Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи

Авторы патента:

Васильев Николай Валерьевич (RU)

Косоухов Фёдор Дмитриевич (RU)

Криштопа Наталья Юрьевна (RU)

Филиппов Антон Олегович (RU)

Галиева Зарина Равильевна (RU)

Паутов Алексей Сергеевич (RU)

G01R31/06 - электрических обмоток, например на полярность (измерение числа витков, коэффициента трансформации или коэффициента связи в обмотках G01R 29/20)

Владельцы патента RU 2638904:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при нелинейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) действующее значение тока 1-й гармоники, суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем, и суммарный коэффициент гармоник, кратных трем, и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов по формуле. Изобретение позволяет определить отдельные потери мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи.

Известно, что потери мощности и энергии в трехфазных трансформаторах и линиях электропередачи зависят от несинусоидальных токов в них. В книге Р. Дрехслера «Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке»: Перевод с чешского, М.: Энергоатомиздат, 1985 - 112 с., предлагается оценивать потери в элементах системы электропередачи по величине мощности пульсаций, скрытой мощности, мощности искажений и реактивной мощности.

По этим показателям для измерения потерь потребуется большой объем измерительной информации с довольно громоздкими дальнейшими вычислениями.

Наиболее близким техническим решением к изобретению относится «Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2533530, МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014), предусматривающий измерение напряжения на первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. В данном способе измерения потерь силовых трансформаторов в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжения которого ступенчато регулируют в пределах от 70 до 110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

Недостатком данного способа является измерение общих потерь в трансформаторе при холостом ходе, а не отдельных составляющих потерь мощности от несинусоидальных токов, а также невозможность измерения потерь в трансформаторе в рабочем режиме.

Задача изобретения - определение потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи по результатам измерения известных показателей электроэнергии:

- коэффициента гармонической составляющей тока K_i.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, предусматривающего применение источника регулируемого трехфазного напряжения, измеряют при нелинейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) действующее значение тока 1-й гармоники I_1г, суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем

суммарный коэффициент гармоник, кратных трем

и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов по формуле

, откуда ΔP_ω=K_ωΔP_1г,

где ΔР_ω - потери мощности от несинусоидальных токов;

ΔР_1г - потери мощности от токов 1-й гармоники:

k=2, 4, 5, 7, 8, 10…40 - порядковые номера нечетных и четных гармоник;

j=3, 6, 9…39 - порядковые номера гармоник, кратных трем.

Новые существенные признаки

1. Измеряют в четырехпроводной сети при симметричной нелинейной нагрузке:

- действующее значение тока 1-й гармоники I_1г;

- суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем

;

- суммарный коэффициент гармоник, кратных трем

;

2. По результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазном трансформаторе (линии) по формуле

3. Зная коэффициент K_ω и потери мощности от токов 1-й гармоники , определяют потери мощности от несинусоидальных токов в трансформаторе (линии):

ΔР_ω=K_ωΔР_1г.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата, на который распространяется исчерпываемый объем правовой охраны.

Технический результат

1. Разработан простой способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, составляющих дополнительные потери, за счет снижения которых достигается снижение общих потерь.

2. Минимальный набор материально-технических средств.

3. Измерения реализуются с помощью одного измерительного прибора «Энергомонитор 3.3» высокого класса точности 0,1, приведенная погрешность которого не превышает 0,1%. Поэтому точность измерения коэффициентов гармоник токов будет высокой (методическая погрешность отсутствует).

4. Разработанное математическое выражение для коэффициента потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях является простым. Поэтому отсутствуют громоздкие вычисления потерь мощности в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

Пояснения к способу измерения потерь

Современные трехфазные четырехпроводные сети, как правило, имеют нелинейную нагрузку. Поэтому в них создаются несинусоидальные токи. В трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях возникают потери мощности и электрической энергии от несинусоидальных токов. При разработке средств и способов снижения потерь в трансформаторах и линиях важно иметь информацию не только о полных потерях, но и, прежде всего, о частичных потерях мощности, составляющих эти потери, и принимать меры по их снижению. К частичным потерям относятся потери мощности от несинусоидальных токов.

В трехфазной четырехпроводной сети при симметричной синусоидальной трехфазной системе напряжений и симметричной нелинейной нагрузке возникает несинусоидальная система токов, которая может быть разложена в гармонический ряд Фурье, содержащий первую гармонику и высшие гармоники, создающие в трехфазном трансформаторе и четырехпроводной линии потери мощности от несинусоидальных (высших гармоник) токов. Эти потери разделяются на две группы. Первая группа потерь определяется нечетными и четными гармониками за исключением гармоник, кратных трем, создающими трехфазные системы токов прямой и обратной последовательности. Суммарный коэффициент этих гармоник

Вторая группа потерь мощности от несинусоидальных токов определяется гармониками, кратными трем, создающими трехфазные системы токов нулевой последовательности. Их суммарный коэффициент гармоник

Измерив прибором «Энергомонитор 3.3» в трехфазном трансформаторе (линии) суммарные коэффициенты гармоник V² и λ², определяют критерий (коэффициент) потерь мощности от несинусоидальных токов, равный отношению потерь мощности от токов высших гармоник ΔР_ω к потерям мощности от токов 1-й гармоники ΔР_1г:

где: .

Зная потери мощности от токов 1-й гармоники и коэффициент K_ω, определяют потери мощности от несинусоидальных токов в трехфазном трансформаторе (линии):

ΔР_ω=K_ωΔР_1г.

Источники информации

1. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке: Перевод с чешского М.: Энергоатомиздат, 1985. - 112 с.

2. Патент РФ №1533530. Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления. МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014.

Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, предусматривающий применение источника регулируемого трехфазного напряжения, отличающийся тем, что измеряют при нелинейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) действующее значение тока 1-й гармоники I_1г, суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем

суммарный коэффициент гармоник, кратных трем

и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов по формуле

, откуда ΔP_ω=K_ωΔP_1г,

где ΔP_ω - потери мощности от несинусоидальных токов;

ΔP_1г - потери мощности от токов 1-й гармоники:

k=2, 4, 5, 7, 8, 10…40 - порядковые номера нечетных и четных гармоник;

j=3, 6, 9…39 - порядковые номера гармоник, кратных трем.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для диагностирования виткового замыкания в обмотке ротора синхронных генераторов. Сущность: способ заключается в определении процента замкнутых витков на основе измеренных в рабочем режиме синхронного генератора мгновенных величин токов и напряжений фаз статора, тока и напряжения ротора.

Система и способ контроля приборов высоковольтной техники // 2619396

Изобретение относится к системе контроля приборов высоковольтной техники, в частности к шунтирующим электрическим реакторам, а также к реализуемому с помощью этой системы контроля способу контроля приборов высоковольтной техники.

Способ обнаружения межвитковых замыканий в катушках электрических аппаратов локомотивов // 2617285

Изобретение относится к области испытаний обмоток катушек реле локомотивов на межвитковое замыкание после ремонта. Сущность: выявление межвитковых замыканий проводится в нагруженном режиме по величине тока в обмотке катушки при подаче на нее стабилизированного напряжения.

Способ диагностики электротехнического устройства с обмотками и магнитопроводом // 2606701

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к диагностике механической прочности электротехнического устройства. Сущность: способ заключается в том, что создают вибрационные процессы путем механических воздействий на устройство, измеряют напряжение, наведенное в обмотках устройства в результате механического воздействия, определяют частотные характеристики G(f) отклика на эти воздействия.

Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи // 2599280

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметричных токов.

Способ и устройство для выполнения диагностики приводного механизма, и приводной механизм, содержащий одно такое устройство // 2594648

Изобретение относится к средствам диагностики силового электрооборудования. Способ диагностики приводного механизма (2, 2'), содержащего катушку (211, 212) и устройство (22, 22') управления энергоснабжением катушки, включает следующие этапы: управляют энергоснабжением приводного механизма посредством устройства диагностики (3), управляют энергоснабжением катушки посредством устройства управления, отслеживают на уровне устройства диагностики электрической характеристики электрического сигнала, в частности электрического сигнала, питающего приводной механизм, и диагностируют приводной механизм с использованием результатов этапа отслеживания.

Устройство для испытания управляемого шунтирующего реактора // 2592253

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - повышение устойчивости испытаний.

Способ определения средней температуры короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя // 2589453

Изобретение относится к электромашиностроению. Способ заключается в том, что регистрируют затухающее напряжение статора, индуктированного затухающим полем ротора, при отключении из состояния холостого хода холодной и горячей машины.

Автоматический способ испытания витковой изоляции и точного обнаружения секции обмотки статора с витковым замыканием электрической машины переменного тока // 2564695

Изобретение относится к области испытаний витковой изоляции обмоток статоров электрических машин переменного тока при массовом серийном производстве. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельно включенных фаз импульсными токами i от генератора импульсных напряжений ГИН путем возбуждения при этом испытательных импульсных междувитковых напряжений, равных ЭДС самоиндукции секций e=-Ldi/dt.

Способ контроля состояния обмоток с монолитными металлическими сердечниками // 2563777

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для диагностирования межвиткового замыкания в обмотках электрических машин с монолитными металлическими сердечниками.

Устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора с переключением без возбуждения // 2642445

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов, и может быть использовано для определения витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ с переключением без возбуждения. Технический результат состоит в повышении чувствительности к межвитковым замыканиям и исключении влияния высших гармоник. Устройство содержит включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой. Полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле. Для определения межвиткового замыкания в обмотках на автотрансформаторе предусмотрены выводы обмотки, имеющие соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней переключателя без возбуждения силового трансформатора и позволяющие увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора. На выводах по числу фаз трансформатора установлены накладки переключения витков регулируемой обмотки, каждая из которых представляет собой металлическую пластину сечением не менее 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, а другим концом - к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки осуществляется на выводах автотрансформатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ вибрационного безразборного диагностирования трансформатора // 2643940

Изобретение относится к испытаниям силового трансформатора, а более конкретно к контролю достаточности усилий прессовки его обмоток, периодически проводимому в процессе эксплуатации для проверки сохранения трансформатором электродинамической стойкости к токам короткого замыкания. Технический результат изобретения - повышение эксплуатационной надежности прошедших диагностирование трансформаторов и оптимизация ремонтных расходов на продление срока их эксплуатации, а также сокращение среднего времени, затрачиваемого на оценку технического состояния испытываемых трансформаторов. Механически импульсно воздействуют на конструктив трансформатора, измеряют ЭДС, наводимые в его фазных обмотках, и определяют частоты максимумов спектральной плотности мощности (СПМ) измеренных ЭДС. Затем сравнивают частоты максимумов СПМ в фазных обмотках трансформатора, определяют наименьшую и наибольшую из указанных частот и вычисляют их отношение. Если это отношение меньше порогового значения, выводят трансформатор из эксплуатации. При других значениях указанного отношения продолжают диагностирование и оставляют трансформатор в эксплуатации, если наименьшая частота максимума СПМ превышает граничное значение, при этом указанные пороговое и граничное значения выбирают в зависимости от величин проектного запаса по току короткого замыкания. Пороговое значение может быть выбрано в пределах 0,5÷0,6, а граничное значение - в пределах где F - первоначальное усилие (в ньютонах) прессовки обмоток, α - постоянная для данного типа трансформаторов величина (в Н/Гц4). 2 з.п. ф-лы.

Способ измерения потерь мощности от реактивных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи // 2644454

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи. Способ измерения потерь мощности от реактивных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях заключается в том, что измеряют при симметричной линейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) коэффициент мощности (cosϕ), фазный ток и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от реактивных токов по формуле. Техническим результатом, наблюдаемым при реализации заявленного технического решения, является возможность определить отдельные потери мощности от реактивных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи, а также минимальный набор материально-технических средств.

Способ выявления витковых замыканий в обмотках трехфазных трансформаторов // 2645811

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для выявления витковых замыканий в обмотках трехфазных трансформаторов. Способ основан на измерениях активной мощности и напряжений на холостом ходу. Измерения проводят при отсутствии соединений между обмотками трансформатора, кроме общей точки в схеме "звезда". Измерения выполняют поочередно путем подачи оперативного напряжения промышленной частоты от регулируемого источника питания только на одну первичную или вторичную обмотку в начале первой фазы трансформатора. При этом измеряют величину активной мощности, потребляемой от источника питания и регистрируют эту величину. Одновременно измеряют и регистрируют значения напряжений на обеих обмотках первой фазы. Затем подают оперативное напряжение прежней величины на первичную или вторичную обмотку второй фазы трансформатора. Измеряют и регистрируют величину активной мощности для второй фазы и значения напряжений на обмотках второй фазы. Далее аналогично измеряют и регистрируют активную мощность и напряжения для третьей фазы. Далее сопоставляют между собой зарегистрированные величины активной мощности для трех фаз и по наибольшей из этих величин делают заключение о факте наличия виткового замыкания в некоторой из обмоток соответствующей фазы трансформатора. По зарегистрированным величинам напряжений обмоток выявленной поврежденной фазы вычисляют значения фактического коэффициента трансформации между обмотками этой фазы для двух вероятных случаев виткового замыкания в первичной или во вторичной обмотке. Затем вычисленные значения коэффициента сопоставляют с паспортным коэффициентом трансформации. Если фактический коэффициент меньше паспортного, то делают окончательное заключение о факте виткового замыкания в первичной обмотке, при обратном соотношении коэффициентов, наоборот, - во вторичной обмотке. Технический результат: повышение достоверности выявления поврежденной обмотки. 2 ил.