Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте

Рассмотрены методические погрешности измерений электрических величин при проведении диагностики электроэнергетического оборудования, обусловленные влиянием как внешних помех, так и неинформативных параметров измерительных цепей. Обоснованы математические выражения для автоматической вычислительной к...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2009
Hauptverfasser: Борщев, П.И., Ободовский, В.Д.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут електродинаміки НАН України 2009
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/13086
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте / П.И. Борщев, В.Д. Ободовский // Техн. електродинаміка. — 2009. — № 5. — С. 69-74. — Бібліогр.: 4 назв. — pос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-13086
record_format dspace
spelling Борщев, П.И.
Ободовский, В.Д.
2010-10-28T16:08:08Z
2010-10-28T16:08:08Z
2009
Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте / П.И. Борщев, В.Д. Ободовский // Техн. електродинаміка. — 2009. — № 5. — С. 69-74. — Бібліогр.: 4 назв. — pос.
0204-3599
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/13086
621.317
Рассмотрены методические погрешности измерений электрических величин при проведении диагностики электроэнергетического оборудования, обусловленные влиянием как внешних помех, так и неинформативных параметров измерительных цепей. Обоснованы математические выражения для автоматической вычислительной коррекции указанных погрешностей в комбинированных селективных измерителях электрических величин на промышленной частоте.
Розглянуто методичні похибки вимірювань електричних величин при проведенні діагностики електроенергетичного обладнання, що обумовлені впливом як зовнішніх завад, так і неінформативних параметрів вимірювальних кіл. Обґрунтовано математичні вирази для обчислювальної автоматичної корекції вказаних похибок у комбінованих селективних вимірювачах електричних величин на промисловій частоті.
The procedure errors of electric values measurements at power equipment diagnostics conduction caused by both influence of external disturbances and spurious parameters of metering circuits are considered. Mathematical expressions for automatic computational updating of the indicated errors in the combined selective measuring devices of electric values at commercial frequency are based.
ru
Інститут електродинаміки НАН України
Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці
Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
Correction of procedure errors of parameters measurements of power equipment at commercial frequency
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
spellingShingle Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
Борщев, П.И.
Ободовский, В.Д.
Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці
title_short Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
title_full Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
title_fullStr Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
title_full_unstemmed Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
title_sort коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте
author Борщев, П.И.
Ободовский, В.Д.
author_facet Борщев, П.И.
Ободовский, В.Д.
topic Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці
topic_facet Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці
publishDate 2009
language Russian
publisher Інститут електродинаміки НАН України
format Article
title_alt Correction of procedure errors of parameters measurements of power equipment at commercial frequency
description Рассмотрены методические погрешности измерений электрических величин при проведении диагностики электроэнергетического оборудования, обусловленные влиянием как внешних помех, так и неинформативных параметров измерительных цепей. Обоснованы математические выражения для автоматической вычислительной коррекции указанных погрешностей в комбинированных селективных измерителях электрических величин на промышленной частоте. Розглянуто методичні похибки вимірювань електричних величин при проведенні діагностики електроенергетичного обладнання, що обумовлені впливом як зовнішніх завад, так і неінформативних параметрів вимірювальних кіл. Обґрунтовано математичні вирази для обчислювальної автоматичної корекції вказаних похибок у комбінованих селективних вимірювачах електричних величин на промисловій частоті. The procedure errors of electric values measurements at power equipment diagnostics conduction caused by both influence of external disturbances and spurious parameters of metering circuits are considered. Mathematical expressions for automatic computational updating of the indicated errors in the combined selective measuring devices of electric values at commercial frequency are based.
issn 0204-3599
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/13086
citation_txt Коррекция методических погрешностей измерений параметров электроэнергетического оборудования на промышленной частоте / П.И. Борщев, В.Д. Ободовский // Техн. електродинаміка. — 2009. — № 5. — С. 69-74. — Бібліогр.: 4 назв. — pос.
work_keys_str_mv AT borŝevpi korrekciâmetodičeskihpogrešnosteiizmereniiparametrovélektroénergetičeskogooborudovaniânapromyšlennoičastote
AT obodovskiivd korrekciâmetodičeskihpogrešnosteiizmereniiparametrovélektroénergetičeskogooborudovaniânapromyšlennoičastote
AT borŝevpi correctionofprocedureerrorsofparametersmeasurementsofpowerequipmentatcommercialfrequency
AT obodovskiivd correctionofprocedureerrorsofparametersmeasurementsofpowerequipmentatcommercialfrequency
first_indexed 2025-11-26T01:42:51Z
last_indexed 2025-11-26T01:42:51Z
_version_ 1850605418085089280
fulltext ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 69 УДК 621.317 П.И.Борщев, канд.техн.наук (Институт электродинамики НАН Украины, Киев), В.Д.Ободовский (НВП «ОСТ») КОРРЕКЦИЯ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЕ Рассмотрены методические погрешности измерений электрических величин при проведении диагностики электроэнергетического оборудования, обусловленные влиянием как внешних помех, так и неинформативных параметров измерительных цепей. Обоснованы математические выражения для автоматической вычислительной коррекции указанных погрешностей в комбинированных селективных измерителях электрических величин на промышленной частоте. Розглянуто методичні похибки вимірювань електричних величин при проведенні діагностики електроенергетичного обладнання, що обумовлені впливом як зовнішніх завад, так і неінформативних параметрів вимірювальних кіл. Обґрунтовано математичні вирази для обчислювальної автоматичної корекції вказаних похибок у комбінованих селективних вимірювачах електричних величин на промисловій частоті. В настоящее время для контроля технического состояния электроэнергетического оборудова- ния все чаще применяются комбинированные селективные измерители электрических величин на промышленной частоте [2,3]. Такой прибор заменяет несколько используемых ранее устройств и по- зволяет измерять как диэлектрические параметры высоковольтной изоляции, так и диагностические параметры силовых трансформаторов – коэффициент трансформации, мощность потерь в режимах холостого хода и короткого замыкания. Отличительная особенность прибора ─ проведение прямых измерений эффективных значений первых гармоник входных токов и напряжений и фазового угла между ними. Все необходимые параметры определяются расчетным путем по результатам прямых измерений. Результаты прямых измерений, выполняемых прибором, можно интерпретировать как пара- метры вращающихся на комплексной плоскости векторов, характеризующих собой два переменных сигнала промышленной частоты. Это позволяет использовать для расчета электрических цепей, в ко- торые включается прибор, математический аппарат метода комплексных амплитуд. Задачей настоя- щей работы является анализ специфических методических погрешностей, возникающих при измере- ниях диагностических параметров электроэнергетического оборудования, а также получение матема- тических выражений, на основе которых осуществляется вычислительная коррекция указанных по- грешностей. Первый случай – периодическое измерение диэлектрических характеристик высоко- вольтной изоляции. Для проведения таких измерений объект контроля отключают от рабочего напряжения и используют вспомогательный источник испытательного напряжения. При этом в большинстве случаев на объект действуют емкостные токи помех промышленной частоты от нахо- дящихся поблизости электрических шин и оборудования (токи влияния). Для исключения влияний этих токов наибольшее распространение получил расчетный метод, основанный на обработке резуль- татов двух измерений емкости и тангенса угла потерь изоляции, проведенных при фазах испыта- тельного напряжения, различающихся на 180° [4]. Рассмотрим особенности этого метода. На рис. 1 показан один из вариантов электрической схемы измерений диэлектрических параметров изоляции (так называемая «прямая» схема). Приняты следующие обозначения: ИДПИ – измеритель диэлектрических параметров изоляции, ИТ – испы- тательный повышающий трансформатор, П – переключатель полярности напряжения на первичной обмотке ИТ, С0 – емкость высоковольтной меры, СX – емкость изоляции (объект контроля), СП – па- разитная емкость между объектом контроля и источником помехи, UС – сетевое напряжение, UИ – испытательное напряжение, UП – напряжение влияющего источника (помехи), «I0» – вход измерителя, © Борщев П.И., Ободовский В.Д., 2009 70 ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 на который поступает ток меры емкости, «IX» – вход, на который поступает ток объекта, IП – ток помехи. Измерения производятся по схе- ме моста переменного тока, два плеча которого образованы ме- рой и объектом измерения, а другие два плеча – входными сопротивлениями измерителя. На рисунке показан ток помехи, втекающий на низковольтный вывод объекта измерения. Этот ток помехи оказывает наиболее существенное влияние на ре- зультат измерения. Токи помех на меру емкости исключаются благодаря тщательному экрани- рованию меры. Токи помех, по- падающие на другие точки схемы, приводят к изменению значения испытательного напряжения, что, как известно, не влияет на результат измерения в мостовых схемах. На рис. 2 показана векторная диаграмма токов и напряжений рассматриваемой схемы. При- няты следующие обозначения: 1ИU& , 2ИU& ─ векторы испытательных напряжений, 01I& , 02I& ─ векторы токов через меру емкости, 1XI& , 2XI& ─ векторы токов объекта, 1ПI& , 2ПI& ─ векторы токов помех, 1ΣI& , 2ΣI& ─ векторы токов, протекающих на вход «IX» измерителя (суммы токов объекта и помехи), ΣI& ─ сумма векторов 1ΣI& и 2ΣI& , δ ─ угол диэлектрических потерь объекта, Θ ─ фазовый угол тока по- мехи, ϕ1, ϕ2 ─ фазовые углы токов 1ΣI& и 2ΣI& . Индекс «1» относится к первому такту измерения, индекс «2» ─ ко второму. В первом такте измерений переключатель П устанавливают в положение «0». Устанавливают необходимый уровень испыта- тельного напряжения 1ИU& . Через меру емкости протекает ток 01I& , через объект измерения ─ 1ΣI& . Традиционные мостовые измерители диэлектрических пара- метров измеряют непосредственно емкость и тангенс угла потерь изоляции. Результаты измерений емкости XC ′ и тангенса угла по- терь δ ′tg в первом такте определяются по выражениям 01 11 0 coscos I IICC ПX X θδ + =′ , (1) θδ θδ δ coscos sinsin tg 11 11 ПX ПX II II + + =′ , (2) где 01I , 1XI , 1ПI ─ модули векторов (амплитуды токов), C0 ─ ем- кость меры. Затем испытательное напряжение уменьшают до нуля, пере- ключатель П устанавливают в положение «180», вновь увеличивают испытательное напряжение и производят измерение. Установить во Рис. 1 Рис. 2 ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 71 втором такте испытательное напряжение, точно равное напряжению в первом такте, невозможно. Поэтому на диаграмме амплитуда испытательного напряжения во втором такте 2ИU отличается от его амплитуды в первом такте 1ИU . Примем 12 ИUИ UKU = , (3) где KU – отношение испытательных напряжений в первом и втором тактах измерений. Изменение фазы испытательного напряжения на 180° приводит к изменениям фаз полезных токов на 180°. Предполагаем, что при этом амплитуда и фаза тока помехи не изменяются. Эта ситуация представлена на векторной диаграмме эквивалентным образом: фазы полезных токов остав- лены неизменными, а фаза тока помехи изменена на 180°. Через меру емкости протекает ток 02I& , через объект измерения ─ ток 2ΣI& . Амплитуды 02I и 2XI с учетом (3) определятся 0102 IKI U= , (4) 12 XUX IKI = . (5) Помеха по амплитуде не изменяется 12 ПП II = . (6) Результаты измерений емкости XC ′′ и тангенса угла потерь δ ′′tg во втором такте определим аналогично (1) и (2) с учетом выражений (4) ─ (6) 01 1 0 coscos IK IIK CC U ПXU X θδ − =′′ , (7) θδ θδ δ coscos sinsin tg 11 11 ПXU ПXU IIK IIK − − =′′ . (8) Расчетные результаты измерений емкости СX и тангенса угла потерь tgδ определяют следующим образом [4]: ,2/)( XXX CCC ′′+′= (9) ″+′ ″′′+′′ = XX XX CC CC δδ δ tgtg tg . (10) После подстановки (1) и (7) в (9), а также (2) и (8) в (10) и проведения упрощающих пре- образований получаем: 01 11 0 cos 2 1 cos I K K II CC U U ПX X θδ − + = , (11) θδ θδ δ cos 2 1 cos sin 2 1 sin tg 11 11 U U ПX U U ПX K K II K K II − + − + = . (12) Из сравнения выражения (11) с выражением (1), а также выражения (12) с (2) вытекает, что метод в рассматриваемых условиях не обеспечивает полного исключения влияния тока помехи. Фаза 72 ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 неисключенного тока помехи равна фазе исходного тока помехи, а амплитуда зависит от неравенства испытательных напряжений в первом и втором тактах измерения. К примеру, если исходный ток помехи составлял 10% тока объекта, а испытательное напряжение во втором такте отличалось от напряжения в первом такте на 1%, то амплитуда остаточной помехи составит 0,05% от тока объекта. Как указано в [4], наибольшая погрешность измерения тангенса угла потерь, равная отношению помехи к сигналу, возникает, когда ток помехи близок по фазе к активной составляющей тока объекта. В этом случае указанная погрешность составит 0,05%, что является недопустимым. Погрешность измерения тангенса угла потерь может быть исключена, если использовать ме- тод совмещения фаз тока объекта и тока влияния, предусматривающий использование фазоре- гулятора, включенного в цепи испытательного напряжения. С помощью фазорегулятора путем не- скольких итераций фазу испытательного напряжения устанавливают таким образом, чтобы емкостный ток объекта был либо синфазным, либо противофазным току помехи. После этого производят два измерения с переключением полярности испытательного напряжения, и по их результатам вычисляют емкость и тангенс угла потерь объекта. При этом не исключается погрешность измерения емкости, однако требования к этой погрешности существенно слабее, поэтому ею можно пренебречь. Недостатки такого метода: потребность в громоздком фазорегуляторе, который к тому же нуж- дается в трехфазном напряжении питания; высокие требования к квалификации персонала, произ- водящего измерения; большие затраты времени на настройку фазы испытательного напряжения; наличие большого выходного сопротивления фазорегулятора, что приводит к дополнительной по- грешности измерения из-за большого тока влияния, протекающего через источник испытательного на- пряжения [4]. Процедура исключения влияния токов помех значительно упрощается, если для измерений ис- пользовать упомянутые выше комбинированные селективные измерители электрических величин. Та- кой прибор непосредственно измеряет параметры векторов входных токов: фазовые углы ϕ1 и ϕ2, а также амплитуды 1ΣI , 2ΣI , 01I , 02I . Как видно из векторной диаграммы, представленной на рис. 2, сумма ΣI& векторов токов 1ΣI& и 2ΣI& , протекающих на входе « XI » измерителя в первом и втором тактах измерений, совпадает по фазе с током объекта измерения 1XI& . Для определения диэлектрических параметров объекта вначале вычисляются активная )Re( ΣI& и реактивная )Im( ΣI& составляющие суммарного вектора ΣI& (поскольку измеряются углы между век- торами и осью ординат, а не абсцисс, то в формулах косинусы и синусы меняются местами) 2211 sinsin)Re( ϕϕ ΣΣΣ += III& , (13) 2211 coscos)Im( ϕϕ ΣΣΣ += III& . (14) Заменим в выражениях (13) и (14) векторы 1ΣI& и 2ΣI& их составляющими θδθδ sinsinsinsin)Re( 1111 ПXUПX IIKIII −++=Σ & , (15) θδθδ coscoscoscos)Im( 1111 ПXUПX IIKIII −++=Σ & . (16) Составляющие тока помехи в выражениях (15) и (16) взаимно уничтожаются. Тангенс угла по- терь объекта вычисляется как отношение активной составляющей вектора ΣI& к его реактивной со- ставляющей: ).(Im)Re(tg .. ΣΣ= IIδ (17) Емкость объекта вычисляется как отношение реактивной составляющей вектора ΣI& к ампли- туде вектора 01I& , умноженное на корректирующий коэффициент: ./)Im()1( 01 . 1 IIKC UX Σ −+= (18) ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 73 Вычисления по формулам (13), (14), (17), (18) в разработанном устройстве осуществляет встроенный микропроцессор, на индикаторе оператор видит непосредственно расчетные результаты измерения емкости и тангенса угла потерь объекта. Разработанный метод обеспечивает по сравнению с известными более эффективное снижение влияния помех (при условии неизменности помехи за время проведения двух измерений). При этом нет необходимости в использовании громоздкого фазорегулятора и в дополнительных затратах вре- мени на настройку фазы испытательного напряжения. Экспериментальная проверка показала, что использование описанного метода позволяет прак- тически исключить влияние токов помех промышленной частоты, уровень которых достигает 10 % тока объекта измерения, при этом погрешность измерения тангенса угла потерь не превышает 0,01 %, т.е. соответствует погрешности прибора, которую он имеет в условиях отсутствия помех. Второй случай ─ измерение мощности потерь силового трансформатора в режиме холос- того хода. Традиционно этот параметр измерялся либо амперметром и вольтметром с последующим вычислением, либо ваттметром. В обоих случаях возникает методическая погрешность, зависящая от схемы включения приборов [1]: погрешность измерения напряжения, если вольтметр измеряет напря- жение на последовательно соединенных амперметре и объекте; погрешность измерения тока, если ам- перметр измеряет сумму токов, протекающих через объект и вольтметр. В комбинированном селективном измери- теле электрических величин указанная погрешность корректируется расчетным путем. На рис. 3 пока- зана схема измерения потерь трансформатора с ис- пользованием разработанного измерителя. На ри- сунке обозначено: КСИЭВ ─ комбинированный се- лективный измеритель электрических величин, ИСТ ─ испытываемый силовой трансформатор, UИ ─ испытательное напряжение, «UХ» ─ вход изме- ряемого напряжения, «IX» ─ вход измеряемого тока, RU, RI ─ входные сопротивления прибора. Векторная диаграмма токов и напряжений рассматриваемой схемы показана на рис.4, где: ИU& ─ вектор испытательного напряжения, XI& , 1XI& ─ прямой и инвертированный векторы тока объек- та, VI& ─ вектор тока, по- ступающего на вход «UX», ΣI& , 1ΣI& ─ прямой и инвертированный векто- ры тока, поступающего на вход «IX» измерителя (сумма токов объекта и «вольтметра»), ϕХ ─ фазовый угол объекта, ϕΣ1 ─ фазовый угол вектора то- ка, поступающего на вход «IX». В данной схеме «вольтметр» измеряет напряжение на объекте, а че- рез «амперметр» протекает ток ΣI& , равный сумме токов объекта и «вольт- метра». Поскольку оба входа прибора имеют общий контакт, подключен- ный к корпусу прибора, то ток, поступающий на вход «IX», противоположен по направлению току, поступающему на вход «UX». Результатами прямых измерений, производимых прибором, являются значения величин UX (амплитуда напряжения на объекте), 1ΣI и фазовый угол ϕΣ1. Для вычисления вектора тока через объект используется следую- щее выражение )( 1 VX III &&& +−= Σ . (19) Рис. 3 Рис. 4 74 ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 Амплитуда вектора VI& определяется как отношение измеренной амплитуды напряжения UX к входному сопротивлению RU, а фаза этого вектора принимается равной нулю, поскольку входное сопротивление прибора имеет активный характер. Следовательно, действительная и мнимая составляющие вектора тока объекта определяются по следующим выражениям: ,/cos)Re( 11 UXX RUII −−= ΣΣ ϕ& (20) 11 sin)Im( ΣΣ−= ϕII X & . (21) Используя полученные значения составляющих вектора тока объекта, по известным формулам вычисляются полная, активная и реактивная мощности, а также коэффициент мощности. Степень уменьшения методической погрешности зависит от точности определения входного сопротивления прибора. При использовании стабильных прецизионных резисторов, имеющих допуск на значение сопротивления не более ± 1%, относительная погрешность определения амплитуды тока через вольтметр также составит около 1 %, и проведение вычислительной коррекции позволит сни- зить влияние этого тока на результат измерения примерно в 100 раз. Рассмотрим пример. Ток холостого хода испытываемого трансформатора при приложении на- пряжения 220 В составляет 100 мА, коэффициент мощности трансформатора ─ 0,1. По входу «UX» прибора протекает ток 220 мкА. Если коррекцию не производить, то методические погрешности со- ставят: относительная погрешность измерения активной мощности ─ 2,2 %, абсолютная погрешность измерения коэффициента мощности ─ 0,0022. Погрешности такого уровня являются недопустимыми для практических целей. Использование описанного метода коррекции позволяет снизить относи- тельную методическую погрешность измерения активной мощности до 0,03 %, а абсолютную по- грешность измерения коэффициента мощности ─ до уровня менее 0,0001. Эти значения пренебре- жимо малы по сравнению с основными погрешностями измерения указанных величин, составля- ющими соответственно 0,7 % и 0,001. Таким образом, проведенный анализ показывает целесообразность использования предложен- ного вычислительного метода для автоматической коррекции методических погрешностей измерений электрических величин при проведении диагностики электроэнергетического оборудования. Опера- ции коррекции легко реализуются в микропроцессорных комбинированных селективных измерителях электрических величин на промышленной частоте. Коррекция позволяет снизить влияние указанных факторов в десятки раз, т.е. до пренебрежимо малых уровней по сравнению с основной погрешностью прибора. 1. Алексенко Г.В., Ашрятов А.К., Фрид Е.С. Испытание высоковольтных и мощных трансформаторов и автотрансформаторов. .1. ─ М.─Л.:Госэнергоиздат, 1962. ─ 672 с. 2. Борщев П.И. Селективный измеритель электрических величин на промышленной частоте // Техн. электродинаміка. ─ 2005. ─ № 4. ─ С. 74─78. 3. Борщев П.И., Ободовский В.Д., Перепечкин А.Е. Прибор для контроля диэлектрических характеристик высоковольтной изоляции под рабочим напряжением // Техн. електродинаміка. ─ 1999. ─ № 2. ─ С. 65─69. 4. Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. ─ М.: Энерго- атомиздат, 1992. ─ 240 с. Надійшла 17.03.2009