ГОСТ Р 59239-2020 (МЭК 60076-18:2012) Трансформаторы силовые и реакторы. Метод измерения частотных характеристик

Приложение ДА
(рекомендуемое)

Рекомендации по интерпретации результатов измерений частотных характеристик

ДА.1 Интерпретация результатов с использованием собственных частот колебаний обмоток

ДА.1.1 Общие сведения

Для интерпретации результатов измерений на практике широко используют сравнение измеренных частотных характеристик с помощью корреляционного анализа и коэффициентов парной корреляции (или других коэффициентов, производных от них), показывающих различие частотных характеристик в широком диапазоне частот. Несмотря на свою простоту данный подход, будучи основан на интегральных показателях, не позволяет учесть специфику объекта измерений и интерпретировать тип и местоположение дефекта. Широкое распространение получил подход, в котором сравнение частотных характеристик выполняют отдельно для трех частотных диапазонов (низких, средних и высоких частот). Полагают, что изменения частотной характеристики в первом частотном диапазоне являются индикатором серьезного повреждения обмотки, в то время как соответствующие изменения во втором частотном диапазоне при равном коэффициенте парной корреляции классифицируют как менее серьезные повреждения обмотки. При этом границы частотных диапазонов (от 1 до 100 кГц, от 100 до 600 кГц и от 600 до 1000 кГц) установлены без учета типа обмотки и характерных значений ее собственных частот.

Очевидно, что такое разделение на фиксированные частотные диапазоны является весьма условным, отражает отдельные частные случаи и имеет разную степень применимости в зависимости от типа обмоток. Например, для катушечных обмоток класса напряжения 110 кВ и выше первая собственная частота обычно составляет порядка 10-20 кГц, и в первом частотном диапазоне от 1 до 100 кГц будут расположены первые 5-10 собственных частот. Для винтовых и цилиндрических обмоток классов напряжения от 6 до 20 кВ первая собственная частота может составлять порядка 200-300 кГц, и первые собственные частоты обмоток окажутся во втором частотном диапазоне (от 100 до 600 кГц).

Качественно иным образом интерпретация результатов измерений частотных характеристик может быть выполнена исходя из анализа особенностей конструкции объекта измерения и применяемых в нем типов обмоток на основе анализа собственных частот колебаний этих обмоток.

В частотной характеристике отдельной обмотки, измеренной относительно начала и конца обмотки, содержится набор резонансных и антирезонансных частот, имеющих разную природу. Отдельные резонансные частоты соответствуют собственным частотам колебаний обмоток, которые являются их фундаментальными характеристиками. Эти частоты в первую очередь зависят от электрической длины обмотки, физических параметров продольной изоляции обмотки (например, диэлектрической проницаемости витковой изоляции), расположения и электромагнитной связи отдельных частей обмотки, ограничений на пространственное распределение напряжения внутри обмотки (соединения между частями обмоток, соединение выводов обмоток с землей).

Изменения собственных частот обмоток, как правило, связаны с серьезными повреждениями обмоток и имеют различный графический образ в зависимости от типа повреждения и его местоположения.

ДА.1.2 Определение собственных частот колебаний обмотки

Для идентификации собственных частот может быть использован подход, основанный на сравнении измеренной частотной характеристики и активной проводимости рассматриваемой обмотки при разомкнутой и замкнутой накоротко вторичной обмотке. Суть данного подхода состоит в том, что на первых собственных частотах в пространственном распределении тока рассматриваемой обмотки имеются узлы, в которых ток меняет направление, в результате чего токи в соседних частях обмотки имеют противоположное направление. Электродвижущие силы, наводимые в витках вторичной обмотки, взаимно компенсируются, а магнитной поток, создаваемый первичной обмоткой, проникает в магнитопровод, не встречая реакции со стороны вторичной обмотки. Таким образом, на частоте, соответствующей одной из первых собственных частот колебаний рассматриваемой обмотки, замыкание накоротко вторичной обмотки практически не оказывает влияния на полное входное сопротивление этой первичной обмотки и значения ее собственных частот колебаний. Вместе с тем, состояние вторичной обмотки, ее замыкание и размыкание, на частотах много ниже первой собственной частоты колебаний оказывает влияние на проникновение магнитного потока в магнитопровод и путь, по которому замыкается этот поток. Это приводит к существенному изменению полного входного сопротивления рассматриваемой обмотки и смещению резонансных частот межобмоточного взаимодействия (рисунок ДА.1). Данное правило справедливо как для наружных обмоток ВН, так и для внутренних обмоток НН.

1 - обмотки НН1 и НН2 разомкнуты; 2 - обмотка НН1 закорочена; 3 - обмотки НН1 и НН2 закорочены

Рисунок ДА.1 - Частотная характеристика первичной обмотки при разомкнутой и замкнутой частях расщепленной обмотки НН

Алгоритм определения собственных частот колебаний обмотки содержит следующие основные шаги:

а) по измеренным частотным характеристикам обмотки при разомкнутой и замкнутой накоротко вторичной обмотке выполняют приближенную оценку полной проводимости обмотки

,                                (ДА.1)

где = 50 Ом - согласующее сопротивление канала измерения выходного напряжения;

j - мнимая единица;

- круговая частота источника;

- частота источника;

- емкость на землю относительно канала измерения выходного напряжения (емкость высоковольтного ввода и отводов, соединяющих конец обмотки с вводом и другими обмотками, а также емкость измерительных кабелей и соединительных проводов);

и - входное и выходное напряжения;

;