پیشرفته‌ترین آزمون نسبت ترانسفورماتور برای ترانسفورماتورهای خاص: اسکات، اسکات معکوس و اتصال V-v

1 آنالیز خطا در روش‌های سنتی تست نسبت دوران

پل کشی QJ35 و دیگر دستگاه‌های تست بر پایه فاز-فاز تک‌فاز همگی از اصل ولتمتر دوگانه استفاده می‌کنند. با این حال، QJ35 تداخلات ناشی از نوسانات منبع تغذیه را از طریق تعادل پل حذف می‌کند. برای تست نسبت دوران ترانسفورماتور سه‌فاز با یک منبع تغذیه واحد، باید انتهای‌های متناظر کوتاه شده و داده‌ها تبدیل شوند، به طوری که آزمون‌های سه‌فاز به اندازه‌گیری‌های تک‌فاز مستقل تبدیل شوند، با تبدیل √3 Yd بر اساس گروه‌های اتصال.

ترانسفورماتورهای خاص با الگوهای اتصال متفاوت از استاندارد، با این روش مواجه با چالش‌های بزرگی هستند. ترانسفورماتورهای اسکات دارای اتصالات الکتریکی در فاز اولیه هستند، در حالی که ترانسفورماتورهای مستقیم‌کننده دارای اتصالات در فاز ثانویه هستند. آزمون تک‌فاز با مدارهای مغناطیسی کوتاه شده، اتصالات فاز را تغییر می‌دهد و باعث انحرافات قابل توجه در نسبت دوران می‌شود. همچنین قادر به اندازه‌گیری دقیق اختلاف فاز بین اولیه و ثانویه نیست و امکان تشخیص الگوی اتصال را فراهم نمی‌کند.

2 روش‌های تست نسبت دوران و الگوی اتصال ترانسفورماتورهای خاص

برای آزمون کارآمد نسبت دوران ترانسفورماتورهای خاص (براساس تحلیل قبلی)، باید از خروجی‌های منبع تغذیه سه‌فاز (اختلاف فاز 120°، استاندارد) یا دو‌فاز (اختلاف فاز 90°، برای ترانسفورماتورهای اسکات معکوس) استفاده کرد. کلید: آزمون بر اساس عملکرد واقعی ترانسفورماتور، اعمال ~110V، اندازه‌گیری نسبت ولتاژ بین اولیه و ثانویه و اختلاف فاز برای تعیین نسبت دوران و الگوی اتصال.

در شکل 2، (N,n) زمین سیگنال دستگاه است. ولتاژ سه‌فاز استاندارد به سمت فشار بالای ترانسفورماتور اعمال می‌شود و ولتاژهای فاز (U_A, U_B, U_C, U_a, U_b, U_c) نسبت به زمین سیگنال اندازه‌گیری می‌شوند. با استفاده از عملیات برداری، ولتاژهای خط (U_AB, U_BC, U_CA, U_ab, U_bc, U_ca) محاسبه می‌شوند. نسبت دوران (K_AB/_ab, K_BC/_bc, K_CA/_ca) بر اساس تعریف مشتق می‌شوند و گروه‌ها از طریق تفاوت زاویه‌ای UAB-Uab تعیین می‌شوند. برای ترانسفورماتورهای اسکات معکوس، ولتاژ دو‌فاز 90° به سمت فشار بالا اعمال می‌شود؛ به طور مشابه نسبت دوران و اختلاف فاز اندازه‌گیری می‌شوند. این روش مدار مغناطیسی آزمون را با مدار مغناطیسی کاری ترانسفورماتور هماهنگ می‌کند و اطمینان می‌دهد که نتایج نسبت دوران و الگوی اتصال واقعی را منعکس می‌کنند.

3 اصول کار دستگاه تست

با توسعه سریع مدارهای مجتمع مقیاس بزرگ، بهبود عملکرد دستگاه‌های منبع تغذیه و تکامل عمیق فناوری پردازش سیگنال دیجیتال، اکنون امکان طراحی دستگاه‌های آزمون نسبت دوران خاص بر اساس ایده‌های فوق وجود دارد. دستگاه می‌تواند به سه بخش تقسیم شود: منبع تغذیه، جمع‌آوری سیگنال چندکانالی با سرعت بالا و پردازش سیگنال دیجیتال.

برای انجام آزمون نسبت دوران ترانسفورماتور با الگوی اتصال خاص، باید از منبع تغذیه سه‌فاز متعادل یا منبع تغذیه دو‌فاز با اختلاف فاز 90° استفاده شود. سیگنال تعیین شده توسط دستگاه‌های آنالوگ ارسال می‌شود و پس از تقویت توسط دستگاه‌های توان، ولتاژ متناوب سه‌فاز خروجی داده می‌شود تا آزمون ترانسفورماتور خاص تحت شرایط کاری واقعی انجام شود. برای کاهش تأثیر نوسانات منبع تغذیه دستگاه (AC 220 V) بر نتایج آزمون، خروجی منبع تغذیه استاندارد باید دارای پایداری نسبتاً بالا باشد.

به دلیل درگیری عملیات برداری بسیار زیاد، برای اطمینان از اتصال صحیح و اختلاف زاویه‌ای بین اولیه و ثانویه، حداقل 6 کانال سیگنال باید به صورت همزمان جمع‌آوری شوند، یعنی 3 کانال ولتاژ در سمت فشار بالا و 3 کانال ولتاژ در سمت فشار پایین. دستگاه از طراحی ساختاری میکروکنترلر تک‌بلوری ترکیب شده با FPGA استفاده می‌کند. FPGA نمونه‌برداری همزمان و ذخیره‌سازی داده‌های 6 کانال را انجام می‌دهد و میکروکنترلر تک‌بلوری مسئول پردازش و خروجی داده‌ها است.

برای جلوگیری از تأثیر انواع پیچیده تداخلات الکترومغناطیسی در داده‌های آزمون در محل آزمون، حذف تمام سیگنال‌های تداخلی به جز موج اصلی سیگنال متناوب منبع آزمون و استفاده از الگوریتم تبدیل فوریه سریع برای پردازش سیگنال دیجیتال هر کانال، به منظور دستیابی به هدف ضد تداخل. با استفاده از تبدیل فوریه سریع، اطلاعات برداری هر کانال و اختلاف زاویه‌ای بین اولیه و ثانویه به راحتی به دست می‌آید و سپس اختلاف زاویه‌ای و الگوی اتصال محاسبه می‌شود.

برای جلوگیری از تأثیر خطا ناشی از منبع تغذیه سه‌فاز بر اندازه‌گیری، وقتی ولتاژ فاز آزمون 80 V است، نامتوازنی دامنه ولتاژ منبع باید بهتر از ±0.04 V و نامتوازنی فاز باید بهتر از ±0.04° باشد.

4 نتایج اندازه‌گیری ترانسفورماتورهای اسکات و اسکات معکوس

دستگاه آزمون نسبت دوران ترانسفورماتور خاص طراحی شده بر اساس ایده‌های فوق در یک زیرстанیون خاص آزمایش شده و داده‌های اندازه‌گیری شده در جدول 1 نمایش داده شده‌اند.

از جدول 1 مشخص است که دستگاه آزمون ترانسفورماتور خاص بر اساس منبع ولتاژ سه‌فاز با موفقیت آزمون نسبت دوران دو نوع ترانسفورماتور خاص را انجام داده و اختلاف زاویه‌ای نیز با الزامات ترانسفورماتور واقعی مطابقت دارد. مقادیر اختلاف زاویه‌ای در جدول 1، اختلاف زاویه‌ای تعریف شده در ستون‌های مربوطه هستند و an-bn نشان‌دهنده اختلاف زاویه‌ای بین فاز‌ها در سمت فشار پایین است.

5 آزمون ترانسفورماتورهای متصل شده با V-v

الگوی اتصال و نمودار بردار ولتاژ ترانسفورماتور متصل شده با V-v متفاوت از ترانسفورماتور اسکات است. با این حال، ویژگی مشترک آنها این است که یک منبع تغذیه سه‌فاز را به یک منبع تغذیه دو‌فاز با اختلاف فاز ثابت تبدیل می‌کنند تا نیاز بارهای نامتعادل را برآورده کنند. بنابراین، می‌توان از همان روش اندازه‌گیری استفاده کرد. شکل‌های 3 و 4 نمودارهای اتصال و بردار ولتاژ این دو الگوی اتصال را نشان می‌دهند.

چون اختلاف فاز بین ولتاژهای دو‌فاز در سمت ثانویه در حالت اتصال V-v 60° است، در مقابل 90° در حالت اسکات، نتایج داده شده توسط دستگاه در محاسبه خطای نسبی نسبت دوران متفاوت است.

در هنگام آزمون با دستگاه BZJT-I، مود "اسکات" را انتخاب کنید و سپس کلید را ببندید تا اندازه‌گیری شروع شود.

باید توجه داشت که نسبت دوران استاندارد اینجا به نسبت ولتاژ خط سه‌فاز در سمت فشار بالای ترانسفورماتور آزمون به ولتاژ تک‌فاز در سمت فشار پایین U_ab/U_αn یا U_ab/U_βn اشاره دارد. در نمودار ساختاری زیر، a و b به α و β ترانسفورماتور اسکات متناظر هستند و n در نمودار به انتهای مشترک فاز‌های α و β اشاره دارد.

جدول 2 نتایج آزمون یک ترانسفورماتور اسکات را نشان می‌دهد. هنگام محاسبه خطا در مورد "AB/ab"، دستگاه داخلی نسبت دوران استاندارد ورودی را بر 1.4142 تقسیم می‌کند به عنوان مبنای محاسبه. برای ترانسفورماتور متصل شده با V-v، چون اختلاف فاز بین ولتاژهای دو‌فاز در سمت ثانویه 60° است، یک تفاوت ثابت 41.42٪ در محاسبه خطای نسبی معرفی می‌شود، اما مقدار اندازه‌گیری شده نسبت دوران صحیح است.

برای ترانسفورماتور متصل شده با V-v، مقادیر دو اختلاف زاویه‌ای باید –60.000° (اختلاف زاویه‌ای ولتاژهای فازی در سمت ثانویه) و –300.00° (اختلاف زاویه‌ای ولتاژهای خط بین سمت اولیه و ثانویه) باشند.

6 نتیجه‌گیری

استفاده از منبع تغذیه آزمون تک‌فاز نمی‌تواند الزامات اندازه‌گیری نسبت دوران و الگوی اتصال ترانسفورماتورهای خاص با الگوهای اتصال پیچیده را برآورده کند. برای تناسب با کار آزمون نسبت دوران در محل و سازندگان ترانسفورماتورهای خاص، باید از مود منبع تغذیه سه‌فاز برای اندازه‌گیری استفاده شود. دستگاه آزمون نسبت دوران خاص که بر اساس خروجی منبع ولتاژ سه‌فاز استاندارد و با پشتیبانی از فناوری جمع‌آوری همزمان با سرعت بالا و پردازش سیگنال دیجیتال طراحی شده، می‌تواند آزمون‌های نسبت دوران و الگوی اتصال را به خوبی انجام دهد.