Испытание мощных трансформаторов и реакторов - Определение коэффициента трансформации методом двух вольтметров

а) Существо метода и источники питания

Принципиальная схема определения коэффициента трансформации методом двух вольтметров для однофазных трансформаторов дана на рис. 2-2. Подведя к обмотке НН напряжение Un, измеряют напряжение обмотки ВН Uв. Согласно (2-1)

Определение коэффициента трансформации обычно выполняют при напряжении питания 100—200 В, подаваемом на обмотку НН. Потребная для этого мощность не превышает 300—400 В-А (при напряжении 380 В для однофазного трансформатора 417 МВ-А она составила

Рис. 2-2. Схема определения коэффициента трансформации методом двух вольтметров.
300 В-А, а для трехфазного 1000 МВ-А при питании на две фазы — 340 В-А).

Основным условием точного измерения является одновременный отсчет по обоим вольтметрам. Если наблюдаются колебания напряжения, отсчеты должны быть повторены 2 раза и более. Получение устойчивого и плавно изменяемого напряжения питания обеспечивается имеющимися на станциях трехфазными генераторами малой мощности. Для пофазного измерения применяют однофазные автотрансформаторы с плавным регулированием напряжения.
В целях обнаружения «глухих» витковых КЗ в обмотках при определении коэффициента трансформации необходимо измерять потери и ток XX при малом напряжении (100—200 В) после первой сборки. Для трехфазных трансформаторов вопрос о наличии КЗ решается сравнением полученных результатов измерений по фазам, для однофазных трансформаторов - сравнением данных измерений по отдельным стержням магнитопровода. Измерения производят вольтметрами класса 0,2 (допускается применять приборы класса 0,5 при условии, что на используемой части шкалы они имеют близкие по значению погрешности одного знака).
При измерениях больших значений к для вольтметра обмотки ВН применяют добавочный резистор или измерения производят через трансформатор напряжения (ТН) класса точности 0,2—0,1. Коэффициенты трансформации -ТН должны быть такими, чтобы показания обоих вольтметров были примерно одинаковыми.
При испытании трехфазных трансформаторов одновременно измеряют линейные напряжения на обеих проверяемых обмотках. В тех случаях, когда трансформатор подан на операционное испытание или когда у готового трансформатора все концы и начала обмоток выведены на крышку, определение коэффициента трансформации производят пофазно. Для трехфазных трансформаторов определение k допускается по фазным напряжениям соответствующих фаз (как при однофазном, так и при трехфазном возбуждении трансформатора).
При приемо-сдаточном испытании коэффициент трансформации определяют пофазно на всех ступенях регулирования напряжения. Когда обмотки трансформатора имеют параллельно соединяемые катушки, производят проверку числа их витков (обычно при напряжении 1—4 В на 1 виток в зависимости от числа витков в возбуждающей обмотке и проверяемых катушках).
Для удобства и четкости отсчета подбирают пределы измерений вольтметров так, чтобы отсчеты приходились на вторую половину шкалы.

Пример. Обмотка НН имеет 105 витков; проверяемые катушки — 13; 23; 36 и 50 витков. Тогда при питании 2 В на 1 виток, т е. 210 В на обмотку НН, при пределе измерения вольтметра 300 В можно иметь на шкале показание 105 делений.

Отсчеты в делениях шкалы в зависимости от предела измерения вольтметра

При правильных числах витков в катушках отсчеты в делениях шкалы приборов представлены в табл. 2-2.
На второй части шкалы отклонения (табл. 2-2) в числе делении фиксируются отчетливо. Кроме тщательной покатушечной проверки числа витков обязательно проверяют встречное включение, т. е. одноименные концы катушек соединяют, а между двумя другими концами этих катушек включают вольтметр. Стрелка вольтметра при одинаковом числе витков не дает отклонения. Этот вольтметр измеряет разность напряжений между параллельно соединяемыми катушками. Предел его измерения выбирают так, чтобы разность напряжений, вызванная недостатком или излишком в один виток, давала отклонение стрелки нс менее чем на половину шкалы. При этом можно пользоваться менее точными приборами (техническими, щитовыми и пр.), но обязательно подобрать прибор с такой шкалой, чтобы разность напряжений, вызванная расхождением в один виток, была измерена отчетливо. Вольтметр должен иметь высокое входное сопротивление, а его класс точности должен быть не ниже 2,5.
В мощных высоковольтных трансформаторах напряжение, приходящееся на один виток при номинальном возбуждении, составляет 50—200 В и выше в зависимости от мощности и класса напряжения трансформатора. Так как коэффициент трансформации измеряется при незначительном возбуждении трансформатора (1— 5%), то, если принять меньшее значение (например, 1%), напряжение одного витка будет 0.5—2 В.

Следовательно, если при встречном включении применят вольтметр на 1 или 3 В, то разность в один виток будет всегда обнаружена. Разницу чисел витков частей обмотки определяют по формуле

где U — напряжение на свободных отводах встречно соединенных частей обмотки,-В; Uв — напряжение, подводимое к возбуждаемой обмотке, В; Wb — число витков возбуждаемой обмотки.
Полученное значение п округляют до целого; значения менее 0,5 принимают равными нулю.
Во избежание повреждения прибора вначале включают вольтметр на большее напряжение (например, на 150—300 В), и если показаний на приборе не будет, то при снятом с трансформатора напряжении включают вольтметр на малое напряжение (1—3 В); при этом один конец провода, идущего к вольтметру, заземляют. При включении вольт-метра на 1—3 В напряжение к трансформатору подводят постепенно, начиная с нуля, для того чтобы в случае неправильного соединения или ошибки в числе витков второй обмотки, большей, чем на один виток, вольтметр не оказался под опасным для него напряжением. Во всех случаях, когда любая из обмоток ВН, СН, ПН или их отдельные элементы имеют параллельные соединения для установления равенства числа витков в параллельных соединениях, обязательна проверка встречным включением.

б) Измерения на трансформаторах ПБВ

На рис. 2-3 дана принципиальная схема трансформатора 220 кВ с параллельными соединениями отдельных ее частей и ответвлениями для устройства ПБВ. Регулировочные катушки обмотки ВН расположены на 1/4 и 3/4 высоты обмоток фазы, являются частью непрерывной обмотки и имеют ответвления от катушек.
Определим коэффициент трансформации фазы А (рис. 2-3,а) без запаянных отводов.

1. Измерение коэффициента трансформации. Питая обмотку НН а—х, измеряем коэффициент трансформации верхней половины обмотки А~X, последовательно соединяя между собой на верхней половине обмотки ВН ответвления А2—А3, А3—А4; А4—А5; А5—А6 и А6—А7.

Рис. 2-3. Схема соединений обмоток ВН трансформатора ПБВ на 220 кВ.
а — верхняя и нижняя половины обмотки BI1 на стержне; фаза А — отводы обмотки не запаяны; фазы В и С —отводы обмоток запаяны; РК — регулировочные катушки обмотки ВЦ; б — расположение обмоток на стержне.

Такие же измерения производим на нижней половине обмотки ВН А'—Х', последовательно соединяя ответвления А'2-А'3; А'3—А'4; А4-А5; А'5-А'6 и А'6-А'7.

1. Проверка чисел витков в регулировочных катушках (РК). Эти измерения производят при таком напряжении на 1 виток, чтобы на приборах, измеряющих напряжение на питаемой обмотке а—х (НН) и на отводах между каждой парой проверяемых катушек, четко отсчитывалось число делений (см. табл. 2-2). В данном случае — это измерение между ответвлениями А7—А5; А5—А3; А2—А4 и А4—А6 для верхней части обмотки ВН и для нижней части обмотки ВН.

 
При последнем измерении X—X', т. е. на полном числе витков, может быть незначительное отклонение стрелки вольтметра при одинаковом числе витков в обеих половинах обмотки (верхней и нижней) ВН, это вызывается их асимметрией. Перестановку концов от вольтметра с малым пределом измерения производят особо внимательно, так как неправильная перестановка приведет к порче прибора. Перед измерениями измерительный контур проверяют на отсутствие обрыва. Напряжение на I виток при этом измерении выбирают в зависимости от наличия подходящего измерительного прибора и данных обмоток. При измерениях по пп. 2 и 3 один зажим вторичного вольтметра следует заземлить.

в)  Измерения на трансформаторах РПН

Принципиальная схема трансформатора РПН на 220 кВ с регулированием в нейтрали представлена рис. 2-4. Обмотка ВН состоит из двух непрерывных и двух регулировочных обмоток РО, размещенных соответственно на верхней и нижней частях стержня (рис. 2-4,6). Нерегулируемые непрерывности части обмотки ВН, соединенные между собой параллельно, имеют ввод в середину обмотки на половине высоты стержня.
Непрерывные части обмотки через избиратель соединены последовательно с РО, которая составляет часть обмотки ВН, и размещена на стержне отдельно. Она состоит (рис. 2-4,б) из двух наружных (по расположению) верхней и нижней винтовых обмоток, одинаковых между собой по числам витков, и параллельных цепей. В свою очередь каждая цепь верхней винтовой обмотки соединяется параллельно с нижней обмоткой (рис. 2-5,б) и представляет собой одну ступень регулирования. Все обмотки ступеней регулирования соединены между собой последовательно и от каждой ступени имеется вывод для присоединения к избирателю.
Обмотка НН расщеплена на две одинаковые по мощности и напряжению части (по расположению на стержне — одна вверху, другая внизу).
Рассмотрим для описанной схемы (рис. 2-5,а) способы проверки обмоток.

Рис. 2-4. Схема соединений обмоток трансформатора 220 кВ с устройством РПН. а — схема соединения обмоток ВН н НН; б— расположение обмоток на стержне; 1 — расщепленная обмотка НН (верхняя и нижняя); 2 — непрерывная обмотка трансформатора; 3 — регулировочная обмотка трансформатора.

Рис. 2-5. Принципиальная развернутая схема обмоток по рис. 2-4 (для одной фазы).
а — после первой сборки; б — после второй сборки (отводы запаяны и подключены к устройству РПН); 1—13 — выводы параллельных ветвей верхней и нижней РО,

1. Проверка частей расщепленной обмотки НН на одинаковое число витков. Соединяя части обмотки НН последовательно, т. е. х питая эту обмотку через вводы а 1 и х2, измеряют распределение напряжений между ее частями. Удобно производить измерения так, чтобы стрелка вольтметра, измеряющего подводимое напряжение, отклонялась на 100 делений шкалы (например, 100x4; 100x2 или 100X1). Вольтметр на вдвое меньший предел измерения, включенный одним зажимом в место последовательного соединения частей обмотки ха2, а другим зажимом поочередно присоединяемый к вводам а1 и х2, должен дать одинаковые показания при равенстве чисел витков в обеих частях обмотки.
2. Измерение коэффициента трансформации ВН—ПН и РО—НН. К обмотке НН, соединенной параллельно αα2—ΧΧ, подводят напряжение. Измеряют напряжение на половинах обмотки — верхней между А—Х нижней между А'—X'. Измеряют напряжение между выводами 1—2·, 2—3, 5-6,       6—7; 9—10, 10—11; 11—12;
   12—13; 7—8; 8—9; 3—4 и 4—5 каждой параллельной ветви верхней и нижней половин РО.
3. Проверка частей обмотки ВН на встречное включение. Соединяя между собой конец верхней половины обмотки А с концом А' нижней половины, измеряют напряжение между свободными концами X и X' этих же половин обмотки. При равенстве чисел витков вольтметр с малым пределом измерения не дает показаний.

Указанный порядок проверки является примерным. Все измерения должны быть занесены в протокол испытания трансформатора.

Пример. Трансформатор ТРДЦН-160000/220

Распределение напряжения
Таблица 2-3

Таблица 2-4

Проверка коэффициента трансформации k при питании обмотки НН 2 В/виток

Таблица 2-5
Результаты проверки числа витков регулировочной обмотки РО с питанием обмотки НН при напряжении 5 В виток

При встречном включении основных обмоток ВН (п. 3) и питании 4 В/виток измерена разность напряжения 0,8 В, это вызвано асимметрией верхней и нижнем
частей обмотки. Разность чисел витков частей обмотки ВН отсутствует, так как при разности в один виток напряжение на вольтметре должно было бы быть равно 4 В.
При питании 5 В/виток на обмотку НН измерено напряжение на всех 12 катушках РО (верхней и нижней).
Напряжение, приходящееся на одну катушку, составляет 5x5=25 В; при пределе измерения вольтметра 30 В (цена деления 0,2) показания прибора будут равны 125 делениям (25:0,2). Запись в протокол испытания дана в табл. 2-5.

г)  Определение коэффициента трансформации автотрансформаторов

Схема для определения k однофазного автотрансформатора дана на рис. 2-6.
Расчетное значение k определяют так же, как для двухобмоточного трансформатора, по отношению напряжений обмоток при XX

Практически к определяют так же, как для трансформаторов. При регулировании напряжения] выполняемом отводами обмоток, определяют коэффициент трансформации для всех ступеней регулирования.

Рис. 2-6. Схема измерения коэффициента трансформации однофазного автотрансформатора.
Для трехфазных автотрансформаторов, соединенных по схеме Y0 (как при операционных, так и при приемо-сдаточных испытаниях), к определяют измерением фазных напряжений. Дополнительную обмотку автотрансформатора, соединенную в Треугольник, проверяют пофазно.

д)   Определение ошибки в числах витков обмоток трансформатора

Когда катушки имеют неправильные числа витков, отклонение коэффициента трансформации от номинального будет значительным и необходимо определить точно, в какой именно катушке и сколько витков нужно добавить или убавить. Для выявления дефекта к определяют пофазно.
Расхождение между измеренным и расчетным значениями может быть также вследствие виткового КЗ в катушке. Измеренное значение будет таким при меньшем количестве витков в катушке. Признаком полного виткового КЗ будет большой ток в питающей обмотке даже при малом возбуждении. Внешне наличие виткового КЗ скажется в сильном нагреве закороченных витков. Витковые КЗ, как правило, определяются измерением потерь и тока XX при малом возбуждении трансформатора (см. гл. 6). В случае неполного виткового КЗ при определении коэффициента трансформации, когда измерения производятся при сильно пониженном напряжении, выявить закороченные витки невозможно.

Дефекты в числе витков легко и быстро выявляются на обмотках ВН и СН, труднее — на обмотках НН.

Ошибки в числе витков обмоток НН мощных трансформаторов исключительно редки. Этот дефект легко определить у трехобмоточного трансформатора и более сложно у двухобмоточного. Если у трехобмоточного трансформатора обмотка НН имеет неправильное число витков, но коэффициент трансформации обмоток ВН и СН правилен, то ошибка в обмотке НН устанавливается по  коэффициентам трансформации между обмотками ВН—НН или СН-НН.
При наличии расчетных данных обмоток у двухобмоточного трансформатора установить дефектную обмотку (ВН или НН) можно, произведя измерения коэффициентов трансформации по отдельным частям. Если коэффициент трансформации неправилен только при измерении с одной частью обмотки ВН, а с остальными правилен, то дефект имеет обмотка ВН. Если коэффициент трансформации ВН и НН неправилен со всеми отдельными частями обмотки ВН, но одинаков для частей ее с равными числами витков, то дефект имеет обмотка НН.
Допустить ошибку во всех частях обмотки ВН невозможно, и поэтому по данным измерения коэффициентов трансформации с частями обмотки можно указать на необходимый ремонт в обмотке НН. Когда отсутствуют расчетные данные трансформатора и неизвестны числа витков обмоток, рекомендуется пользоваться временной обмоткой. Для этого на фазу трансформатора, число витков обмотки которого хотят определить, поверх существующих обмоток наматывают определенное, наперед заданное число витков. Эти временные витки могут быть намотаны обыкновенным изолированным проводом сечением 0,75 или 1,0 мм2. Число витков временной обмотки может быть произвольным, но для удобства вычислений и ускорения самого процесса намотки это число следует выбирать небольшим, удобнее в круглых числах (5; 10; 15; 20 и т. д.).
Необходимое число витков временной обмотки обусловливается также шкалой вольтметра, которым измеряют напряжение. Существенной является равномерная намотка временной обмотки по всей высоте стержня (в противном случае возможны ошибочные результаты). Уложив временную обмотку, подводят напряжение к одной из постоянных обмоток трансформатора и затем одновременно измеряют напряжение на временной и постоянной обмотках. Чаще временную обмотку наматывают на наружную обмотку (обмотка ВН), поэтому во избежание появления на временной обмотке потенциала, опасного для людей и прибора, один конец временной обмотки, идущий к вольтметру, заземляют. Числа витков определяют пофазно. При этом временной обмоткой следует пользоваться только как вторичной.

е)        Правильная установка переключателей для трансформаторов ПБВ

Рис. 2-7. Схема соединения регулировочных катушек обмотки с переключателем барабанного типа.

Рис. 2-8. Принципиальная схема с установкой переключателей ПБВ на обмотках ВН и соединением в звезду с выведенной нейтралью.

Обмотки трансформаторов, как правило, снабжены ответвлениями для регулирования напряжения, которые обычно предусматриваются на обмотках ВН и СН. Переключение ответвлений в мощных трансформаторах производят однофазными переключателями барабанного типа (рис. 2-7), т. с. для изменения коэффициента трансформации трехфазного трансформатора необходимы три переключателя. Перед определением коэффициента трансформации следует правильно установить переключатели на всех трех фазах, т. е. показание указателя положения должно точно соответствовать электрическому соединению ответвлений обмотки.
При окончательном испытании положения переключателей определяют электрическим способом, т. е. путем измерения коэффициента трансформации. Не рекомендуется проверять правильность установки переключателей измерением сопротивления, так как этот метод требует много времени и не дает надежных результатов.
Определение положения переключателей по методу измерения коэффициента трансформации производится по-разному в зависимости от схемы соединения трансформатора. Для правильной установки переключателей, когда найдены их максимальные положения, нужно правильно установить указатели положения переключателей. При соединении обмотки ВН по схеме на рис. 2-8 напряжение измеряют между вводом нейтрали и фазой. В этом случае возможна быстрая установка переключателей. При соединении обмотки ВН в звезду без выведенной нулевой точки напряжение измеряют поочередно на двух фазах, а установку переключателей производят после получения максимального напряжения (поочередно переключателем каждой фазы).
Установку переключателей трехобмоточных трансформаторов производят измерением коэффициента трансформации между обмоткой НН (как правило, без регулирования напряжения) и поочередно обмотками ВН и СП, которые снабжены переключателями. Порядок проверки таков, как и для двухобмоточных трансформаторов.