УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИИ ОБМОТОК СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
DEVICE TO CONTROL DEFORMATION OF POWER TRANSFORMER WINDINGS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для непрерывного и периодического контроля состояния обмоток силовых трансформаторов без отключения от сети.
Уровень техники
6
Известно устройство, обеспечивающее непрерывный контроль обмоток силового трансформатора в процессе эксплуатации без отключения от сети. Суть работы данного устройства заключается в расчете мгновенного значения индуктивности L обмоток трансформатора по результатам расчета производной синусоидального тока (Хренников A.Ю. Пат. РФ №2136099, кл. H02H 7/04, G01R 31/02. Устройство контроля и защиты обмоток трансформаторов от деформаций при коротких замыканиях. Опубл. 27.08.1999).
ср
J
cp
Недостатком данного устройства является то, что результат получается как разность двух измерений, поэтому требуется высокая точность каждого, кроме того, в описании отсутствуют сведения о точности результатов измерения среднего значения индуктивности за период L. Достоверность результатов расчета производной синусоидального тока не была доказана, а мгновенное значение индуктивности L меняется также в течение периода, что затрудняет также оценку точности результата измерения L.
к
Известно также устройство, реализующее метод контроля сопротивления Z (Хонг Ван Ньу, Малиновский В.Н. Методы и средства контроля и диагностики состояния обмоток мощных силовых трансформаторов // Электротехника. 2009. №10. С.36-41).
В данном устройстве также, как и в предыдущем, результат получается как разность двух измерений, поэтому требуется их высокая точность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство, реализующее способ контроля деформации обмоток силовых трансформаторов, содержащее силовой трехфазный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, трансформаторы тока, соединенные в полную звезду, заземленную нейтраль, трансформатор тока, шины устройства, источник рабочего напряжения, трансформатор напряжения нулевой последовательности, фильтры первой гармоники, блоки коэффициентов, блок суммирования, индикатор фазы, переключатель фазы, блок деления и индикатор (Засыпкин А.С., Гармаш В.А., Дорожко С.В. Пат. РФ №2059257, кл. G01R 31/02. Способ контроля деформации обмоток силовых трансформаторов. Опубл. 27.04.96, Бюл. №12).
Недостатком данного устройства является сложность выполнения отдельных блоков, а также их высокая стоимость. Функции отдельных блоков можно реализовать с помощью специальной программы ЭВМ.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к упрощенному своевременному выявлению деформации обмоток силового трансформатора с меньшими затратами. Для этого функции блоков фильтров первой гармоники, суммирования, коэффициентов, деления, используемых в прототипе, предлагается реализовать с помощью специальной программы ЭВМ.
Технический результат достигается тем, что в устройство контроля деформации обмоток силового трансформатора, содержащее силовой трехфазный трансформатор с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, трансформаторы тока, соединенные в полную звезду, заземленную нейтраль, трансформатор тока, шины устройства, источник рабочего напряжения, трансформатор напряжения нулевой последовательности, отличающееся тем, что в него введен регистратор, выполненный на базе ЭВМ, причем первый и второй выводы трансформатора напряжения нулевой последовательности соединены, соответственно, с первым и вторым входами регистратора на базе ЭВМ, первый и второй выводы трансформатора тока соединены, соответственно, с третьим и четвертым входами регистратора на базе ЭВМ, первый вывод трансформаторов тока, соединенных в полную звезду, соединен с пятым входом регистратора на базе ЭВМ, второй вывод трансформаторов тока, соединенных в полную звезду, соединен с седьмым входом регистратора на базе ЭВМ, третий вывод трансформаторов тока, соединенных в полную звезду, соединен с девятым входом регистратора на базе ЭВМ, четвертый вывод трансформаторов тока, соединенных в полную звезду, соединен с шестым, восьмым и десятым входами регистратора на базе ЭВМ.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлена схема электрическая принципиальная устройства контроля деформации обмоток силового трансформатора.
На схеме объект контроля - силовой трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, соединенный в звезду и имеющий на вводах трансформаторы тока 3 и заземленную нейтраль 4 с трансформатором тока 5. Вторичная обмотка 6 соединена в треугольник. Трансформатор 1 подключен к шинам 7, питающимся от источника рабочего напряжения 8. К шинам также подключен трансформатор напряжения нулевой последовательности 9. На схеме изображен регистратор 10 на базе ЭВМ.
Осуществление изобретения
Устройство контроля деформации обмоток силового трансформатора содержит (см. чертеж) силовой трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, соединенный в звезду и имеющий на вводах трансформаторы тока 3 и заземленную нейтраль 4 с трансформатором тока 5. Вторичная обмотка 6 соединена в треугольник. Трансформатор 1 подключен к шинам 7, питающимся от источника рабочего напряжения 8. К шинам 7 также подключен трансформатор напряжения нулевой последовательности 9. На схеме изображен регистратор 10 на базе ЭВМ. Первый и второй выводы трансформатора напряжения нулевой последовательности 9 соединены, соответственно, с входом 1 и входом 2 регистратора 10 на базе ЭВМ, первый и второй выводы трансформатора тока 5 соединены, соответственно, с входом 3 и входом 4 регистратора 10 на базе ЭВМ, первый вывод трансформаторов тока 3, соединенных в полную звезду, соединен с входом 5 регистратора 10 на базе ЭВМ, второй вывод трансформаторов тока 3, соединенных в полную звезду, соединен с входом 7 регистратора 10 на базе ЭВМ, третий вывод трансформаторов тока 3, соединенных в полную звезду, соединен с входом 9 регистратора 10 на базе ЭВМ, четвертый вывод трансформаторов тока 3, соединенных в полную звезду, соединен с входом 6, входом 8 и входом 10 регистратора 10 на базе ЭВМ.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>N</mi></msub></mrow>
<mrow><mn>3</mn><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mn>0</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>ν</mi></msub></mrow>
Устройство контроля деформации обмоток силового трансформатора работает следующим образом. Ток заземления нейтрали 4
, первичной обмотки 2 контролируемого трансформатора 1 через трансформатор тока 5 подается на входы 3 и 4 регистратора 10 на базе ЭВМ. Напряжение нулевой последовательности
с трансформатора напряжения нулевой последовательности 9 подается на входы 1 и 2 регистратора 10 на базе ЭВМ. Фазные токи
через трансформаторы тока 3 подаются соответственно на входы 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10 регистратора 10 на базе ЭВМ. В регистраторе 10 на базе ЭВМ входные аналоговые сигналы фильтруются, усиливаются, преобразуются в цифровой код, который записывается в энергозависимое оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) (на чертеже не показано). В энергонезависимом ОЗУ (на чертеже не показано) производится хранение информации. Из энергонезависимого ОЗУ (на чертеже не показано) информация записывается в ЭВМ. В ЭВМ производится программная обработка полученной информации. С помощью преобразования Фурье определяются первые гармонические составляющие сигналов. Вычисляются сигналы в именованных единицах. Компенсируется погрешность трансформатора тока при регистрации малого тока в нейтрали силового трансформатора. Исключается систематическая погрешность, обусловленная несимметрией трансформаторов напряжения. Далее определяется изменение сопротивления в следующем порядке.
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>N</mi><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mn>0,</mn><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ч</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mn>0,</mn><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ч</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>X</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>X</mi><mi>к</mi></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mi>к</mi><mo>,</mo><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mi>к</mi><mo>,</mo><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>3</mn></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>ν</mi><mo>=</mo><mi>A</mi><mo>,</mo><mi>B</mi><mo>,</mo><mi>C</mi></mrow></munder><mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow>
0,расч.
1
2
к
0,расч.
0
к
Вычисляется составляющая тока заземления нейтрали, обусловленная напряжением нулевой последовательности на шинах ВН
, где Z - расчетное сопротивление нулевой последовательности силового трансформатора. Поскольку для силовых трансформаторов 110 кВ и выше R+R<<X, то вместо Z можно использовать
где X - сопротивление нулевой последовательности, X - индуктивное сопротивление КЗ одной из фаз, принятой за базу, измеряются первоначально, среднее сопротивление КЗ -
<mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>N</mi><mo>"</mo></msubsup><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>N</mi></msub><mo>−</mo><msubsup><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>N</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
Определяется составляющая тока заземления нейтрали, обусловленная несимметрией обмоток
.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>A</mi></msub><msub><mi>K</mi><mi>A</mi></msub><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>B</mi></msub><msub><mi>K</mi><mi>B</mi></msub><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>C</mi></msub><msub><mi>K</mi><mi>C</mi></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>Σ</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>Σ</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>Σ</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>I</mi><mo>˙</mo></mover><mi>ν</mi></msub></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
A
B
C
A
B
C
к.б.
Z
Деформированная фаза определяется следующим образом. Вычисляется сумма
, где K, K, K - коэффициенты пропорциональности. В идеальном случае (при равенстве сопротивлений КЗ всех фаз) эта сумма равна нулю. Если же в исходном состоянии сопротивления КЗ фаз не равны, то подбором коэффициентов пропорциональности K, K, K устанавливается нулевой результирующий ток
. При появлении деформации обмотки одной из фаз изменяется ток заземления нейтрали и появляется результирующий ток
. Этот ток коллинеарен току нагрузки
деформировавшейся фазы. Результирующий ток пропорционален изменению сопротивления КЗ обмотки фазы на величину
, где  - сопротивление КЗ фазы силового трансформатора, принятой за базу.
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>I</mi><mi>Σ</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mi>ν</mi></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Вычисляется отклонение сопротивления КЗ
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mo>*</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mo>*</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>0.01</mn><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>ν</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><munder accentunder="true"><mi>Z</mi><mo stretchy="true">_</mo></munder></mrow><mrow><mi>к</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">(</mo><mi>%</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow>
По определению
через отклонения сопротивления КЗ, например, до внешнего КЗ
и после
, определяется изменение сопротивления КЗ ν-той фазы силового трансформатора
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями имеет преимущество - упрощенное своевременное выявление деформации обмоток силового трансформатора с меньшими затратами.