Продвинутое тестирование коэффициента трансформации для специальных трансформаторов: Скотт, Обратный Скотт и V-v соединения
1 Анализ ошибок традиционных методов испытания коэффициента трансформации
Мост QJ35 и другие однофазные измерительные приборы используют принцип двойного вольтметра. Однако QJ35 устраняет помехи от колебаний питания с помощью баланса моста. Для испытания коэффициента трансформации трехфазного трансформатора с использованием одного источника питания соответствующие выводы должны быть замкнуты, а данные преобразованы, превращая трехфазные испытания в независимые однофазные измерения, с √3 Yd-преобразованием на основе групп соединений.
Специальные трансформаторы, имеющие различные режимы подключения по сравнению со стандартными, сталкиваются с серьезными проблемами при использовании этого метода. У трансформаторов Скотта электрические соединения первичной обмотки, а у выпрямительных трансформаторов - вторичной. Однофазное испытание с замкнутыми магнитными цепями изменяет фазовые соединения, вызывая значительные отклонения коэффициента трансформации. Также невозможно точно измерить фазовые разности между первичной и вторичной сторонами, что делает невозможным определение режима подключения.
2 Методы испытания коэффициента трансформации и режима подключения специальных трансформаторов
Для эффективного испытания коэффициента трансформации специальных трансформаторов (на основе предыдущего анализа) следует использовать трехфазный (с фазовым сдвигом 120°, стандартный) или двухфазный (с фазовым сдвигом 90°, для обратных трансформаторов Скотта) выход источника питания. Ключевой момент: проводить испытания в соответствии с фактической работой трансформатора, применяя ~110 В, измеряя отношения напряжений между первичной и вторичной сторонами и фазовые разности, чтобы определить коэффициент трансформации и режим подключения.
На рисунке 2 (N,n) - это земля сигнала прибора. Примените стандартное трехфазное напряжение к высоковольтной стороне трансформатора, измерьте фазные напряжения (UA, UB, UC, Ua, Ub, Uc) относительно сигнальной земли. Используйте векторные операции для расчета линейных напряжений (UAB, UBC, UCA, Uab, Ubc, Uca). Определите коэффициенты трансформации (KAB/ab, KBC/bc, KCA/ca) по определению, и определите группы по угловым разностям UAB-Uab. Для обратных трансформаторов Скотта примените двухфазное напряжение с фазовым сдвигом 90° к высоковольтной стороне; аналогично измерьте коэффициенты трансформации и фазовые разности. Этот метод согласует испытательную магнитную цепь с рабочей магнитной цепью трансформатора, обеспечивая результаты, отражающие фактические коэффициенты трансформации и режимы подключения.
3 Принцип работы прибора
Благодаря быстрому развитию крупномасштабных интегральных схем, улучшению характеристик источников питания и глубокой эволюции технологии цифровой обработки сигналов, теперь стало возможным проектировать специальные приборы для испытания коэффициента трансформации в соответствии с вышеуказанными идеями. Прибор можно условно разделить на три части: источник питания, многоканальное быстрое сбор данных и цифровая обработка сигналов.
Для проведения испытания коэффициента трансформации трансформатора со специальным способом подключения необходимо использовать сбалансированный трехфазный источник питания или двухфазный источник питания с фазовым сдвигом 90°. Аналоговое устройство отправляет заданный сигнал, который после усиления мощностными устройствами выдает трехфазное переменное напряжение, чтобы реализовать испытание специального трансформатора в условиях его фактической эксплуатации. Чтобы снизить влияние колебаний питания прибора (переменного тока 220 В) на результаты испытаний, выход стандартного источника питания должен иметь относительно высокую стабильность.
Из-за большого количества векторных операций, чтобы обеспечить правильный режим подключения и фазовый угол между первичной и вторичной сторонами, необходимо одновременно собирать не менее 6 каналов сигналов, то есть 3 канала напряжений на высоковольтной стороне и 3 канала напряжений на низковольтной стороне. Прибор использует конструктивное решение, объединяющее микроконтроллер и FPGA. FPGA выполняет синхронное сбор и хранение данных 6 каналов, а микроконтроллер отвечает за обработку и вывод данных.
Чтобы избежать влияния различных сложных электромагнитных помех на данные испытаний на месте, устранить все помехи, кроме основной волны переменного сигнала источника питания, и использовать алгоритм быстрого преобразования Фурье для цифровой обработки каждого канала сигналов, чтобы достичь цели противодействия помехам. Используя быстрое преобразование Фурье, можно удобно получить векторную информацию каждого канала сигналов и фазовую разницу между первичной и вторичной сторонами, а затем рассчитать фазовую разницу и режим подключения.
Чтобы избежать погрешностей, вызванных трехфазным источником питания при измерении, когда фазное напряжение испытания составляет 80 В, степень несимметрии амплитуды напряжения источника питания должна быть лучше, чем ±0,04 В, а степень несимметрии фазы должна быть лучше, чем ±0,04°.
4 Результаты измерений трансформаторов Скотта и обратных трансформаторов Скотта
Разработанный в соответствии с вышеуказанными идеями специальный прибор для испытания коэффициента трансформации был протестирован на одной из подстанций, и измеренные данные показаны в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, специальный прибор для испытания коэффициента трансформации, основанный на трехфазном источнике напряжения, успешно завершил испытание коэффициента трансформации двух типов специальных трансформаторов, и фазовая разница также соответствует требованиям фактического трансформатора. Значения фазовых разниц в таблице 1 - это фазовые разницы, определенные в соответствующих столбцах, а an-bn представляет собой фазовую разницу между фазами на низковольтной стороне.
5 Испытание трансформаторов с V-v подключением
Способ подключения и векторная диаграмма напряжений трансформатора с V-v подключением отличаются от тех, которые используются в трансформаторах Скотта. Однако их общая особенность заключается в том, что они преобразуют трехфазный источник питания в двухфазный с фиксированной фазовой разницей, чтобы удовлетворить требованиям неравномерных нагрузок. Поэтому можно использовать тот же метод измерения. Рисунки 3 и 4 показывают схемы подключения и векторные диаграммы этих двух способов подключения.
Поскольку фазовая разница между двухфазными напряжениями на вторичной стороне при V-v подключении составляет 60°, а не 90° как в случае трансформатора Скотта, результаты, предоставляемые прибором, будут различаться при расчете относительной погрешности коэффициента трансформации.
При испытании с помощью прибора BZJT-I выберите режим "Скотт", затем закройте переключатель и начните измерение.
Следует отметить, что стандартный коэффициент трансформации здесь означает отношение линейного напряжения трех фаз на высоковольтной стороне испытуемого трансформатора к напряжению одной фазы на низковольтной стороне Uab/Uαn или Uab/Uβn. На структурной схеме ниже a и b соответствуют α и β трансформатора Скотта, а n на схеме соответствует общему выводу фаз α и β.
Таблица 2 показывает результаты испытаний трансформатора Скотта. При расчете погрешности пункта "AB/ab" прибор внутренне делит входной стандартный коэффициент трансформации на 1,4142 в качестве базы для расчета. Для трансформатора с V-v подключением, поскольку фазовая разница между двухфазными напряжениями на вторичной стороне составляет 60°, в расчет относительной погрешности вводится фиксированная разница 41,42%, но фактическое значение коэффициента трансформации верное.
Для трансформатора с V-v подключением значения двух фазовых разниц должны быть –60,000° (фазовая разница фазных напряжений на вторичной стороне) и –300,00° (фазовая разница линейных напряжений между первичной и вторичной сторонами).
6 Заключение
Использование однофазного источника питания для испытаний не может удовлетворить требования к измерению коэффициента трансформации и режима подключения специальных трансформаторов с сложными способами подключения. Для адаптации к испытаниям коэффициента трансформации на месте и у производителей специальных трансформаторов следует выбирать трехфазный режим источника питания для измерений. Специальный прибор для испытания коэффициента трансформации, основанный на выходе трехфазного стандартного источника напряжения и поддерживаемый технологиями быстрого синхронного сбора данных и цифровой обработки сигналов, может успешно выполнять испытания коэффициента трансформации и режима подключения.
