Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

MERENJE SNAGE GUBITAKA U KRATKOM SPOJU BLOK TRANSFORMATORA U POSTROJENJU POSTROJENJU

Dragana Naumović-Vuković*, Slobodan Škundrić*, Radovan Ljubiša Nikolić*, Ljubiša Nikolić*, Radovan Đukanović**, Andrijana Kaljević** * Elektrotehnički institut „NIkola Tesla“ Beograd , Srbija * Elektrotehnički institut „NIkola Tesla“ Beograd , Srbija ** Elektroprivreda Crne Gore, HE “Perućica”, Crna Gora

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Svrha rada Rešavanje tehničkog problema merenja snage gubitaka u kratkom spoju blok transformatora u postrojenju :

odgovarajuća merna oprema, njen transport i razmeštaj u elektroenergetskom postrojenju obezbeđenje regulisanog izvora napajanja transformatora snagom od nekoloko stotina kilovata do nekoliko megavata - formiranje mernih kola za struje reda kA - bezbedonosni aspekti rada i merenja u elektroenergetskom postrojenju

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Svrha rada Rešavanje metrološkog problema merenja snage gubitaka u kratkom spoju blok transformatora pri malim vrednostima faktora snage:

analiza greške merenja snage gubitaka u kratkom spoju - etaloniranje primenjene merne opreme i instrumenata - procena merne nesigurnosti i sledivost rezultata merenja

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Merna metoda

• Kratak spoj napravljen je na strani 110 kV namotaja transformatora • Napajanje transformatora realizovano je sa niženaponske strane (10,5kV) pomoću odgovarjućeg (pripadajućeg) generatora • Primenjena je metoda merenja snage u trofaznom 3 žičnom sistemu pomoću trofaznog elektronskog vatmetra i tri strujna transformatora • Strujni transformatori su postavljeni u svaku fazu ponaosob u primarno kolo niženaponskog namotaja blok transformatora.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Merna metoda

• Za temperaturu namotaja usvojena je procenjena temperatura izmerena pomoću postojećeg ugrađenog termometara za merenje temperature ulja, koji je postavljen na odgovarajućem mestu (džepu) u poklopcu kućišta transformatora i prenosnog termometra • Merenje otpornosti namotaja transformatora obavljeno je jednosmernom strujom po U/I metodi.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Električna šema merenja gubitaka pri ogledu kratkog spoja

G 3~ ST C ST B ST A a b c BLOK TRANSFORMATOR A mV B C I A I B I C 3P WYE VOLTS AMPS WATTS VARS Vref Iref % PF phref = VAN A 120.13 V 2.0126 A 241.77 W 0.002 V 0.00 DEG 0.00 DEG 100.00

(0-360) LAG B 120.13 V 2.0030 A 240.62 W 0.003 V 119.98 DEG 119.99 DEG 100.00

60.01 Hz C 120.15 V 2.0063 A 240.85 W 0.002 V 240.02 DEG 239.99 DEG 100.00

PMM-1 A B C N

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Merna oprema i instrumentacija

• elektronski multimetar snage proizvodnje “Megger”, tip PMM-1, (jednovremeno merenje:

I, U, P, Q, PF,



, f

sa osnovnom greškom od

± 0,1 % od merene vrednosti prividne snage

u sve tri faze ponaosob • tri strujna transformatora prenosnog odnosa

2500 A / 5 A

, proizvodnje “Rade Končar”, tip AGE3-24,

klase tačnosti 0,5

.

• za merenje otpornosti namotaja transformatrora po U-I metodi upotrebljena su dva multimetra proizvodnje “Fluke”, tip 189 osnovne greške

merenja struje i napona ± 0,02 % od merene vrednosti.

• pad napona na kratkospojnim vezama visokonaponskog namotaja transformatora meren je s a multimetrom “Fluke” tip 189.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Greške merenja i korekcija

Ukupna relativna greška merenja snage gubitaka u sve tri faze (R, S, T) definisana je jednačinom:

g



g W

 1 3  

g ST

 

ST



tg

 

R

 1 3  

g ST

 

ST



tg

 

S

 1 3  

g ST

 

ST



tg

 

T

gde su:

g

W

– greška vatmetra,

g δ

ST



ST

– amplitudna greška strujnog transformatora, – fazna greška strujnog transformatora, ugao između merene struje i napona.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Procena merne nesigurnosti

g



f

(

g W

,

g W rez

,

g ST

, 

ST

,

tg

 ,  ) Komponente grešaka sa odgovarajućim tipom raspodele u skladu sa preporukom EAL-4/02  6  : • greška etaloniranja vatmetra

g

W

, (pravougaona raspodela), od 0,2 % od merene vrednosti • gre ška usled rezolucije vatmetra

g

Wrez

, bolja od 0,01% od opsega merenja, (pravougaona raspodela), • standardna devijacija ponovljenih merenja  , manja od 0,2 % od merene vrednosti (normalna raspodela računata na uzorku od 36 merenja), • merna nesigurnost u određivanju amplitudne greške strujnih transformatora

g

ST

u apsolutnom iznosu od 0,05% (pravougaona raspodela), • merna nesigurnost u određivanju fazne greške strujnih transformatora

δ ST

u apsolutnom iznosu od 0.5  (pravougaona raspodela).

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Procena merne nesigurnosti

Na osnovu navedenih komponenti grešaka izračunata je kombinovana merna nesigurnost prema jednačini:

u k

  

g W

3   2   

g W rez

2  3   2   2   

g ST

3   2   

tg

  

ST

34 .

4  3   2 Kombinovana merna nesigurnost, sračunata prema gornjoj jednačini manja je od 0,28 % od merene vrednosti snage gubitaka. Kako je među navedenim komponentama grešaka preovlađuje pravougaona raspodela, proširena merna nesigurnost za nivo poverenja od 95 %, određena je tako što je kombinovana merna nesigurnost pomnožena koeficijentom proširenja 1,65. Tako izračunata proširena merna nesigurnost manja je od 0,46 % od merene vrednosti.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Procena merne nesigurnosti preračunavanja snage

Pri određivanju merne nesigurnosti preračunavanja snage gubitaka na nominalnu snagu i na referentnu temperaturu od 75 °C, uzeti su pored navedenih komponenata grešaka koje su participirale u određivanju kombinovane merne nesigurnosti još i sledeće komponente grešaka: • greška u merenju struje od 0,1 % od merene vrednosti (pravougaona raspodela) • greška u merenju otpornosti, od 0,2 % od merene vrednosti (pravougaona raspodela) • greška u određivanju temperature namotaja od 1,5 % od merene vrednosti (pravougaona raspodela)

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Procena merne nesigurnosti preračunavanja snage

Ukupna kombinovana merna nesigurnost koja obuhvata i ove dodatne greške manja je od 0,92 % od preračunate vrednosti snage gubitaka , a dominatna je takođe pravougaona raspodela. Za isti nivo poverenja (95%), proširena merna nesigurnost dobija se množenjem ukupne kombinovane merne nesigurnosti koeficijentom proširenja 1,65 što znači da su vrednosti snage gubitaka u kratkom spoju relativnom nesigurnošću koja je manja od 1,5 %.

preračunate sa

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Pore đenje rezultata merenja snaga gubitaka za T 2 i T 1

Blok transformator

T 2

: “Rade Končar”, 40 MVA, tip TV40 000 -110, br. 307002/1958, 121 000 V/ 10500 V, 190.9 A/2200 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,00 % Merena struja (A) 597 1009 1507 Merena snaga (W) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 16932 251,39 204,56 46,84 48176 251,84 204,55 49,29 107462 250,90 204,55 46,35 Blok transformator

T 1

: “Rade Končar”, 40 MVA, tip TV40 000 -110, br. 307003/1958, 121 000 V/ 10500 V, 190.9 A/2200 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,00 % Merena struja (A) 485 1049 1414 Merena snaga (W) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 11136 253,69 206,56 47,13 51976 252,73 206,56 46,17 94275 252,51 206,56 45,95

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Pore đenje rezultata merenja snaga gubitaka za T 7 i T 6

Blok transformator

T 7

: “Rade Končar”, 65 MVA, tip TOV65000 -123, br. 309010/1975, 121 000 V/ 10500 V, 310 A/3575 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,02 % Merena struja (A) 1041 1447 2086 Merena snaga (W) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) 22765 287,42 213,14 43611 284,96 213,14 91355 286,76 213,14 Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 74,28 71,82 73,62 Blok transformator

T 6

: “Rade Končar”, 65 MVA, tip TOV65000 -123, br. 309009/1975, 121 000 V/ 10500 V, 310 A/3575 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,00 % Merena struja (A) 1029 1582 2190 Merena snaga (W) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 21897 285.99

213,43 72.56

51486 283.73

213,43 70.30

99627 285.96

213,43 72.53

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Zaključak

Snage izmerenih gubitaka u ogledu kratkog spoja za transformatore T 6 i T 7 iznose 0.44 % od nominalne snage, a za transformatore T1 i T2 gubici u kratkom spoju su relativno veći i iznose 0.63 % nominalne snage.

Gubici u kratkom spoju izmereni su sa mernom manjom od 1 % a nesigurnošču preračunate vrednosti gubitaka na nominalnu struju i referentnu temperaturu sa nesigurnošću manjom od 1,5 %.

Standardna devijacija ponovljenih merenja snage gubitaka je reda 0,25%, a uticaj merene struje na vrednost određivanja nominalnih gubitaka snage je na nivou standradne devijacije ponovljenih merenja.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Zaključak

Rezultati merenja kao i sprovedena analiza merne nesigurnosti pokazuju da je grešaka merenja i moguće meriti gubitke snage energetskih transformatiora u ogledu kratkog spoja na terenu. To jeste zahtevan tehnički i metrološki zadatak, ali se može uspešno realizovati sa savremenom preciznom mernom opremom i brižljivom metrološkom pripremom.

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Rezultati merenja snaga gubitaka blok transformator T7

Blok transformator T 7 : “Rade Končar”, 65 MVA, tip TOV65000 -123, br. 309010/1975, 121 000 V/ 10500 V, 310 A/3575 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,02 % Merena struja (A) Mereni napon (V) Merena snaga (W) Izmerena temperatura ( ° C) Izmerena učestanost (Hz) Merena snaga svedena na nominalnu struju (kW) Gubici u bakru pri nominalnoj struji (kW) Dodatni gubici (kW) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 1041 235,0 22765 24,5 49,985 267,16 178,42 88,74 287,42 213,14 74,28 1447 327,6 43611 24,5 49,995 264,22 178,42 85,80 284,96 213,14 71,82 2086 473,1 2452 556,4 91355 126533 24,5 49,970 24,5 49,980 266,36 178,42 87,92 266,53 178,42 88,11 286,76 213,14 73,62 286,90 213,14 73,76

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Rezultati merenja snaga gubitaka blok transformator T6

Blok transformator T 6 : “Rade Končar”, 65 MVA, tip TOV65000 -123, br. 309009/1975, 121 000 V/ 10500 V, 310 A/3575 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,00 % Merena struja (A) Mereni napon (V) Merena snaga (W) Izmerena temperatura ( ° C) Izmerena učestanost (Hz) Merena snaga svedena na nominalnu struju (kW) Gubici u bakru pri nominalnoj struji (kW) Dodatni gubici (kW) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 1029 233.6

21897 26 50.09

265.34

178.66

86.68

285.99

213,43 72.56

1582 356.2

51486 26 49.85

262.64

178.66

83.98

283.73

213,43 70.30

2190 494.1

2453 553.9

99627 125002 26 49.88

26 49.9

265.30

178.66

86.65

265.26

178.66

86.60

285.96

213,43 72.53

285.92

213,42 72.50

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Rezultati merenja snaga gubitaka blok transformator T1

Blok transformator T 1 : “Rade Končar”, 40 MVA, tip TV40 000 -110, br. 307003/1958, 121 000 V/ 10500 V, 190.9 A/2200 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,00 % Merena struja (A) Mereni napon (V) Merena snaga (W) Izmerena temperatura ( ° C) Izmerena učestanost (Hz) Merena snaga svedena na nominalnu struju (kW) Gubici u bakru pri nominalnoj struji (kW) Dodatni gubici (kW) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 485 219,4 11136 27,5 49,94 229,50 174,91 54,59 253,69 206,56 47,13 1049 475,0 51976 27,5 49,98 228,38 174,91 53,47 252,73 206,56 46,17 1414 641,2 94275 27,5 49,96 228,12 174,91 53,21 252,51 206,56 45,95

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009

Elektrotehni čki institut “Nikola Tesla”, Beograd

Rezultati merenja snaga gubitaka blok transformator T2

Blok transformator T 2 : “Rade Končar”, 40 MVA, tip TV40 000 -110, br. 307002/1958, 121 000 V/ 10500 V, 190.9 A/2200 A, 50Hz, S i 123/12 , sprega Yd5, u k =11,00 % Merena struja (A) Mereni napon (V) Merena snaga (W) Izmerena temperatura ( ° C) Izmerena učestanost (Hz) Merena snaga svedena na nominalnu struju (kW) Gubici u bakru pri nominalnoj struji (kW) Dodatni gubici (kW) Merena snaga svedena na In i 75 ° C (kW) Gubici u bakru svedeni na 75 ° C (kW) Dodatni gubici svedeni na 75 ° C (kW) 597 263,3 16932 29,8 49,98 229,54 174,73 54,83 251,39 204,56 46,84 1009 445,7 48176 29,8 49,95 229,02 174,73 53,29 251,84 204,55 49,29 1507 666,8 107462 29,8 49,91 228,91 174,73 53,18 250,90 204,55 46,35

CG KO CIGRE I SAVJETOVANJE 12-16 Oktobar, 2009