The paper presents the idea of a Cross Test Comparison (CTC) method for the analysis of Frequency Response measurement results. FRA is used to detect deformations or electric faults in transformer windings. At the current stage of FRA method development, it is possible to perform repetitive measurements, however there are still problems with interpretation of test results. Authors of this paper found that analysis of results coming from two test setups (end-to-end and interwinding capacitive), which is done simultaneously is a more sensitive tool to detect some faults, and in addition it binds the influence of both voltage sides of a transformer in a single test result. The paper contains results obtained from laboratory tests, where controlled deformations were introduced into windings and also measurements from industry. The CTC method combines both the end-to-end and capacitive interwinding measurements into a single dataset, by subtracting the amplitudes at the corresponding frequencies. The resulting combined dataset is more sensitive in identifying deviations from baseline measurements.
W pracy przedstawiono wartości natężenia prądu upływu powierzchni izolatorów trakcyjnych kompozytowych uzyskane w czasie badań starzeniowych oraz obliczeń symulacyjnych za pomocą modeli elektrycznych perkolacji ich powierzchni. Badania procesu starzenia izolatorów trakcyjnych przeprowadzono w stosownej komorze starzeniowej przy odpowiedniej wartości napięcia sieci i określonym stężeniu solanki w postaci mgły. Pomiary i rejestrację prąd upływu powierzchni starzonych izolatorów trakcyjnych dokonywano za pomocą specjalnie zbudowanego urządzenia. Natomiast obliczenia symulacyjne prądu upływu powierzchni starzonych izolatorów trakcyjnych dokonano za pomocą modeli elektrycznych perkolacji (perkolacja dla gałęzi na sieci) ich powierzchni. Modele elektryczne perkolacji stanowią obwody elektryczne, które składają się z sieci kwadratowych o charakterze impedancyjnym oraz odpowiednich źródeł napięcia o określonej częstotliwości. Modele elektryczne perkolacji zawierają losowe sposoby zwierania gałęzi na sieciach. Procedura obliczeń symulacyjnych prądu upływu starzonych izolatorów trakcyjnych polegała na stworzeniu ich schematów zastępczych powierzchni oraz zadeklarowaniu stosownych analiz prądowych w programie PSpice. Uzyskane w ten sposób wartości natężenia prądu upływu powierzchni izolatorów prętowych porównano z wartościami wyznaczonymi doświadczalnie podczas badań starzeniowych. Otrzymano podobne wartości natężenia prądu upływu powierzchni izolatorów w wyniku obliczeń symulacyjnych (teoria perkolacji) oraz pomiarów laboratoryjnych.
EN
The paper presents the value of traction composite insulator surface’s leakage current obtained during the study of aging and the simulation calculations using electrical models of their surface’s percolation. The research of traction insulators going process have been conducted in the appropriate chamber at a suitable voltage value with a certain concentration of the brine in the form of mist. The measurement and registration of surface leakage current of aged traction insulators have been made using specially developed equipment. The simulation calculations of aged traction insulators surfaces’ leakage have been made using the models of their surface’s electrical percolation (percolation for the branch network). Electrical percolation models represent electric circuits, which consist of impedance square networks and the corresponding voltage sources of a specific frequency. The electric percolation models include the random ways of closing the branches on the network. The procedure of simulation calculations of aged traction insulators surfaces’ leakage current was to create their surfaces’ substitute diagrams and to declare the relevant current analyzes in PSpice software. The obtained values of rod insulators surfaces’ leakage current have been compared with the values designated experimentally during the aging researches. The values of insulators surfaces’ leakage current obtained as a result simulation calculations (percolation theory)were similar to the laboratory measurements.
The diagnostics of power transformers is a very fast developing branch. Due to increasing average age of assets and changes in asset management strategies, nowadays companies introduce asset management based on technical condition. One of important methods used for diagnostics of a transformer’s active part is Frequency Response Analysis (FRA). It allows determination of mechanical condition of windings, their displacements, deformations and electric faults, as well as some problems with internal leads and connections, core and bushings. In the FRA measurements of many power transformers there can be observed a first resonance, which position on frequency axis and damping factor seems to be similar for primary and secondary windings. The authors are going to explain this strange phenomenon, not depending on inductance of the winding being measured.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W zakresie częstotliwości do 10 kHz rdzeń transformatora ma decydujący wpływ na kształt charakterystyki częstotliwościowej uzwojenia. Przedstawiono metodę modelowania uwzględniającą laminację rdzenia oraz jego konduktywność. W podanym zakresie częstotliwości występuje rezonans powodowany obecnością innych, w danej chwili niepodlegających pomiarowi, uzwojeń. Pokazano prosty sposób uwzględnienia wpływu tych uzwojeń w modelu o stałych skupionych.
EN
In the frequency range up to 10 kHz transformer’s core has a principal influence on the shape of the frequency response of the winding. The paper presents a modeling method taking into account the core lamination and its conductivity. In the given frequency range there can be found a resonance caused by the presence of others windings, at the moment not being measured. A simple way to take into account the impact of these windings in the lumped parameter model is shown.
One of important methods used for diagnostics of a transformer’s active part is Frequency Response Analysis (FRA). It allows to determine the mechanical condition of windings, their displacements, deformations and electric faults, as well as some problems with internal leads and connections, core and bushings. Still pending problem is interpretation of measurements results. One of approaches is application of computer modeling to simulate various failure modes and connected with them changes in FRA response. The paper presents two types of models, one based on lumped parameters with RLC elements, and one based on distributed parameters with TLM method. Both methods give similar results, comparable to real measurements of simulated coil.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań FRA (ang. Frequency Response Analysis) w czasie deformacji przeprowadzonych w laboratorium na transformatorze o mocy 800 kVA. Symulowano odkształcenia poosiowe i promieniowe, jak również zwarcia. Wyniki umożliwiają identyfikację charakterystycznych częstotliwości związanych z badanymi defektami. Zostaną one wykorzystane wraz z rezultatami badań wykonanych na innych jednostkach do ujednolicenia identyfikacji uszkodzeń uzwojenia. Dodatkowo przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na autotransformatorze o mocy 160 MVA. Okazało się, że przy dużych gabarytach geometrycznych niebezpieczne deformacje mogą pozostać niewykryte przez metodę FRA.
EN
The paper presents results of FRA measurements obtained from deformational tests in laboratory on the 800 kVA transformer. Tested unit had various failure modes simulated, such as radial and axial deformations and short-circuits. It allowed to identify characteristic frequencies affected by various failures, which will be used, with results from other units, to generalize identification of failures. Additional results come from similar tests performed on 160 MVA autotransformer. It was found that due to its geometrical size dangerous deformations could stay undetected.
The diagnostics of power transformers is a very fast developing branch, due to increasing average age of assets and changes in asset management strategies, nowadays companies introduce asset management based on technical condition. One of important methods used for diagnostics of a transformer’s active part is Frequency Response Analysis (FRA). It allows determination of mechanical condition of windings, their displacements, deformations and electric faults, as well as some problems with internal leads and connections, core and bushings. For the aim of windings impedance modeling the RLC models are applied. The idea of lumped parameters models was presented in [6]. The new universal model basing on circuit solution is developed in this paper. Lumped parameters used are calculated with finite element method and Maxwell package. The examples of models created for simple windings were compared to real measurements.
The paper presents results of deformational tests conducted on the real transformer. The aim of the research was to compare the influence of various winding deformations on the frequency response measured in standard end-to-end connection setup as well as in interwinding setup. The results showed that for all kinds of simulated deformations interwinding measurements show changes in wide frequency range. In many cases these changes are easier to be detected than for end-to-end measurements. It is recommended to perform interwinding measurements for transformers having changes in frequency response after standard end-to-end tests.
PL
W artykule przedstawiono wyniki badań mających na celu określenie wpływu lokalizacji i skali deformacji w uzwojeniu transformatora na jego odpowiedź częstotliwościową, której pomiar realizowany był w kilku różnych układach pomiarowych. Standardowym układem pomiarowym, zalecanym również przez wprowadzaną właśnie normę IEC 60076-18, jest pomiar pomiędzy końcami uzwojenia danej fazy. Przedstawione w artykule wyniki pomiarów przy różnych deformacjach, wskazują że większą czułość wykazuje układ międzyuzwojeniowy. Jest on realizowany przy podłączeniu aparatury pomiarowej na wejścia uzwojeń strony niskiej oraz wysokiej danej fazy, przy przeciwnych końcach otwartych (dla tzw. pomiaru pojemnościowego) lub uziemionych (dla tzw. pomiaru indukcyjnego). Dlatego zaleca się wykonywanie takich pomiarów w przypadkach, gdy podstawowy pomiar pomiędzy końcami uzwojenia (tzw. end-to-end) wskaże na różnice pomiędzy przebiegami referencyjnym oraz aktualnym dla danej fazy. W przypadkach braku różnic dla standardowego układu wykonywanie pomiarów międzyuzwojeniowych nie jest konieczne.
The diagnostics of power transformers is a very fast developing branch, due to increasing average age of assets and changes in asset management strategies, nowadays companies introduce asset management based on a real technical condition. One of important methods used for diagnostics of a transformer’s active part is Frequency Response Analysis (FRA). It allows determination of mechanical condition of windings, their displacements, deformations and electric faults, as well as some problems with internal leads and connections, core and bushings. For the aim of windings impedance modeling the RLC models are applied. The idea of lumped parameters models was presented in [6]. The new universal model basing on circuit solution is developed in this paper. Lumped parameters used in calculations are obtained with finite element method and Maxwell package. The examples of models created for simple windings were compared to real measurements.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono cztery metody umożliwiające określenie parametrów, które zmieniają się wraz z geometrią uzwojenia i mają największy wpływ na zmiany w jego odpowiedzi częstotliwościowej. Przeprowadzono analizę wyników pomiarów podczas deformacji uzwojenia, pomiary z dołączonymi do uzwojenia rzeczywistymi elementami R, L i C, model obwodowy, a także model polowy oparty o obliczenia metodą elementów skończonych. Wyniki uzyskane ze wszystkich metod mają podobne rezultaty i wskazują na dominujący wpływ pojemności przy deformacji uzwojenia.
EN
The paper describes four approaches to determination of parameters changing with winding’s geometry and having the biggest influence on its frequency response. There were used results of deformational measurements, tests with additional R, L and C elements added into the circuit, lumped parameters circuit model and field model based on FEM calculations. The results obtained from all four methods are similar and show that the biggest influence on frequency response has capacitance.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono metodę modelowania odpowiedzi częstotliwościowej uzwojenia transformatora wykorzystującą elementy linii długiej. Uzyskane wyniki symulacji porównano z pomiarem przeprowadzonym na rzeczywistym fragmencie uzwojenia, uzyskując zbliżony kształt przebiegu odpowiedzi częstotliwościowej. Nowa metoda, po uzyskaniu odpowiednio dużej dokładności obliczeń, umożliwi dokładne odwzorowanie rzeczywistych przebiegów.
EN
The paper presents the method for frequency response simulation based on transmission line elements. The results obtained from simulation were compared to data measured on a disc taken from the real winding. It was found that both curves were similar. The new method, when improved with higher accuracy of calculations, will allow exact simulations of the real frequency responses.
The diagnostics of power transformers is a very fast developing branch, due to increasing average age of assets and changes in asset management strategies, nowadays companies introduce asset management based on technical condition. One of important methods used for diagnostics of a transformer’s active part is Frequency Response Analysis (FRA). It allows determination of mechanical condition of windings, their displacements, deformations and electric faults, as well as some problems with internal leads and connections, core and bushings. For the aim of windings impedance modeling the transmission-line models are applied. The idea of TLM was presented in [1], While the length of transformer wires is comparable to wave length at high frequency, such approach is reasonable. The paper presents examples of models created for simple windings.
The diagnostics of power transformers is a very fast developing branch, due to increasing average age of assets and changes in asset management strategies, nowadays companies introduce asset management based on technical condition. One of important methods used for diagnostics of a transformer’s active part is Frequency Response Analysis (FRA). It allows determination of mechanical condition of windings, their displacements, deformations and electric faults, as well as some problems with internal leads and connections, core and bushings. For the aim of windings impedance modeling the transmission-line models are applied. The idea of TLM was presented in [1]. While the length of transformer wires is comparable to wave length at high frequency, such approach is reasonable. The paper presents examples of models created for simple windings.
Artykuł omawia wyniki badań deformacyjnych przeprowadzonych na autotransformatorze RTdxP 160 MVA. Badania polegały na kontrolowanym wprowadzaniu zmian w strukturę transformatora i rejestrowanie ich wpływu na pomiary odpowiedzi częstotliwościowej (FRA). Zbadano w ten sposób wpływ rodzaju medium izolacyjnego oraz deformacje w uzwojeniach regulacyjnym i wysokiego napięcia (szeregowym). Uzyskane wyniki umożliwiły wyciągnięcie wniosków dotyczących poprawnej interpretacji i analizy krzywych FRA.
EN
Results of deformational tests performed on RTdxP 160 MVA autotransformer are described in the paper. It was based on the infliction of controlled changes in transformer's structure, and changes in measurements of FRA curves (Frequency Response Analysis) were detected. The first issue analyzed in the experiment was change of insulating liquid. It gave clear results - a shift of transformer response along frequency, resulting from permittivity changes of insulating medium. Following tests showed influence of rough deformations of regulation windings, as well as, influence of small deformations in series winding (HV). Part of the HV winding was deformed axially and radially. Also some short-circuits between windings were simulated. On the base of obtained results it was possible to draw conclusions concerning correct interpretation and analysis of FRA results. One of important conclusions is that small changes in winding geometry or local short-circuits can be difficult to detect in case of geometrically large transformers.
Analiza odpowiedzi częstotliwościowej (FRA - Frequency Response Analysis) jest jedną z metod diagnostycznych transformatorów energetycznych. Obecnie pomiary wykonywane są w oparciu o doświadczenie diagnosty i instrukcje przyrządów pomiarowych. W ciągu kilkunastu miesięcy opracowana zostanie norma IEC 60076-18, która usystematyzuje technikę wykonywania pomiarów i właściwości przyrządów pomiarowych. Autor, biorąc udział w pracach grupy przygotowującej tę normę, omawia w artykule podstawowe wytyczne do wykonywania takich pomiarów, ze szczególnym uwzględnieniem czynników zależnych od przyzwyczajeń diagnostów, które łatwo można dostosować do znormalizowanych zasad.
EN
Frequency Response Analysis (FRA) is one of diagnostic methods for power transformer state. At present measurements are taken on the base of diagnostic personnel experience and manuals of commercial devices. There are some important measuring issues, given in the paper, which are interpreted in different ways by various diagnostic companies. This leads to difficult or even impossible analysis of measured data, as the FRA method is based on com-parison, very often visual, of recorded curves. In over one year there will be published IEC 60076-18 standard, which describes techniques of taking the measurements and properties of measuring devices. The author is a member of working group preparing this standard. This paper describes basic principles of FRA mea-surements, with focus on issues which have significant impact on measurements, but often depend on personnel habits and can be easily adopted to IEC standard.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono badania dotyczące wpływu zwarć w uzwojeniach transformatora na rejestrowaną odpowiedź częstotliwościową – metodą FRA (Frequency Response Analysis). Zwarcia mają duży wpływ na kształt krzywej FRA w zakresie częstotliwości charakteryzującym obwód magnetyczny, co pozwala jednoznacznie identyfikować powstanie zwarcia. Dodatkowo w zakresie wyższych częstotliwości występują zmiany zależne od miejsca i skali zwarcia, na podstawie których możliwe jest dokładne określenie położenia i rozmiaru tego defektu. Prace eksperymentalne i modelowe wskazują, że jest możliwe przeprowadzenie analizy wyników pomiarowych FRA pod tym kątem.
EN
The paper presents research on influence of short-circuits in transformer windings on frequency response measured with FRA method (Frequency Response Analysis). Short-circuits have significant influence on the shape of FRA curve in frequencies responsible for magnetic circuit, which allows clear identification of short-circuit presence. In addition in higher frequencies range there are changes dependent on the location and scale of short-circuit, which can help to determine size and location of defect. Experimental studies and computer modeling showed that it is possible to conduct analysis of measurement results in this direction.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents results of the research on power of corona discharges generated in two models of corona reactor with dielectric barrier. Influence of value and polarity of voltage on power of corona discharges was measured. There was also presented the new idea of DBD reactor construction. It is based on placing the barrier near corona electrode, not on grounded electrode as before. The analysis and measurements showed, that such construction allows generation of corona discharges with relatively low voltages and large electrode spacing.
PL
Przedstawiono wyniki pomiarów mocy wyładowań koronowych generowanych w dwóch modelach reaktorów z barierą dielektryczną. Wyznaczono moc generowaną dla dodatniego i ujemnego półokresu napięcia. Przedstawiono ideę nowej konstrukcji reaktora DBD. Polega ona na wykonaniu bariery wokół ostrza koronującego, a nie na elektrodzie uziemiającej. Analizy i pomiary wykazały, że w takim układzie możliwa jest intensywna generacja wyładowań koronowych przy relatywnie niskich napięciach i dużych odległościach międzyelektrodowych.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono czynniki mające zasadniczy wpływ na poprawność pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej uzwojenia transformatora oraz omówiono charakterystyczne zmiany w rejestrowanych krzywych dla typowych defektów w uzwojeniach. Znajomość powyższych zagadnień umożliwia detekcję deformacji w uzwojeniu, w oparciu o porównanie rejestrowanych przebiegów FRA.
EN
The paper describes factors that influence correctness of frequency response measurement of transformer winding. Characteristic changes in measured curves observed for various typical defects in windings have also been analyzed. Introduction of these data for analysis of FRA results allows proper identification of defect, by comparison of FRA curves.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents results of modeling deformations of real transformer’s winding. At first stage the winding was deformed in various ways, and its response was recorded. Then a computer model of ‘healthy’ winding was prepared, with FRA curve comparable to the real object. In the next stage the deformation in winding was modeled, which was compared to measured data. It turned out that by using even a simplified model the curves similar to real ones can be obtained. Hence it is possible to simulate deformations by applying such computer model.
PL
W artykule omówiono wyniki modelowania deformacji uzwojenia transformatora. Na wstępie uzwojenie poddano kontrolowanym deformacjom i zarejestrowano jego odpowiedź częstotliwościową. Następnie opracowano model komputerowy nieuszkodzonego uzwojenia o porównywalnej krzywej FRA do rzeczywistego obiektu. W dalszym etapie pracy zamodelowano deformację uzwojenia. Okazało się, że nawet wykorzystanie do tego celu uproszczonego modelu umożliwia uzyskanie zbliżonych zmian w krzywych FRA, tym samym model taki może być wykorzystywany do symulacji deformacji uzwojeń transformatorów.
The diagnostics of power transformers is very important in order to plan repairs and replacements of aged population of transformers operated in Poland and Europe. One of these methods is Frequency Response Analysis - FRA. It can detect any mechanical changes in active part of transformer, which may even lead to serious faults of units in service. As the method is based on comparison of measured curves, which are not always available from previous measurements the computer modeling was applied to create models of windings’ response. The paper presents examples of models created for simple windings and also for real transformer with some deformations of windings simulated.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.