авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка и исследование систем измерения сопротивления пары обмоток трансформаторов напряжения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Хоанг Ван Ньу

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПАРЫ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

05.11.16 – «Информационно – измерительные и управляющие системы

(по отраслям)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Московский энергетический институт” (технический университет) на кафедре Информационно-измерительной техники
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Диденко Валерий Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Совлуков Александр Сергеевич
кандидат технических наук Хренников Александр Юрьевич
Ведущая организация: Томский политехнический университет
Защита состоится «18» ­­июня 2010 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.08 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: Москва, ул. Красноказарменная, д.13, М-307.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ). Автореферат разослан 6 мая 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.08, кандидат технических наук, доцент Анисимов Д.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Среди трансформаторных преобразователей напряжения в напряжение можно выделить силовые трансформаторы, номинальная мощность которых не менее 1 кВ·А (ГОСТ 30830-2002), а также трансформаторы напряжения (номинальная мощность не более 1,2 кВ·А ), включающие трансформаторы для сигнализации и управления (ГОСТ 1983-2001). Испытаниям указанных видов трансформаторов посвящена данная работа. Для краткости они объединяются общим термином «трансформаторы напряжения» (ТН), что соответствует и терминологии по ГОСТ 18685-73.

Надёжность оборудования с использованием ТН в значительной степени зависит от их качества. Большое число аварий сопровождалось деформацией обмоток ТН (16% по российским данным и около 11% - по зарубежным). Было найдено, что деформация обмоток приводит к изменению их сопротивления. В связи со сказанным становится понятным, почему особенно интенсивно развиваются методы, контролирующие сопротивление пары обмоток. Этот контроль может проводиться при отключении ТН от сети, в которой они должны работать. Такие методы диагностики трансформаторов принято называть тестовыми. В последние годы появился ряд работ, в которых контроль сопротивления пары обмоток проводится в рабочем режиме (функциональные методы).



Важным вопросом является определение порогового значения изменения сопротивления пары обмоток, выше которого трансформатор уже нельзя уверенно применять. По разным данным, это значение может составлять от 0,2% до 5% от первоначального значения. Неуклонно проводятся работы по снижению погрешности измерения сопротивления пары обмоток. Задача осложняется тем, что нежелательное изменение сопротивления пары обмоток маскируется изменением сопротивления от изменения температуры, частоты и других факторов. Для уверенного измерения сопротивления пары обмоток с учётом влияния всех этих факторов разрабатываются специальные информационно-измерительные системы, как для тестовых, так и для функциональных методов.

Вопросам разработки методов и систем измерения сопротивления пары обмоток ТН посвящены работы следующих российских и зарубежных авторов: Алпатов М.Е., Бутырин П.А., Гольдштейн Е.И., Дробышевский А.А., Конов Ю.С., Лурье А.И., Сви П.М., Хренников А. Ю., Arri E.. Приводимые в литературе оценки точности измерения сопротивления пары обмоток (от 2 до 9%) не всегда соответствуют современным требованиям.

Целью работы является развитие информационно-измерительных систем для контроля сопротивления пары обмоток трансформаторов напряжения с повышенной точностью.

Достижение цели работы предполагает решение следующих основных задач:

      1. Составление классификации методов диагностики деформации обмоток трансформаторов напряжения для обоснованного выбора перспективного метода измерения сопротивления пары обмоток ТН.
      2. Разработка метрологического подхода к выбору точности системы измерения сопротивления пары обмоток ТН.
      3. Проведение анализа известных методов измерения сопротивления пары обмоток ТН с точки зрения методических и инструментальных погрешностей и разработка способов их снижения.
      4. Разработка информационно-измерительных систем для контроля сопротивления пары обмоток ТН.

Методы исследования. Для решения поставленных в настоящей работе задач использовались методы теории электрических машин и трансформаторов, теории вероятностей, теории управления, метрологии, информационно-измерительной техники.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

      1. Дана естественная классификация способов диагностики витковой деформации обмоток трансформаторов напряжения, в результате которой найден новый вид методов и систем измерения, исключающий влияние тока намагничивания.
      2. Предложено выбирать требования к точности систем измерения сопротивления пары обмоток ТН по известным правилам метрологии, если пределы допустимых погрешностей эталонного и поверяемого средств измерений заменить соответственно на предел допустимой погрешности системы измерения изменения сопротивления пары обмоток и пороговое значение допустимого изменения этого сопротивления.
      3. Предложен новый метод измерения сопротивления пары обмоток ТН, позволяющий исключить влияние тока намагничивания ТН на точность измерения путём расчёта модуля отношения разности входного и приведённого ко входу выходного напряжения на сумму входного и приведённого ко входу выходного токов с определёнными весовыми коэффициентами. Даны методики достаточно точного нахождения указанных коэффициентов приведения и весовых коэффициентов.
      4. Предложено, при определении сопротивления пары обмоток ТН, ввести в измерительную систему звено с обратным преобразованием по отношению к звену, отображающему напряжение пары обмоток ТН. В результате уменьшаются погрешности от колебаний частоты, динамических изменений нагрузки и высших гармоник токов.
      5. Впервые поставлен вопрос о важности ослабления влияния синфазных напряжений при функциональных методах измерения сопротивления пары обмоток. Предложено для ослабления синфазных напряжений использовать в измерительных системах индуктивные делители, метод образцовых сигналов и метод коммутационного инвертирования.

Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением в пределах неопределённости измерений результатов расчётов и экспериментальных данных, а также совпадением результатов измерения сопротивления пары обмоток по предложенному методу и по известному методу короткого замыкания при условии исключения влияния тока намагничивания.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

– Естественная классификация методов диагностики витковых деформации обмоток трансформаторов напряжения позволяет выявить новые методы измерения сопротивления пары обмоток ТН, в частности методы, свободные от влияния тока намагничивания.

Выбор требований к точности систем измерения сопротивления пары обмоток ТН по известным правилам метрологии позволяет обеспечить надёжный контроль при минимально необходимой для этого точности, то есть при минимально необходимых затратах.

– Предложенный способ измерения сопротивления пары обмоток трансформаторов позволяет исключить влияние тока намагничивания ТН на точность измерительных систем, как при тестовом, так и при функциональном методах. Поэтому впервые удаётся получать теоретически идентичные результаты для обоих методов.

– Введение звена с обратным преобразованием по отношению к звену, отображающему напряжение пары обмоток ТН, способствует уменьшению погрешности от колебаний частоты, динамических изменений нагрузки и высших гармоник тока, что особенно важно для контроля ТН в реальных условиях его эксплуатации.

– Разработанные методы ослабления синфазных сигналов при измерении сопротивления пары обмоток ТН могут существенно повысить точность контроля.

– Разработанные структурные схемы систем измерения сопротивления пары обмоток ТН позволяют обеспечить надёжный контроль ТН в рабочих условиях их эксплуатации.

Результаты работы учтены при выполнении договора № 2176080 от 01.07.2008 г. по теме «Разработка и изготовление измерительной аппаратуры для контроля и диагностики деформаций обмоток крупных силовых трансформаторов, находящихся под нагрузкой». Этот договор был заключён между НП «ИНВЭЛ» и ГОУВПО МЭИ (ТУ) по программе Правления ОАО РАО ЕЭС России «Повышение эффективности отечественной энергетики в современных условиях».

Некоторые результаты исследований внедрены в учебный процесс путём постановки лабораторной работы и публикации учебного пособия.

Основные теоретические результаты работы проверялись экспериментально на однофазных трансформаторах с номинальной мощностью 0,18 кВ·А при частоте 50 Гц. Рассмотрены некоторые особенности применения разработанных методов на мощных трёхфазных трансформаторах, а также влияние частоты входного напряжения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях «Информационные средства и технологии» 2006, 2008 гг., 14 Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Материалы диссертационной работы опубликованы в научных изданиях. Общее число публикаций – 12, в том числе, 1 патент РФ на изобретения, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, одно учебное методическое пособие.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения, библиографического списка, включающего 88 источников. Работа изложена на 138 страницах, содержит 52 рисунка и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и дана общая характеристика выполненной работы. Сформулированы цель работы, научная новизна и практические результаты.

Первая глава содержит обзор методов и средств диагностики деформации обмоток трансформаторов напряжения. На основе обзора предложена естественная классификация на рис. 1. Анализ известных на сегодняшний день методов диагностики витковых деформаций обмоток трансформаторов напряжения показывает, что наиболее перспективным среди них является метод измерения сопротивления пары обмоток трансформатора.

Из литературы известны комплексные уравнения ТН:

, (1)

, (2)

, (3)

где kпр - коэффициент приведения (термин введён в диссертации впервые). В литературе этот коэффициент обычно принимается в точности равным отношению числа витков первичной и вторичной обмоток и называется коэффициентом трансформации. Во второй главе показывается, что это приближение может вызвать недопустимо большие погрешности. Термин «коэффициент трансформации» стандартизован для ТН (ГОСТ 18635-73) и равен «отношению напряжений на зажимах первичной и вторичной обмоток при холостом ходе». Это определение даёт ещё большие отличия от kпр.





Под полным сопротивлением пары обмоток трансформатора (Zобм) в данной работе понимается сумма комплексных сопротивлений первичной обмотки (Z1) и вторичной обмотки (Z2), приведенной к первичной обмотке Z’2= Z2/k2пр, для Т-образной схемы замещения трансформатора (рис. 2). Модуль полного сопротивления пары обмоток трансформатора (кратко - сопротивление пары обмоток трансформатора)

zобм = |Z1+Z’2|. (4)

Напряжением пары обмоток назовём разность напряжения на первичной обмотке и напряжения на вторичной обмотке, приведенного к первичной обмотке.

Методика нахождения коэффициента приведения рассмотрена в третьей главе.

 Классификация методов диагностики-3Рис. 1. Классификация методов диагностики деформации обмоток трансформаторов.

Рис. 2. Т-образная схема замещения трансформатора напряжения.

Одним из существенных признаков в данной классификации принята возможность исключения влияния намагничивающего тока Iм. В этом случае схема на рис. 2 преобразуется к двухполюснику, описываемому (4). Целый ряд известных методов предполагает это допущение. Однако, для повышения точности измерения, желательно применять способы, исключающие это влияние, как при тестовом, так и функциональном методах контроля. В настоящее время, теоретически полностью это влияние исключается только в способе с дополнительной обмоткой, предложенном в Томском политехническом университете. Однако введение дополнительной обмотки может встретить затруднения при его внедрении. Поэтому в данной работе поставлен вопрос о разработке методов измерения сопротивления пары обмоток с исключением влияния намагничивающего тока без применения дополнительной обмотки. Этот способ развивается в третьей главе.

Вторая глава посвящена анализу погрешностей известных методов измерения сопротивления пары обмоток трансформаторов напряжения. Проведена разработка метрологического подхода к выбору точности системы измерения сопротивления пары обмоток ТН. Обозначим: од - предел допустимых погрешностей системы измерения изменения сопротивления пары обмоток ТН; д - предел допустимого изменения сопротивления пары обмоток трансформатора; PНmax – максимальная условная вероятность ошибки признания негодного трансформатора годным; к – значения допуска контроля изменения сопротивления пары обмоток трансформатора; х – результат измерения изменения сопротивления пары обмоток трансформатора. Соотношение между введёнными параметрами хорошо изучено в метрологии. Рассмотрим пример. Пусть д = 3%, од = 1%, PНmax  0,1. Тогда, например, из стандарта РМГ 74-2004, находим к = 2,4%. Трансформатор считается пригодным для эксплуатации, если х 2,4%. Мы рассмотрели предел допустимых погрешностей измерения изменения сопротивления пары обмоток ТН: од = 1%. Предположим, что два измерения, с помощью которых находится это изменение, независимы между собой. Тогда предел допустимой погрешности измерения сопротивления пары обмоток ТН должен быть выбран в раз меньше, то есть од_Zобм 0,71%. В литературе описаны системы, в которых предел допустимой погрешности измерения сопротивления пары обмоток ТН составляет от 2% до 9%. Достоверность контроля с помощью таких систем представляется недостаточной.

Рассмотрим методическую погрешность измерения сопротивления пары обмоток от влияния тока намагничивания для известных способов и устройств. Экспериментальная зависимость тока намагничивания от напряжения питания для трансформатора ТС –180 показана на рис. 3. При номинальном напряжении 127 В ток намагничивания (холостого хода) составляет 0,3 А или 20% от номинального тока 1,5 А. Сходные соотношения между током холостого хода и номинальным током приводятся в литературе и для некоторых мощных трансформаторов, хотя для многих из них это отношение не превышает единиц процента.

Рис. 3. Зависимость тока намагничивания Iм от напряжения в режиме холостого хода для трансформатора ТС-180. Рис. 4. Зависимость сопротивления zм от тока короткого замыкания для трансформатора ТС-180.


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.