Pruebas avanzadas de relación de transformación para transformadores especiales: Scott, Inverso Scott y conexiones V-v
1 Análisis de Errores de los Métodos Tradicionales de Prueba de Relación de Transformación
El puente de relación de transformación QJ35 y otros probadores basados en fase única utilizan el principio del doble voltímetro. Sin embargo, el QJ35 elimina las interferencias por fluctuaciones de la fuente de alimentación mediante el equilibrio del puente. Para la prueba de la relación de transformación de un transformador trifásico con una sola fuente de alimentación, es necesario cortocircuitar terminales correspondientes y convertir los datos, convirtiendo las pruebas trifásicas en mediciones monofásicas independientes, con una conversión √3 Yd basada en los grupos de conexión.
Los transformadores especiales, con modos de conexión diferentes a los estándar, enfrentan grandes desafíos con este método. Los transformadores Scott tienen conexiones eléctricas en el devanado primario, mientras que los transformadores rectificadores tienen conexiones en el secundario. La prueba monofásica con circuitos magnéticos cortocircuitados altera las conexiones de fase, causando desviaciones significativas en la relación de transformación. También no permite medir con precisión las diferencias de fase entre el primario y el secundario, lo que hace imposible juzgar el modo de conexión.
2 Métodos de Prueba para la Relación de Transformación y el Modo de Conexión de Transformadores Especiales
Para probar eficientemente la relación de transformación de transformadores especiales (según el análisis previo), utilice salidas de fuente de alimentación trifásica (diferencia de fase de 120°, estándar) o bifásica (diferencia de fase de 90°, para transformadores Scott inversos). La clave: probar según la operación real del transformador, aplicar ~110V, medir las relaciones de tensión primaria-secundaria y las diferencias de fase para determinar la relación de transformación y el modo de conexión.
En la Figura 2, (N,n) es la tierra de señal del instrumento. Aplique tensión trifásica estándar al lado de alta tensión del transformador, mida las tensiones de fase (UA, UB, UC, Ua, Ub, Uc) en relación con la tierra de señal. Utilice operaciones vectoriales para calcular las tensiones de línea (UAB, UBC, UCA, Uab, Ubc, Uca). Derive las relaciones de transformación (KAB/ab, KBC/bc, KCA/ca) según la definición, y determine los grupos a través de las diferencias de ángulo UAB-Uab. Para los transformadores Scott inversos, aplique tensión bifásica de 90° al lado de alta tensión; mida de manera similar las relaciones de transformación y las diferencias de fase. Este método alinea el circuito magnético de prueba con el circuito magnético de trabajo del transformador, asegurando que los resultados reflejen las relaciones de transformación y los modos de conexión reales.
3 Principio de Funcionamiento del Probador
Con el rápido desarrollo de los circuitos integrados de gran escala, la mejora del rendimiento de los dispositivos de fuente de alimentación y la evolución profunda de la tecnología de procesamiento de señales digitales, ahora es básicamente posible diseñar instrumentos de prueba de relación de transformación especial de acuerdo con las ideas mencionadas anteriormente. El instrumento se puede dividir aproximadamente en tres partes: fuente de alimentación, adquisición de señales de múltiples canales de alta velocidad y procesamiento de señales digitales.
Para realizar una prueba de relación de transformación en un transformador con un método de cableado especial, debe usarse una fuente de alimentación trifásica equilibrada o una fuente de alimentación bifásica con una diferencia de fase de 90°. Se envía una señal predeterminada mediante dispositivos analógicos, y después de ser amplificada por dispositivos de potencia, se emite una tensión AC trifásica, para así realizar la prueba del transformador especial en condiciones de funcionamiento reales. Para reducir el impacto de la fluctuación de la fuente de alimentación del instrumento (AC 220 V) en los resultados de la prueba, la salida de la fuente de alimentación estándar debe tener una estabilidad relativamente alta.
Dado que se involucran numerosas operaciones vectoriales, para garantizar la correcta conexión y la diferencia de ángulo de fase entre el primario y el secundario, se deben recoger simultáneamente al menos 6 canales de señales, es decir, 3 canales de tensión en el lado de alta tensión y 3 canales de tensión en el lado de baja tensión. El instrumento adopta un diseño estructural de microcontrolador combinado con FPGA. La FPGA completa la toma de muestras sincrónica y el almacenamiento de datos de los 6 canales de señales, y el microcontrolador se encarga del procesamiento y la salida de datos.
Para evitar el impacto de diversas interferencias electromagnéticas complejas en los datos de prueba en el sitio de prueba, eliminar diversas señales de interferencia excepto la onda fundamental de la señal AC de la fuente de alimentación de prueba, y utilizar el algoritmo de transformada rápida de Fourier para realizar el procesamiento de señales digitales en cada canal de señales, para lograr el propósito de anti-interferencia. Usando la transformada rápida de Fourier, se pueden obtener convenientemente la información vectorial de cada canal de señales y la diferencia de ángulo de fase entre el primario y el secundario, y luego calcular la diferencia de ángulo de fase y el modo de conexión.
Para evitar el impacto del error de la fuente de alimentación de prueba trifásica en la medición, cuando la tensión de fase de prueba es de 80 V, el grado de desequilibrio de amplitud de la tensión de la fuente de alimentación debe ser mejor que ±0.04 V, y el grado de desequilibrio de fase debe ser mejor que ±0.04°.
4 Resultados Medidos de Transformadores Scott e Inversos Scott
El probador de relación de transformación especial desarrollado según las ideas anteriores ha sido probado en una subestación determinada, y los datos medidos se muestran en la Tabla 1.
Se puede observar en la Tabla 1 que el probador de transformador especial basado en la fuente de tensión trifásica ha completado con éxito la prueba de relación de transformación de dos tipos de transformadores especiales, y la diferencia de ángulo de fase también cumple con los requisitos del transformador real. Los valores de la diferencia de ángulo de fase en la Tabla 1 son las diferencias de ángulo de fase definidas en sus respectivas columnas, y an - bn representa la diferencia de ángulo fase a fase en el lado de baja tensión.
5 Prueba de Transformadores Conectados V-v
El modo de conexión y el diagrama de vectores de tensión de un transformador conectado V-v son diferentes a los de un transformador Scott. Sin embargo, su característica común es que convierten una fuente de alimentación trifásica en una fuente de alimentación bifásica con una diferencia de fase fija para satisfacer el requisito de cargas desequilibradas. Por lo tanto, se puede adoptar el mismo método de medición. Las figuras 3 y 4 muestran los diagramas de conexión y los diagramas de vectores de tensión de estos dos modos de conexión.
Dado que la diferencia de fase entre las tensiones bifásicas en el lado secundario bajo el modo de conexión V-v es de 60°, en lugar de 90° en el modo Scott, los resultados dados por el instrumento difieren al calcular el error relativo de la relación de transformación.
Al probar con el probador BZJT-I, seleccione el modo "Scott" y luego cierre el interruptor para iniciar la medición.
Debe tenerse en cuenta que la relación de transformación estándar aquí se refiere a la relación de la tensión de línea de las tres fases en el lado de alta tensión del transformador probado a la tensión de la fase única en el lado de baja tensión Uab/Uαn o Uab/Uβn. En el diagrama estructural siguiente, a y b corresponden a α y β del transformador Scott, y n en el diagrama corresponde al terminal común de las fases α y β.
La Tabla 2 muestra los resultados de la prueba de un transformador Scott. Al calcular el error del ítem "AB/ab", el instrumento divide internamente la relación de transformación estándar de entrada por 1.4142 como referencia de cálculo. Para el transformador conectado V-v, dado que la diferencia de fase entre las tensiones bifásicas en el lado secundario es de 60°, se introduce una diferencia fija del 41.42% en el cálculo del error relativo, pero el valor real de la relación de transformación es correcto.
Para el transformador conectado V-v, los valores de las dos diferencias de ángulo de fase deben ser –60.000° (diferencia de fase de las tensiones de fase en el lado secundario) y –300.00° (diferencia de fase de las tensiones de línea entre el lado primario y secundario).
6 Conclusión
Usar una fuente de alimentación de prueba monofásica no puede cumplir con los requisitos de medición de la relación de transformación y el modo de conexión de transformadores especiales con modos de conexión complejos. Para adaptarse a la labor de prueba de relación de transformación en el campo y en fabricantes de transformadores especiales, se debe seleccionar un modo de fuente de alimentación de prueba trifásica. El probador de relación de transformación especial, basado en la salida de una fuente de tensión trifásica estándar y respaldado por la tecnología de adquisición síncrona de alta velocidad y la tecnología de procesamiento de señales digitales, puede completar bien las pruebas de la relación de transformación y el modo de conexión.
