Kiểm tra Tỷ lệ Quay Nâng cao cho Máy biến áp Đặc biệt: Scott Inverse Scott và Kết nối V-v
1 Phân tích lỗi của các phương pháp kiểm tra tỷ số vòng quấn truyền thống
Cầu đo tỷ số vòng quấn QJ35 và các thiết bị kiểm tra dựa trên một pha đều sử dụng nguyên lý đồng hồ điện áp kép. Tuy nhiên, QJ35 loại bỏ nhiễu do dao động nguồn thông qua cân bằng cầu. Đối với việc kiểm tra tỷ số biến áp ba pha bằng một nguồn điện, các đầu tương ứng phải được nối ngắn và dữ liệu được chuyển đổi, biến các bài kiểm tra ba pha thành các phép đo độc lập từng pha, với chuyển đổi √3 Yd dựa trên nhóm kết nối.
Các biến áp đặc biệt, có các chế độ kết nối khác so với các biến áp tiêu chuẩn, gặp nhiều thách thức với phương pháp này. Biến áp Scott có kết nối điện sơ cấp, trong khi biến áp chỉnh lưu có kết nối thứ cấp. Kiểm tra đơn pha với mạch từ bị nối ngắn thay đổi kết nối pha, gây ra sai lệch tỷ số đáng kể. Nó cũng không thể đo chính xác sự khác biệt pha giữa sơ cấp và thứ cấp, khiến việc đánh giá chế độ kết nối trở nên không thể.
2 Phương pháp kiểm tra tỷ số vòng quấn và chế độ kết nối của biến áp đặc biệt
Để kiểm tra hiệu quả tỷ số vòng quấn của biến áp đặc biệt (theo phân tích trước đó), sử dụng nguồn điện ba pha (chênh lệch pha 120°, tiêu chuẩn) hoặc hai pha (chênh lệch pha 90°, cho biến áp Scott nghịch). Mấu chốt: kiểm tra theo cách hoạt động thực tế của biến áp, áp dụng ~110V, đo tỷ số điện áp sơ cấp-thứ cấp và chênh lệch pha để xác định tỷ số vòng quấn và chế độ kết nối.
Trong Hình 2, (N,n) là đất tín hiệu của thiết bị. Áp dụng điện áp ba pha tiêu chuẩn vào phía cao áp của biến áp, đo điện áp pha (UA, UB, UC, Ua, Ub, Uc) so với đất tín hiệu. Sử dụng phép toán vectơ để tính điện áp đường (UAB, UBC, UCA, Uab, Ubc, Uca). Dựa theo định nghĩa, suy ra tỷ số vòng quấn (KAB/ab, KBC/bc, KCA/ca) và xác định nhóm thông qua chênh lệch góc UAB-Uab. Đối với biến áp Scott nghịch, áp dụng điện áp hai pha 90° vào phía cao áp; tương tự, đo tỷ số vòng quấn và chênh lệch pha. Phương pháp này làm cho mạch từ thử nghiệm phù hợp với mạch từ làm việc của biến áp, đảm bảo kết quả phản ánh tỷ số vòng quấn và chế độ kết nối thực tế.
3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra
Với sự phát triển nhanh chóng của các mạch tích hợp quy mô lớn, cải thiện hiệu suất của thiết bị nguồn, và sự tiến hóa sâu rộng của công nghệ xử lý tín hiệu số, hiện nay cơ bản có thể thiết kế các thiết bị kiểm tra tỷ số vòng quấn đặc biệt theo ý tưởng đã đề cập. Thiết bị có thể được chia thành ba phần: nguồn điện, thu thập tín hiệu đa kênh tốc độ cao, và xử lý tín hiệu số.
Để tiến hành kiểm tra tỷ số vòng quấn của biến áp với cách đấu dây đặc biệt, cần sử dụng nguồn điện ba pha cân bằng hoặc nguồn điện hai pha có chênh lệch pha 90°. Một tín hiệu được gửi ra bởi thiết bị analog, sau khi được khuếch đại bởi thiết bị nguồn, điện áp xoay chiều ba pha được xuất ra, để thực hiện kiểm tra biến áp đặc biệt trong điều kiện hoạt động thực tế. Để giảm ảnh hưởng của dao động nguồn điện của thiết bị (AC 220 V) lên kết quả kiểm tra, nguồn điện chuẩn phải có độ ổn định tương đối cao.
Do liên quan đến nhiều phép toán vectơ, để đảm bảo chế độ kết nối đúng và chênh lệch góc pha giữa sơ cấp và thứ cấp, ít nhất 6 kênh tín hiệu phải được thu thập đồng thời, tức là 3 kênh điện áp phía cao áp và 3 kênh điện áp phía thấp áp. Thiết bị sử dụng thiết kế cấu trúc kết hợp vi điều khiển đơn chip và FPGA. FPGA hoàn thành lấy mẫu đồng bộ và lưu trữ dữ liệu của 6 kênh tín hiệu, và vi điều khiển đơn chip chịu trách nhiệm xử lý và xuất dữ liệu.
Để tránh ảnh hưởng của các nhiễu điện từ phức tạp tại hiện trường kiểm tra, loại bỏ các tín hiệu nhiễu ngoại trừ sóng cơ bản của nguồn điện kiểm tra, và sử dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh để xử lý tín hiệu số cho mỗi kênh tín hiệu, nhằm đạt mục đích chống nhiễu. Sử dụng biến đổi Fourier nhanh, thông tin vectơ của mỗi kênh tín hiệu và chênh lệch góc pha giữa sơ cấp và thứ cấp có thể được dễ dàng thu được, sau đó tính toán chênh lệch góc pha và chế độ kết nối.
Để tránh ảnh hưởng sai số của nguồn điện kiểm tra ba pha lên phép đo, khi điện áp pha kiểm tra là 80 V, độ mất cân bằng biên độ của điện áp nguồn nên tốt hơn ±0.04 V, và độ mất cân bằng pha nên tốt hơn ±0.04°.
4 Kết quả đo của biến áp Scott và biến áp Scott nghịch
Thiết bị kiểm tra tỷ số vòng quấn biến áp đặc biệt được phát triển theo các ý tưởng trên đã được thử nghiệm tại một trạm biến áp cụ thể, và dữ liệu đo được hiển thị trong Bảng 1.
Từ Bảng 1, có thể thấy thiết bị kiểm tra biến áp đặc biệt dựa trên nguồn điện ba pha đã hoàn thành thành công việc kiểm tra tỷ số vòng quấn của hai loại biến áp đặc biệt, và chênh lệch góc pha cũng đáp ứng yêu cầu của biến áp thực tế. Các giá trị chênh lệch góc pha trong Bảng 1 là chênh lệch góc pha được định nghĩa trong cột tương ứng, và an - bn đại diện cho chênh lệch góc pha giữa pha ở phía thấp áp.
5 Kiểm tra biến áp đấu nối V-v
Chế độ đấu nối và sơ đồ vectơ điện áp của biến áp đấu nối V-v khác với biến áp Scott. Tuy nhiên, điểm chung của chúng là chuyển đổi nguồn điện ba pha thành nguồn điện hai pha có chênh lệch pha cố định để đáp ứng yêu cầu tải không cân xứng. Do đó, có thể áp dụng cùng phương pháp đo. Hình 3 và 4 hiển thị sơ đồ đấu nối và sơ đồ vectơ điện áp của hai chế độ đấu nối này.
Do chênh lệch pha giữa hai điện áp pha ở phía thứ cấp dưới chế độ đấu nối V-v là 60°, thay vì 90° trong chế độ Scott, kết quả do thiết bị cung cấp sẽ khác nhau khi tính toán sai số tương đối của tỷ số vòng quấn.
Khi kiểm tra bằng thiết bị BZJT-I, chọn chế độ "Scott" và sau đó đóng công tắc để bắt đầu đo.
Cần lưu ý rằng tỷ số vòng quấn chuẩn ở đây là tỷ lệ giữa điện áp đường của ba pha ở phía cao áp của biến áp được kiểm tra và điện áp của một pha ở phía thấp áp Uab/Uαn hoặc Uab/Uβn. Trong sơ đồ cấu trúc dưới đây, a và b tương ứng với α và β của biến áp Scott, và n trong sơ đồ tương ứng với đầu chung của pha α và β.
Bảng 2 hiển thị kết quả kiểm tra của biến áp Scott. Khi tính toán sai số của mục "AB/ab", thiết bị nội bộ chia tỷ số vòng quấn chuẩn đầu vào cho 1.4142 làm cơ sở tính toán. Đối với biến áp đấu nối V-v, do chênh lệch pha giữa hai điện áp pha ở phía thứ cấp là 60°, một sai số cố định 41.42% được đưa vào tính toán sai số tương đối, nhưng giá trị đo thực tế của tỷ số vòng quấn là chính xác.
Đối với biến áp đấu nối V-v, các giá trị của hai chênh lệch góc pha nên là –60.000° (chênh lệch góc pha của điện áp pha ở phía thứ cấp) và –300.00° (chênh lệch góc pha của điện áp đường giữa phía sơ cấp và thứ cấp).
6 Kết luận
Sử dụng nguồn điện kiểm tra một pha không thể đáp ứng yêu cầu đo tỷ số vòng quấn và chế độ kết nối của biến áp đặc biệt với cách đấu dây phức tạp. Để thích ứng với công tác kiểm tra tỷ số vòng quấn tại hiện trường và của các nhà sản xuất biến áp đặc biệt, nên chọn chế độ nguồn điện ba pha để đo. Thiết bị kiểm tra tỷ số vòng quấn đặc biệt, dựa trên nguồn điện ba pha chuẩn và được hỗ trợ bởi công nghệ thu thập đồng bộ tốc độ cao và công nghệ xử lý tín hiệu số, có thể hoàn thành tốt các bài kiểm tra tỷ số vòng quấn và chế độ kết nối.
