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342 MECÁNICO-EVALUACIÓN DEL ESTADO DE devanados del transformador usando análisis de RESPUESTA EN FRECUENCIA (FRA)

Grupo de trabajo

A2.26

de abril de 2008

yo

evaluación del estado mecánico de los arrollamientos del transformador utilizando

Análisis de la respuesta de frecuencia (FRA) WG A2.26

miembros: Patrick PICHER (CA) - Coordinador John lapworth (Reino Unido) - Líder del Grupo de Trabajo 1 Tim NOONAN (IR) - Líder del Grupo de Trabajo 2 Jochen CHRISTIAN (DE) Líder del Grupo de Trabajo 3

Micheal Alpatov (RU), Dierk Bormann (SE), Richard Breytenbach (ZA), Peter Dick (CA), Alexander Drobyshevski (RU), Ionel DUMBRAVA (RO), Robin Fisher (CH), Hans Kristian Hoidalen (NO), Pablo JARMAN (Reino Unido), Istvan Kispál (HU), Alexander KRAETGE (AT), Thomas Leibfried (DE), Ryszard Malewski (PL), Rodrigo OCON (MX), Ernesto Pérez (SP), Johannes Rickmann (Estados Unidos), Yukiyasu Shirasaka ( JP), Stefan TENBOHLEN (DE), Martin Tiberg (CH), Zhongdong WANG (Reino Unido), Peter WERELIUS (SE), Rafal ZALESKI (PL).

Copyright © 2008 “La propiedad de una publicación CIGRE, ya sea en papel o en soporte electrónico sólo se infiere derecho de uso para fines personales. Están prohibidos, excepto si se acuerda expresamente por CIGRE, la reproducción total o parcial de la publicación para su uso que no sea personal y la transferencia a un tercero; por lo tanto, la circulación en cualquier intranet u otra red compañía está prohibido”.

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ISBN: 978- 2- 85873- 030- 8

ii

TABLA DE CONTENIDO Resumen

Capítulo 1: Introducción a FRA ............................................... ...................................... 1

1.1

Introducción ................................................. .................................................. ................. 1

1.2

Propósito de mediciones FRA .............................................. ........................................ 1

1.3

Definiciones ................................................. .................................................. ................... 2

1.4

Fuerzas de cortocircuito y falla de la bobina Deformación Modos ..................................... 2

1.5

Comparación de las técnicas de diagnóstico .............................................. ............................. 5

1.6

Desarrollo y variaciones en las prácticas FRA ............................................ .................. 6

1.7

Ejemplos de FRA Resultados .............................................. ................................................. 8

1.7.1 colapso axial después de la sujeción fracaso .......................................... ............................... 8 1.7.2 Conductor de inclinación ............................................. .................................................. ....... 10

Capitulo 2: Prácticas FRA ................................................ ............................................ 11

2.1

Introducción ................................................. .................................................. ............... 11

2.2

Tipos de prueba FRA ............................................... .................................................. ........... 11

2.2.1 Circuito y probar conexiones de ........................................... ........................................ 11 2.2.2 de extremo a extremo (Figura 13a, b) .................................... .................................................. 0.12

2.2.3 de extremo a extremo corto-circuito (figura 13c, d) ................................. .................................. 12

2.2.4 capacitiva inter-devanado (Figura 13e) ....................................... .............................. 13 2.2.5

Inductivo inter-devanado (Figura 13f) .......................................... .............................. 13

2.3

Resumen de los Talleres WG .............................................. .........................................15

2.4

Recomendado Normalización de las prácticas FRA ............................................. ........... 17

2.4.1 Cables de prueba ............................................. .................................................. ................. 17

2.4.2 Medición de impedancia ............................................. ............................................. 17 2.4.3 Determinación de la frecuencia máxima utilizable de Interpretación ..................... 18 2.4.4 Mediciones de parámetros que influyen en FRA a ser grabada con los datos de prueba .... 18

2.4.5 Requisitos de prueba de equipo ............................................ ..................................... 19 2.4.6 Tipos de prueba ............................................. .................................................. ................. 20 2.4.7 Formato de datos ............................................. .................................................. ............... 21

2.4.8 Resumen de las reglas para realizar una buena FRA Medición ...................................... 21

iii

Capítulo 3: Interpretación FRA ................................................ ..................................... 23

3.1

Introducción ................................................. .................................................. ............... 23

3.2

Fundamentos de la FRA Interpretación .............................................. .......................................... 23

3.2.1 Presentación de Respuestas FRA ........................................... .................................... 23

3.2.2 Frecuencia de resonancia esperada Gama vs transformador tamaño y tipo Winding ..24

3.2.3 Respuestas FRA típicos ............................................ ............................................... 25 3.2.4 Rango de frecuencia de Interpretación ........................................... .............................. 32

3.3

Interpretación Metodología ................................................ .......................................... 33

3.3.1 Evaluación de la huella digital Resultados ........................................... ................................. 33

3.3.2 Comparación de Twin Sister y transformadores ......................................... ................ 33 3.3.3 Simetría de devanados de un transformador ......................................... ....................... 35

3.4

Ejemplos de FRA Interpretación .............................................. ..................................... 36

3.4.1 aro de pandeo de bobinado de BT .......................................... ...................................... 37

3.4.2 movimiento localizado en el bobinado de regulación ......................................... .......... 38

3.4.3 flotante escudo entre AT y BT ......................................... .............................. 39 3.4.4 Laminaciones en corto-núcleo ........................................... ............................................. 40

3.4.5 Efecto del aceite ........................................... .................................................. ........... 41 3.4.6 Efecto de cortocircuito Activa ........................................... ................................................. 41

3.4.7 Efecto de Core residual Magnetización .......................................... .......................... 42 3.4.8 Efecto de la resistiva conexión de los cables de prueba ....................................... ............ 42

3.5

Perspectivas sobre el FRA Interpretación .............................................. ................................ 43

3.5.1 Herramientas para la Interpretación asistida o automática de FRA Resultados .............................. 43

3.5.2 Simulación de Respuestas FRA Basado en geométricos Parámetros ............................. 44 3.5.3 Parametrización de FRA Base de datos de polos y ceros Representación ........................ 45

3.6

Recomendaciones ................................................. .................................................. ..... 46

Referencias ................................................. .................................................. ................. 47

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres ...................................... 49

iv

RESUMEN

El objetivo de este folleto es proporcionar una guía para la evaluación de la condición mecánica de los devanados del transformador utilizando análisis de frecuencia de respuesta (FRA).

CIGRE WG A2.26 se creó para evaluar la técnica FRA siguiente evidencia proporciona en el CIGRE SC A2 Colloquium 2003 que era más sensible que las técnicas convencionales. Dos tareas clave, necesarias antes de la técnica pueden ser aceptados como una prueba estándar, eran para recomendar la estandarización de las técnicas de prueba cuando esté justificado y proporcionar orientación sobre la interpretación. En consecuencia, los esfuerzos se dividieron en tres grupos de trabajo:

1. Para proporcionar una introducción a las partes interesadas con experiencia previa limitada en FRA a resumir las características esenciales y ventajas clave más destacado

2. Para comparar las diversas prácticas FRA y hacer las recomendaciones pertinentes para la normalización 3. Desarrollar una guía para la interpretación de datos y hacer propuestas para las actividades de investigación para apoyar

futuras mejoras. Las contribuciones del grupo de trabajo se presentan en los correspondientes tres capítulos de este folleto. Los elementos clave se resumen a continuación.

El método FRA implica la inyección de una señal en un terminal de un transformador y medir la respuesta de los devanados a esa señal, por lo general en otro terminal. El propósito principal de FRA es detectar devanado desplazamientos después de sobre-corrientes causadas por a través de fallas, fallas del cambiador de tomas, sincronización defectuosa, etc. Otras aplicaciones de FRA incluyen la evaluación de condición mecánica después del transporte y la detección de cualquier otro problema que se traducen en cambios a la inductancia o capacitancia distribución en los transformadores (defectos en el núcleo, de puesta a tierra defectuosa de núcleo o pantallas, etc.). Por último, también existe un interés en el uso de los resultados de FRA y el modelado de alta frecuencia para entender las interacciones entre un transformador y la red a la que está conectado.

La comparación con otras técnicas de diagnóstico muestran que las ventajas clave de FRA son su probada sensibilidad a una variedad de defectos de bobinado y una menor dependencia de las mediciones de referencia anteriores, pero hay una necesidad de una metodología de interpretación objetiva y sistemática.

Con el fin de sacar el máximo provecho de esta sensibilidad probada, el usuario FRA debe utilizar una práctica de prueba reproducible (cables de prueba, la impedancia medida, las especificaciones del equipo de prueba, etc.). El concepto de frecuencia máxima utilizable para la interpretación, clasificado por el buje de la tensión nominal, se introduce para discriminar claramente un fallo potencial dentro del transformador de una variación causada por la forma en que los cables de prueba se adjuntan. buenas prácticas de cableado recomendado para maximizar el rango de frecuencias utilizable para la interpretación se presentan y apoyada por los resultados de las pruebas obtenidos durante los talleres del Grupo de Trabajo. También se dan recomendaciones para otros aspectos de las pruebas FRA, basado en las mejores prácticas acordado. Se necesita más investigación para comparar la sensibilidad de cada prueba para detectar los modos típicos de fallas mecánicas.

v

La interpretación de los resultados FRA se hace generalmente hoy por una comparación visual con las mediciones anteriores en el mismo transformador, entre transformadores idénticos o entre fases de un transformador trifásico. Para apoyar la interpretación de las diferencias en las respuestas, se presentan algunos estudios de casos y resultados de modelos para mostrar los cambios esperados en las curvas de FRA para los modos de falla típicos. Las principales características de las respuestas FRA típicos para diferentes tipos de arrollamiento se discuten y se explican en términos generales por las frecuencias naturales de los diversos diseños de bobinado y las interacciones con el sistema de medición.

El Grupo de Trabajo reconoce que hay varios enfoques para el uso de técnicas automatizadas objetivo de comparar los resultados de FRA (coeficientes de correlación cruzada, polos y ceros de modelado, etc.), pero se llegó a la conclusión de que se necesita más trabajo antes de poder hacer recomendaciones con respecto a cualquiera de dichos procedimientos automatizados de interpretación .

Se espera que el creciente uso de FRA de una manera más estandarizada, siguiendo las líneas descritas aquí, facilitará la comparación a los resultados obtenidos por los distintos usuarios FRA y ayuda a mejorar la interpretación.

Introducción a FRA

1

(Grupo de Trabajo 1)

Capítulo 1: Introducción a FRA 1.1 Introducción Este capítulo tiene por objeto proporcionar una introducción a las partes interesadas con experiencia previa limitada de mediciones de frecuencia Análisis de respuesta (FRA) en los transformadores. En él se resumen las características esenciales y destaca ventajas clave.

1.2 Propósito de las mediciones FRA El principal interés de mediciones FRA en transformadores es detectar deformaciones de bobinado que pueden resultar de las muy grandes fuerzas electromagnéticas que surgen de la sobre-corrientes durante través de fallas, fallas del cambiador de tomas, sincronización defectuosa, etc.

deformación Winding eventualmente resulta en un fallo del transformador al dañar el aislamiento entre espiras, lo que resulta finalmente en espiras en cortocircuito, lo que significa el final inmediato de la vida de servicio. Se espera que los transformadores de sobrevivir a un número de circuitos cortos sin fracaso, pero, una vez que se produce ninguna deformación de arrollamiento significativa, la probabilidad de sobrevivir más cortocircuitos se reduce en gran medida debido al aumento localmente tensiones electromagnéticas.

Además, cualquier reducción en el devanado de sujeción debido a la contracción del aislamiento causado por el envejecimiento también aumentará la probabilidad de fallo mediante la reducción de la resistencia mecánica de los grupos de bobinas. Además de diagnosticar fallos después de un evento de cortocircuito, hay un creciente interés en la detección de bobinado daño de la deformación antes de la eventual fallo durante interrupciones planificadas, es decir, las evaluaciones mecánica en la condición para evaluar la fiabilidad prevista de transformadores en términos de cualquier aumento de la susceptibilidad sospecha al fracaso bajo otras cortocircuitos. También hay un interés en el uso de mediciones de FRA para detectar cualquier otros problemas que resultan en cambios en la inductancia o capacitancia distribución en los transformadores, por ejemplo, defectos en el núcleo o de conexión a tierra defectuosa de núcleos o pantallas.

Otra aplicación para las mediciones de FRA es comprobar la integridad mecánica de un transformador después del transporte, que por lo general significa proporcionar un medio fiable de lo que confirma que el núcleo y conjunto de bobinado no han sufrido ningún daño mecánico pesar de sufrir sacudidas durante el transporte. Tenga en cuenta que para esta aplicación, puede ser necesario tener resultados de referencia sin petróleo y bujes, si es así como se transporta el transformador. Ya que los choques de transporte son más propensos a provocar daños en la estructura del núcleo que a los bobinados, hay un enfoque ligeramente diferente para esta aplicación.

Debido a que las mediciones de FRA pueden proporcionar información acerca de la consistencia de las estructuras geométricas de los devanados y el núcleo, tales pruebas son cada vez más utilizados como controles de garantía de calidad.

Por último, existe un interés creciente en el uso de la información obtenida en las respuestas de frecuencia de devanados para evaluar su respuesta a los impulsos generados por el sistema y entender las interacciones de resonancia de transformadores con la red, por ejemplo, la investigación de las posibilidades de conmutación a distancia que inician dañar resonancias internas.

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

2

1.3 Definiciones Análisis de la respuesta de frecuencia (FRA)

Cualquier medición de la dependencia de frecuencia (a frecuencias altas, por ejemplo MHz) de las respuestas eléctricas (funciones de transferencia) de los devanados del transformador a señales aplicadas que están hechas con la intención principal de la detección de la deformación de arrollamiento a través de los efectos de los cambios resultantes a capacitancia o inductancia distribuciones .

Método Frecuencia de Barrido

Una respuesta de frecuencia medida directamente mediante la inyección de una señal de una frecuencia variable en un terminal y medir la respuesta en otro. Método de tensión de impulso

Una respuesta de frecuencia mide indirectamente mediante la inyección de una señal de impulso de una forma particular en un terminal y la medición de la respuesta en otro, y luego la transformación de las mediciones en el dominio de tiempo en resultados de dominio de frecuencia.

FRA Amplitud La magnitud de la respuesta relativa a la de la señal inyectada, generalmente expresada en dB, calculado como 20 * log 10 ( V respuesta/ V inyección). Ángulo de Fase FRA El desplazamiento del ángulo de fase de la respuesta con respecto a la de la señal inyectada.

Frecuencia de resonancia

Las frecuencias correspondientes a cualquier máximos locales o mínimos en la respuesta de amplitud medidos.

1.4 Fuerzas de cortocircuito y Winding los modos de fallo de deformación Los orígenes de las fuerzas de cortocircuito y los modos de fallo de deformación de arrollamiento resultantes se han descrito exhaustivamente en otro lugar [1], [2]. Sólo se resumen los puntos clave. Cuando un transformador se somete a un cortocircuito en la red conectada, a continuación, experimenta aumentó considerablemente la corriente fluye durante la duración de la avería externa. Las magnitudes de los resultantes 'por culpa' corrientes son por lo general mucho más alto (tal vez hasta 20 veces mayor) que las corrientes normales en servicio, porque ya no están limitados por la impedancia de carga y sólo pueden estar limitadas por la impedancia del transformador sí mismo. La amplitud del primer pico de corriente puede alcanzar casi el doble del valor de corto circuito de estado estacionario. El cortocircuito puede surgir debido a un defecto que surja en otro elemento de equipo de red, o como resultado de un sistema o transitoria generada con el medio ambiente, por ejemplo, un rayo de cerca, lo que provoca un fallo de fase a tierra. Transformers que están sometidos a la sincronización fuera de fase en una red experimentarán corrientes de una similar, si no mayor, la magnitud de corto circuito a través de los fallos.

3

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

corrientes a través de fallos en los devanados del transformador (al igual corrientes de carga normales) establecieron un campo magnético en la brecha de cuerda inter. Este llamado 'fuga de flujo' es además del flujo normal de núcleo de magnetización, y la 'reactancia de fuga' resultante o 'impedancia de cortocircuito' es el factor principal en la limitación de las corrientes de cortocircuito, y es uno de transformador principal parámetros de funcionamiento específicos.

En la mayor parte de la altura axial de los devanados de un transformador de núcleo de forma, la interacción entre el predominantemente axial fuga de flujo y las corrientes de los devanados circunferenciales resultados en las fuerzas electromagnéticas radiales en los devanados que tienden a empujar estos aparte. El más crítico de estos son las fuerzas hacia dentro sobre el devanado interior, que puede resultar en 'aro pandeo'. En los extremos de los devanados de un transformador de núcleo forma, el flujo de dispersión ya no es puramente axial, pero fuera 'flecos' a través de ambas bobinas. La interacción entre los componentes radiales de este campo y las corrientes de los devanados producir las fuerzas electromagnéticas que actúan axialmente y que tiende a comprimir los devanados. Extremadamente alta presión puede conducir a la inclinación de los conductores individuales en un devanado. En el diseño y fabricación de transformadores de gran tamaño, una gran cantidad de atención se presta a asegurándose de que ambos devanados son simétricas alrededor de sus centros electromagnéticos. Si esto no se hace o hay cierto desplazamiento posterior resultante de la contracción de aislamiento, por ejemplo, entonces las tensiones electromagnéticas son ya no equilibrado y no pueden ser fuerzas axiales netas mucho más grandes que actúan sobre los devanados individuales. Debido a la forma del núcleo devanados no están enrolladas completamente

circunferencialmente, pero tienen algún grado de espiral, las fuerzas entonces también están torciendo actúan sobre bobinados que tienden a apretarlos para arriba. Derivados de las fuerzas radiales y axiales que actúan sobre los devanados, los principales modos de deformación causados ​por corrientes de defecto son:

o pandeo radial (Figura 1); o Conductor de inclinación (Figura 2);

o Conductor de flexión entre columnas de soporte espaciadores, distorsión local del devanado;

o telescópico conductor en devanados de espesor radial limitado y la moderación donde conductores han sido capaces de pasar axialmente una sobre otra (típico de devanados de tipo capa);

o apriete espiral bajo fuerzas de torsión (Figura 3); o Colapso de los soportes de extremo de bobinado (Figura 4)

o Movimiento de los cables de devanado, en particular los conductores de derivación.

4

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

Figura 1: pandeo radial del arrollamiento interior.

Figura 3: en espiral en el devanado LV.

Figura 2: Conductor de inclinación.

Figura 4: Colapso de arrollamiento soporte extremo.

5

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

1.5 Comparación de las técnicas de diagnóstico Las fortalezas y debilidades relativas de las técnicas que se han utilizado para detectar la deformación de arrollamiento se discuten y se comparan con Análisis de la respuesta de frecuencia en la Tabla 1. Tabla 1: Comparación de las principales técnicas de diagnóstico eléctricos para el bobinado de la deformación.

ventajas

técnica de diagnóstico

Magnetización (emocionante) actual requiere relativamente simple

equipo.

desventajas No

sensible

al devanado

deformación. Medición fuertemente afectado por el

Puede detectar daños en el núcleo.

Impedancia (fuga resistencia reactiva)

magnetismo residual núcleo.

Método tradicional especifica actualmente en

Cambios muy pequeños pueden ser

los estándares de prueba cortocircuitos.

significativos. sensibilidad limitada para algunos modos de fallo (mejor para la

Los valores de referencia (placa de

deformación radial).

características) están disponibles.

Respuesta de frecuencia del parásito

Pérdidas (FRSL)

Puede ser más sensible que la

Ni un uso estándar en la

medición de la impedancia. Casi única

industria.

para detectar cortocircuitos entre hilos paralelos.

capacitancia de devanado

Puede ser más sensible que las

sensibilidad limitada para algunos modos de

mediciones de impedancia. El equipo

fallo (mejor para la deformación radial).

estándar disponibles.

capacitancia relevante puede no ser medible (por ejemplo, entre la serie / común devanados / TAP para transformadores de automóviles).

Impulso de baja tensión (LVI)

Reconocido como muy sensible.

equipo especializado necesario. Difícil de lograr repetibilidad. Difíciles de

(dominio del tiempo)

interpretar.

Respuesta frecuente

Análisis

repetibilidad mejor que LVI con la

Normalización de técnicas requiere.

misma sensibilidad. Fáciles de

Guía para la interpretación requiere.

interpretar que LVI (frecuencia en lugar de dominio de tiempo).

Aumento del número de usuarios.

Para resumir, la mayoría de las técnicas alternativas sufren los inconvenientes de falta de sensibilidad, la falta de resultados de referencia, o ambos. Las principales ventajas de FRA son una sensibilidad demostrada para una variedad

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

6

de devanado de fallos, mientras que en la mayoría de los casos comparación entre fases se puede utilizar en lugar de los resultados de referencia.

Obviamente, que sería preferible si varias técnicas proporcionan indicaciones complementarias, pero la experiencia demuestra que esto no siempre es el caso.

1.6 Desarrollo y variaciones en las prácticas FRA Es importante darse cuenta de que se están utilizando actualmente una gran variedad de técnicas de medición FRA, no todos los cuales han dado buenos resultados. En esta sección se presenta una revisión histórica del desarrollo y las variaciones en las prácticas de FRA. Un análisis detallado de las prácticas de FRA y las recomendaciones para realizar una medición buena se presentan en el capítulo 2. La mayor parte de las variaciones en la técnica de FRA se puede remontar a cómo la técnica desarrollada a partir de

LVI. Las diferencias en las prácticas FRA surgen de dos aspectos principales:

o ¿Cómo se realiza la medición o ¿Qué medida se realiza la principal variación cómo mediciones FRA se hacen refiere a si se utiliza un método de barrido de frecuencia (denominado 'SFRA') o un método de impulsos (denominado 'IFRA'). Las primeras técnicas IFRA [4], [5] Se utiliza un método de impulso con el mismo tipo exponencial doble de la señal de impulso y usadas por LVI, con la subida y caída apropiada veces para incluir componentes de la gama de frecuencias de interés. El impulso se aplica a un terminal y la forma de la aplicada y la señal transmitida en otro terminal se registra por un sistema de adquisición de datos digital de doble canal. Un desarrollo clave de dominio de tiempo LVI [6] es que los dos impulsos medidos se transforman en el dominio de frecuencia usando el algoritmo de transformada rápida de Fourier, y entonces las amplitudes calculadas de componentes de frecuencia de la señal transmitida se dividen por las correspondientes amplitudes de la señal aplicada para derivar la respuesta de frecuencia indirectamente. Esta respuesta de frecuencia tiene la ventaja sobre el tiempo de respuesta LVI que es independiente de la forma del impulso aplicada, por lo que el resultado está más estrechamente relacionado con el objeto de prueba y menos a la puesta a prueba, lo que simplifica la interpretación y la mejora de la repetibilidad . El método de impulso de la realización de mediciones de FRA siendo un desarrollo de las pruebas tradicionales de impulso de alta tensión, algunos fabricantes de transformadores utilizan sus modernas grabadoras digitales de prueba de impulso para llevar a cabo mediciones de FRA, pero recientemente los instrumentos de prueba de transformador construido propósito que se han hecho disponibles para llevar a cabo mediciones de IFRA. Dado que el objetivo de las mediciones FRA es obtener la respuesta de frecuencia de los devanados, se propuso una técnica alternativa [7] para medir este directamente usando una técnica de frecuencia de barrido. Una señal de onda sinusoidal se aplica a un terminal y la amplitud y fase de la señal transmitida en otro terminal se mide en relación a la señal aplicada para varias frecuencias en el rango de frecuencias de interés. profesionales de la primera tuvieron que utilizar instrumentos de laboratorio de red Analizador de Espectro / de propósito general, pero más recientemente los instrumentos de prueba de transformador construido propósito que se han convertido en disponible para realizar mediciones SFRA. Una señal de onda sinusoidal se aplica a un terminal y la amplitud y fase de la señal transmitida en otro terminal se mide en relación a la señal aplicada para varias frecuencias en el rango de frecuencias de interés. profesionales de la primera tuvieron que utilizar instrumentos de laboratorio de red Analizador de Espectro / de propósito general, pero más recientemente los instrumentos de prueba de transformador construido propósito que se han convertido en disponible para realizar mediciones SFRA. Una señal de onda sinusoidal se aplica a un terminal y la amplitud y fase de la señal transmitida en otro terminal se mide en relación a la señal aplicada para varias frecuencias en el rango de frecuencias de interés. profesionales de la primera tuvieron que utilizar instrumentos de laboratorio de red Analizador de Espectro / de propósito general, pero más recientemente los instrumentos de prueba de transformador construido propósito que se han convertido en disponible para realizar mediciones SFRA.

En principio, todo lo demás es igual, la frecuencia de barrido y técnicas de impulso deben ser capaces de producir el mismo resultado, y esto se ha demostrado en varias ocasiones [8]. Para las mediciones de frecuencia de barrido, la precisión depende de la capacidad del equipo para llevar a cabo sobre el rango de frecuencias de interés, y para rechazar el ruido a frecuencias fuera de la frecuencia de medición. Con el fin de obtener una derivación exacta de la respuesta de frecuencia usando la técnica de impulso, la frecuencia de muestreo y longitud de registro de la digitalización

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

7

equipo debe ser adecuado para registrar fielmente todos los componentes de frecuencia de interés en ambos impulsos de entrada y salida, que debe tanto retorno a cero al final del período de muestreo para el algoritmo de FFT para ser válida (en el caso no se aplica ninguna función de ventana), y la amplitud del impulso aplicado debe ser lo suficientemente grande como para asegurar que todos los componentes de ruido en la distribución de frecuencias de salida son insignificantes. La introducción de estimaciones de la densidad espectral para la técnica de impulso [9] ayudó a superar la influencia del ruido en la señal de salida y el resultado de la medición FRA.

La otra forma principal de que las variaciones en los resultados de FRA se pueden introducir por cómo la medición se realiza prácticas preocupaciones que implican cables de prueba. Se recomienda un sistema de tres derivaciones (cables separados para aplicar y medir la señal en el terminal de entrada) para evitar incluyendo el cable de entrada en la medición. Cuando se hacen mediciones de alta frecuencia, es una buena práctica de utilizar cables de prueba coaxial con un buen ancho de banda de alta frecuencia, y para asegurar que los cables de prueba se terminan en su impedancia característica, por lo general de 50 ohmios, para evitar reflejos. Una buena práctica para poner a tierra las pantallas de los cables coaxiales es de vital importancia para lograr una buena repetibilidad.

La variación más básica e importante en los resultados de FRA es introducido por cuales tipo de medición se hace. La mayoría de usuarios SFRA realizan una medición de extremo a extremo en que se aplica la señal de entrada a un extremo de cada devanado y la señal transmitida en el otro extremo se mide, como para una simple medición de la resistencia. Para algunos usuarios de impulso, siguiendo la práctica de medición de impulso tradicional, es más usual para inyectar un voltaje en un terminal (por lo general un terminal HV) y medir las tensiones transferidas a otros devanados, o corrientes en el inyectaron devanado (generalmente en el HV neutral) a la libre Derivar o impedancias transferidos (o admitancias). Variación también puede ser introducido por diferentes valores de las impedancias de medición (50Ω / 10Ω / 1MΩ etc.) y / o por la forma en otros terminales no probados se terminan. Algunos usuarios prefieren una práctica de puesta a tierra bobinados no probados, mientras que otros prefieren dejar todos los otros terminales flotantes. No es sorprendente que estas diferentes mediciones no son necesariamente igual de eficaces en la detección de desplazamiento mecánico. Algunos trabajos recientes se ha hecho para comparar las sensibilidades relativas de las diferentes técnicas de conexión [10], [11].

Últimamente, una técnica ha demostrado donde una huella digital transformador completa se mide tal que posteriormente cualquier tipo de curva de FRA puede calcularse sobre la demanda [13]. Un dispositivo se conecta a todos los terminales del transformador al mismo tiempo y automáticamente todas las medidas de las propiedades lineales del transformador, es decir, la matriz de admitancias completo, sin requerir ninguna reconexión.

Además, esta técnica permite la generación automatizada de alta frecuencia modelos de terminales de transformadores para fines de simulación de red.

En vista de la amplia variedad de prácticas en el uso de FRA, lógicamente sería en beneficio de examinar cuidadosamente estos con el fin de estandarizar los que han demostrado ser más eficaz, al tiempo que permite gran variedad donde esto no tiene un impacto en el rendimiento. Este es el alcance de capítulo 2.

8

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

1.7 Ejemplos de FRA Resultados Los dos ejemplos siguientes se incluyen aquí con la intención de ilustrar el poder de mediciones FRA. Una lista más completa de ejemplos de casos se proporcionará en el capítulo 3. 1.7.1 colapso axial después del fracaso de sujeción

A 35 años de edad, 400/132 kV autotransformador de 240 MVA se cambió fuera de servicio durante la investigación después de una alarma Buchholz. Buchholz de gas y principales muestras de aceite del tanque indican un fallo grave, pero fue este reparable? pruebas de diagnóstico tradicionales, incluyendo mediciones de impedancia, no pudo identificar claramente cualquier problema. mediciones FRA mostraron un pequeño pero significativo cambio de las resonancias de la fase-A LV de bobinado que no habían estado allí siete años antes, cuando el transformador había sido probado después de un rayo huelga primer plano (Figura 5). Un colapso irreparable del bobinado de BT fue diagnosticado y se toma la decisión de desechar el transformador sin una inspección interna [3]. Un posterior tira hacia abajo confirmó el diagnóstico (Figura 6).

Después de la alarma Buchholz:

Siete años anteriores:

Figura 5: firmas FRA antes y después del colapso axial debido a la sujeción de fracaso.

Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

Figura 6: colapso axial después de la sujeción fracaso.

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Introducción a FRA (Grupo de Trabajo 1)

1.7.2 Conductor de inclinación

A 40 años de edad, 275/132 kV de 240 MVA-autotransformador sufrió una descarga disruptiva en una línea de gama cambiador de tomas selector de compartimiento cuando el desviador no pudo operar durante el cambio de tomas. La explosión resultante voló una tapa de inspección en el compartimiento de selector y se rompió la placa de barrera que separa el compartimiento del selector desde el depósito principal. El cambiador de tomas fue claramente en necesidad de reparación, pero tenía el devanado sido dañado como resultado de la tap tap-to-corriente de defecto circula? mediciones FRA hechas a través del devanado mediante el acceso a los contactos de selector TAP TAP mostraron pequeñas pero definidas desplazamientos de frecuencia de resonancia para la respuesta de la fase A que había sufrido la avería (Figura 7). Se tomó la decisión de desechar el transformador. Durante la posterior inspección tira hacia abajo,

Figura 7: mediciones FRA a través del devanado del grifo (conductor de inclinación deformación en

fase A).

Figura 8: Conductor de inclinación (normalmente, todos los conductores debe estar completamente vertical).

Prácticas FRA

(Grupo de Trabajo 2)

11

Capítulo 2: Prácticas FRA 2.1 Introducción Tal como se presenta en el capítulo 1, diversas prácticas FRA se utilizan para varias aplicaciones. Un objetivo importante de este grupo de trabajo era hacer recomendaciones para la normalización de las mejores prácticas con el fin de mejorar la calidad de la medición y tomar ventaja de la sensibilidad demostrada de esta medición de alta frecuencia.

Dos sesiones de prueba (talleres) se llevaron a cabo para evaluar las prácticas reales, para demostrar las limitaciones prácticas de FRA, y para ilustrar claramente las recomendaciones del Grupo de Trabajo para la normalización.

Este capítulo presenta la descripción y propósitos de los principales tipos de pruebas FRA, un resumen de los talleres del Grupo de Trabajo y las recomendaciones para estandarizar las prácticas de FRA. Se hacen recomendaciones para la normalización de los siguientes elementos: cables de prueba, medición de impedancia, la metodología para determinar la frecuencia máxima utilizable para la interpretación, parámetros que influyen en la medición FRA a ser incluidos en los ensayos, las necesidades de equipo de prueba, tipos de pruebas y formato de datos.

2.2 Tipos de prueba FRA 2.2.1 Circuito de prueba y conexiones Para realizar una medición de FRA, una tensión (o bien una frecuencia de barrido o una señal de impulso) se suministra a un terminal del transformador con respecto al depósito. La tensión medida en el terminal de entrada se utiliza como la referencia para el cálculo FRA. Un segundo parámetro (señal de respuesta) es generalmente de un voltaje tomada a través de la impedancia de medición conectado a un segundo terminal de transformador con referencia al tanque (que también puede ser una corriente medida en el terminal de entrada o en algún otro a tierra terminal). La amplitud de la respuesta FRA es la relación entre la señal de respuesta ( vr) y el voltaje de fuente ( vs) como una función de la frecuencia (generalmente presentada en dB). El método siguiente 'estándar' para la conexión de los terminales y el tanque usando cables de extensión se utiliza principalmente:

•

Los cables de entrada y de referencia coaxial están intervenidos juntos cerca de la parte superior del casquillo. Una extensión de tierra que se ejecuta a lo largo del cuerpo del buje, abajo a la brida, para conectar los cables de escudos al tanque. El mismo principio se aplica para el cable de la respuesta. Una técnica alternativa, se hace referencia al método de 'inversa' también fue investigado por el WG:

•

Los cables de entrada y de referencia coaxial están intervenidos juntos cerca de la brida del buje. Los escudos cables están conectados al tanque mediante un cable corto. Una extensión de terminal se ejecuta a lo largo del cuerpo del casquillo a conectar la señal al terminal casquillo. El mismo principio se aplica para el cable de la respuesta.

Las siguientes secciones 2.2.2 a 2.2.5 se describen los principales tipos de ensayo FRA. Ejemplos se dan para cada tipo de prueba con las mediciones (usando 50- Ω impedancia de entrada) realiza en un transformador generador stepup puntuación 266 MVA, 420/3/21/21 kV. A HV trifásico (Wye) - LV (delta) del transformador se utiliza para ilustrar las configuraciones de prueba (Figura 13). Los mismos principios se pueden aplicar a todos los demás sistemas de bobinado del transformador.

12

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

2.2.2 End-to-end (Figura 13a, b) En la prueba 'de extremo a extremo' (o 'de extremo a extremo abierto'), la señal se aplica a un extremo de cada devanado a su vez, y la señal transmitida se mide en el otro extremo. La impedancia magnetizante del transformador es el parámetro principal que caracteriza la respuesta de baja frecuencia (por debajo primera resonancia) usando esta configuración. Esta prueba se utiliza la más comúnmente debido a su simplicidad y la posibilidad de examinar cada devanado separado (Figura 9). Las pruebas de extremo a extremo pueden hacerse con la fuente aplicada en el terminal de fase o en el terminal neutro. En principio, ambos deben dar resultados similares, pero el usuario debe FRA especificar la configuración de prueba utilizada y mantener esa información junto con los datos de prueba, ya que influirá en los resultados.

bobinado HV

devanado LV 0 -5

- 20

- 10

- 30

- 15

- 40

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 10 0

- 50 - 60 - 70

- 20 - 25 - 30 - 35 - 40

- 80

- 45

- 90

- 50

0,1

1

100

10

1000

10000

0,1

1

Frecuencia (kHz)

10

100

1000

10000

Frecuencia (kHz)

Figura 9: Ejemplos de mediciones de extremo a extremo (266 MVA, 420 / 3 / 21/21 kV). 2.2.3 de extremo a extremo corto-circuito (figura 13c, d) Esta prueba es similar a la medición de extremo a extremo anterior, pero con un devanado en la misma fase de ser cortocircuitado. Estas mediciones permiten que la influencia del núcleo a ser removido por debajo de aproximadamente 10-20 kHz debido a que la respuesta de baja frecuencia se caracteriza por la inductancia de fuga en lugar de la inductancia de magnetización. La respuesta a frecuencias más altas es similar a la obtenida utilizando la medición de extremo a extremo (Figura 10).

- 10 0

- 20

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90

0,1

1

10

100

1000

10000

Frecuencia (kHz)

Figura 10: Comparación pruebas de HV de extremo a extremo 'abiertas' y 'de cortocircuito'

(266 MVA, 420 / 3 / 21/21 kV).

13

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

El cortocircuitado de bobinado puede ser flotante o conectado a tierra. Para los transformadores trifásicos, hay dos niveles de variaciones, ya sea por fase o de corto circuito trifásico. Además, las pruebas a corto circuito de extremo a extremo pueden hacerse con la fuente aplicada en el terminal de fase o en el terminal neutro. Esta prueba se puede realizar si hay un interés en obtener información relacionada con la impedancia de fuga a baja frecuencia, o la eliminación de las incertidumbres relacionadas con el análisis de la influencia del núcleo cuando el magnetismo residual está presente.

2.2.4 capacitiva inter-devanado (Figura 13e) La señal se aplica a un extremo de un devanado y la respuesta se mide en un extremo del otro bobinado en la misma fase (no conectado a la primera). Por definición, esta prueba no es posible entre la serie y bobinados comunes de los autotransformadores. La respuesta usando esta configuración está dominado a bajas frecuencias por la capacitancia entre devanado (Figura 11).

- 10 0

- 20

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90

0,1

1

10

100

1000

10000

Frecuencia (kHz)

Figura 11: Ejemplo de prueba capacitiva inter-devanado entre AT y BT devanados

(266 MVA, 420 / 3 / 21/21 kV). 2.2.5 inductivo inter-devanado (Figura 13f) La señal se aplica a un terminal en el lado de alta tensión, y la respuesta se mide en el terminal correspondiente en el lado de BT, con el otro extremo de ambos devanados están conectados a tierra (Figura 12). El rango de baja frecuencia de esta prueba se determina por la relación de vueltas de bobinado.

- 10 0

Amplitud (dB)

- 20 - 30 - 40 - 50 - 60

0,1

1

10

100

1000

10000

Frecuencia (kHz)

Figura 12: Ejemplo de prueba inductiva inter-devanado entre AT y BT devanados

(266 MVA, 420 / 3 / 21/21 kV).

14

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

(un) End-to-end (fuente en el terminal de fase) *

vs

(si) De extremo a extremo (fuente en el terminal neutro) *

vr

vr

(C) corto circuito de extremo a extremo (fuente en fase

vs

(re) corto circuito de extremo a extremo (fuente en neutral

terminal)*

terminal)*

(mi) Capacitiva inter-bobina vs

(F) Inductivo inter-bobina vr

vs

vr

* End-to-end (de cortocircuito abierto y) pruebas se pueden realizar en cualquier dirección, es decir, con la fuente aplicada en el terminal de fase o en el terminal neutro.

* * Para los transformadores trifásicos, hay dos opciones de cortocircuito, ya sea por fase o tres cortocircuito fase.

Nota: para autotransformadores, las pruebas de extremo a extremo se pueden hacer a través de las series de bobinado, el devanado común o la serie y devanado común juntos. Figura 13: tipos de ensayo FRA.

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

15

2.3 Resumen de los talleres del Grupo de Trabajo talleres de prueba de dos FRA se llevaron a cabo por los miembros del Grupo de Trabajo para evaluar las prácticas reales FRA, para demostrar la necesidad de la normalización y para hacer las recomendaciones pertinentes. Los detalles de los programas de prueba y el análisis de los resultados se presentan en el apéndice. En esta sección se resumen los principales objetivos y las conclusiones de cada taller.

Los objetivos de las primeras pruebas FRA llevaron a cabo en un transformador elevador de generador de puntuación 266 MVA, 420 / √ 3/21/21 kV fueron: o caracterizar las diferencias en las prácticas FRA utilizados por los usuarios experimentados (impulso de barrido,

frecuencia, la impedancia medida, cables de prueba, puesta a tierra, etc.); o comparar tipos de medición FRA, es decir, de extremo a extremo (de cortocircuito abierto y), inter-devanado

(Capacitiva e inductiva) y determinar la utilidad de cada para el diagnóstico de defectos del transformador;

o estandarizar las buenas prácticas FRA y señalar las limitaciones prácticas. El análisis de los resultados indica lo siguiente: Todas las prácticas de prueba utilizando una baja impedancia de medición (50 Ω y por debajo) producido esencialmente las mismas respuestas medidos para el objeto de prueba en un rango de mediados de frecuencias de aproximadamente 10 kHz a 500 kHz, pero no hubo diferencias significativas encima y por debajo de este rango.

o Por debajo de 10 kHz: los métodos de impulso utilizados fueron incapaces de reproducir la baja frecuencia

respuesta. Algunos instrumentos de frecuencia de barrido también no tenían suficiente rango dinámico para reproducir el típico -90 dB mínimo obtenido con 50- Ω impedancia de medición. o Más de 500 kHz: cuando los reglajes prueba consiste en una conexión a través del casquillo de alta tensión, la

repetibilidad de las mediciones se reduce debido a los efectos de la inductancia adicional de los cables utilizados para la conexión a tierra de las pantallas de los cables de alta frecuencia.

o El valor de la propia impedancia de medición también podría introducir una variación de la la respuesta ya que la impedancia del objeto de prueba en una frecuencia más alta está en el mismo orden de magnitud (característica principalmente capacitiva de la red RLC devanados). Las mediciones realizadas con cables de entrada y salida conectados entre sí, sino también a través del transformador probado (HV casquillo) mostraron algunas desviaciones de la esperada (0 dB) respuesta plana por encima de 500 kHz, incluyendo resonancias adicionales. Estas resonancias se atribuyen a la interacción entre la red RLC objeto de prueba y la impedancia adicional introducido por los conductores de puesta a tierra. Esta medición muestra que algunas resonancias obtenidas en frecuencias más altas para las mediciones a través de grandes casquillos de alta tensión no pueden ser atribuidas a la impedancia de la red del transformador sino a la interacción entre el transformador y los cables de prueba. Por lo tanto, cabe dudar acerca de la importancia de los cambios o diferencias en las respuestas de frecuencia más altos medidos a través de grandes bujes de alta tensión. Para casquillos de baja tensión más pequeñas, la influencia de más cortos conductores de tierra es mucho más débil y se aumenta significativamente el límite superior de frecuencia utilizable para la interpretación (a 2-5 MHz). Esto fue demostrado por las pruebas de 'cero' cheque en todo el buje LV y el acuerdo bien de resultados entre ambos devanados de baja tensión del transformador idénticos.

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

dieciséis

Estos resultados ilustran la necesidad de estandarizar la práctica de puesta a tierra y la impedancia medida para obtener un punto de referencia útil para la interpretación. Dado que la interacción entre el transformador y los cables de prueba puede variar dependiendo principalmente de la longitud del casquillo a través del cual están conectados los conductores de prueba, una metodología normalizada es deseable evaluar la frecuencia máxima fiable para la interpretación de los resultados.

La comparación de las diferentes mediciones realizadas en el transformador probado, las mediciones de extremo a extremo hechas través de los devanados de AT y BT dieron respuestas muy diferentes y resonancias, mientras que las mediciones de cuerda inter entre estos devanados dieron respuestas que parecían ser intermedio en forma a estos , con una similitud más pronunciada que la respuesta de alta tensión. Se observó que la respuesta capacitiva inter-bobina era casi insensible a la posición de toma en el caso estudiado. Se necesita más investigación para comparar la sensibilidad de cada prueba para detectar diversos fallos.

No hubo evidencia de que la dirección de las mediciones de extremo a extremo de respuesta de frecuencia (fuente en el terminal de fase o terminal neutro - como se muestra en la Figura 13) tiene un efecto significativo en las respuestas medidas del transformador probado hasta aproximadamente 500 kHz para la baja impedancia de medición (50 Ω y por debajo). Por otra parte, la dirección de la medición tuvo un efecto significativo por debajo de 100 kHz para las pruebas de alta impedancia de entrada.

Un segundo taller de prueba en un autotransformador trifásico clasificación de 400/275 kV, 500 MVA se organizó para:

o investigar los efectos de variaciones de cableado prácticas sobre mediciones FRA;

o evaluar la frecuencia máxima utilizable para cada variación;

o definir la mejor práctica; o comparar los resultados de varios instrumentos que utilizan un cableado común la práctica frente a la utilización

sus propios cables.

la práctica de puesta a tierra inconsistente debido a la utilización de diferentes longitudes y diseños de la extensión Regleta las mediciones a través de grandes bujes HV irrepetibles de aproximadamente 500 kHz. La adopción de la práctica de puesta a tierra consistente, por ejemplo, mediante el uso de la trenza en lugar de alambre para reducir la inductancia de los cables de extensión, y mediante el uso de la misma longitud y bucle reducida tirando de la trenza firmemente a lo largo del casquillo, permitió la máxima frecuencia utilizable para aumentarse hasta a aproximadamente 1,3 MHz.

Se observó que, para el HV devanado medida, la resonancias significativas se encuentran por debajo de 500 kHz.

Se evaluaron las pruebas 'inversa' 'estándar' y (como se describe en la sección 2.2.1) y no hubo evidencia de ningún beneficio para un conjunto plano particular. Las desviaciones en las frecuencias más altas son causados ​por la configuración de los cables de prueba y no por el equipo de prueba (siempre y cuando se utiliza la misma impedancia de medición).

17

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

2.4 Normalización de las prácticas recomendadas FRA En esta sección se resumen las recomendaciones del Grupo de Trabajo para la normalización de las prácticas de FRA.

2.4.1 Cables de prueba

Cables 2.4.1.1 de alta frecuencia y terminación El método recomendado es utilizar tres cables blindados de alta frecuencia (con una impedancia característica conocida y constante) para la medición FRA: uno para la entrada de tensión, uno para la medición de la tensión de referencia en el terminal de entrada y uno para la medición de la tensión de respuesta. La longitud de los cables de alta frecuencia debe ser suficiente para llegar a la terminal, mientras que el equipo de prueba está en la parte inferior del transformador. Es necesario terminar los cables de alta frecuencia de manera satisfactoria a las reflexiones evitar. La terminación se realiza generalmente en la entrada de instrumento para mediciones de 50-Ohmio. Si la prueba se realiza utilizando una impedancia de medición diferente, el usuario FRA se aplicará prácticas con tecnología de última generación para las terminaciones de cables. Para la medición de alta impedancia,

2.4.1.2 alargadores y conectores La variabilidad inherente del cable de extensión (principalmente característica inductiva) utilizado para conectar a tierra la pantalla del cable de alta frecuencia en la base de grandes casquillos de alta tensión es uno de los parámetros clave que limitan la repetibilidad de la medición FRA. Para reducir la inductancia, se recomienda para mantener a los cables de extensión lo más corta posible (sin enrollar los cables) y el uso de la trenza plana (20 mm ancho mínimo) en lugar de alambre. Los cables de extensión deben funcionar bien a lo largo del cuerpo del buje. Conectores para conectar los cables de prueba deben formar buenas conexiones a la brida terminal y el casquillo (por ejemplo screwable adaptador de conexión o buenos conectores de clip). Tambien es

importante establecer que la brida del buje tiene una buena conexión a tierra.

la práctica conexión a tierra recomendado

mala práctica de puesta a tierra

Figura 14: Recomendaciones para la conexión a tierra de los cables de alta frecuencia.

En cuanto a la elección entre los métodos 'estándar' y 'inversa' (como se describe en la sección 2.2.1) no hay ninguna ventaja clara para una puesta a punto en particular. Sin embargo, los fabricantes de instrumentos en general, adoptaron el método 'estándar' por su diseño de cables de prueba (cable de alta frecuencia a la línea de conexión y extensión a tierra la pantalla del cable al tanque).

2.4.2 Medición de impedancia En términos de la impedancia medida, el WG concluye que, mientras que la impedancia medida afecta a la forma detallada y nivel de amplitud de las resonancias, en el momento actual no hay es

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

18

pruebas técnicas de cualquier valor de impedancia particular, ser de mayor beneficio para la detección de devanado de desplazamiento. Se observa que los fabricantes de instrumentos casi todas FRA han adoptado la práctica de 50 Ω, presumiblemente debido al esquema de terminación más simple. Para el mejor coherencia entre dos conjuntos diferentes de los resultados, la misma impedancia de medición debe ser utilizado.

2.4.3 Determinación de la frecuencia máxima utilizable de Interpretación Debido a la FRA limitación práctica de la repetibilidad de las mediciones a través de grandes bujes de alta tensión y la interacción variable entre la puesta a prueba y la impedancia de la red del transformador de RLC, se recomienda para evaluar el rango de frecuencia máxima utilizable de ensayos realizados con mediciones a través de casquillos nominal de 400 kV (tensión de sistema) y por encima. Esto se consigue por medio de una comprobación de repetibilidad, es decir, para eliminar todos los cables de prueba, mover el equipo de prueba, volver a conectar los cables de prueba y repetir la medición. La frecuencia máxima utilizable se determina mediante la inspección de las curvas, localizar el punto en que la medida de la repetición comienza a desviarse significativamente de la medición inicial. se debe prestar atención a los principales cambios significativos resonancias a frecuencias superiores a 500 kHz que podría introducirse por la falta de capacidad de repetición y pueden alterar la calidad de la interpretación. Para las mediciones a través de casquillos de calificación más baja de voltaje, la frecuencia máxima utilizable es generalmente más alta debido a las longitudes más cortas del casquillo y cable de extensión (reducción de la influencia principalmente auto-inductivo de los cables de extensión). Sin embargo, se sugieren las pruebas de repetibilidad para verificar la gama de frecuencia útil cuando resonancias significativas se miden a frecuencias superiores a 1 MHz. la frecuencia máxima utilizable es generalmente más alta debido a las longitudes más cortas del casquillo y la extensión de plomo (reducción de la influencia principalmente auto-inductivo de los cables de extensión). Sin embargo, se sugieren las pruebas de repetibilidad para verificar la gama de frecuencia útil cuando resonancias significativas se miden a frecuencias superiores a 1 MHz. la frecuencia máxima utilizable es generalmente más alta debido a las longitudes más cortas del casquillo y la extensión de plomo (reducción de la influencia principalmente auto-inductivo de los cables de extensión). Sin embargo, se sugieren las pruebas de repetibilidad para verificar la gama de frecuencia útil cuando resonancias significativas se miden a frecuencias superiores a 1 MHz.

2.4.4 Mediciones de parámetros que influyen en FRA a grabará con los datos de prueba

Esta sección describe sólo los parámetros clave que influyen en las mediciones FRA que deben ser registrados junto con los datos de prueba. Otros elementos tales como los datos de objeto de prueba (fabricante, número de serie, etc.), datos de equipo de prueba y detalles de la prueba (razones de prueba, la fecha y hora, etc.) también deben ser registrados para permitir el análisis subsiguiente, pero no están enumerados aquí ya estos requisitos son los mismos que para otras pruebas de diagnóstico en transformadores (relacionados con la estructura de gestión de datos).

El tipo de prueba influirá en la medición de FRA. Devanados no sometidos a prueba cuyos terminales están disponibles deben dejarse flotante o conectados en una disposición predeterminada y esta disposición observado con los datos de prueba. La información mínima es: o Terminal en la que están conectados los cables de la fuente y de referencia

o Terminal en el que se mide la señal de respuesta o La configuración de todos los terminales no probados (flotante, en cortocircuito a tierra)

o medición de impedancia El usuario FRA debe especificar los detalles de la puesta a punto de extensión de plomo (método 'estándar' o 'inverso', el tipo de cables de extensión, el encaminamiento, etc.), y mantener esa información junto con los datos de prueba.

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

19

Cuando se utilizan cables de cortocircuito como parte de un set-up (corto-circuito de extremo a extremo o pruebas inter-bobina) de prueba, estos deben ser lo más corto posible que la impedancia de estos cables influirá en los resultados de la prueba. Por lo tanto, la selección de conductores de cortocircuito, así como sus rutas debe ser repetible y bien documentada.

Si devanados terciarios conectados en triángulo están presentes y es posible hacer una medición con el abierto terciario, la configuración seleccionada debe observarse en los datos de prueba. La posición de toma Debe tenerse en cuenta para todas las pruebas (LTC) y LTED. Cuando las pruebas se realizan en posición de toma neutro de la LTC, la posición de toma anterior debe ser registrado ya que esto afectará a los resultados de la prueba, dependiendo de la conexión resultante del devanado roscado a través del interruptor de inversión.

El transformador a ensayar debe estar en su estado de servicio normal (totalmente montado y lleno de aceite) a menos que existan circunstancias especiales para la realización de la prueba, por ejemplo, fallo / investigación de defectos en taller de reparaciones, después del transporte del transformador, etc. Estas circunstancias especiales deben estar observado en los datos de prueba (por ejemplo, sin bujes, tanque, aceite, etc.), ya que afectarán los resultados de la prueba.

Para el ensayo de sitio, el transformador debe ser desconectada del sistema eléctrico asociado en todas las terminales (línea y neutro) y seguro hizo para la prueba. En los casos en los que es imposible conectar directamente al terminal, a continuación, los detalles de conexión deben ser registrados con los datos de prueba desde las barras bus adicionales conectados a los terminales pueda afectar a los resultados del ensayo.

2.4.5 Requisitos de prueba de equipo Antes de la prueba, el operador de la prueba debe verificar la integridad de los sistemas de medición. Esto se puede hacer mediante la conexión de los cables de prueba juntos (cheque de espera 0 respuesta dB) y / o usando un circuito de prueba con un conocido respuesta FRA suministrada por el fabricante del equipo. Si el usuario FRA está interesado en utilizar la información de baja frecuencia de las respuestas de frecuencia del transformador para los diagnósticos (inductancias de magnetización y de fuga, relación de vueltas, etc.), el usuario FRA debe usar un instrumento con mediciones precisas a partir de 50 Hz o por debajo . En cuanto a la separación de frecuencias, el instrumento debe estar diseñada para presentar un número suficiente de puntos de reproducir las principales resonancias de la impedancia de la red del transformador. Típicamente, los principales resonancias están espaciados logarítmicamente por lo que un SFRA logarítmica con más de 200 puntos por década debe representar correctamente las resonancias transformador (más de 1000 puntos de hasta 2 MHz, por ejemplo). A frecuencias más bajas (hasta 10 kHz) por lo general hay poca estructura en los espectros, y un menor número de puntos se puede usar para acelerar la medición. Para los instrumentos de IFRA, el algoritmo FFT proporcionará frecuencia lineal espaciamiento dependiendo de la frecuencia de muestreo y el tiempo de grabación. Por ejemplo, para obtener la misma información a baja frecuencia, la separación de frecuencia lineal sería de 10 Hz, lo que representa 100 000 puntos por cada MHz de la información. Este elevado número de puntos aparece menos práctico desde el punto de vista de gestión de datos. Una posible solución alternativa es dividir el margen de frecuencia en varias bandas. Ω medición). Un rango de medición de -100 dB a 20 dB debería ser suficiente para cubrir todos los casos.

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

20

En sus características técnicas, los fabricantes de instrumentos deben presentar tanto la precisión en dB y la exactitud en grados para el rango de frecuencias cubierto.

Si se aplica el filtrado para eliminar el ruido de la curva de respuesta de FRA, se debe claramente descrito y las limitaciones explicó. Por último, algunas reglas de interpretación sistemática se implementan en equipos de prueba disponibles en el mercado y es responsabilidad del fabricante del instrumento para presentar los detalles de su metodología de interpretación para el usuario FRA. Algunas reglas de interpretación existentes y las recomendaciones del Grupo de Trabajo se presentan en el capítulo 3 (sección 3.5).

2.4.6 Tipos de prueba

La elección de la lista de pruebas a realizar se debe ajustar dependiendo de la finalidad de la medida.

Para obtener los valores de las pruebas de referencia para la comparación futuro o para la evaluación general de las instalaciones, los cuatro tipos de pruebas FRA principales presentados en la sección 2.2 se deben realizar. Si la prueba consiste en un enrollamiento con regulación (devanado de regulación) las mediciones deben realizarse a máxima grifo (con todos los devanados incluidos en la medición). Si hay limitaciones en el tiempo disponible para realizar todas las pruebas, se recomienda realizar únicamente las pruebas de extremo a extremo en todos los bobinados. Ejemplo:

transformador de 3 fases (Y- Δ) End-to-end (6 pruebas) o 3 pruebas en el lado HV

o 3 pruebas en LV lado corto-circuito de extremo

a extremo (3 pruebas)

o 3 pruebas en el lado de alta tensión (con el correspondiente LV cortocircuitados) capacitiva

inter-devanado (3 pruebas)

o 3 pruebas de HV a LV inductivo inter-sinuosas (3 pruebas)

o 3 pruebas de HV a LV Si el FRA se realiza para evaluar los bobinados antes y después de las pruebas de laboratorio a corto circuito, una vez más el número de pruebas podría ser un problema con el fin de reducir al mínimo el tiempo de prueba. En este caso, se sugiere para hacer las mediciones de corto circuito de extremo a extremo en los devanados de alta tensión para incluir la reactancia de fuga en las mediciones de baja frecuencia, y para realizar la prueba abierta de extremo a extremo en el lado de BT . En el ejemplo mostrado, representaría seis pruebas.

21

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

Para fallo específico / análisis de defectos o la evaluación de la condición general, la selección de prueba debe hacerse en función de la información ya disponible (conocidos modos de fallo de un diseño específico, la medición FRA referencia disponible, causa del problema, etc. bobinado). 2.4.7 Formato de datos Los datos deben ser fácilmente exportable para permitir el análisis flexible de los resultados y la comparación entre las mediciones de diferentes instrumentos (por ejemplo, formato ASCII). Dado que los resultados FRA pueden ser almacenadas por muchos años antes de ser utilizado para la comparación, cualquier formato de archivo asociado a las aplicaciones o los instrumentos actuales no se debe utilizar, ya que estos pueden cambiar con el tiempo y puede no ser compatible cuando las necesidades de medición a ser recuperados para su análisis.

La recomendación WG para el formato de archivo de datos se muestra en la Figura 15. Se hizo esta recomendación de facilitar el intercambio de datos entre los usuarios FRA.

Es importante tener en cuenta que la

datos de medición deben completarse con la lista de parámetros que influyen en la medición FRA, como se presenta en la sección 2.4.4. En el ejemplo mostrado, el nombre de archivo incluye la información de cabecera de claves para identificar claramente la prueba de FRA y simplificar el futuro el acceso a los datos. La extensión del archivo es 'xfra' ( 'x' para el intercambio). El delimitador es 'TAB'.

X12345_H1H0_1_2007-11-28_14h30.xfra

Figura 15: Recomendación para formato de datos FRA.

2.4.8 Resumen de las reglas para realizar una buena medición FRA Esta sección resume algunas reglas básicas para llevar a cabo una buena medida FRA con referencias a las secciones anteriores en la materia.

1. Utilizar tres cables blindados de alta frecuencia (con una característica conocida y constante impedancia) para la medición FRA: uno para la entrada de tensión, uno para la medición de la tensión de referencia en el terminal de entrada y uno para la medición de la tensión de respuesta (sección 2.4.1.1).

2. Mantenga los cables de conexión a tierra lo más corto posible (sin enrollar los cables) y el uso de la trenza plana

(20 mm ancho mínimo) en lugar de alambre (sección 2.4.1.2).

Prácticas FRA (Grupo de Trabajo 2)

3. Conectores para conectar los cables de prueba deben formar conexiones buenas al terminal y casquillo de brida, por ejemplo screwable adaptador de conexión o buenos conectores de clip (sección 2.4.1.2). 4. Las condiciones de prueba (posición del cambiador de tomas, el tipo de prueba de FRA, la impedancia medida, etc.)

debe ser la misma para la referencia y mediciones repetidas para la interpretación correcta. 5. Desconecte todos los cables no utilizados del terminal (sección 2.4.4) del buje.

22

23

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

Capítulo 3: Interpretación FRA 3.1 Introducción Este capítulo está destinado a ayudar a los usuarios FRA proporcionando una descripción de las respuestas típicas y factores de control, junto con una colección de ejemplos de casos que ilustra cómo varios tipos de movimiento de cuerda y otros defectos pueden ser detectados por FRA. También se presentan las perspectivas de interpretación FRA y algunas recomendaciones para mejoras adicionales.

3.2 Fundamentos de la FRA Interpretación

3.2.1 Presentación de Respuestas FRA Son posibles diferentes tipos de diagrama para la presentación de los resultados de FRA. Además de los enfoques científicos como diagramas polares, los más frecuentes son las curvas de frecuencia de amplitud vs, a veces complementados por las curvas de frecuencia vs fase.

La Figura 16 muestra las mismas curvas FRA en cuatro modos diferentes. se usan todas las combinaciones de escalas lineales y logarítmicas. Según el modo de ilustración usada, se pueden lograr diferentes apariencias visuales para la desviación de las dos curvas. La selección del mejor modo de presentación es esencial, ya que la interpretación se basa generalmente en una evaluación puramente visual de las curvas de FRA.

b) A mplitude (dB) vs. lineal de frecuencia.

- 10 0

- 10 0

- 20

- 20

- 30

- 30

- 40

- 40

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

un) Amplitud (dB) Frecuencia de registro vs..

- 50 - 60 - 70 - 80

- 50 - 60 - 70 - 80

- 90

- 90

- 100

- 100 0.1

1

10

100

1000

10000

0

500

Frecuencia (kHz)

1500

2000

re) Linear amplitud vs frecuencia lineal.

c) lineal de amplitud frente a la frecuencia de registro. 0.9 1

0.9 1

0.8

0.8

0.7

0.7

0.6

0.6 Amplitud

Amplitud

1000

Frecuencia (kHz)

0.5 0.4

0.5 0.4

0.3

0.3

0.2

0.2

0.1

0.1

0

0 0.1

1

10

100

1000

10000

0

Frecuencia (kHz)

Figura 16: Tipos de FRA ilustración curva.

500

1000

Frecuencia (kHz)

1500

2000

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

24

El modo de presentación depende de la amplitud o rango de frecuencia es de especial interés: •

escala logarítmica para FRA amplitud (en dB) es preferible cuando las desviaciones aparecen en un gran rango de amplitud (Figura 16a, b).

•

Detalles dentro de rango de frecuencias de valores de amplitud más altos se vuelven más evidentes con escalas lineales de amplitud (Figura 16c, d).

•

A escala de frecuencia lineal (Figura 16b, d) pone más énfasis en la más alta década (100 kHz y por encima), mientras que una escala logarítmica de frecuencia (Figura 16a, c) da la misma importancia a todos décadas.

Generalmente, para conseguir una visión general de los resultados de FRA, escalas logarítmicas dobles parece apropiado (Figura 16a). Para más detalles en la gama de frecuencias superior, escala de frecuencia lineal se puede utilizar. Para el aumento de detalles en las secciones de mayor amplitud, se recomienda una escala de amplitud lineal.

3.2.2 Frecuencia de resonancia esperada Gama vs Transformador El tamaño y tipo de bobinado

Debido a la gama típica para las frecuencias naturales, la metodología de interpretación debe ser ajustado de acuerdo a la apariencia daño esperado. Para la investigación de los desplazamientos de bobinado, medición e interpretación FRA continuación, deben centrarse en la gama de frecuencias naturales de los respectivos devanados.

Para bobinados de transformadores de potencia, hay varios conceptos técnicos. Incluso para la potencia nominal similares, tensión nominal y el tipo de aplicación, podría ser muy diferentes soluciones. Los detalles de las soluciones técnicas son definidos por los conceptos de diseño establecidas de fabricantes, así como los límites técnicos en la fabricación y restricciones de transporte. Por lo tanto, es bastante difícil de resumir las normas generales de patrones de FRA y las correspondientes características de bobinado.

Las frecuencias naturales se definen principalmente por la geometría absoluta de grupos de bobinas. Sobre la base de las frecuencias típicas de grandes transformadores de potencia, transformadores pequeños muestran características de frecuencia similares a frecuencias sistemáticamente superiores. Tabla 2 muestra el rango de frecuencia de resonancia esperada para devanados del transformador de potencia grande (por encima de 100 MVA / extremidad) de diferente tensión nominal. La Tabla 3 muestra los rangos de frecuencia típicos para devanados de transformadores de potencia media (por debajo de 30 MVA / extremidad). Los valores proporcionados aquí se basan en la experiencia de los miembros del GT y no deben considerarse como límites bien definidos, sino más bien como intervalos generales frecuencia esperada en función del tamaño del transformador.

También es de señalar que estas tablas representan ejemplos de cálculo de las frecuencias de resonancia naturales de devanados separados. Las interacciones entre los componentes de un transformador real podría mostrar diferentes características de frecuencia.

25

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

Tabla 2: Gama de frecuencia para las frecuencias naturales de grandes bobinas del transformador.

componente transformador (> 100 MVA / extremidad)

intervalo típico para la frecuencia natural

iniciar [kHz]

parada [kHz]

HV disco de bobinado

10

200

bobinado capa LV

10

1000

100

1000

Regulación de bobinado

Tabla 3: Gama de frecuencia para las frecuencias naturales de los devanados del transformador medio.

componente transformador ( 100

(HF)

Figura 28: Gama de interpretación FRA típica.

33

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.3 Interpretación Metodología FRA es un método comparativo para evaluar el estado de los transformadores de potencia. Para evaluar los resultados web de, los datos reales se comparan con datos de referencia ya sea por inspección visual directa de las curvas o mediante el uso de datos de FRA procesados.

Hay tres enfoques para la generación de datos de referencia:

•

mediciones de huellas digitales anteriores sobre la misma unidad;

•

mediciones en transformadores (individuales) idénticos;

•

mediciones en los miembros o fases ensayados por separado.

3.3.1 Evaluación de Resultados de huellas dactilares

El conjunto de datos de prueba de huellas dactilares es potencialmente la información de referencia fiable para la evaluación de las pruebas más FRA. Suponiendo una alta repetibilidad de la técnica de prueba, es posible obtener resultados FRA casi idénticas. La figura 29, por ejemplo, muestra una comparación con una medición de la huella digital anterior (3 meses antes) realizado en un reactor de derivación de fase única puntuación 110 Mvar (735/3 kV).

- 10 0

- 20 - 30

Amplitud (dB)

- 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90

- 100 10

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

Figura 29: Comparación con resultado de huellas dactilares, de extremo a extremo de prueba

(Reactor shunt, 110 Mvar, 735/3 kV). 3.3.2 Comparación de Twin Sister y transformadores Resultados de huellas digitales no siempre están disponibles para la evaluación de los resultados de FRA FRA. A veces, los pedidos de clientes incluyen varios transformadores de especificación idéntica para que finalmente transformadores de diseño idéntico se operan dentro de una red de energía.

De idéntico diseño e idénticamente

transformadores montados (gemelos) típicamente muestran curvas FRA casi idénticas. Pequeñas desviaciones entre los transformadores individuales son generadas exclusivamente por las tolerancias de fabricación y / o efectos núcleo de magnetización (Figura 30).

34

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

10 - 10 0

- 20

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90

10

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

H1X1 (T2-A) H1X1 (T2-B)

Figura 30: FRA de unidades de bienes individuales (autotransformadores monofásicos, 370 MVA, HV

700/3 kV, LV 300/3 kV). límites económicos y de calidad obligan a los fabricantes de transformadores para optimizar sus procesos de diseño y producción constante.

En las órdenes de la serie, las mejoras típicamente paso a paso son

alcanzados, sobre todo cuando los nuevos diseños han sido puestos en libertad. Esto conduce a pequeñas modificaciones dentro de un orden de serie, que también podrían afectar los resultados de FRA. Para nuevos pedidos en un plazo determinado, los nuevos conceptos de diseño, nuevos márgenes de seguridad y nuevas tecnologías de producción podría haber sido introducido en el ínterin. Esto podría llevar a desviaciones significativas en los resultados de FRA para transformadores construidos por el mismo fabricante, de acuerdo con especificaciones idénticas y para el mismo cliente (transformadores hermana). Como ejemplo, la Figura 31 muestra los resultados obtenidos FRA para transformadores hermana no idénticos (mediciones utilizando sonda de alta impedancia).

20.0

| T SI( f) / U NORTE( f) | [DB]

10.0

0.0

- 10.0

- 20.0

- 30.0

Tr. 1

Tr. 2

Tr. 3

Tr. 4

Tr. 5

Tr. 6

Tr. 7

Tr. 8

Tr. 9

Tr. 10

Tr. 11

- 40.0

Figura 31: FRA de unidades hermanas (las mediciones de extremo a extremo utilizando sonda de alta impedancia).

La aplicabilidad de la interpretación FRA basado en una comparación unidad hermana, por tanto, tiene que ser validado. Es bastante difícil de transformadores reales gemelas discernir de unidades hermanas. Algunos parámetros para la identificación de las unidades individuales son dados por:

•

fabricante

•

fábrica de producción

35

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

•

original del cliente / especificaciones técnicas

•

sin reformas o reparaciones

•

mismo año de fabricación o +/- 1 año para unidades grandes

•

Reordenar a más tardar 5 años después de la orden de referencia

•

unidad es parte de una orden de serie (seguimiento de los números de identificación)

•

para proyectos de unidades múltiples con nuevo diseño: probado transformador no es la primera, segunda o tercera unidad

Los más indicaciones son positivos, el más cierta similitud es de núcleo-y-bobina de montaje.

3.3.3 Simetría de devanados de un transformador Los transformadores de potencia se diseñan con frecuencia en múltiples extremidades de montaje de tres fases, así como transformadores monofásicos. Este tipo de cables de diseño a los circuitos eléctricos simétricos, que se pueden utilizar como referencia FRA, en lugar de las huellas digitales o mediciones de las unidades individuales. defectos mecánicos en los devanados del transformador suelen generar desplazamientos no simétricas. Así, comparando los resultados FRA de las extremidades probadas por separado puede ser un método adecuado para la evaluación de condición mecánica. Sin embargo, la aplicabilidad de una comparación basada en la extremidad debe ser validado (por lo general el uso de resultados de referencia) antes de realizar la interpretación,

La figura 32 muestra las curvas de FRA de sistemas de BT ensayadas por separado de un transformador GSU monofásico saludable que contiene dos sistemas de BT paralelas. Debido a las grandes dimensiones, las partes activas de potencia del transformador son conjuntos no simétricas. Los principales efectos se deben a conducir el montaje, diseño de tanques y cambiador de tomas. Por lo tanto, se espera que ligeras desviaciones entre los diferentes miembros o fases.

10

Amplitud (dB)

- 10 0

- 20 - 30 - 40 - 50 0

0.5

1

1.5

2

Fre cuencia (MHz) Figura 32: Comparación FRA de 2 extremidades probadas por separado - pruebas de extremo a extremo en devanados LV

(GSU, 266 MVA, 420 / 3 / 21/21 kV).

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.4 Ejemplos de FRA Interpretación Esta sección presenta ejemplos de mediciones FRA y la interpretación en las siguientes condiciones:

•

Hoop pandeo de LV bobinado interior

•

Localizada movimiento en el bobinado de regulación

•

Flotante escudo entre AT y BT

•

laminaciones de núcleo en corto

•

Efecto del aceite (mediciones con y sin aceite)

•

Efecto de espiras en cortocircuito

•

Efecto de la magnetización residual núcleo

•

Efecto de una conexión de resistencia de los cables de prueba

36

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

37

3.4.1 aro de pandeo de bobinado de BT La Figura 33 ilustra la LV devanado respuestas de dos transformadores de generador monofásico idénticos (de un banco de unidades de una sola fase). El pandeo LV (Figura 34) de la fase B se detecta claramente mediante la comparación de la medición FRA con la fase C. Nota que espiras en cortocircuito y fase a fallo a tierra se encontraron en la fase-A LV bobinado, así

Amplitud (dB)

que no hay medición de referencia FRA en esta fase fue para fines de comparación.

Figura 33: respuestas FRA que muestra un fallo aro pandeo de LV bobinado interior de la fase B.

Figura 34: pandeo de devanado LV interior.

38

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.4.2 movimiento localizado en el bobinado de regulación La Figura 35 proporciona un ejemplo de regulación de las respuestas de bobinado y las respuestas obtenidas en los devanados de alta tensión de barril 1. Este transformador es un transformador de transmisión de tres fase doble herida con un vector estrella-triángulo de agrupación (120 / 26,4 kV, 47 MVA). El bobinado de regulación se encuentra eléctricamente en el punto de la estrella-conectado devanado (más-menos disposición) neutral. El desplazamiento de bobinado localizado (Figura 36) en el bobinado de regulación de la fase A se identifica claramente mediante las mediciones de FRA de extremo a extremo en el bobinado de regulación y también en el bobinado en el grifo 1. HV El fallo de bobinado regular fue causada por un corto circuito en el cambiador de tomas.

HV devanado (grifo 1)

la regulación de los bobinados - 20

0 -5

- 30

- 10

- 40

- 20

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 15 - 25 - 30 - 35 - 40

- 50 - 60 - 70

- 45

- 80

- 50 0

500000

1000000 1500000 2000000 Frecuencia (Hz)

la fase A la fase B la fase C

0

500000

1000000 1500000 200000 Frecuencia (Hz)0

H1H0 grifo 1 H2H0 grifo 1 H3H0 grifo 1

Figura 35: respuestas FRA con devanado de movimientos en la fase A bobinado de regulación.

Figura 36: localizada devanado desplazamiento en el bobinado de regulación causada por un grifo culpa cambiador.

39

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.4.3 flotante escudo entre AT y BT Las pruebas se realizaron en un transformador 42-MVA, 115/46 kV (delta-estrella), para investigar alto nivel de acetileno en la DGA. mediciones de extremo a extremo en los devanados de alta tensión y capacitiva inter devanado pruebas entre AT y BT (Figura 37) mostraron un problema en la fase B. La falla fue un contacto eléctrico suelto de la trenza de unión de cobre sobre las tiras de blindaje de aluminio (Figura 38 ), lo que causó las tiras de “flotar” eléctricamente.

pruebas de extremo a extremo

pruebas capacitivos inter-bobina

Figura 37: End-to-end pruebas inter-bobina capacitivos en un transformador trifásico y.

Figura 38: Fallo en devanado (flotante tiras escudo) fase-B.

40

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.4.4 cortocircuito Core Laminaciones Las mediciones se realizaron en un transformador trifásico nominal 250 MVA, 212 kV / 110 kV / 10,5 kV, antes y después de la reparación del núcleo. La primera resonancia núcleo-relacionado es claramente modificado por el fallo: las laminaciones en cortocircuito porque una disminución de la inductancia de magnetización del núcleo (aumento de la frecuencia de resonancia) y un aumento de las corrientes parásitas en el núcleo (aumento de la amortiguación). El fallo del núcleo se muestra en la Figura 40.

Figura 39: respuestas FRA con laminaciones de núcleo en corto (antes y después de la reparación).

Figura 40: láminas del núcleo en cortocircuito.

41

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.4.5 Efecto del Petróleo La Figura 41 muestra las respuestas de la serie (HV) de fase-A bobinado de un autotransformador trifásico de 400 MVA, clasificado 230/120 kV, con y sin aceite. Como se esperaba, la mayor permitividad del aceite incrementa la capacitancia, que a su vez reduce las frecuencias de resonancia (curva entera se desplaza esencialmente hacia frecuencias más bajas ya que todas las capacidades parásitas se incrementan en aproximadamente el mismo factor).

10 - 10 0

Amplitud (dB)

- 20 - 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80

10

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz) sin aceite con aceite

Figura 41: Efecto de aceite en la medición FRA. 3.4.6 Efecto de espiras en cortocircuito

La figura 42 muestra las respuestas de FRA de los devanados en serie de un autotransformador de 140 MVA (220/69 kV con devanado terciario). El fallo se encuentra en la fase C del devanado terciario. En esta condición, la medición de baja frecuencia en el devanado de la misma fase HV fue influenciado debido a la inductancia más baja debido a las espiras en cortocircuito en un devanado de la misma fase (aumento de la primera frecuencia de resonancia). Esto es análogo a lo que se observa para la prueba de corto circuito de extremo a extremo, como se describe en la sección 2.2.3.

- 10 0

- 20

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90

10

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia

(Hz) H3X3 H1X1 H2X2

Figura 42: respuesta FRA con espiras en cortocircuito en un devanado.

42

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.4.7 Efecto de Core residual Magnetización Core magnetización puede afectar los resultados FRA debido a las diferentes densidades de flujo residuales en el núcleo del transformador. En general, este efecto ha de ser considerado para la interpretación FRA debajo de aproximadamente 5 kHz. A frecuencias más altas, las corrientes de Foucault impiden la penetración de campo magnético en las hojas individuales de la laminación núcleo.

La Figura 43 muestra los resultados de FRA en un transformador antes y después de una prueba de resistencia del devanado de corriente continua. cables de magnetización residual para reducir magnetizante inductancia y, por lo tanto, un aumento en la frecuencia de la primera resonancia principal en la curva de FRA. Para frecuencias más altas, los resultados FRA son idénticos.

- 10 0

- 20

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90 10

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

sin fundente residual con flujo residual

Figura 43: Efecto de núcleo magnetizado en los resultados de FRA.

Con el fin de lograr la más alta comparabilidad de los resultados FRA por debajo de 10 kHz, la condición magnética del transformador debe ser idéntico. Cualquiera de los datos por debajo de 10 kHz pueden ignorarse, o el efecto de las propiedades de magnetización de núcleo no idénticos para los resultados FRA pueden minimizarse mediante uno de los métodos siguientes:

•

Realizar la prueba de corto circuito de extremo a extremo.

•

Realizar la prueba de inter-bobina inductiva.

3.4.8 Efecto de la conexión resistiva de los cables de prueba De acuerdo con la teoría de los sistemas, los transformadores pueden ser considerados como sistemas de fase mínima. Esto indica una redundancia de amplitud y fase de ángulo función en FRA. Por lo tanto, desde el punto de vista puramente teórico, la interpretación de una función (amplitud o ángulo de fase) parece suficiente. En la práctica, los dos parámetros muestran una sensibilidad diferente a los efectos que se esperan para ser detectada por el FRA.

Por ejemplo, los problemas en las conexiones de cable de prueba (de alta resistencia de contacto) puede afectar significativamente la amplitud de la resonancia FRA, pero el ángulo de fase es generalmente insensibles a este efecto (figura

44). Por lo tanto, la evaluación de ambas funciones (amplitud y fase) podría hacer que la interpretación FRA más seguro y ayudar a resolver este tipo de problema de medición.

43

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

Transformador de modelado de alta frecuencia sobre la base de mediciones FRA también requiere tanto la información de amplitud y fase. Así que, en general, la información de fase se debe guardar con los datos de prueba para su posterior análisis e interpretación.

0.45 200

0.3

150

0.25

100

Fase (º)

Amplitud

0.4 0.35

0.2 0.15

0 50 - 50

0.1

- 100

0.05

- 150

0

- 200 0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

Frecuencia (MHz)

1

1.5

2

Frecuencia (MHz)

Referencia mal contacto de respuesta (+5 ohmios)

Referencia mal contacto de respuesta (+5 ohmios)

Figura 44 Ejemplo de una mala conexión (mayor resistencia de contacto) al transformador terminal (cable de respuesta).

3.5 Perspectivas de la FRA Interpretación Esta sección está destinada a presentar un estudio de algunos enfoques prometedores para la interpretación FRA, con referencia a los documentos pertinentes. Incluso si el Grupo de Trabajo reconoce que ha habido varios esfuerzos de investigación para proporcionar herramientas para la interpretación objetiva FRA, se ha llegado a la conclusión de que se requiere más investigación antes de hacer recomendaciones para la estandarización de cualquier procedimiento de interpretación objetiva se pueden hacer.

3.5.1 Herramientas para la interpretación asistida o automática de FRA Resultados

Indicadores estadísticos (funciones de error, coeficientes de correlación, etc.), a menudo aplicados en varias sub-bandas de frecuencia, proporcionan un método objetivo para medir las diferencias entre las mediciones FRA [9], [14]. Otros enfoques extraer los parámetros RLC que caracterizan las principales resonancias de la respuesta FRA [15].

El reto de todas estas técnicas es determinar los límites para los indicadores que serían sensibles únicamente a las diferencias 'anormales' y no a diferencias 'normal' o las propiedades particulares de los resultados que se comparan (comparación de unidades hermana, fases, etc. ). Está aumentando el interés en la industria para el desarrollo y la demostración de nuevas herramientas objetivas para la interpretación FRA. Por ejemplo, el estándar chino sobre Análisis Respuesta de frecuencia [16] utiliza factores de correlación (co-varianza de los espectros) para ayudar en la interpretación de FRA. Una vez que se calculan los parámetros estadísticos o RLC específicas de una comparación de dos mediciones FRA, estos parámetros tienen que ser evaluados por medio de límites predefinidos que deben reflejar el estado de los devanados. Con el fin de reunir el conocimiento de un procedimiento de este tipo,

44

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

3.5.2 Simulación de Respuestas FRA basado en parámetros geométricos Para evaluar los resultados FRA sin usar ningún dato de prueba de referencia, curvas de prueba FRA pueden compararse con datos de simulación FRA obtenidos por modelos matemáticos (véase por ejemplo ref. [10], [12]). Existen diferentes enfoques para la generación de modelos de alta frecuencia de los devanados del transformador. Un enfoque bastante aplicado con frecuencia es un modelo agrupado que contiene resistencias, capacitancias, inductancias auto e inductancias mutuas (Figura 45). Los parámetros de modelos agrupados se generan normalmente fuera de la geometría de devanado si está disponible.

R e1 123456789123

C1

R s1

R p1

C e1 L 1, j

59 60

R ei

R si

835 mm

Kern-Nachbildung (geschlitzter Stahlzylinder)

L1

C yo

R Pi L yo

C ei L i, j

R e30

C 30

R p30

R s30 L 30

C e30 L 30, j

190 mm

si.)

un.)

C.)

158 mm

Figura 45: modelo agrupado para la simulación matemática. Debido a la complejidad de los grupos de bobinas reales y sus tolerancias mecánicas, los modelos matemáticos basados ​en datos geométricos puros normalmente suelen mostrar desviaciones significativas en los datos medidos. Incluso para las geometrías de prueba extremadamente simplificados, buen acuerdo es difícil de obtener (ver Figura 46).

0.8 Messung

k0.7 Ω) - 1

Rechnung

0.6 0.5 UN

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

megahercio 0.9

1.0

Figura 46: Comparación de los datos del modelo de simulación agrupados y resultados de pruebas FRA en una simple geometría de prueba.

Por tanto, una comparación directa de los datos de simulación y resultados de la prueba no suele ser aplicable para la interpretación de las mediciones FRA. Por otro lado, el modelado matemático puede ser muy útil para interpretar las desviaciones entre los resultados de las pruebas FRA con respecto a posibles defectos en los transformadores. Los fallos mecánicos pueden ser fácilmente introducidos en los modelos matemáticos.

45

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

Comparación de los resultados de la simulación antes y después de la introducción de los defectos mecánicos proporciona información sobre el efecto de tales defectos en las características FRA. Por ejemplo, la Figura 47 ilustra el efecto sobre la respuesta FRA HV de extremo a extremo de un desplazamiento axial ( ± 1% de bobinado altura) del bobinado de un transformador elevador de generador de LV. Esta información puede ser muy útil para evaluar los resultados de las pruebas reales con respecto a posibles daños en el transformador.

Figura 47: Simulación de desplazamientos axiales con modelo agrupado.

3.5.3 Parametrización de FRA Base de datos de polos y ceros Representación Con el fin de crear un marco para facilitar algoritmos de interpretación asistida, lo mejor es que pueden parametrizar las curvas de FRA. El mecanismo más simple y útil es la reducción de las curvas a polo-cero representación:

( )

- zszszsf = ) (( 1 ) ((

1

-

2

) .. . ( - - T )

2

) .. . ( - - pspsps ) Minnesota

Tales resultados de parametrización en un vector de números complejos que representan la función de transferencia de una manera que es adecuado para el análisis automatizado y también apoya aún más el modelado geométrico si se desea. la representación de polos y ceros es una forma muy natural de pensar acerca de las curvas y de fácil captura pico de frecuencia, magnitud y Q que todos tienen importancia en la interpretación de las curvas. trazas FRA se caracterizan por tener muchas ondulaciones y que se extiende sobre un amplio rango dinámico en ambos ejes. Esto puede hacer que la representación precisa de polos y ceros de un desafío. Se están realizando investigaciones para el desarrollo de algoritmos avanzados para realizar esta tarea. A fin de estandarizar el enfoque, es importante que los algoritmos producen la misma representación de polos y ceros de la misma curva de entrada. Este requisito será difícil de cumplir si muchos algoritmos diferentes proliferan y en particular por lo que si esto resulta en una pérdida de datos. Este requisito se cumple si mejor que hay algoritmos estándar que todos los profesionales utilizan para que los desarrollos pueden centrarse más en los aspectos de interpretación de la tarea y no en la mecánica de la identificación de polos y ceros.

interpretación asistida se considera como el siguiente paso en la evolución racional de la técnica FRA ya que esto aumentaría la certeza en la interpretación, y codificar los criterios para la interpretación.

FRA Interpretación (Grupo de Trabajo 3)

46

Muchos se han desarrollado herramientas para llevar a cabo estas tareas de clasificación, algunos ejemplos de los cuales se enumeran a continuación:

•

Sistemas expertos

•

Redes Neuronales Artificiales (ANN)

•

clasificadores bayesianos

•

Máquinas de Vectores Soporte

•

clasificadores de lógica Fuzzy

•

mapa autoorganizado

Con el fin de facilitar el uso de estas herramientas, un conjunto de datos normalizado se requiere que sea fácilmente acomodado por estos métodos. Vectores de polos y ceros son vistos como una representación ideal para facilitar adicionalmente la investigación de la aplicación de estos métodos a las curvas de FRA.

3.6 Recomendaciones El primer paso importante para mejorar la interpretación FRA es asegurar que la medición es de buena calidad, tal como se presenta en el capítulo 2 de este folleto.

Cuando la calidad de la medición se confirma y la gama de frecuencias para la interpretación evaluó, la inspección visual de las variaciones entre la prueba y los resultados de referencia es el enfoque recomendado real para la interpretación FRA. La colección de ejemplos de casos proporcionada en este folleto muestra cómo varios fallos puede ser detectada por FRA.

Se espera que el creciente uso de FRA de una manera más estandarizada, siguiendo las líneas descritas aquí, contribuirá a dar más ejemplos de casos para los usuarios FRA ayudar a mejorar la interpretación.

Los siguientes sujetos fueron evaluados en parte por el WG y del mismo se anima más investigación para mejorar la interpretación FRA. •

Comparación de la sensibilidad de los diferentes tipos de pruebas FRA es decir, de extremo a extremo (circuito abierto y corto), capacitivos-inter bobinado, inductivo-inter bobinado para detectar diferentes modos de fallo del transformador.

•

Evaluar la posibilidad de la detección de fallos mediante la comparación de los resultados obtenidos usando los dos sentidos de pruebas de extremo a extremo cuando no resultado de referencia está disponible (resultados preliminares de la WG indicaron cierto potencial de este enfoque práctico).

•

Transformador de modelado basado en parámetros geométricos como un medio para apoyar la interpretación y derivar una comprensión fundamental de las resonancias FRA, posiblemente también para generar una especie de base de datos de la recogida de los efectos de diferentes daños sinuoso en los espectros FRA.

•

comparación matemática de las respuestas (incluyendo métodos discutidos en las secciones 3.5.1 y 3.5.3) es también un tema de interés para el desarrollo de herramientas para la interpretación objetiva FRA.

47

Referencias

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2007.

48

[14] R. Wimmer, M. Heindl, S. Tenbohlen, A. Kraetge, M. Krüger, y J. Christian, “Un nuevo enfoque de la evaluación de FRA con algoritmos,” CIGRE SC A2 y Papel Coloquio D1, Brujas, Bélgica, octubre de 2007 . [15] J. Pleite, E. Olias, A. Barrado, A. Lázaro, y J. Vázquez, “el modelado del transformador para las técnicas de FRA,” Transmisión y Distribución Conferencia y Exposición 2002: Asia y el Pacífico. IEEE / PES Volumen 1, 6-10 Oct. 2002. [16] El Estándar de la Industria Eléctrica de la República Popular de China, “Respuesta de frecuencia

Análisis de deformación del devanado de transformadores de potencia,”Std. DL / T911-2004, ICS

27.100, F24, Documento N ° 15182-2005, junio de 2005.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

49

APÉNDICE Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres A.1 Introducción talleres de prueba de dos FRA se llevaron a cabo por los miembros del Grupo de Trabajo:

el primero en el

Siemens planta de fabricación de transformadores en Nuremberg, Alemania, en enero de 2005 y el segundo en la subestación Northfleet de la red nacional en Kent, Reino Unido, en marzo de 2006. En este apéndice se presentan los programas de los talleres, los resultados y las conclusiones.

A.2 Taller de prueba FRA Nuremberg Los objetivos del primer taller de pruebas FRA fueron:

•

Para caracterizar las diferencias en las prácticas FRA utilizados por los usuarios experimentados (impulso, frecuencia de barrido, medición de impedancia, de puesta a tierra de prueba de plomo, etc.);

•

Para comparar los tipos de medición FRA, es decir, de extremo a extremo (abierto y corto circuito), inter devanado (capacitiva e inductiva) y determinar la utilidad de cada para el diagnóstico de defectos del transformador;

•

Para estandarizar las buenas prácticas de FRA y determinar las limitaciones prácticas.

Objeto de prueba A.2.1

El objeto de prueba era un transformador elevador de generador monofásico móvil, fabricado originalmente en 1973 y recientemente reformado con la adición de un nuevo conjunto de arrollamiento. Una característica distintiva del diseño es que el HV y bujes neutros están instalados horizontalmente, en los extremos opuestos del tanque, para permitir que el transformador totalmente erigida para ser transportado por ferrocarril. Este diseño reduce de erección y de recambio veces. Figura A-1 muestra las características eléctricas y mecánicas del objeto de prueba.

Prácticas FRA A.2.2 Se utilizaron un total de nueve sistemas de medición diferentes (con la etiqueta A-I), incluyendo tanto el impulso y métodos y cuatro unidades comercialmente disponibles de equipos de barrido de frecuencia. La Tabla 1 resume los principales parámetros de prueba FRA. Todos los probadores utilizan el sistema de tres derivaciones recomendadas (cables separados para aplicar y medir la señal en el terminal de entrada).

A.2.3 lista de pruebas

Las mediciones FRA fueron como sigue: o 'Zero-check' pruebas: la fuente, de referencia y clientes potenciales de respuesta estaban conectados en el mismo

terminal (HV y LV) con extensiones de tierra separadas para cables de referencia y respuesta. o mediciones de extremo a extremo en HV y LV ambos.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

50

o mediciones de extremo a extremo en ambas direcciones de la HV de bobinado (fuente en fase fuente frente a la terminal en el terminal neutro). o pruebas de cortocircuito (de extremo a extremo en HV con LV1 y LV2 cortocircuito a su vez).

o pruebas capacitivos inter-bobina (HV a LV1, LV2 HV a y LV1 a LV2). o pruebas inductivas inter-bobina (HV a LV1, LV2 HV a y LV1 a LV2). o Efecto de la posición de toma (max y max-1) para HV de extremo a extremo pruebas de cuerda inter e. devanado Se evaluó la repetibilidad de la medición de extremo a extremo en el HV. Las pruebas de repetibilidad consistieron en la eliminación de todos los cables de prueba, moviendo el equipo de prueba, volver a conectar los cables de prueba y repetir la medición en el devanado de alta tensión.

HV

LV 1

LV 2

Tensión nominal (kV):

420 / √ 3 ± 11% ( ± 9 pasos)

21,0 ( Δ)

21,0 ( Δ)

potencia nominal (MVA)

2 x 133

133

133

Corriente nominal (A)

2 x 550

6350

6350

Longitud de los casquillos

HV = 4,2 m LV = 0,6 m Neutral = 2 m Figura A-1: ​características del objeto de prueba utilizado en el taller de prueba Nuremberg FRA.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

51

Tabla 1: Parámetros de prueba FRA

Prueba

Detalles de conductores de prueba

Set-up Barraimpulso o UN

barrer

si

Impulso

C

barrer

re

barrer

mi

barrer

300 mm de ancho láminas de aluminio Los cables coaxiales a los terminales + más corta 25 mm de ancho trenza para tanque.

Los cables coaxiales a los terminales + más corta cablear al tanque.

Los cables coaxiales a los terminales + más corta cablear al tanque.

Los cables coaxiales a los terminales + más corta cablear al tanque.

Medición de la respuesta

Impedancia

transductor óptico con 10 mO Impedancia de entrada

2 mO (impedancia de entrada de

instrumento) 50 Ω (impedancia de entrada de

instrumento) 50 Ω (impedancia de entrada de

instrumento)

CT (0,5 V / A)

Para LV: cables coaxiales a caja de distribución,

F

Impulso

luego 5-m de alambre a los terminales. Por HV: Los cables coaxiales a los terminales +

50 Ω (impedancia de entrada de

instrumento)

alambre más corto hacia el tanque.

sol

H

yo

barrer

Los cables coaxiales a los terminales + más corta cablear al tanque.

Impulso coaxial y cables triaxiales a los terminales + más corta trenza al tanque.

barrer

Los cables coaxiales a los terminales + más corta cablear al tanque.

50 Ω (impedancia de entrada de

instrumento)

10 Ω shunt

CT (1 V / A)

Análisis de los Resultados A.2.4 Las comparaciones y análisis de las diferentes pruebas se detallan a continuación. Medición A.2.4.1 de extremo a extremo a través del devanado de alta tensión

Para simplificar la comparación de los resultados, todas las mediciones de baja impedancia (50 Ω y por debajo) se convirtieron en la base 50-Ω utilizando factores de escala apropiados. Por ejemplo, para la misma corriente de respuesta, utilizando un 1 V / A CT en lugar de una impedancia de 50 Ω, la amplitud de la señal de respuesta será 50 veces más bajos. La respuesta CT puede ser entonces más fácilmente en comparación con la técnica de terminación de 50-Ω mediante la adición de un valor constante de 34 dB a la respuesta FRA. Figura A-2 muestra los resultados obtenidos en el arrollamiento utilizando este procedimiento HV. Nota que no era posible convertir las mediciones de alta impedancia (A, B).

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

52

Los gráficos demuestran que:

•

Todas las técnicas de prueba utilizando impedancia medida bajo (50 Ω y por debajo) producen esencialmente las mismas respuestas medidas en el objeto de prueba en el rango de frecuencia de 10 kHz a aproximadamente 500 kHz.

•

Los métodos de impulso ensayadas (B, F y H) fueron incapaces de reproducir la respuesta de baja frecuencia. Algunos métodos de barrido de frecuencia (E, G) también tenían rango dinámico insuficiente para reproducir el típico -90 dB mínimo obtenido con 50-Ω impedancia de medición.

•

Por encima de aproximadamente 400 kHz, la Figura A-3 muestra que el valor de la propia impedancia de medición parece introducir una variación de la respuesta (variación leve impedancia relacionada entre las mediciones obtenidas con CT, 10 Ω y 50 Ω). Esto puede explicarse en parte por la impedancia del objeto de prueba en una frecuencia más alta, que es en el mismo orden de magnitud que la impedancia medida (característica principalmente capacitivo de los devanados red RLC).

20

Amplitud (dB)

- 20 0

- 40 - 60 - 80

- 100 0.1 1

10 100 1000 10000 Frecuencia (kHz) CDEFGHI

Figura A-2: mediciones de extremo a extremo a través de HV bobinado.

0

- 10 0

-5

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 20 - 30 - 40 - 50 - 60

Connecticut

- 10

10 Ω

- 15 - 20

50 Ω

- 70

- 25

0 100 200 300 400 500 600 700 800 Frecuencia (kHz) CDEFGHI

400

Figura A-3: Efecto de la impedancia medida.

500

600

700

Frecuencia (kHz) CDEFGHI

800

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

53

A.2.4.2 'Zero-check' pruebas La configuración de prueba 'de comprobación de cero' puede ser representado por el circuito esquemático en la Figura A-4. Los cables de la fuente, de referencia y de respuesta están conectados juntos en el mismo casquillo transformador. Esta prueba tiene como objetivo investigar el efecto de los cables de prueba en la medición cuando se mide a través de grandes bujes de alta tensión. la impedancia Z dirigir representa el cable de extensión utilizado para conectar a tierra el blindaje del cable de alta frecuencia en la base del casquillo. Se supone que los cables de alta frecuencia se terminan de manera adecuada y por lo tanto no deben influir en la medición.

Figura A-4: test 'Zero-check'. Figura A-5 muestra las mediciones de comprobación de cero a través de los casquillos de AT y BT utilizando 50- Ω

impedancia de medición. En el LV casquillo (0,6 m de largo), se midió una respuesta casi perfectamente plana (0 dB), lo que confirma que los cables de extensión no afectan a las mediciones. En el casquillo HV (4,2 m de largo), se obtuvo una desviación significativa de una respuesta plana incluyendo algunas resonancias por encima de aproximadamente 500 kHz ,. Esto demuestra que el Z dirigir se muestra en la Figura A-4 interactúa con la impedancia de la red del transformador RLC, lo que provoca la variación de la respuesta del 0 dB respuesta plana esperado.

40 30

LV

Amplitud (dB)

20 10 - 100

- 20

HV

- 30 - 40 - 50 - 60 0

0.5

1

1.5

Frecuencia (MHz)

Figura A-5: Resultados de 'Cero-Check' (a través de AT y BT bujes).

2

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

54

pruebas A.2.4.3 de repetibilidad en HV devanado La medición de extremo a extremo a través de la HV devanado se repitió al final de la secuencia de prueba para evaluar el grado de repetibilidad alcanzable en la práctica al hacer mediciones a través de grandes casquillos de alta tensión. Figura A-6 muestra la comparación de los resultados obtenidos por los probadores de FRA. Las diferencias en las frecuencias altas parecían ser debido a diferencias en las configuraciones de los cables de prueba, en particular las prácticas diferentes que se utilizan para conectar a tierra los cables de prueba, y esto parecía afectar a la alcanzable repetibilidad por encima de aproximadamente 500 kHz. se observa mejor repetibilidad cuando se usa trenza para conectar a tierra los cables de prueba al tanque (B y H) y si estas extensiones de tierra se mantienen lo más corto posible.

Un ensayo posterior se organizó en Northfleet para investigar los efectos de las variaciones en el cableado prácticas (sección A.2.5).

si

UN

- 10 0

10

0 10

Amplitud (dB)

- 10

- 20 - 30 - 40

- 100

- 20

- 20

- 30

- 30 - 40 - 50

- 50

- 60

- 60

- 70 0

0.5

1.5

1

Amplitud (dB)

20

Amplitud (dB)

C

- 60

- 80

0,5

1

1,5

2

0,5

0

Frecuencia (MHz)

y (MHz)

frequenc

- 50

- 70

0

2

- 40

re

1

1,5

2

1,5

2

1,5

2

Frecuencia (MHz)

F

mi - 20 - 30

- 30 - 40 - 50

- 40

10 - 10 0

- 50

- 20

- 60 - 70 - 80

- 60

- 90

- 70

- 100 0

0,5

1

1,5

Amplitud (dB)

- 20

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

10 - 10 0

2

- 40 - 50 - 60 - 70

0

0,5

1

1,5

2

yo

- 20

- 20 - 30

- 40

- 40

- 20

- 50

- 50

- 30 - 40 - 50

Amplitud (dB)

- 30

Amplitud (dB)

10 - 100

- 60 - 70 - 80

- 60 - 70 - 80

- 60

- 90

- 90

- 70

- 100

- 100

0,5

1

Frecuencia (MHz)

H

sol

0

0,5

0

Frecuencia (MHz)

Frecuencia (MHz)

Amplitud (dB)

- 30

1

Frecuencia (MHz)

1,5

2

0

0,5

1

1,5

2

Frecuencia (MHz)

Figura A-6: Repetibilidad pone a prueba en el devanado de alta tensión.

0

0,5

1

Frecuencia (MHz)

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

55

Las mediciones A.2.4.4 en bobinados de baja tensión

Las mediciones en ambos devanados LV idénticos demostraron que la repetibilidad de hasta 2 MHz no era un problema para mediciones en los devanados de baja tensión con sus cortos casquillos (Figura A-7). se sospechaba diferencias sutiles entre diferentes sistemas de medición que se debe a la variación de impedancia de entrada. Todos los resultados muestran una variación similar entre los devanados de baja tensión debido a la pequeña asimetría entre las dos extremidades. Considerando que la impedancia medida afectada detalle la forma y amplitud nivel de las resonancias, no hubo evidencia de que cualquier valor de la impedancia en particular era de particular beneficio. Se necesita más investigación para determinar si la impedancia medida tiene una influencia sobre la sensibilidad al devanado de desplazamiento. Para el mejor coherencia entre dos conjuntos diferentes de los resultados, la misma impedancia de medición debe ser utilizado.

si

UN

- 10 0

- 20 - 30 - 40

10

10

- 10 0

- 10 0

Amplitud (dB)

10

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

20

C

- 20 - 30 - 40

0,5

1

1,5

2

- 30 - 40 - 50

- 50 0

- 20

0

0,5

Frecuencia (MHz)

1

1,5

2

0

0,5

re

1

1,5

2

1,5

2

1,5

2

Frecuencia (MHz)

Frecuencia (MHz)

F

mi - 30 - 40

10

- 20 - 30 - 40 - 50

- 10 0

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

10

- 50

- 10 0

- 60 - 70 - 80 - 90

0

0,5

1

1,5

2

0,5

1

1,5

2

0

0,5

Amplitud (dB)

- 20 - 30 - 40

yo

- 20

- 20

- 30

- 30

- 40

- 40

Amplitud (dB)

10

- 50 - 60 - 70 - 80

- 50 1

Frecuencia (MHz)

1,5

2

1

Frecuencia (MHz)

H

- 10 0

Amplitud (dB)

- 40

Frecuencia (MHz)

sol

0,5

- 30

- 50 0

Frecuencia (MHz)

0

- 20

- 50 - 60 - 70 - 80

0

0,5

1

1,5

2

Frecuencia (MHz)

0

0,5

1

Frecuencia (MHz)

Figura A-7: Mediciones en idénticas devanados LV1 y LV2. A.2.4.5 Efecto de la dirección de medición en HV prueba de extremo a extremo HV pruebas de extremo a extremo se realizaron con la fuente en el terminal HV y en el terminal neutral para investigar cómo la dirección de la medición afectado los resultados. Un efecto significativo por debajo de 100 kHz se encontró para los probadores utilizando alta impedancia de entrada, que no era el caso para las mediciones de baja impedancia (Figura A-8). Con ello se espera a partir del teorema de reciprocidad para redes pasivas. Para una alta impedancia medida, la variación inducida por la dirección de medida es posiblemente debido a la asimetría de la impedancia en los puntos de respuesta y de referencia. También se encontraron algunas diferencias en las frecuencias mayor que 1 MHz para todas las prácticas de prueba, presumiblemente debido a las prácticas de cableado inconsistentes.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

56

50- Ω medición

De alta impedancia (10 M Ω)

5 -5

30

- 15

20 10

- 35

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 25

- 45 - 55 -sesenta y cinco

- 10 0

- 20 - 30 - 40

- 75

- 50

- 85

- 60 - 70

- 95

100

1000

100

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

Figura A-8: Efecto de la dirección de medición (HV de extremo a extremo).

Medición A.2.4.6 a través de HV bobinado con LV en cortocircuito mediciones de corto circuito (a través de la HV de enrollamiento con la LV en cortocircuito, la Figura A-9) permiten la influencia de baja frecuencia del núcleo a ser reducido. La primera frecuencia de resonancia se incrementa debido a la inductancia del transformador con un devanado en cortocircuito-se reduce significativamente (reactancia de fuga en lugar de la inductancia de magnetización del núcleo).

A partir de las mediciones de baja impedancia, es posible calcular la impedancia de fuga de la respuesta de baja frecuencia de la prueba de cortocircuito. La relación entre la respuesta FRA complejo (utilizando 50- Ω impedancia de entrada) y la impedancia de baja frecuencia del transformador ( Z) se muestra a continuación:

sr

50 ∠50 VV θ+= Z ΩΩ

Sabiendo que el modelo de baja frecuencia del transformador cortocircuitado es una resistencia dependiente de la frecuencia en serie con una inductancia ( Z ≅ R + j ω L), es fácil de calcular estos valores de la respuesta FRA. Por ejemplo, la inductancia de dispersión del transformador (a 1 kHz) calculada a partir de la respuesta de cortocircuito FRA de la figura A-9 es de 269 mH. Este valor puede compararse con las pruebas futuras utilizando la misma configuración de prueba.

- 10 0

- 20

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90

0,1

1

10

100

1000

10000

Frecuencia (kHz)

Figura A-9: Open (rojo) y de cortocircuito (azul) mediciones (Test de configuración D).

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

57

A.2.4.7 Efecto de la posición de toma de tipos de pruebas diferentes FRA

El efecto de la posición del cambiador de tomas en carga (vs. max max-1) se investigó para varios tipos de ensayo: de extremo a extremo, capacitivos inter-arrollamiento y inductivo-inter devanado (Figura A-10). La prueba de extremo a extremo fue la prueba más sensible seguida de la prueba de cuerda entre inductivo. La prueba de inter-bobina capacitiva era casi insensible a la posición de toma.

La relación de transformación vueltas (TTR) se puede calcular a partir de la inductiva de baja frecuencia inter- devanado de prueba. En este caso, el máximo. y las posiciones máx-1 tap dan -22,178 dB (0,07782) y

- 22,082 dB (0,07869), respectivamente. Estos valores son casi idénticos a los datos de placa (variación de 0,2%). se obtiene Este buen acuerdo sólo si el instrumento de prueba proporciona una muy buena precisión en las frecuencias bajas (mejor que 0,1 dB).

Capacitiva inter-bobina

- 100

- 100

- 20

- 20

- 30

- 30

- 40

- 40

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

De extremo a extremo

- 50 - 60 - 70 - 80

- 50 - 60 - 70 - 80

- 90

- 90

- 100

- 100 100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

(Hz)

Inductivo inter-bobina

Inductivo inter-bobina (baja frecuencia) - 22

- 10 0

- 22,05

- 20

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 30 - 40 - 50 - 60

- 22,1

- 22,15

- 22,2

- 70

- 22,25

- 80

100

1000

10000 100000 1000000 1E + 07 Frecuencia (Hz)

100

102

104

106

Frecuencia (Hz)

Figura A-10: Efecto de la posición de toma en tres pruebas FRA diferentes (rojo = max - azul = máx-1.).

108

110

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

58

A.2.5 Taller de prueba FRA Northfleet Siguiendo el programa de pruebas en la fábrica de Siemens, una segunda sesión de pruebas se organizó en una subestación fuera de servicio de la red nacional del Reino Unido en Northfleet a:

•

Investigar los efectos de las variaciones de cableado prácticas sobre mediciones FRA;

•

Evaluar la máxima frecuencia utilizable para cada variación;

•

Describir las mejores prácticas;

•

comparar los resultados de varios instrumentos que utilizan una práctica común de cableado en comparación con el uso de sus propios cables.

Esta sección resume el programa de pruebas, los resultados y las conclusiones principales.

Objeto de prueba A.2.5.1

Las pruebas se realizaron en un autotransformador trifásico nominal 400/275 kV, 500 MVA.

A.2.5.2 lista de pruebas Todas las mediciones se tomaron en la fase C de la serie de alta tensión de bobinado. Los cables en todas las pruebas tuvieron que ser conectado a través del casquillo 400 kV y el casquillo 275-kV. Un total de 56 pruebas de la participación de 10 instrumentos diferentes se llevaron a cabo pero sólo los principales resultados se presentan aquí. Un instrumento utiliza una impedancia de medición 10-Ω y todos los demás utiliza 50 Ω.

Análisis de los Resultados A.2.5.3 Figura A-11 muestra las mediciones usando diferentes disposiciones de los cables de prueba para la conexión del sistema de medición a los casquillos (varias longitudes y disposiciones de extensión de tierra). Figura A-12 ilustra una segunda serie de pruebas usando una disposición de plomo común utilizando corto trenza y diferentes instrumentos. Estas cifras demuestran claramente que la reproducibilidad de la medición FRA se mejora significativamente mediante el uso de trenzas y práctica sistemática de puesta a tierra. Se ha demostrado también que el sistema de adquisición de datos en sí no es responsable de las desviaciones que se muestran en la Figura A-11, sino más bien la configuración del cable de prueba.

- 20 - 25

- 10 0

- 30

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 20 - 30 - 40 - 50

- 35 - 40 - 45 - 50 - 55 - 60

- 60 0

500000

1000000 1500000 2000000 Frecuencia (Hz)

0

100000 200000 300000 400000 500000 Frecuencia (Hz)

T1 T2 T3 T4 T5 T10 T11 T52 T53

T1 T2 T3 T4 T5 T10 T11 T52 T53

Figura A-11: Mediciones utilizando diversas prácticas de cableado y un solo instrumento.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

59

- 20 - 25

- 10 0

- 30

- 30

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 20

- 40 - 50 - 60

- 35 - 40 - 45 - 50 - 55 - 60

- 70 0

500000

1000000 1500000 2000000 Frecuencia (Hz)

T15 T32 T16 T33 T34 T35 T36 T38 T37

0

100000 200000 300000 400000 500000 Frecuencia (Hz)

T15 T32 T16 T33 T34 T35 T36 T38 T37

Figura A-12: Mediciones utilizando diferentes instrumentos y un cableado estandarizado

práctica.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

60

Los métodos 'inversa' 'estándar' y (como se describe en la sección 2.2.1 del folleto) se compararon y los resultados se muestran en la Figura A-13. A partir de estos resultados, se concluye que ambas técnicas pueden ser comparadas en el rango de frecuencia útil, que incluye las resonancias significativas del devanado (500 kHz a continuación).

'Estándar' repetibilidad prueba - 20 - 25

- 10 0

- 30

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

*

- 30

- 20

- 40 - 50 - 60

- 35 - 40 - 45 - 50 - 55

- 70

- 60 0

500000

1000000

1500000

2000000

100000 200000 300000 400000 500000

0

Frecuencia (Hz)

Frecuencia (Hz)

T15 T32

T15 T32

'Reverse' repetibilidad prueba - 20 - 25

- 10 0

- 30

- 30

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 20

- 40 - 50 - 60

- 35 - 40 - 45 - 50 - 55

- 70

- 60 0

500000

1000000 1500000 2000000 Frecuencia (Hz)

100000 200000 300000 400000 500000

0

Frecuencia (Hz) T9 T51

T9 T51

Comparación entre los métodos 'inversa' 'estándar' y - 20 - 25

- 10 0

- 30

- 30

Amplitud (dB)

Amplitud (dB)

- 20

- 40 - 50 - 60

*

- 35 - 40 - 45 - 50 - 55 - 60

- 70 0

500000

1000000 1500000 2000000 Frecuencia (Hz)

0

100000 200000 300000 400000 500000 Frecuencia (Hz)

'estándar' 'marcha atrás'

'estándar'

'marcha atrás'

Figura A-13: Comparación de los métodos de ensayo 'estándar' y 'inversa'.

* Las pequeñas variaciones de baja frecuencia se deben a la reducción del número de puntos para acelerar la medición ya que el interés principal era para obtener resultados de alta frecuencia.

Apéndice: Evaluación de las Prácticas FRA - WG Talleres

61

A.3 Conclusión La prueba FRA talleres realizados por los miembros del GT produjo una mejor comprensión de las diferencias en las prácticas FRA utilizados por usuarios con experiencia y antecedentes relevantes proporcionado por las recomendaciones WG A2.26 para la normalización.

Se demostró claramente que la normalización de las buenas prácticas de cableado es necesario para tomar ventaja de la sensibilidad demostrada de esta medición de alta frecuencia. Esto está directamente relacionado con la interpretación, ya que es crítico para ser capaz de identificar FRA desviaciones de la curva inducidas por la propia medición para evitar erróneamente atribuyéndolos a un fallo dentro del transformador. La comparación de las diferentes mediciones en el transformador probado, las mediciones de extremo a extremo a través de los devanados de AT y BT dieron respuestas muy diferentes y resonancias, mientras que las mediciones de bobinado interrelaciones entre estos devanados dieron respuestas que parecían ser intermedio en forma, con una más similitud pronunciada a la respuesta de alta tensión. Se observó que la respuesta capacitiva inter-bobina era casi insensible a la posición de toma en el caso estudiado.

También se encontró que el valor de la impedancia medida puede tener un impacto significativo sobre la respuesta FRA. Normalización de la impedancia medida por el usuario FRA es necesario para interpretar los resultados.

Si se diseña adecuadamente, el sistema de medición (usando técnicas de impulso o barrido de frecuencia) no debería afectar el resultado de la medición en el rango de frecuencias cubierto por el equipo de prueba.