УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ВИТКОВ ВО ВТОРИЧНЫХ ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Устройство обнаружения короткозамкнутых витков во вторичных обмотках
трансформаторов тока
Устройство относится к электрическим аппаратам и может быть использовано для диагностики целостности обмоток трансформаторов тока и выявления наличия в них короткозамкнутых витков (КЗ витков).
Известны устройства обнаружения КЗ витков в трансформаторах тока, описанные в литературе /1-8/. Принцип действия устройств основан на снятии вольтамперной характеристики трансформатора тока и последующем сравнении полученной характеристики с ранее снятой. В случае отклонения характеристики более 20% в определенном диапазоне делается вывод о наличии КЗ витков. Описанные в /1-4/ устройства включают в себя источник переменного напряжения, измеритель тока и измеритель напряжения. В качестве источника переменного напряжения используется лабораторный автотрансформатор. Регулировка напряжения производится вручную. В качестве измерителей тока и напряжения используются амперметр и вольтметр. Запись показаний приборов производится оператором вручную, как и последующее построение на основе этих данных вольтамперной характеристики и сравнение ее с ранее снятой. В 121 рекомендуется дополнять амперметр специальным устройством, позволяющим снизить влияние несинусоидальности формы тока и уменьшить погрешность измерений за счет измерения амплитудного значения тока вместо действующего. В устройстве описанном в /8/ в качестве источника переменного напряжения используется напряжение на разомкнутой вторичной обмотке трансформатора тока работающего под нагрузкой менее 10% номинальной. Устройства, описанные в /5-7/ включают в свой состав источник переменного напряжения, датчики тока и напряжения, блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП). В /5/ для вывода значений тока и напряжения используются цифровые индикаторы, информация с которых записывается оператором. В /6-7/ информация записывается автоматически в память ЭВМ с последующим воспроизведением и сравнением, в качестве источника переменного напряжения использован автотрансформатор, скользящий контакт которого перемещается с помощью синхронного двигателя по заранее заданной программе или вручную. Во всех устройствах /5-7/ выводится на индикатор и запоминается в ЭВМ амплитудное значение тока.
-j- о о  1 о
MKMG06G7/62
1.Наличие ранее снятой характеристики или характеристики аналогичного заведомо исправного трансформатора тока.
2.Невысокая чувствительность (позволяет выявить замыкание порядка 2,5% витков от общего числа витков обмотки).
3.Зависимость чувствительности от типа применяемых измерительных приборов, способа регулирования входных величин, синусоидальности входных величин, сопротивления соединительных проводов, мощности питающей сети.
4.Трудоемкость метода, требующего снятия нескольких точек характеристики, построения ее, и сравнения с характеристикой исправного трансформатора тока.
Наиболее близким устройством (прототипом) является устройство описанное в /6-7/. Данное устройство состоит из источника переменного напряжения, датчиков тока и напряжения, блока АЦП и ЭВМ. Переменное напряжение от источника переменного напряжения (автотрансформатора, регулируемого синхронным двигателем по специальной программе) подается на вторичную обмотку трансформатора тока. Ток, проходящий через обмотку, и падение напряжения на обмотке через датчики тока и напряжения подается на блок АЦП, где преобразуется в цифровую форму и передается в ЭВМ для записи и последующей обработки.
Цель изобретения - повышение чувствительности обнаружения КЗ витков во вторичных обмотках трансформаторов тока.
Указанная цель достигается тем, что в устройство обнаружения короткозамкнутых витков во вторичных обмотках трансформаторов тока, содержащее источник напряжения, подключенный через блок коммутации ко вторичной обмотке трансформатора тока, параллельно которой подключен датчик напряжения, дополнительно введен активно-емкостный блок, включенный параллельно вторичной обмотке трансформатора тока, выход датчика напряжения подключен ко входу блока контроля формы напряжения и диагностики исправности вторичной обмотки трансформатора тока, состоящий из первого и второго пороговых элементов, входы которых являются входом блока контроля формы напряжения и диагностики исправности вторичной обмотки трансформатора тока, входы первого и второго пороговых элементов подключены ко входам первого и второго интегрирующих элементов соответственно, а их входы подключены ко входам сумматора, выход которого соединен с первым входом логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки на срабатывание, вход которого соединен с выходом третьего
порогового элемента, а его вход соединен с выходом второго интегрирующего элемента, источником напряжения является источник постоянного напряжения, выход логического элемента И является выходом блока контроля формы напряжения и диагностики вторичной обмотки трансформатора тока.
Поясняющая структурная схема устройства обнаружения КЗ витков приведена на фиг. 1. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - тестируемый трансформатор тока, 2 - активно-емкостный блок, 3 - блок коммутации, , 4 - источник постоянного напряжения, 5 -датчик напряжения, 6 - блок контроля формы напряжения и диагностики исправности вторичной обмотки трансформатора тока (БКФН). БКФН 6 содержит: 7, 8 - пороговые элементы, 9, 10 - интеграторы, 11, 14 - пороговые элементы, 12 - элемент задержки на срабатывание, 13 - сумматор, 15 - элемент И.
Постоянное напряжение от источника 4 через блок коммутации 3 и емкостно активный блок 2 подается на вторичную обмотку тестируемого трансформатора тока 1. К датчику напряжения 5 подключен БКФН, состоящий из порогового элемента отрицательной полуволны 7, порогового элемента положительной полуволны 8. Последовательно с пороговыми элементами включены интеграторы положительной полуволны 9 и отрицательной полуволны 10, имеющих различные постоянные интегрирования. Сигнал с выходов интегрирующих элементов подается на сумматор 13. Кроме этого сигнал с выхода интегрирующего элемента 10 подается на вход цепи задержки срабатывания состоящей из последовательно соединенных порогового элемента 11 и элемента задержки на срабатывание 12. Сигнал с выхода сумматора 13 подается на пороговый элемент 14. Сигнал на вход элемента И 15 подается с порогового элемента 14 и элемента задержки на срабатывание 12. Элементом И 15 формируется выходной сигнал.
В исходном состоянии через вторичную обмотку тестируемого трансформатора тока 1 протекает постоянный ток. Магнитопровод трансформатора тока находится в состоянии насыщения. Падение напряжения на обмотке трансформатора тока обусловлено только активным сопротивлением обмотки и имеет небольшое положительное значение. Это напряжение через датчик напряжения 5 подается на вход пороговых элементов положительной полуволны 7 и отрицательной полуволны 8. Так как уровень напряжения значительно меньше уровня срабатывания порогового элемента 7 и сигнал на выходе порогового элемента 7 равен 0. Сигнал на выходе порогового элемента отрицательной полуволны 8 также равен О, поскольку отрицательное напряжение на его входе отсутствует. На входах интеграторов 9 и 10 равно О
соответственно на выходах интеграторов 9 и 10 напряжение также равно 0. На вход сумматора 13 подаются нулевые уровни напряжения и соответственно напряжение на выходе сумматора 13 не достигает уровня срабатывания порогового элемента 14. Нулевое напряжение с выхода интегратора 10 подается также на пороговый элемент 11, не вызывая его срабатывания, напряжение на входе и выходе элемента задержки срабатывания равно 0. С выходов порогового элемента 14 и элемента задержки на срабатывание 12 подаются на вход элементом И 15, а так как уровни напряжения нулевые, сигнал на выходе элемента 15 соответствует сигналу логического нуля.
Для проведения диагностики блоком коммутации 3 отключается постоянное напряжение и в контуре трансформатор тока 1 - активно-емкостный блок 2 возникает переходный процесс, форма напряжения при котором контролируется БКФН 6. Напряжение через датчик напряжения 5 подается на вход БКФН 6.
Временные диаграммы работы БКФН 6 приведены на фиг. 2, 3, 4. При отсутствии КЗ витка характерной особенностью переходного процесса является наличие затухающего колебательного процесса, то есть второй положительной полуволны. Временные диаграммы работы устройства при отсутствии КЗ витка приведены на фиг. 2. При появлении первой отрицательной полуволны срабатывает пороговый элемент 8. Интегратор 10 фиксирует появление импульса на пороговом элементе 8 и на его выходе устанавливается сигнал уровня срабатывания. При появлении положительной полуволны срабатывает пороговый элемент 7 и напряжение интеграторе 9 достигает напряжения равного обратному значения напряжения интегратора 10. Сигнал с выходов интеграторов подается на сумматор 13. В результате сложения сигналы, имеющие различную полярность взаимно компенсируются. Сигнал на входе порогового элемента 14 по длительности равен продолжительности двух полуволн, что менее времени выдержки элемента задержки на срабатывание 12. Сигнал на выходе порогового элемента 14 становится равным О до окончания времени выдержки элемента задержки на срабатывание 12. В результате на вход элемента И 15 подается только сигнал порогового элемента 11, сигнал на его выходе отсутствует.
При наличии КЗ витков уровень положительной полуволны мал для срабатывания порогового элемента 7 (фиг. 3) или положительная полуволна отсутствует (фиг. 4). В результате в сумматоре 13 сигнал отрицательной полуволны не компенсируется сигналом положительной полуволны и по истечении времени выдержки
элемента задержки на срабатывание 12 на выходе порогового элемента 14 присутствует сигнал логическая единица, который поступает на вход элемента И 15 вместе с сигналом от порогового элемента 14 формируя сигнал логическая единица о неисправности трансформатора тока.
Таким образом, применение данного устройства позволяет упростить процесс выявления короткозамкнутых витков в трансформаторах тока, а проведенные испытания показали его высокую чувствительность, так например, возможно выявление одного КЗ витка в трансформаторах тока с коэффициентом трансформации 2000/1.
1.ГОСТ 7746-89Е. Трансформаторы тока. Общие технические условия. - М.: Госкомстат СССР. - 1989. - с. 41.
2.Вавин В.Н. Трансформаторы тока. - М-Л.: Энергия. - 1966. - 104 с.
3.Бажанов С.А. Маслонаполненные трансформаторы тока. - М.: Энергоатомиздат. - 1983. - 80 с.
4.Якобсон И.А. Испытания и проверки при наладке электрооборудования. - М.: Энергоатомиздат. - 1988. - 120 с.
5.Козин Г.А. Прибор для проверки вольт-амперных характеристик трансформаторов тока. // Промышленная энергетика, 1988 г. - №10, стр. 7-8.
6.Аллилуев А.Д., Зуев В.А., Кужеков С.Л., Сапронов А.А. Микропроцессорное устройство для снятия вольтамперных характеристик трансформаторов тока. // Сессия Всесоюзного семинара Кибернетика электроэнергетических систем // Тезисы докладов. Изв. вузов. Электромеханика, 1990. - №11, стр. 99.
7.Сапронов А.А. Микропроцессорная защита турбогенератора в режиме частотно-тиристорного пуска. Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук - Новочеркасск-1992.
8.Кузнецов А.П., Степанов Ю.А. Методы и средства проверки релейной защиты и автоматики в распределительных электросетях. - М.: Энергоатомиздат. - 1992. - 96 с.
Заявитель;
Литература