статья АЧХx

Использование регистрации параметров амплитудно-частотных
характеристик для диагностирования электрооборудования.
На сегодняшний день одним из перспективнейших направлений по оценке
состояния электрооборудования является метод диагностирования регистрацией
амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Ранее возможность определения
технического состояния обмоток трансформатора сравнением АЧХ фаз относительно друг
друга была рассмотрена в [1], в которой были измерены АЧХ обмоток фаз
трансформатора ТМ 63/10. На первичную обмотку подавалось входное синусоидальное
напряжение, частота которого изменялась от 20 кГц до 200 кГц. Со вторичной обмотки
для каждой частоты этого диапазона снималось выходное напряжение. Значения АЧХ в
отдельных точках определялись как отношение выходного напряжения к входному.
Результаты экспериментальных исследований АЧХ фаз трансформаторов представлены
на рисунке 1.
Рис. 1 Амплитудно-частотные характеристики обмоток трансформатора.
По виду АЧХ можно заключить, что повреждена фаза А, так как ее характеристика
в наибольшей степени отлична от других.
Универсальность метода позволяет определить и техническое состояние обмоток
асинхронного двигателя [2]. На рисунке 2 изображены АЧХ обмоток такого двигателя с
10% короткозамкнутых витков в обмотке фазы С. Дальнейшее увеличение числа
короткозамкнутых или ухудшение изоляции приводит к смещению АЧХ в область
высоких частот.
Рис. 2. Амплитудно-частотные характеристики обмотки асинхронного двигателя.
В сложившейся ситуации к рассмотрению предлагается новый метод
диагностирования состояния внутренней изоляции: по частотным характеристикам
(резонансным кривым) обмоток трансформатора. Обмотки трансформатора представлены
слоями, катушками и слоями катушек, с постоянной величиной индуктивности и
переменной величиной емкости, изменяющейся в зависимости от увлажнения изоляции.
Поэтому величина емкости является одним из основных критериев, определяющих
состояние изоляции. Отсюда следует, что каждому слою витков, слою катушек или
отдельных катушек соответствуют собственные резонансные частоты (рис. 3).
Рис. 3. Схема замещения для слоевой обмотки трансформатора
L – витковая индуктивность; K – витковая емкость одного слоя; C – витковая емкость
между слоями; n – число слоев.
На рисунке 4 приведена схема снятия частотных характеристик обмоток силовых
трансформаторов. При подаче тестового сигнала высокой частоты на обмотку
трансформатора и совпадении частот приложенного напряжения с собственной частотой
частей обмотки (витков, слоев или катушек) будет иметь место резонансное
распределение напряжения в обмотке трансформатора. Увлажнение внутриобмоточной
изоляции трансформатора вызывает увеличение внутриобмоточных емкостей и приводит
к уменьшению собственных частот составляющих обмотки (слоя, катушки)
трансформатора и коэффициента передачи (η = U2/U1). При этом коэффициент передачи
η = U2/U1 не равен коэффициенту трансформации на частоте 50 Гц и меняется в
зависимости от частоты приложенного напряжения и состояния изоляции.
а)
б)
Рис. 4. Схема снятия частотных характеристик обмоток силовых трансформаторов
Тестовый сигнал подается: а – на низковольтную обмотку в режиме холостого хода, б –
на высоковольтную обмотку в режиме холостого хода
На частотных характеристиках (резонансных кривых) это отражается смещением
экстремальных точек, которое наглядно видно на снятой экспериментальной частотной
характеристике (рис. 5).
Рис. 5. Амплитудно-частотные характеристики k( f )=∆U трансформатора ТМ-160/10 при
различных состояниях (I, II и III) внутрислоевой изоляции по увлажнению:
I состояние – увлажненная изоляция; II состояние – изоляция подсушена;
III состояние – высушенная изоляция.
Смещение экстремальных точек можно рассматривать как диагностический
признак состояния изоляции. Изменение собственных частот составляющих обмоток
(слой, катушка) трансформатора связано с увлажнением внутриобмоточной изоляции,
независимо как твердой или жидкой, так и обеих составляющих одновременно. Критерий
оценки состояния изоляции основан на измерении разности ΔU = |U1| - |U2| приложенного
напряжения (входного и выходного) на вводах контролируемого силового
трансформатора.
На рисунке 5 показаны амплитудно-частотные характеристики k(f) = ΔU при различных
состояниях внутрислоевой изоляции по увлажнению. С ухудшением состояния
внутренней изоляции силовых трансформаторов разность напряжений ΔU на
контролируемой частоте увеличивается.
Из вышеизложенного можно заключить, что экстремальные точки резонансных
частотных характеристик смещаются относительно оси абсцисс в зависимости от
изменения состояния (увлажнения, старения) витковой, слоевой или межобмоточной
изоляции силового трансформатора. Также изменяется значение амплитуды напряжения
на разных экстремальных точках в зависимости от состояния изоляции. Эти явления
можно использовать как диагностические признаки оценивания состояния внутренней
изоляции силовых трансформаторов посредством использования специальных устройств.
Список использованной литературы
1. Баширов З.А., Рыбаков Е.Р. экспериментальное определение амплитудночастотных характеристик обмоток силовых трансформаторов. // Изв. ВУЗов. Проблемы
энергетики. – 2004. – №3-4. – с. 171-172.
2. Калявин В.П., Рыбаков Л.М. Надежность и диагностика электроустановок. –
Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2000. – 348 с.
3. Рыбаков Л.М., Анчарова Т.В., Ахметшин Р.С. Диагностирование силовых
трансформаторов I и II габаритов напряжением 10/0,4 кВ под рабочим напряжением с
использованием частотных характеристик. – Вестник МЭИ, 2003, №3.