СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДА ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
METHOD FOR DETERMINING SATURATION OF THE MAGNETIC WIRE OF CURRENT TRANSFORMER

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к диагностике измерительных трансформаторов тока в режиме реального времени.
Известен способ прогнозирования насыщения трансформатора тока (Патент на изобретение РФ №2564041, G01R 15/18 (2006.1), 2013 г.), в котором первый трансформатор тока соединен со стороной высокого напряжения силового трансформатора и второй трансформатор тока соединен со стороной низкого напряжения силового трансформатора, первый трансформатор тока и второй трансформатор тока используются для дифференциальной защиты трансформатора, причем способ прогнозирования насыщения трансформатора тока содержит этапы, на которых: обнаруживают первый выходной сигнал тока от первого трансформатора тока и обнаруживают второй выходной сигнал тока от второго трансформатора тока; вычисляют первый фундаментальный вектор, первую составляющую постоянного тока (DC) и первое общее среднеквадратичное значение (RMS) первого тока и вычисляют второй фундаментальный вектор, вторую составляющую DC и второе общее среднеквадратичное значение второго тока; и генерируют сигнал прогнозирования для насыщения трансформатора тока в соответствии с первым фундаментальным вектором, первой составляющей DC, первым общим среднеквадратичным значением, вторым фундаментальным вектором, второй составляющей DC и вторым общим среднеквадратичным значением, при этом один из первого фундаментального вектора и второго фундаментального вектора, фаза которого опережает, является опережающим по фазе вектором тока и другой является запаздывающим по фазе вектором тока, причем генерирование сигнала прогнозирования для насыщения трансформатора тока содержит этапы, на которых: генерируют сигнал прогнозирования для насыщения трансформатора тока, когда первый ток и второй ток удовлетворяют базовым условиям оценки насыщения и по меньшей мере одному из дополнительных условий оценки насыщения, причем базовое условие оценки насыщения содержит по меньшей мере одно из: отношение первой составляющей DC к первому общему среднеквадратичному значению является большим, чем пороговое значение отношения DC, и разность углов векторов тока, которая является разностью углов между опережающим по фазе вектором тока и запаздывающим по фазе вектором тока, находится в пределах заранее определенного диапазона разности углов; и отношение второй составляющей DC ко второму общему среднеквадратичному значению является большим, чем пороговое отношение DC, и разность углов векторов тока находится в пределах заранее определенного диапазона разности углов.
Недостатками указанного способа являются отсутствие возможности диагностирования насыщения трансформатора тока, не входящего в систему дифференциальной релейной защиты, возможность неверного определения насыщения при наличии в измеряемом токе гармонических составляющих, отсутствие учета амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.
Известен способ диагностики магнитной системы трансформатора (Патент на изобретение РФ №2354982, G01R 31/02 (2006.1), 2007 г.) путем пофазного измерения потерь холостого хода при поочередном замыкании накоротко обмотки низкого напряжения одной из его фаз и возбуждении двух других фаз, обмотку высокого напряжения фазы, обмотка низкого напряжения которой закорочена, возбуждают постоянным током намагничивания, снимают зависимости мощности потерь холостого хода от величины тока намагничивания и, сравнивая эти характеристики с предыдущим замерами, диагностируют состояние магнитной системы трансформатора.
Недостатками указанного способа является отсутствие возможности определения насыщения магнитопровода трансформатора тока в режиме реального времени в процессе его работы (без вывода из эксплуатации).
Известен способ экспресс-диагностики магнитопроводов (Патент на изобретение РФ №2468376, G01R 31/00 (2006.1), 2010 г.), при котором испытательный сигнал подают на первичную обмотку трансформатора с первым магнитопроводом, посредством первого индикатора определяют величину сигнала на его вторичной обмотке, испытательный сигнал синхронно подают на первичную обмотку трансформатора со вторым магнитопроводом, посредством второго индикатора определяют величину сигнала на его вторичной обмотке, после чего сравнивают показания обоих индикаторов.
Недостатками указанного способа является отсутствие возможности определения насыщения магнитопровода трансформатора тока в режиме реального времени в процессе его работы (без вывода из эксплуатации).
Известен способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения (Патент на изобретение РФ №2035833, Н02М 7/538 (1995.1), 1995 г.), заключающийся в том, что выявляют сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора, сравнивают его с заданным сигналом, пропорциональным максимально допустимому току намагничивания, и формируют управляющий сигнал, корректирующий режим перемагничивания трансформатора, выявление сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, осуществляют путем измерения тока в коротко замкнутом витке, охватывающем часть магнитопровода трансформатора.
Недостатком указанного способа является необходимость изменения конструкции трансформатора тока для его реализации, что является затруднительным для высоковольтных трансформаторов тока.
Технический результат заключается в создании высокоточного способа определения насыщения магнитопровода трансформатора тока и в обеспечении возможности определения насыщения магнитопровода любого трансформатора тока (в том числе, не входящего в систему дифференциальной защиты) в режиме реального времени.
Технический результат достигается тем, что в способе определения насыщения магнитопровода трансформатора тока на проводник с измеряемым током устанавливают диагностируемый трансформатор и пояс Роговского, синхронно выполняют преобразование выходного сигнала трансформатора тока в цифровой код и преобразование выходного сигнала пояса Роговского в цифровой код, вычисляют амплитудный спектр сигнала диагностируемого трансформатора тока, вычисляют амплитудный спектр сигнала пояса Роговского, корректируют амплитудный спектр сигнала диагностируемого трансформатора тока по амплитудно-частотной характеристике диагностируемого трансформатора тока, корректируют амплитудный спектр сигнала пояса Роговского по амплитудно-частотной характеристике пояса Роговского, выполняют сравнение полученных амплитудных спектров.
Заявителю не известно из существующего уровня техники способов обеспечивающих возможность определения насыщения магнитопровода любого трансформатора тока (в том числе, не входящего в систему дифференциальной защиты) в режиме реального времени, обладающих высокой точностью.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема устройства реализующего заявляемый способ.
На чертеже использованы следующие обозначения: проводник с измеряемым током 1, диагностируемый трансформатор тока 2, пояс Роговского 3, первый аналого-цифровой преобразователь 4, первый блок вычисления 5, первый блок коррекция 6, второй аналого-цифровой преобразователь 7, второй блок вычисления 8, второй блок коррекции 9, блок сравнения 10. Выходной сигнал трансформатора тока 1 поступает на вход первого аналого-цифрового преобразователя 4, который соединен последовательно через первый блок вычисления 5 и первый блок коррекции 6 с блоком сравнения 10. Выходной сигнал с пояс Роговского 3 поступает на вход второго аналого-цифрового преобразователя 7, который соединен последовательно через второй блок вычисления 8 и второй блок коррекции 9 с блоком сравнения 10.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Трансформатор тока 1 выполняет масштабное преобразование измеряемого тока и его выходной сигнал преобразуется в первом аналого-цифровом преобразователе 4 из аналоговой в цифровую форму. Далее первый блок вычисления 5 выполняет вычисление амплитудного спектра выходного сигнала трансформатора тока при помощи дискретного преобразования Фурье (быстрого преобразования Фурье или другого метода). Вычисленный амплитудный спектр выходного сигнала трансформатора тока 1 подвергается процедуре корректировки в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой в первом блоке коррекции 6. Данная процедура необходима, поскольку трансформаторы тока преобразуют сигналы разной частоты с разными коэффициентами преобразования. При этом одновременно и синхронно указанным операциям выходной сигнал с пояса Роговского 3 преобразуется во втором аналого-цифровом преобразователе 7 из аналоговой в цифровую форму. Далее второй блок вычисления 8 выполняет вычисление амплитудного спектра выходного сигнала пояса Роговского 3 при помощи дискретного преобразования Фурье (быстрого преобразования Фурье или другого метода). Вычисленный амплитудный спектр выходного сигнала пояса Роговского 3 тока подвергается процедуре корректировки во втором блоке коррекции 9, т.к. пояс Роговского 3 имеет линейную амплитудно-частотную характеристику (коэффициент усиления линейно увеличивается с ростом частоты).
Далее амплитудные спектры выходных сигналов трансформатора тока и пояса Роговского сравниваются между собой в блоке сравнения 10. Если в амплитудном спектре выходного сигнала трансформатора тока 1 имеются третья, пятая, седьмая и другие нечетные гармоники относительно основной частоты (50 или 60 Гц), а в амплитудном спектре выходного сигнала пояса Роговского 3 данного сочетания гармоник нет, то это означает, что магнитопровод трансформатора тока насыщен. Если в амплитудном спектре выходного сигнала трансформатора тока 1 имеются вторая, третья, четвертая, пятая и другие гармоники относительно основной частоты (50 или 60 Гц), а в амплитудном спектре выходного сигнала пояса Роговского 3 данного сочетания гармоник нет, то это означает, что имеется остаточная намагниченность магнитопровода трансформатора тока. Если гармоники в амплитудных спектрах совпадают, то это означает, что они имеются в измеряемом токе и магнитопровод трансформатора тока не насыщен и не обладает остаточной намагниченностью.
Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечивает возможность определения насыщения трансформатора тока в режиме реального времени с высокой точностью.