Способ сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции
METHOD OF CONSERVING RESOURCE OF POWER TRANSFORMERS OF DOUBLE-TRANSFORMER SUBSTATION

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и предназначено для сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ сохранения ресурса силового трансформатора, в котором в качестве контролируемого электрического параметра принимают мощность, протекающую через трансформатор, измеряют ее значение и время протекания, в случае, если мощность превышает номинальную, то определяют уровень этого превышения (перегрузки), начинают отсчет допустимого времени работы трансформатора с указанным уровнем перегрузки, если в момент окончания отсчета перегрузка трансформатора не устранилась, то выдают сигнал на отключение части потребителей подстанции, так чтобы через трансформатор протекала мощность не больше номинальной, на время, меньшее времени допустимого перерыва в электроснабжении данных потребителей, по истечении указанного времени вновь включают отключенных ранее потребителей (патент РФ №2408123 МПК H02J 13/00, H01F 41/00, G01R31/34, опубл. 24.12.2010, Бюл №36).
Недостатком известного способа является недостаточная функциональность, так как он не применим для сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем применения его для сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции посредством переключения части потребителей от шин одного трансформатора на шины другого трансформатора, или отключения части потребителей.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции и предотвращения необоснованных перерывов в электроснабжении потребителей за счет того, что часть потребителей переключается на питание от перегруженного трансформатора к недогруженному, а при отсутствии резерва мощности второго трансформатора – отключается на время охлаждения перегруженного трансформатора.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции, заключающемся в контроле значения электрических параметров и измерении времени их протекания, согласно изобретению, измеряют значение и время протекания мощности через первый и второй силовые трансформаторы двухтрансформаторной подстанции, а также температуру первого и второго трансформатора, в случае, если мощность, протекающая через один из трансформаторов, превышает номинальную, то определяют уровень этого превышения (перегрузки), начинают отсчет допустимого времени работы трансформатора с указанным уровнем перегрузки, контролируют температуру данного трансформатора, если в момент окончания отсчета перегрузка трансформатора не устранилась, или, если температура трансформатора превышает допустимую даже до окончания времени отсчёта, то  выдают сигнал на переключение части потребителей, подключенных к шинам данного трансформатора на шины другого трансформатора двухтрансформаторной подстанции, при условии, что в это время загрузка второго трансформатора, с учётом переключаемой на него нагрузки не превысит допустимую с учётом допустимой перегрузки, так, чтобы через трансформатор, на котором наблюдалась перегрузка, протекала мощность не больше номинальной, на время, достаточное для его охлаждения до заданного уровня температуры, в случае, если выполнить переключение части потребителей на шины другого трансформатора невозможно ввиду его загрузки в этом случае выше допустимой с учётом допустимой перегрузки, то выдают сигнал на отключение части нагрузки перегруженного трансформатора на время, меньшее времени допустимого перерыва в электроснабжении данных потребителей, по истечении указанного времени вновь включают отключенных ранее потребителей.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемого способа.
Схема содержит Т1, Т2 – силовые трансформаторы; Q3…Q7 – выключатели отходящих линий (при этом выключатели Q4 и Q5 подключены от разных секций на одну нагрузку так, что при включенном состоянии Q4 выключатель Q5 отключен и наоборот, при включенном состоянии Q5 выключатель Q4 отключен), ДМ8 – датчик мощности на вводе секции шин Т1; ДМП9 – датчик мощности перегрузки (выдает сигнал при потребляемой мощности, большей номинального значения и определяет уровень превышения мощности), Задержка10 – элемент задержка (формирует задержку времени в зависимости от значения превышения мощности над номинальной, это время незначительно меньше времени, разрешенного для работы Т1 с зафиксированным ДМП 9 уровнем перегрузки), ФИ11 – формирователь импульса (формирует импульс сигнала при окончании отсчета времени элементом Задержка10); И12 – элемент И, ДНТ13 – датчик нормальной мощности (выдает сигнал при мощности на вводе секции шин не превышающей номинальную), Задержка14 – элемент задержка (формирует задержку времени, равного времени, необходимого для того, чтобы трансформатор остыл после воздействия перегрузки), Память15 – элемент Память, НЕ16 – элемент НЕ, И17 – элемент И, ДТ18 - датчик мощности на вводе секции шин Т2, ДОРМ19 – датчик отсутствия резерва мощности (формирует сигнал при такой загрузке трансформатора Т2, определяемой по уровню потребляемой мощности на вводе секции шин Т2, при которой подключение к нему дополнительной нагрузки приведет к его перегрузке с учётом допустимой перегрузки), НЕ20 – элемент НЕ, И21 – элемент И, ДНТ22 – датчик нормальной мощности на вводе секции шин Т2 (выдает сигнал при потребляемой мощности на вводе секции шин не превышающей номинальную), И23 – элемент И, НЕ24 – элемент НЕ, НЕ25 – элемент НЕ, НЕ26 –элемент НЕ, И27 – элемент И, ДТе28 – датчик температуры трансформатора, ДТе29 – датчик температуры трансформатора, ДПрТе30 – датчик превышения допустимой температуры трансформатора, ИЛИ31 – элемент ИЛИ, НЕ32 – элемент НЕ, ДПрТе33 – датчик превышения допустимой температуры трансформатора, Sбаланс – балансирующая нагрузка (обычно 3-й категории надежности), которая при перегрузке Т1 переключается на питание от Т2, а при невозможности перевода ее на Т2 ввиду отсутствия на нем резерва мощности, может быть на время отключена (например, второстепенные нагрузки предприятия).
Способ реализуется следующим образом.
Датчик мощности ДМ8 постоянно осуществляет контроль мощности на вводе секции шин трансформатора Т1. При появлении перегрузки на вводе  Т1 датчик ДМП9 выдает сигнал в зависимости от значения мощности перегрузки.  Запускается отсчет времени элементом Задержка10, причем отсчитываемое время зависит от уровня сигнала на выходе ДМП9. Это время несколько меньше допустимого времени работы трансформатора Т1 с зафиксированным ДМП9 уровнем перегрузки. При окончании времени отсчета элементом ФИ11 формируется кратковременный сигнал, подаваемый на вход элемента И12. В это время на втором входе И12 сигнал присутствует, если перегрузка трансформатора продолжается, так как при этом сигнал с датчика нормальной мощности ДНМ13 отсутствует, но сигнал на выходе элемента НЕ26 присутствует. Если же за время, отсчитываемое элементом Задержка10, перегрузка трансформатора исчезнет, то схема вернется в исходное состояние. При наличии сигнала на обоих входах элемента И12 он выдаст сигнал на вход элемента ИЛИ31, с выхода которого сигнал будет подан на вход элемента Задержка14, который начнет отсчет времени, необходимого для охлаждения трансформатора после отключения перегрузки с учетом времени на переключения, необходимые для отключения части нагрузки или перевода ее на шины трансформатора Т2. Сигнал на выходе элемента ИЛИ31 также появится и запустит элемент Задержка14 в случае, если датчик превышения температуры трансформатора ДПрТе30 выдаст сигнал о превышении допустимой температуры трансформатора Т1 на основе данных, полученных им с датчика температуры ДТе28.
Сигнал с элемента Задержка14 будет запомнен элементом Память15 и с его выхода поступит на вход элемента И23. Так же сигнал с выхода элемента Задержка14 поступит на вход элемента НЕ16, что приведет к исчезновению сигнала на выходе данного элемента. Соответственно, исчезнет сигнал на одном из выходов элемента И17, на втором входе которого сигнал будет отсутствовать при отсутствии сигнала на выходе элемента ДНМ13. При отсутствии сигнала с элемента НЕ32 (он отсутствует при наличии сигнала с выхода датчика ДПрТе30, то есть при наличии превышения температуры трансформатора Т1) также будет отсутствовать сигнал на одном из входов И17. Таким образом, при этом не будет сигнала, сбрасывающего сигнал с элемента Память15.
В это время осуществляется контроль тока на вводе секции шин трансформатора Т2 датчиком мощности ДМ18 и контроль температуры данного трансформатора датчиком температуры ДТе29 и её превышения датчиком ДПрТе33. Если мощность на вводе не превышает допустимого значения и при этом имеется резерв мощности, то присутствует сигнал на выходе датчика нормальной мощности ДНМ22 и отсутствует сигнал на выходе датчика отсутствия резервной мощности ДОРМ19. На выходе элемента НЕ20 имеется сигнал, подаваемый на вход элемента И21, на втором входе которого имеется сигнал с элемента ДНМ22. На третьем входе элемента И21 имеется сигнал при отсутствии сигнала с датчика ДПрТе33 и, соответственно, при наличии сигнала с выхода элемента НЕ35 (это означает, что температура трансформатора Т2 не превышает допустимого значения). С выхода элемента И21 сигнал подается на входы элементов И23 и НЕ25. При наличии сигналов на обоих входах И23 на его выходе так же появляется сигнал, инвертируемый элементом НЕ24, с выхода которого сигнал исчезает, приводя к отключению выключателя Q4 В то же время сигнал с выхода И23 включает выключатель Q5. Таким образом, питание нагрузки Sбаланс34 переводится на секцию шин трансформатора Т2.
После отсчета времени элементом Задержка14 исчезает сигнал на входе элемента НЕ16, появляется сигнал на его выходе, который подается на вход И17. При мощности на вводе секции шин Т1 меньшей допустимого значения на второй вход И17 будет подан сигнал с выхода датчика ДНМ13. На третий вход элемента И17 будет подан сигнал с выхода элемента НЕ32 при температуре трансформатора меньше допустимой. Появится сигнал на выходе И17, который сбросит сигнал с элемента Память15. При этом исчезнет сигнал с одного из входов И23 и с его выхода. Следовательно, выключатель Q4 будет включен, а Q5 – выключен, нагрузка Sбаланс34 будет снова подключена к Т1. Схема вернется в исходное состояние.
В случае перегрузки трансформатора Т1 и отсутствии резерва мощности на Т2 схема работает следующим образом. Датчик мощности ДМ8 постоянно осуществляет контроль мощности на вводе секции шин трансформатора Т1, датчик температуры ДТе28 – контроль температуры трансформатора Т1. При появлении перегрузки на Т1 датчик ДМП9 выдает сигнал в зависимости от значения тока перегрузки. Запускается отсчет времени элементом Задержка10, причем отсчитываемое время зависит от уровня сигнала на выходе ДМП9. Это время несколько меньше допустимого времени работы трансформатора Т1 с зафиксированным ДМП9 уровнем перегрузки. При окончании времени отсчета элементом ФИ11 формируется кратковременный сигнал, подаваемый на вход элемента И12. В это время на втором входе И12 сигнал присутствует, если перегрузка трансформатора продолжается, так как при этом сигнал с элемента ДНМ13 отсутствует, но сигнал на выходе элемента НЕ26 присутствует. Если же за время, отсчитываемое элементом Задержка10, перегрузка трансформатора исчезнет, то схема вернется в исходное состояние. При наличии сигнала на обоих входах элемента И12 он выдаст сигнал на вход элемента Задержка14, который начнет отсчет времени, необходимого для остывания трансформатора после отключения перегрузки с учетом времени на переключения, необходимые для отключения части нагрузки или перевода ее на Т2. Сигнал на выходе элемента ИЛИ31 также появится и запустит элемент Задержка14 в случае, если датчик превышения температуры трансформатора ДПрТе30 выдаст сигнал о превышении допустимой температуры трансформатора Т1 на основе данных, полученных им с датчика температуры ДТе28.
Сигнал с элемента Задержка14 будет запомнен элементом Память15 и с его выхода поступит на вход элемента И23. Так же сигнал с выхода элемента Задержка14 поступит на вход элемента НЕ16, что приведет к исчезновению сигнала на выходе данного элемента. Соответственно, исчезнет сигнал на одном из выходов элемента И17, на втором входе которого сигнал будет отсутствовать при отсутствии сигнала на выходе элемента ДНМ13. При отсутствии сигнала с элемента НЕ32 (он отсутствует при наличии сигнала с выхода датчика ДПрТе30, то есть при наличии превышения температуры трансформатора Т1) также будет отсутствовать сигнал на одном из входов И17. Таким образом, при этом не будет сигнала, сбрасывающего сигнал с элемента Память15.
В это время осуществляется контроль тока на вводе секции шин трансформатора Т2 датчиком мощности ДМ18 и контроль температуры данного трансформатора датчиком температуры ДТе29 и её превышения датчиком ДПрТе33.  Если мощность на вводе не превышает допустимого значения, но при этом не имеется резерва мощности, то присутствует сигнал на выходе датчика нормальной мощности ДНМ22 и присутствует сигнал на выходе датчика отсутствия резервной мощности ДОРМ19. На выходе элемента НЕ20 отсутствует сигнал, следовательно, отсутствует сигнал на одном из входов элемента И21, на втором входе которого имеется сигнал с элемента ДНТ22. При отсутствии превышения температуры Т2 нет сигнала на выходе датчика ДПрТе33 и есть сигнал на выходе элемента НЕ35, подаваемый на третий вход элемента И21. С выхода элемента И21 сигнал не подается на входы элементов И23 и НЕ25. При отсутствии сигнала на одном из входов И23 на его выходе так же сигнал отсутствует, с выхода элемента НЕ24 сигнал подается на выключатель Q4. В то же время сигнал с выхода И23 отсутствует и поэтому не включается выключатель Q5. Отсутствие сигнала на выходе И21 приводит к появлению сигнала на выходе элемента НЕ25, который подается на один из входов элемента И27. На втором входе И27 присутствует сигнал с выхода элемента Память15. На выходе И27 появляется сигнал, который подается на выключатель Q4, отключая его и в то же время блокируя действие элемента НЕ24. Нагрузка Sбаланс отключается, снимая перегрузку с трансформатора Т1.
После отсчета времени элементом Задержка14 исчезает сигнал на входе элемента НЕ16, появляется сигнал на его выходе, который подается на вход И17. При токе на вводе секции шин Т1 меньшем или равном номинальному на второй вход И17 будет подан сигнал с выхода датчика ДНМ13, а при отсутствии превышения температуры Т2 на третий вход И17 будет подан сигнал с элемента НЕ32. Появится сигнал на выходе И17, который сбросит сигнал с элемента Память 15. При этом исчезнет сигнал с одного из входов И27 и с его выхода. Следовательно, исчезнет сигнал, блокирующий включение выключателя Q4 и он будет включен сигналом с элемента НЕ24, нагрузка Sбаланс34 будет снова подключена к Т1. Схема вернется в исходное состояние.
Реализация способа, таким образом, позволяет сохранить ресурс силовых трансформаторов двухтрансформаторных подстанций и предотвратить необоснованные перерывы в электроснабжении потребителей.