УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для оперативного контроля и защиты обмоток трансформатора в рабочем режиме.
Известно устройство контроля и защиты обмоток трансформаторов от деформаций обмоток при коротких замыканиях [Патент РФ №2136099 МПК G01R 31/02. Заявлено 06.10.94; Опубл. 27.08.99.], содержащее трехфазный источник электропитания, каждая фаза которого соединена с первыми выводами трехфазного защитного выключателя, вторые выводы первичной обмотки трехфазного контролируемого трансформатора соединены с общим выводом, выходы токоизмерительных элементов, включенных в цепь каждой фазы вторичной обмотки, соединены со входами блока вычисления производной тока, выходы которого соединены с соответствующими входами блока вычисления индуктивности, первый, второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами блока вычисления среднего значения напряжения. Выходы блока вычисления среднего значения индуктивности за период соединены с соответствующими входами блока вычисления отклонения, другие входы которого соединены с выходами блока уставки индуктивности, выходы которого соединены со входами блока контроля отклонения индуктивности, первый и второй выходы которого соединены соответственно с седьмым входом блока вычисления производной тока и четвертым входом блока вычисления среднего значения напряжения, а третий - со входом блока защиты, выход которого соединен с управляющим входом трехфазного защитного выключателя, входные выводы трехфазного трансформатора первичного напряжения соединены с соответствующими фазами трехфазного источника электропитания. Токоизмерительный элемент выполнен в виде трансформатора тока. Первый, второй и третий входы блока приведения значения индуктивности к номинальной частоте соединены с соответствующими выходами блока вычисления индуктивности. Четвертый и пятый входы блока приведения значения индуктивности к номинальной частоте соединены соответственно с первым и вторым выходами частотомера, который включен между первыми выводами второго и третьего трансформаторов тока. Первый, второй и третий выходы блока приведения значения индуктивности к номинальной частоте соединены с соответствующими входами блока вычисления среднего значения индуктивности за период. Первый, второй и третий входы блока приведения первичного напряжения ко
вторичному соединены соответственно с выходными выводами трехфазного трансформатора первичного напряжения. Первый, второй и третий входы блока вычисления разности напряжений соединены соответственно с выходами блока приведения первичного напряжения ко вторичному, а четвертый, пятый и шестой входы блока вычисления разности напряжений соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего трансформаторов вторичного напряжения. Первый, второй и третий выходы блока вычисления разности напряжений соединены с соответствующими входами блока вычисления среднего значения напряжения. К соответствующим выводам трансформаторов тока подключены первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока вычисления падения напряжения на активном сопротивлении трансформатора, седьмой, восьмой и девятый входы которого соединены с соответствующими выходами блока уставки активного сопротивления трансформатора. Первый, второй и третий выходы блока вычисления падения напряжения на активном сопротивления трансформатора соединены соответственно с дополнительными седьмым, восьмым и девятым входами блока вычисления индуктивности. Первые выводы вторичной обмотки трехфазного контролируемого трансформатора соединены между собой по схеме "звезда". Вторые выводы соответствующей вторичной обмотки соединены через соответствующие трансформаторы тока с первыми выводами трансформаторов вторичного напряжения и подключены к активной нагрузке, а первые выводы первичной обмотки трехфазного контролируемого трансформатора соединены со вторыми выводами трехфазного защитного выключателя.
Недостатком известного устройства является то, что величину активного сопротивления обмоток трансформатора определяют либо расчетами, либо по результатам предварительного эксперимента, что приводит к неточности в определении индуктивности обмоток и не позволяет использовать активное сопротивление обмоток в качестве диагностического показателя. Этот недостаток приводят к снижению надежности и эффективности описанного устройства.
Задачей полезной модели является создание более надежного и эффективного устройства для оперативного контроля и защиты обмоток трансформатора, позволяющего контролировать активное сопротивление обмоток трансформатора непосредственно в рабочем режиме и использовать его для определения индуктивности обмоток и в качестве диагностического показателя.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для оперативного контроля и защиты обмоток трансформатора в рабочем режиме содержит подключенный к первичной обмотке трансформатора измерительный преобразователь первичного напряжения,
подключенные к вторичной обмотке трансформатора измерительные преобразователи вторичного напряжения и вторичного тока. Причем каждый из измерительных преобразователей связан с последовательно соединенными коммутатором и аналого-цифровым преобразователем, к которому подключены блок приведения и блок вычисления разности, который соединен с блоком вычисления сопротивления и с блоком индуктивной составляющей напряжения, который соединен с блоком вычисления индуктивности, который связан с последовательно соединенными блоком усреднения и программатором контроля, соединенным с кнопочной клавиатурой. Причем блок приведения подключен к блоку вычисления разности, блоку вычисления сопротивления, блоку индуктивной составляющей напряжения и к блоку дифференцирования, который соединен с блоком вычисления индуктивности. А блок вычисления сопротивления связан с блоком индуктивной составляющей напряжения и с программатором контроля.
Предложенная схема заявляемого устройства является более надежной и эффективной за счет того, что активное сопротивление обмоток трансформатора контролируют непосредственно в рабочем режиме и используют его для определения индуктивности обмоток и в качестве диагностического показателя.
На фиг.1 - представлена аппаратная схема устройства для оперативного контроля и защиты обмоток трансформатора.
Устройство для оперативного контроля и защиты обмоток трансформатора содержит три измерительных преобразователя, каждый из которых подключен к коммутатору, который связан с аналого-цифровым преобразователем (не показаны на фиг.1), блок приведения 1 (БПр), блок вычисления разности 2 (БВр), блок вычисления сопротивления 3 (БВС), блок индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН), блок дифференцирования 5 (БД), блок вычисления индуктивности 6 (БВИ), блок усреднения 7 (БУср) и программатор контроля 8 (П).
К первичной обмотке трансформатора подключен измерительный преобразователь первичного напряжения, к вторичной обмотке трансформатора подключены измерительные преобразователи вторичного напряжения и вторичного тока, причем каждый из измерительных преобразователей связан с последовательно соединенными коммутатором и аналого-цифровым преобразователем (на фиг.1 не показаны). Соответствующие входы блока приведения 1 (БПр) и блока вычисления разности 2 (БВр) соединены с аналого-цифровым преобразователем. Входы программатора контроля 8 (П) соединены с кнопочной клавиатурой (не показана на фиг.1). Выходы блока приведения 1 (БПр) соединены с соответствующими входами блока вычисления разности 2 (БВр), блока вычисления сопротивления 3 (БВС), блока индуктивной составляющей напряжения 4
(БИСН) и блока дифференцирования 5 (БД). Выход блока вычисления разности 2 (БВр) соединен с соответствующими входами блока вычисления сопротивления 3 (БВС) и блока индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН). Выход блока вычисления сопротивления 3 (БВС) соединен с соответствующими входами блока индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН) и программатора контроля 8 (П). Выходы блока индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН) и блока дифференцирования 5 (БД) соединены с соответствующим входом блока вычисления индуктивности 6 (БВИ), выход которого соединен с входом блока усреднения 7 (БУср), выход которого соединен с соответствующим входом программатора контроля 8 (П).
Блок приведения 1 (БПр), блок вычисления разности 2 (БВр), блок вычисления сопротивления 3 (БВС), блок индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН), блок дифференцирования 5 (БД), блок вычисления индуктивности 6 (БВИ), блок усреднения 7 (БУср) и программатор контроля 8 (П) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53.
2
вх
н
испр
испр
Устройство работает следующим образом. При работе трансформатора в режиме, близком к номинальному, через три подключенных к его обмоткам измерительных преобразователя, каждый из которых связан с последовательно соединенными коммутатором и аналого-цифровым преобразователем (не показаны на фиг.1) на входы блока приведения 1 (БПр) и блока вычисления разности 2 (БВр), как показано на фиг.1, подают массивы мгновенных значений вторичного тока i(t), входного и выходного напряжений u(t) и u(t). В программатор контроля 8 (П) вводят значения активного сопротивлений R индуктивности рассеяния обмоток L, определенные на заведомо исправном трансформаторе.
В блоке приведения 1 (БПр) массивы мгновенных значений тока вторичной обмотки и напряжений на вторичной обмотке приводят к первичной цепи по формулам
1
где W - число витков первичной обмотки;
2
W - число витков вторичной обмотки.
С выхода блока приведения 1 (БПр) массив мгновенных значений приведенного напряжения вторичной обмотки  поступает на вход блока вычисления разности 2 (БВр). В блоке вычисления разности 2 (БВр) находят разность приведенных напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора
12
j
Мгновенные значения разности напряжений на обмотках трансформатора |u(t)| поступают на вход блока вычисления сопротивления 3 (БВС) и блока индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН).
Одновременно мгновенные значения приведенного тока вторичной обмотки  с выхода блока приведения 1 (БПр) поступают на вход блока дифференцирования 5 (БД), вход блока вычисления сопротивлений 3 (БВС) и вход блока индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН).
12
12
j
В блоке вычисления сопротивления 3 (БВС) рассчитывают значение мощности активных потерь P в обмотках трансформатора по массивам мгновенных значений тока  и напряжения |u(t)| [Функциональный контроль и диагностика электротехнических и электромеханических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения // Под ред. Е.И.Гольдштейна. Томск: Печатная мануфактура, 2003. - 240 с.]
Определяют действующее значение приведенного тока вторичной обмотки
Определяют активное сопротивление обмоток трансформатора
12
Значение активного сопротивления обмоток R с выхода блока вычисления сопротивления 3 (БВС) поступает на вход блока индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН) и на вход программатора контроля 8 (П).
В блоке вычисления индуктивной составляющей напряжения 4 (БИСН) находят индуктивную составляющую разности напряжений, вычитая из разности приведенных напряжений на обмотках трансформатора его активную составляющую, полученную произведением активного сопротивления обмоток на приведенный ток вторичной обмотки
L
j
Массив мгновенных значений индуктивной составляющей разности напряжений |u(t)| (поступает на вход блока вычисления индуктивности 6 (БВИ).
В блоке дифференцирования 5 (БД) производят численное дифференцирование массива мгновенных значений приведенного тока вторичной обмотки , и получают массив значений производной указанного тока по времени. Для численного дифференцирования, в частности, может быть использована формула [Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров - М., 1974, 832 с. Стр.696]
Массив мгновенных значений производной вторичного тока по времени  поступает на вход блока вычисления индуктивности 6 (БВИ).
Определенные в блоке вычисления индуктивности 6 (БВИ) мгновенные значения индуктивности обмоток трансформатора
поступают на вход блока усреднения 7 (БУср).
j
В блоке усреднения 7 (БУср) исключают пиковые значения мгновенной индуктивности |L(t)| и рассчитывают среднее значение на периоде
которое поступает на вход программатора контроля 8 (П).
В программаторе контроля 8 (П) вычисляют относительные отклонения индуктивности и активного сопротивления обмоток от значений, полученных на заведомо исправном трансформаторе, по формулам
12
12
Далее в программаторе 8 (П) относительные отклонения ΔL и ΔR сравнивают с уставкой ε, которую определяют эмпирически для каждого конкретного случая. Если значения ΔL и ΔR меньше ε, то обмотки трансформатора находятся в исправном состоянии. Таким образом, на выходе программатора контроля 8 (П) будет сигнал об исправном состоянии обмоток трансформатора и сигнал на отключение подан не будет. В случае если значение одного из относительных отклонений от значений для заведомо исправного трансформатора превысит значение уставки, на выходе программатора
контроля будет сигнал о том, что соответствующая обмотка трансформатора находится в неисправном состоянии и будет подан сигнал на отключение трансформатора.