УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Устройство мониторинга силовых трансформаторов.
Настоящее техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано в распределительных сетях для мониторинга ненормальных режимов работы силовых трансформаторов, в частности для силовых трансформаторов 10/0,4 кВ с переключением без возбуждения.
Из существующего уровня техники известен способ и система мониторинга и управления режимом работы всех силовых трансформаторов, находящихся на одной подстанции (патент RU 2402139 МПК H02J 13/00, Н02Н 7/04, G01R 31/34). Данная система содержит: станцию управления и обработки данных, соединенную с трансформаторами, содержащими устройства регистрации сигналов, представляющих результаты измерения рабочих параметров трансформатора, причем эти сигналы постоянно регистрируются устройством регистрации сигналов, при этом станция управления содержит пользовательский интерфейс, который отображает результаты измерений рабочих параметров трансформатора и позволяет пользователю вводить определенные диапазоны значений, которые являются желательными для упомянутых рабочих параметров, базу данных, в которой данные, относящиеся к сигналам, представляющим результаты измерений рабочих параметров трансформатора, сохраняют только в случае, когда результаты измерения рабочих параметров отличаются от значений, находящихся в диапазоне значений рабочих параметров, заранее определенных как желательные.
Недостатком данного технического решения является отсутствие среди контролируемых параметров, сигнала возникновения виткового замыкания в обмотках трансформатора и сложность организации передачи данных в распределительных сетях, где трансформаторные подстанции расположены на значительном расстоянии друг от друга.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для мониторинга силовых трансформаторов (Патент RU 2242830 МПК Н02Н 7/04, Н02Н 6/00). Данное устройство позволяет контролировать и измерять все основные рабочие параметры силового трансформатора с помощью блоков измерения первичных параметров в реальном масштабе времени и получать информацию об абсолютных значениях основных рабочих параметров в виде таблиц и/или графиков в любой момент времени в процессе эксплуатации не только обслуживающим персоналом, но и с удаленного диспетчерского пункта. Устройство содержит: блок измерения величины тока, содержащий средства для измерения значений тока в одной обмотке трансформатора, блок измерения величины напряжения, блок измерения температуры окружающей среды, блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора, содержащий средства для измерения температуры верхних слоев трансформаторного масла, блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора, содержащий средства для измерения давления масла в вводах, устройство для обработки полученных данных и блок оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, блок контроля температуры обмоток, блок контроля состояния трансформаторного масла, блок контроля положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), блок расчета интегральных характеристик трансформатора, блок регистрации аварийных процессов, блок расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, блок управления системой масляного охлаждения трансформатора, блок дистанционного управления устройством РПН, блок ведения журналов состояния трансформатора, блок визуализации значений измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, блок передачи данных и интеграции системы мониторинга в автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ) и автоматизированную систему учета электроэнергии (АСУЭ), блок обработки информации о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора изменениях.
Недостатком данного технического решения является отсутствие контроля витковых замыканий в обмотках трансформатора, являющихся причиной 44% отказов силовых трансформаторов 10/0,4 кВ, эксплуатируемых в сельских распределительных сетях.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является выявление витковых замыканий обмоток трансформатора, являющихся основными видами повреждений силовых трансформаторов, в частности трансформаторов 10/0,4 кВ, которые можно отнести к ненормальному режиму работы.
Данная задача решается за счет того, что заявляемое техническое решение содержит: блок измерения величины тока, соединенный с блоком преобразования тока на стороне низшего напряжения и устройством обработки полученных данных, блок измерения величины напряжения и блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора, соединенные с устройство обработки полученных данных, устройство обработки полученных данных, в отличие от прототипа содержит блок преобразования тока на стороне высшего напряжения, а также блок сравнения токов, содержащий фильтр от токов высших гармоник, соединенный с блоками преобразования токов на стороне высшего и низшего напряжений и также соединенный с устройством обработки полученных данных
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью элементов, является осуществление постоянного мониторинга режима работы силового трансформатора, выявление на ранней стадии развития витковых замыканий в обмотках трансформатора для предотвращения перехода ненормального режима работы трансформатора в аварийный режим, а также своевременное выявление основных причин, приводящих к отказам трансформаторов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг. 1 - устройство мониторинга силовых трансформаторов со схемой соединения звезда - звезда с нулем;
- на фиг. 2 -устройство мониторинга силовых трансформаторов со схемой соединения треугольник - звезда с нулем.
Устройство содержит: блок 1 для преобразования тока на стороне низшего напряжения, связанный с блоками измерения токов 2 и сравнения токов 7; блок 3 для измерения величины напряжения на шинах НН силового трансформатора, соединенный с устройством 5 для обработки полученных данных; блок 4 для контроля системы масляного охлаждения трансформатора, соединенный также с устройством 5; блок 6 для преобразования тока на стороне высшего напряжения, связанный с блоком сравнения токов 7, который также соединен с устройством 5.
Блоки 6 и 1 для преобразования токов на стороне высшего и низшего напряжений могут быть выполнены как из трансформаторов тока, так и из датчиков тока, устанавливаемых на каждую фазу. При этом сборка вторичных цепей блока 6 выполняется по схеме «звезда с нулем», а вторичные цепи блока 1 выполняются в зависимости от схемы соединения обмоток силового трансформатора. В случае соединения обмоток по схеме «звезда-звезда с нулем» вторичные цепи блока 1 собираются по схеме «звезда с нулем», а в случае соединения обмоток по схеме «треугольник-звезда с нулем» - по схеме «треугольник».
Устройство мониторинга силовых трансформаторов работает следующим образом.
На блок сравнения 7 поступают аналоговые сигналы от блоков преобразования тока 6 и 1, установленных соответственно на стороне ВН и НН. При витковом замыкании в обмотке трансформатора происходит увеличение тока на стороне ВН, в то время как ток нагрузки трансформатора не изменится. В результате появляется ток небаланса в цепи блока сравнения токов 7, который срабатывает при достижении заданной уставки и предает дискретный сигнал (активная единица) на устройство 5, где происходит обработка полученных данных для выработки команды.
Блок сравнения токов 7 позволяет выявить витковые замыкания на ранней стадии возникновения дефекта и может быть выполнен как на базе микропроцессорного устройства или электромеханического реле. Данный блок контролирует значение токов только частоты 50 Гц, поэтому предусматриваются фильтры от высших гармонических составляющих тока, возникающих в процессе работы самого трансформатора и при нелинейной нагрузки на его шинах.
Устройство мониторинга силовых трансформаторов позволяет не только выявлять витковые замыкания, но и другие ненормальные режимы работы трансформатора. Для этого в нем предусмотрены: блок измерения величины токов 2; блок измерения величины напряжения 3; блок контроля системы масляного охлаждения 4.
Блок измерения величины токов 2 измеряет действующие значения токов трех фаз в обмотках низшего напряжения, обеспечивая постоянный контроль над режимом работы силового трансформатора (возможна перегрузка), возникновением несимметричной нагрузки. Блок 2 преобразует в цифровые значения поступающие аналоговые величины от блока 1 и передает сигнал на устройство 5 для обработки полученных данных.
Блок 3 для измерения величины напряжения подключается к шинам НН силового трансформатора и осуществляет измерение действующих значений напряжения, обеспечивая постоянный контроль над снижением или повышением напряжения относительно допустимых норм, а также за возникновением неполнофазного режима работы трансформатора. При этом блок 3 преобразует аналоговые величины в цифровые значения и передает сигнал на устройство 5 для обработки полученных данных.
Блок 4 для контроля системы масляного охлаждения трансформатора может включать в себя: датчик температуры, датчик уровня масла, газовое реле или датчик давления. Датчик температуры осуществляет контроль температуры масла в баке трансформатора. При повышении температуры масла более 95°C датчик температуры передает дискретный сигнал (активная единица) на устройство 5 для обработки полученных данных. Датчик уровня масла позволяет контролировать снижение уровня масла ниже допустимого уровня. Допустимый уровень определяется исходя из загрузки трансформатора и минимальной возможной температуры окружающего воздуха. При снижении уровня масла ниже допустимого происходит срабатывание датчика уровня масла и дискретный сигнал (активная единица) передается на устройство 5 для обработки полученных данных.
Для трансформаторов марки ТМ оснащенных газовым реле, может быть предусмотрена передача сигнала о срабатывании реле на устройство 5. При появлении газов в масле трансформатора происходит срабатывание газового реле и дискретный сигнал (активная единица) передается на устройство 5 для обработки полученных данных.
Для трансформаторов марки ТМГ, оснащенных мановакуумметром. При возникновении предельно допустимых величин давления в баке силового трансформатора происходит срабатывание мановакуумметра, дискретный сигнал (активная единица) передается на устройство 5.
Устройство 5 для обработки полученных данных принимает дискретные сигналы от блока 4 и блока 7. Информация, полученная с блоков 4 и 7, после преобразования передается по каналу связи на следующую ступень сбора и передачи информации.
Цифровая информация от блоков 2 и 3 передается по каналу связи на следующую ступень сбора информации без выдержки времени.
Данное устройство может полностью применяться для сухих трансформаторов 10/0,4 кВ, за исключением блока 4, который ввиду конструктивных особенностей отсутствует в сухих трансформаторах.
Техническим результатом является осуществление постоянного мониторинга режима работы силового трансформатора, выявление на ранней стадии развития витковых замыканий в обмотках трансформатора для предотвращения перехода ненормального режима работы трансформатора в аварийный и своевременное выявление основных причин, приводящих к отказам трансформаторов.