Разработка способов и средств выявления межвитковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов
Development of methods and means for detecting interturn short circuits in the windings of power transformers

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

силовой трансформатор, межвитковое замыкание, ток обратной последовательности, надежность электроснабжения, power transformer, interturn short circuits, negative sequence current, power supply reliability

АННОТАЦИЯ

Авторы: Белов Александр Владимирович, Шаймухаметова Ольга Рафхатовна, Ильин Юрий Петрович, Скородумова Наталья Викторовна, Епишков Егор Николаевич

Надежность электроснабжения предприятий АПК во многом зависит от работоспособности понижающих трансформаторов 6–10/0,4 кВ, ежегодное количество отказов которых достигает 9 %. Основной причиной выхода из строя трансформаторов являются межвитковые замыкания в обмотках. Выявление замыканий осложняется тем, что в начальной стадии повреждения токи в обмотках изменяются незначительно и релейная защита не срабатывает. Дальнейшее развитие повреждения приводит к серьезной аварии и высокой стоимости ремонта трансформатора. Целью работы является выявление межвитковых замыканий на начальной стадии их возникновения. Предложено производить диагностику межвитковых замыканий в обмотках трансформатора, измеряя токи в фазах при отключенной нагрузке, т.е. в режиме холостого хода. Установлено, что межвитковые замыкания приводят к увеличению несимметрии фазных токов в режиме холостого хода трансформатора. Поскольку показателем несимметрии в трехфазной системе с изолированной нейтралью является ток обратной последовательности, то по увеличению тока обратной последовательности можно судить о появлении межвитковых замыканий. Разработан способ выявления межвитковых замыканий в обмотках трехфазных трансформаторов. Способ заключается в следующем. Перед началом эксплуатации трансформатора в режиме холостого хода при номинальном напряжении питания с применением измерительных трансформаторов тока измеряются токи в фазах трансформатора. По модулям фазных токов рассчитывается ток обратной последовательности, для чего разработана программа на ЭВМ. Полученное значение тока обратной последовательности фиксируется в дневнике измерений как исходное. В процессе эксплуатации трансформатор периодически выводится в режим холостого хода, при этом вновь проводятся измерения фазных токов и расчет тока обратной последовательности. Если вновь полученное значение тока обратной последовательности превысит исходное значение, делается вывод о наличии межвитковых замыканий. Высокая чувствительность способа к межвитковым замыканиям обусловлена использованием тока обратной последовательности как индикатора несимметрии в трехфазной сети. Применение способа позволит выявить межвитковые замыкания на начальной стадии их возникновения, что в свою очередь, позволит сократить перерыв в электроснабжении потребителей и минимизировать затраты на ремонт поврежденного трансформатора.

Abstract:

NAME: Development of methods and means for detecting interturn short circuits in the windings of power transformers
AUTOR: Belov Alexander Vladimirovich, Shaymukhametova Olga Rafkhatovna, Ilyin Yury Petrovich, Skorodumova Natalya Viktorovna, Epishkov Egor Nikolaevich

The reliability of power supply of enterprises in Agro-Industrial Complex largely depends on the operability of step-down transformers 6–10/0,4 kV, the annual failure rate of which reaches 9 %. The main cause of failure of transformers are inter-turn closures in windings. Identifying closures is complicated by the fact that in the initial stage of damage, the currents in the windings change slightly and the relay protection does not work. Further development of the damage leads to a serious accident and high cost of transformer repairing. The purpose of the paper is to identify interturn short circuits at the initial stage of their occurrence. It is proposed to diagnose interturn short circuits in transformer windings by measuring currents in the phases when the load is off, i.e. in idle mode. It has been established that interturn short circuits lead to an increase in the asymmetry of phase currents in the no-load mode of the transformer. Since the indicator of asymmetry in a three-phase system with an isolated neutral is the negative sequence current, then by increasing the negative sequence current one can judge the appearance of interturn short circuits. A method for detecting inter-turn closures in the windings of three-phase transformers has been developed. The method is following. Before starting operation of the transformer in idle mode at nominal power voltage with the use of measuring current transformers, currents in transformer phases are measured. The reverse-sequence current is calculated from the phase current modules that’s why the computer program was developed. The received value of the reverse sequence current is recorded in the measurement diary as the original. During operation, the transformer is periodically put into idle mode, measurement of the phase currents and calculation of the reverse sequence current. If the newly obtained value of the negative sequence current exceeds the original value, a conclusion is made about the presence of interturn short circuits. The high sensitivity of the method to interturn short circuits is due to the use of negative sequence current as an indicator of asymmetry in a three-phase network. The use of the method will make it possible to identify interturn short circuits at the initial stage of their occurrence, which in turn will reduce the interruption in power supply to consumers and minimize the cost of repairing a damaged transformer.