Teste Avançado de Relação de Transformação para Transformadores Especiais: Scott, Inverso Scott e Conexões V-v
1 Análise de Erros dos Métodos Tradicionais de Teste de Relação de Transformação
O ponte de relação de transformação QJ35 e outros testadores baseados em fase única usam o princípio do duplo voltímetro. O QJ35, no entanto, elimina as interferências de flutuação da fonte de alimentação através do equilíbrio da ponte. Para o teste de relação de transformação trifásica com uma única fonte de alimentação, os terminais correspondentes devem ser curtos e os dados convertidos, transformando os testes trifásicos em medições unifásicas independentes, com conversão √3 Yd baseada nos grupos de conexão.
Transformadores especiais, com modos de conexão diferentes dos padrões, enfrentam grandes desafios com este método. Transformadores Scott têm ligações elétricas de enrolamento primário, enquanto transformadores retificadores têm ligações secundárias. Testes unifásicos com circuitos magnéticos curtos alteram as ligações de fase, causando desvios significativos na relação de transformação. Também não conseguem medir com precisão as diferenças de fase entre primário e secundário, tornando impossível o julgamento do modo de conexão.
2 Métodos de Teste para Relação de Transformação e Modo de Conexão de Transformadores Especiais
Para testar eficientemente a relação de transformação de transformadores especiais (conforme análise anterior), use saídas de fonte de alimentação trifásica (diferença de fase de 120°, padrão) ou bifásica (diferença de fase de 90°, para transformadores Scott inversos). A chave: teste conforme a operação real do transformador, aplique ~110V, meça as relações de tensão primário-secundário e as diferenças de fase para determinar a relação de transformação e o modo de conexão.
Na Figura 2, (N,n) é o terra de sinal do instrumento. Aplique tensão trifásica padrão ao lado de alta tensão do transformador, meça as tensões de fase (UA, UB, UC, Ua, Ub, Uc) em relação ao terra de sinal. Use operações vetoriais para calcular as tensões de linha (UAB, UBC, UCA, Uab, Ubc, Uca). Derive as relações de transformação (KAB/ab, KBC/bc, KCA/ca) conforme definição, e determine os grupos via diferenças de ângulo UAB-Uab. Para transformadores Scott inversos, aplique tensão bifásica de 90° ao lado de alta tensão; meça similarmente as relações de transformação e as diferenças de fase. Este método alinha o circuito magnético de teste com o circuito magnético de trabalho do transformador, garantindo que os resultados refletem as relações de transformação e modos de conexão reais.
3 Princípio de Funcionamento do Testador
Com o rápido desenvolvimento de circuitos integrados de grande escala, a melhoria do desempenho dos dispositivos de fonte de alimentação e a evolução aprofundada da tecnologia de processamento de sinais digitais, é agora basicamente possível projetar instrumentos de teste de relação de transformação especial de acordo com as ideias mencionadas. O instrumento pode ser dividido grosseiramente em três partes: fonte de alimentação, aquisição de sinal multicanal de alta velocidade e processamento de sinal digital.
Para realizar um teste de relação de transformação em um transformador com um método de ligação especial, deve-se usar uma fonte de alimentação trifásica balanceada ou uma fonte de alimentação bifásica com uma diferença de fase de 90°. Um sinal definido é enviado por dispositivos analógicos, e após ser amplificado por dispositivos de potência, uma tensão AC trifásica é gerada, para realizar o teste do transformador especial em condições de operação reais. Para reduzir o impacto da flutuação da fonte de alimentação do instrumento (AC 220 V) nos resultados do teste, a saída da fonte de alimentação padrão deve ter uma estabilidade relativamente alta.
Devido à envolvência de um grande número de operações vetoriais, para garantir a correta conexão e a diferença de ângulo de fase entre o primário e o secundário, pelo menos 6 canais de sinal devem ser coletados simultaneamente, ou seja, 3 canais de tensão no lado de alta tensão e 3 canais de tensão no lado de baixa tensão. O instrumento adota um design estrutural de microcontrolador combinado com FPGA. O FPGA completa a amostragem sincronizada e o armazenamento de dados dos 6 canais, e o microcontrolador é responsável pelo processamento e saída de dados.
Para evitar o impacto de várias interferências eletromagnéticas complexas nos dados de teste no local, eliminar vários sinais de interferência além da onda fundamental do sinal AC da fonte de alimentação de teste, e usar o algoritmo de transformada rápida de Fourier para realizar o processamento de sinal digital em cada canal de sinal, a fim de alcançar o objetivo de anti-interferência. Usando a transformada rápida de Fourier, as informações vetoriais de cada canal de sinal e a diferença de ângulo de fase entre o primário e o secundário podem ser facilmente obtidas, e então o ângulo de fase e o modo de conexão podem ser calculados.
Para evitar o impacto de erro da fonte de alimentação de teste trifásica na medição, quando a tensão de fase de teste for 80 V, o grau de desequilíbrio de amplitude da tensão da fonte de alimentação deve ser melhor que ±0,04 V, e o grau de desequilíbrio de fase deve ser melhor que ±0,04°.
4 Resultados Medidos de Transformadores Scott e Inversos de Scott
O testador de relação de transformação especial desenvolvido de acordo com as ideias acima foi testado em uma certa subestação, e os dados medidos estão mostrados na Tabela 1.
Pode-se ver na Tabela 1 que o testador de transformador especial baseado na fonte de tensão trifásica completou com sucesso o teste de relação de transformação de dois tipos de transformadores especiais, e a diferença de ângulo de fase também atende aos requisitos do transformador real. Os valores de diferença de ângulo de fase na Tabela 1 são as diferenças de ângulo de fase definidas em suas respectivas colunas, e an-bn representa a diferença de ângulo de fase entre fases no lado de baixa tensão.
5 Teste de Transformadores Conectados V-v
O modo de ligação e o diagrama de vetores de tensão de um transformador conectado V-v são diferentes daqueles de um transformador Scott. No entanto, sua característica comum é que convertem uma fonte de alimentação trifásica em uma fonte de alimentação bifásica com uma diferença de fase fixa para atender à exigência de cargas desequilibradas. Portanto, o mesmo método de medição pode ser adotado. As Figuras 3 e 4 mostram os diagramas de ligação e os diagramas de vetores de tensão desses dois modos de ligação.
Como a diferença de fase entre as tensões bifásicas no lado secundário sob o modo de ligação V-v é de 60°, em vez de 90° no modo Scott, os resultados fornecidos pelo instrumento diferem ao calcular o erro relativo da relação de transformação.
Ao testar com o testador BZJT-I, selecione o modo "Scott" e, em seguida, feche o interruptor para iniciar a medição.
Deve-se notar que a relação de transformação padrão aqui se refere à razão da tensão de linha das três fases no lado de alta tensão do transformador testado para a tensão da fase única no lado de baixa tensão Uab/Uαn ou Uab/Uβn. No diagrama estrutural abaixo, a e b correspondem a α e β do transformador Scott, e n no diagrama corresponde ao terminal comum das fases α e β.
A Tabela 2 mostra os resultados do teste de um transformador Scott. Ao calcular o erro do item "AB/ab", o instrumento internamente divide a relação de transformação padrão de entrada por 1,4142 como referência de cálculo. Para o transformador conectado V-v, como a diferença de fase entre as tensões bifásicas no lado secundário é de 60°, uma diferença fixa de 41,42% é introduzida no cálculo do erro relativo, mas o valor realmente medido da relação de transformação está correto.
Para o transformador conectado V-v, os valores das duas diferenças de ângulo de fase devem ser -60,000° (diferença de fase das tensões de fase no lado secundário) e -300,00° (diferença de fase das tensões de linha entre os lados primário e secundário).
6 Conclusão
Usar uma fonte de alimentação de teste unifásica não atende aos requisitos de medição da relação de transformação e do modo de conexão de transformadores especiais com modos de ligação complexos. Para se adaptar ao trabalho de teste de relação de transformação em campo e fabricantes de transformadores especiais, deve-se selecionar o modo de fonte de alimentação trifásica para medição. O testador de relação de transformação especial, baseado na saída de uma fonte de tensão trifásica padrão e apoiado pela tecnologia de aquisição síncrona de alta velocidade e tecnologia de processamento de sinal digital, pode concluir bem os testes de relação de transformação e modo de conexão.
