного трансформатора, , , , 
, 
, 
, , , и токов , , , 
, 
, 
, 
, 
, 
для трехобмоточного трансформатора. Также можно измерять сигналы линейных напряжений обмоток двухобмоточного трансформатора: 
, 
, 
, 
и фазных токов , , , , 
, 
трехобмоточного трансформатора: , , 
, 
, , и фазных токов , , , , , , , , . Либо эквивалентный достаточный набор. Здесь 
, 
- фазные токи и напряжения обмоток (k=1; 2 - номер режима; i - буква индекса, обозначающая сторону трансформатора; t - буква индекса, обозначающая фазу), 
- линейное напряжение обмоток (здесь k=1; 2 - номер режима; i=B; C; H - буква индекса, обозначающая сторону трансформатора; tj - буквы индекса, обозначающие фазы). Второй режим необходим для исключения случайной ошибки расчета (проверки результатов).
В реальных условиях эти сигналы, как правило, содержат ряд составляющих с частотой, отличной от основной. Корректные результаты вычислений сопротивлений можно получить лишь при синусоидальных входных сигналах с частотой основной гармоники. Поэтому предварительно необходимо выделить основные гармоники сигналов и использовать их при вычислении группы и схемы соединения обмоток трансформаторов.
В силу того, что почти всегда режим трансформатора несимметричен (неравномерная нагрузка, различные коэффициенты трансформации по фазам и т.п.), для измеренных величин применим метод симметричных составляющих.
По методу симметричных составляющих определяют значения токов 
и напряжении 
прямой и нулевой последовательности (k=1; 2 - номер режима; i - буква индекса, обозначающая сторону трансформатора, р=1; 0 - индексы симметричных составляющих прямой и нулевой последовательностей соответственно):
на стороне высшего напряжения:
на стороне среднего напряжения
на стороне низшего напряжения:
где а - оператор поворота векторов на 120 градусов по направлению против часовой стрелки.
В случае измерения линейных напряжений можно воспользоваться системой:
из которой можно определить необходимые фазные напряжения. Использование в качестве входных сигналов двух линейных напряжений вместо трех фазных минимизирует количество сигналов.
Цикл измерений и вычислений повторяют при другом режиме (нормальном или аварийном) работы трансформатора и находят: 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
для двухобмоточного трансформатора и 
, 
, 
, 
, 
, 
для трехобмоточного трансформатора. При этом величины токов и напряжений представляются в виде:
,
где 
- фаза комплексного значения регистрируемого тока или напряжения, измеренного на i-й стороне.
Номер группы соединения обмоток двухобмоточного трансформатора определяется из уравнения:
Номер группы соединения обмоток трехобмоточного трансформатора определяется аналогично с учетом того, что необходимо последовательно определить его попарно для обмоток высшего и низшего, а затем высшего и среднего напряжений, то есть
Результат, полученный по формулам (1)-(3), необязательно будет целым числом, поэтому необходимо ввести критерий однозначного определения номера группы соединения обмоток: если в результате расчета N получилось нецелое число, то его необходимо округлить до ближайшего целого числа по часам согласно правилам математического округления.
Из [3] известно, что схема соединения обмоток Y/Y может дать 0 и 6 группы соединения; схемы Y/Δ и Δ/Y дают 1, 5, 7, 11 группы, схема Δ/Δ дает 0, 2, 4, 6, 8, 10 группы. При этом схема «звезда» может быть как с заземленной, так и с незаземленной нейтралью. Группы 3 и 9 не могут быть получены для стандартного расположения зажимов на крышке бака трансформатора.
Учитывая вышеизложенное, а также имея информацию о наличии или отсутствии составляющих нулевой последовательности токов и напряжений на сторонах трансформатора и сведения из [4] в части схем соединения обмоток трансформаторов, можно ввести следующий критерий определения схемы соединения обмоток двухобмоточного и трехобмоточного трансформатора:
если на обеих сторонах двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме зафиксированы составляющие нулевой последовательности, то схема соединения - YH/YH;
если на стороне высшего напряжения двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме зафиксированы составляющие нулевой последовательности, на стороне низшего напряжения составляющие нулевой последовательности равны 0 и номер группы соединения 0 или 6, то схема соединения - YH/Y;
если на стороне высшего напряжения двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме зафиксированы составляющие нулевой последовательности, на стороне низшего напряжения составляющие нулевой последовательности равны 0 и номер группы соединения 1, 5, 7 или 11, то схема соединения - YH/Δ;
если на стороне низшего напряжения двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме зафиксированы составляющие нулевой последовательности, на стороне высшего напряжения составляющие нулевой последовательности равны 0 и номер группы соединения 0 или 6, то схема соединения - Y/YH;
если на стороне низшего напряжения двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме зафиксированы составляющие нулевой последовательности, на стороне высшего напряжения составляющие нулевой последовательности равны 0 и номер группы соединения 1, 5, 7 или 11, то схема соединения - Δ/YH;
если на стороне низшего напряжения двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме составляющие нулевой последовательности равны 0, на стороне высшего напряжения составляющие нулевой последовательности равны 0 и номер группы соединения 1, 5, 7 или 11, то схема соединения - Y/Δ;
если на стороне низшего напряжения двухобмоточного трансформатора в несимметричном режиме составляющие нулевой последовательности равны 0, на стороне высшего напряжения составляющие нулевой последовательности равны 0 и номер группы соединения 0, 2, 4, 6, 8, 10, то схема соединения - Δ/Δ.
Изложенный критерий применим и для трехобмоточного трансформатора, при этом анализируют попарно обмотки высшего и среднего, высшего и низшего напряжений соответственно.
Полученные таким образом номер группы и схему соединения обмоток используют в дальнейших расчетах коротких замыканий или нормальных режимов, или сравнивают с паспортными (если они известны) для данного трансформатора, по отклонениям судят о противоположной намотке, неправильном обозначении зажимов фаз обмоток, определяют возможность параллельной работы трансформаторов.
Технический результат заключается в снижении эксплуатационных затрат за счет сокращения продолжительности отключений трансформатора для ревизий, использования для расчетов данные из массивов энергетических предприятий.
Источники информации
1. Патент №2279686 РФ, опубл. 10.07.2006.
2. Патент №2237254 РФ, опубл. 27.09.2004.
3. Булгаков Н.И. Группы соединения трансформаторов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1977, 80 с. с ил.
4. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
Способ определения группы и схемы соединения обмоток двухобмоточных и трехобмоточных силовых трансформаторов, заключающийся в том, что измеряют величины (фазные или линейные) и фазовые углы напряжений и токов всех обмоток трансформатора в различных нагрузочных (симметричных и несимметричных) режимах, отличающийся тем, что по измеренным значениям определяют номер группы соединения обмоток трансформатора, далее, анализируя зафиксированный несимметричный режим работы трансформатора (а именно наличие составляющих нулевой последовательности) и полученный номер группы, определяют схему соединения обмоток трансформатора.
