Устройство для автоматического ограничения перегрузки трансформатора

Полезная модель относится к противоаварийной автоматике электрических сетей напряжением 110 кВ и выше и может быть использована для автоматического ограничения перегрузки трансформатора в аварийных ситуациях, обеспечивая оптимальный объем и длительность отключения нагрузки по времени.
Силовые трансформаторы и автотрансформаторы являются важнейшим видом основного оборудования, обеспечивающим преобразование электроэнергии при ее генерировании (производстве), передаче и распределении. Надежная эксплуатация силовых трансформаторов во многом определяется правильным выбором конструкции и технологии в процессе изготовления.
Учитывая то обстоятельство, что более 50% от общего количества силовых трансформаторов классов напряжения 35-220 кВ, находящихся в эксплуатации в распределительном электросетевом комплексе страны, отработало нормативные сроки службы, установленные заводами-изготовителями, в короткое время осуществить их замену на новые, в нынешних экономических условиях, представляется невыполнимой задачей. С другой стороны, как показывает опыт эксплуатации силовых трансформаторов в нашей стране и за рубежом, при выполнении определенных условий сроки службы силовых трансформаторов можно продлить. Обеспечение требуемой эксплуатационной надежности возможно только при наличии достоверной информации о техническом состоянии трансформаторов по результатам диагностики.
Известна автоматизированная система отключения нагрузки [RU 127959, U1, G05F 1/00, 10.05.2013], содержащая автоматику ограничения снижения напряжения, по меньшей мере, один вход которой служит для подсоединения к шинам высшего напряжения подстанции и, по меньшей мере, другой вход которой служит для подсоединения к секциям шин низшего напряжения подстанции для измерения на них напряжения, первый выход автоматики ограничения снижения напряжения подсоединен к входу системы автоматики отключения нагрузок при снижении напряжений ниже заданного уровня, а второй выход - к входу системы автоматики повторного включения нагрузок при увеличении напряжения до заданного уровня, а также автоматика ограничения перегрузки трансформатора, по меньшей мере, один вход которой служит для подсоединения к обмотке высшего напряжения трансформатора для измерения тока обмотки высшего напряжения трансформатора, и, по меньшей мере, другой вход которой служит для подсоединения к датчику температуры трансформатора и измерения температуры наиболее нагретой точки трансформатора соответственно, первый выход автоматики ограничения перегрузки трансформатора подсоединен к входу системы автоматики отключения нагрузок при увеличении тока обмотки высшего напряжения трансформатора выше заданного уровня и/или при увеличении температуры наиболее нагретой точки трансформатора выше заданной, а второй выход автоматики ограничения перегрузки трансформатора - к входу системы автоматики повторного включения нагрузок при восстановлении тока обмотки высшего напряжения трансформатора и температуры до заданного уровня, при этом, автоматика ограничения снижения напряжения, автоматика ограничения перегрузки трансформатора, система автоматики отключения нагрузок и автоматика повторного включения нагрузок установлены в едином шкафу.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность и точность работы, поскольку не учитываются изменения параметров трансформатора в процессе эксплуатации.
Известно устройство для мониторинга силовых трансформаторов [RU 2242830, C1, Н02Н 7/04, 20.12.2004], включающее блок измерения величины тока, содержащий средства для измерения значений тока в одной обмотке трансформатора, блок измерения величины напряжения, блок измерения температуры окружающей среды, блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора, содержащий средства для измерения температуры верхних слоев трансформаторного масла, блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора, содержащий средства для измерения давления масла в вводах, устройство для обработки полученных данных и блок оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами блока измерения величины тока, блока измерения величины напряжения, блока измерения температуры окружающей среды, блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора и блока контроля давления масла в высоковольтных вводах трансформатора, а также блок контроля температуры обмоток, блок контроля состояния трансформаторного масла, блок контроля положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), блок расчета интегральных характеристик трансформатора, блок регистрации аварийных процессов, блок расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, блок управления системой масляного охлаждения трансформатора, блок дистанционного управления устройством РПН, блок ведения журналов состояния трансформатора, блок визуализации значений измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, блок передачи данных и интеграции системы мониторинга в автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ) и автоматизированную систему учета электроэнергии (АСУЭ), блок обработки информации о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора изменениях, при этом, блок измерения величины тока снабжен средствами для измерения мгновенных, средних и действующих значений тока в обмотках высокого, среднего и низкого напряжений в фазах А, В, С, блок измерения величины напряжения снабжен средствами для измерения мгновенных, средних и действующих значений напряжения в обмотках высокого, среднего и низкого напряжений в фазах А, В, С, блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора дополнительно снабжен средствами для измерения температуры трансформаторного масла на входе и выходе охладителей, средствами для контроля уровня масла и средствами для контроля давления масла в баке трансформатора и баке устройства РПН, блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора дополнительно снабжен средствами для измерения токов утечки в изоляции, устройство для обработки полученных данных выполнено в виде блока обработки и архивирования полученных данных, снабженного системой, запрограммированной в соответствии с основными допустимыми параметрами работы трансформатора в режиме эксплуатации, причем первый выход блока измерения величины тока соединен с первым входом блока расчета интегральных характеристик трансформатора, второй его выход соединен с первым входом блока регистрации аварийных процессов, третий его выход соединен с первым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, четвертый его выход соединен с первым входом блока обработки и архивирования полученных данных, пятый его выход соединен с первым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, шестой его выход соединен с первым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, седьмой его выход соединен с первым входом блока дистанционного управления устройством РПН, первый выход блока измерения величины напряжения соединен со вторым входом блока расчета интегральных характеристик, второй его выход соединен со вторым входом блока регистрации аварийных процессов, третий его выход соединен со вторым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, четвертый его выход соединен со вторым входом блока обработки и архивирования полученных данных, пятый его выход соединен со вторым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, шестой его выход соединен со вторым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока измерения температуры окружающей среды соединен с третьим входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с третьим входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с третьим входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с первым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с третьим входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора соединен с четвертым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с четвертым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с четвертым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен со вторым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с четвертым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля температуры обмоток соединен с пятым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с пятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с пятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с третьим входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с пятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля состояния трансформаторного масла соединен с шестым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с шестым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с шестым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с четвертым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с шестым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора соединен с седьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, второй его выход соединен с седьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с седьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока контроля положения устройства РПН соединен с седьмым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с восьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с восьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен со вторым входом блока дистанционного управления устройством РПН, первый выход блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты соединен с девятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с девятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока расчета интегральных характеристик трансформатора соединен с восьмым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с десятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с десятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока регистрации аварийных процессов соединен с одиннадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с одиннадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, третий его выход соединен с восьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, четвертый его выход соединен с первым входом блока визуализации значений измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, первый выход блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени соединен с двенадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с двенадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, третий его выход соединен с первым входом блока передачи данных и интеграции системы мониторинга в АСДУ и АСУЭ, четвертый его выход соединен с входом блока контроля температуры обмоток, пятый его выход соединен с пятым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, шестой его выход соединен со вторым входом блока визуализации значений измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, первый выход блока дистанционного управления устройством РПН соединен с третьим входом блока визуализации значений измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен со вторым входом блока передачи данных и интеграции системы мониторинга в АСДУ и АСУЭ, четвертый его выход соединен с девятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока управления системой масляного охлаждения соединен с четвертым входом блока визуализации измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с третьим входом блока передачи данных и интеграции системы мониторинга в АСДУ и АСУЭ, первый выход блока обработки и архивирования полученных данных соединен с пятым входом блока визуализации измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, второй его выход соединен с четвертым входом блока передачи данных и интеграции системы мониторинга в АСДУ и АСУЭ, третий его выход соединен с входом блока обработки информации о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора изменениях, четвертый его выход соединен с третьим входом блока дистанционного управления устройством РПН, пятый его выход соединен с шестым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, шестой его выход соединен с десятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока ведения журналов состояния трансформатора соединен с шестым входом блока визуализации измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока обработки информации о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора изменениях соединен с пятым входом блока передачи данных и интеграции системы мониторинга в АСДУ и АСУЭ, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока визуализации измеряемых параметров в виде таблиц и/или графиков соединен с четвертым входом блока дистанционного управления устройством РПН.
Известное устройство обеспечивает всесторонний мониторинг параметров трансформатора в процессе эксплуатации, но обладает относительно узкими функциональными возможностями, поскольку не может реализовать функции автоматического ограничения перегрузки трансформатора.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство [RU 2470435, C1, Н02Н 3/08, 20.12.2012], содержащее последовательно включенные датчик температуры провода воздушной линии электропередачи (ВЛ) и блок контроля температуры провода ВЛ, выполненный с возможностью определения повышения температуры провода до допустимого и предельного значений при нагреве, а также ее снижения до допустимого значения при остывании провода, блок расчетного определения температуры провода ВЛ, подключенный сигнальными входами к выходам измерителя величины тока ВЛ и датчика температуры воздуха окружающей среды, контроллер, подключенный выходами к задающим входам блока контроля температуры провода ВЛ и блока расчетного определения температуры провода ВЛ и выполненный с возможностью задания уставок превышения предельных температур нагрева и остывания до допустимого уровня температуры, а также передачи от оперативного персонала разрешения на конкретные управляющие воздействия, коммутатор, подключенный входами к выходам блока контроля температуры провода ВЛ и блока расчетного определения температуры провода ВЛ и выполненный с обеспечением возможности приоритетного действия по сигналам от блока контроля температуры провода ВЛ, а при его выходе из строя или неисправности датчика температуры провода ВЛ - по сигналам от блока расчетного определения температуры провода ВЛ, блоки формирования команд управляющих воздействий по разгрузке ВЛ, подключенные входами к выходу коммутатора, блок выдачи команды для автоматического включения нагрузок, отключенных при перегрузке ВЛ, подключенный сигнальным входом к выходу коммутатора, а разрешающим входом - к соответствующему выходу контроллера, блоки формирования команд управляющих воздействий очередности автоматического включения нагрузок, подключенные к выходу блока выдачи команд.
Наиболее близкое техническое решение обладает относительно узкими функциональными возможностями и не позволяет производить мониторинг параметров трансформатора в процессе его эксплуатации для эффективной реализации функции автоматического ограничения перегрузки трансформатора в аварийных ситуациях для обеспечения его оптимального объема и длительности по времени.
Это сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы для автоматического ограничения перегрузки трансформатора в аварийных ситуациях и не позволяет повысить надежность и точность работы средств автоматики для автоматического ограничения перегрузки трансформатора.
длит.доп.
В соответствии с ГОСТ Р 55105-2012 [ГОСТ Р 55105-2012 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Нормы и требования», утвержден приказом Росстандарта от 15 ноября 2012 года N807-ст., введен в действие с 1 июля 2013 года] автоматика ограничения перегрузки оборудования предназначена для предотвращения недопустимой по величине и длительности токовой нагрузки электрооборудования и ЛЭП. В соответствии с «Методическими указаниями по выбору логики действия и уставок срабатывания автоматики ограничения перегрузки оборудования», разработанными ОАО «СО ЕЭС», для выбора уставок АОПТ собственником должна быть предоставлена в том числе информация по длительно допустимой токовой нагрузке (I) с учетом технического состояния оборудования. Кроме того, при выборе выдержек времени ступеней реализации управляющих воздействий, таких как секционирование (деление) сети, отключение генераторов, отключение нагрузки и отключение перегружающегося элемента, необходимо полностью использовать перегрузочную способность электросетевого оборудования.
Учитывая, что техническое состояние трансформатора в процессе эксплуатации меняется то и уставки противоаварийной автоматики требуется выбирать с учетом данного обстоятельства, поэтому для реализации принципа адаптивности необходимо обеспечить интеграцию информации о текущих измерениях и диагностических данных о техническом состоянии трансформатора в устройство автоматики ограничения перегрузки трансформатора.
В соответствии с п. 40 раздела IV [Постановление Правительства Российской Федерации от 4 мая 2012 г. №442 «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии»] при возникновении (угрозе возникновения) аварийной перегрузки и повреждения линий электропередачи или иного электротехнического оборудования в целях предотвращения нарушения устойчивой работы энергосистемы возможно проведение отключений линий электропередачи и трансформаторов, питающих энергопринимающие устройства потребителей, не включенных в графики аварийного отключения нагрузки.
Однако у промышленных и непромышленных потребителей возникают обоснованные претензии к распределительным сетевым компаниям, отключающим электроустановки потребителей от противоаварийной автоматики при повреждениях отдельных элементов сети или при возникновении перегрузок отдельных трансформаторов и линий электропередачи, локальных снижениях напряжения в узлах нагрузки и т.п., что требует изменения подходов в выборе управляющих воздействий противоаварийной автоматики.
Известно, что систематические перегрузки трансформаторов допускаются в зависимости от характера суточного графика нагрузки, температуры охлаждающей среды и недогрузки в летнее время. Они не должны превышать 50% номинальной мощности, при этом систематические перегрузки, более чем 1,5 кратным номинальным током, могут быть допущены только по согласованию с заводом-изготовителем.
Под систематической перегрузкой трансформатора понимают такой режим работы (совокупность условий), при котором в течение части времени нагрузка трансформатора превышает его номинальную мощность, а в остальное время рассматриваемого периода (суток, года) она меньше номинальной. При этом нагрузки таковы, что износ изоляции за рассматриваемый период не превышает номинального износа, соответствующего температуре обмотки 98°С. Температура масла в верхних слоях не должна превышать 95°С. Однако основным критерием допустимости того или иного режима при систематической перегрузке трансформатора является износ изоляции за рассматриваемый период. Температура обмотки может лимитировать систематическую перегрузку только при наличии резко выраженных пиков нагрузки, а трансформатор может работать в режиме систематической перегрузки в течение всего срока службы. При систематической и аварийной перегрузках силовых трансформаторов температура обмоток в наиболее нагретой точке (в часы максимума нагрузки) превышает 98°С, но она не должна быть выше 140°С.
Целесообразно устройства автоматики ограничения перегрузки трансформатора выполнять на цифровой элементной базе с обеспечением защиты от перегрузки трансформаторов путем автоматического отключения потребителей электрической энергии (до пяти ступеней) в зависимости от тока перегрузки. При этом имеется возможность выбора двух групп уставок по току и времени, каждая из которых задается ступенчатыми характеристиками с помощью нескольких точек (до 5 точек), в соответствии с п. 5.3.15 ПТЭ.
Первая характеристика, как правило, настраивается на разгрузку силового трансформатора при перегрузках от 30 до 100%, а вторая при перегрузках выше 100% с выдержками времени ступеней существенно меньшими. Разгрузка производится до тех пор, пока ток нагрузки не снизится ниже уставки возврата равной 105% от номинального тока нагрузки трансформатора. При снижении тока ниже пускового с помощью математической модели имитируется остывание трансформатора.
Алгоритм автоматики ограничения перегрузки трансформатора выбирается таким, что предусматривает возврат по завершению срабатываний всех заданных ступеней, а, следовательно, мероприятий реализуемых автоматикой ограничения перегрузки трансформатора должно быть достаточно для разгрузки трансформатора до безопасной величины в любых схемно-режимных ситуациях. При перегрузках трансформаторов менее 30% оперативный персонал обязан принимать своевременные меры по их устранению, действуя в соответствии с местной инструкцией.
Допустимые значения перегрузки силовых трансформаторов приводятся для всех систем охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды, и не учитывают фактическое техническое состояние отдельно взятого силового трансформатора. При высокой степени износа силовых трансформаторов, вероятность их повреждения в режиме перегрузки весьма высока [Илюшин П.В. Выбор управляющих воздействий противоаварийной автоматики в распределительных сетях для повышения надежности электроснабжения потребителей, Релейная защита и автоматизация, 2013, №3].
Существующий подход не позволяет учитывать техническое состояние перегружаемого силового трансформатора, а также параметры окружающей среды, оказывающие существенное влияние как на выбор объемов управляющих воздействий автоматики ограничения перегрузки трансформатора, так и на время отключения потребителей от действия противоаварийной автоматики.
Задачей полезной модели является создание устройства для автоматического ограничения перегрузки трансформатора, учитывающего изменения параметров трансформатора в процессе эксплуатации и тем самым обеспечивающего наиболее целесообразный объем и время аварийного отключения нагрузки.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности и точности работы средств автоматики для автоматического ограничения перегрузки трансформатора в аварийных ситуациях.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство для автоматического ограничения перегрузки трансформатора, содержащее блок контроля температуры, выполненный с возможностью получения на первый вход сигнала от датчиков температуры обмоток трансформатора и определения повышения температуры до допустимого и предельного значений при нагреве, а также ее снижения до допустимого значения при остывании, блок расчетного определения температуры, выполненный с возможностью получения на первый вход сигнала от датчика тока и на второй вход сигнала от датчика температуры воздуха окружающей среды, контроллер, первый выход которого соединен со вторым входом блока контроля температуры, второй выход соединен с третьим входом блока расчетного определения температуры и выполненный с возможностью задания уставок превышения предельных температур нагрева и остывания до допустимого уровня температуры, а также передачи от оперативного персонала разрешения на конкретные управляющие воздействия, коммутатор, первый вход которого соединен с первым выходом блока контроля температуры, а второй вход соединен с выходом блока расчетного определения температуры, блоки формирования команд управляющих воздействий по разгрузке, входы которых соединены с первым выходом коммутатора, блок выдачи команды для автоматического включения нагрузок, отключенных при перегрузке, первый вход которого соединен со вторым выходом коммутатора, а второй вход соединен с третьим выходом контроллера, блоки формирования команд управляющих воздействий очередности автоматического включения нагрузок, входы которых соединены с выходом блока выдачи команды для автоматического включения нагрузок, отключенных при перегрузке, при этом, второй выход блока контроля температуры соединен с первым входом контроллера, согласно полезной модели, введен блок расчета мощности, выполненный с возможностью получения на свой первый вход сигнала от измерителя величины напряжения, причем, блок расчетного определения температуры, выполнен с возможность получения на свой четвертый вход сигнала от измерителя величины напряжения, а на пятый вход получения сигнала от датчика температуры обмоток трансформатора, при этом, шестой вход блок расчетного определения температуры соединен с выходом блока расчета мощности, выполненного с возможность получения на свой второй вход сигнала от датчика тока, а контроллер выполнен с возможностью получения на свой второй вход сигнала от внешнего датчика контроля состояния охлаждения трансформатора.
На чертеже представлены:
- на фиг. 1 - функциональная схема устройства для автоматического ограничения перегрузки трансформатора совместно с внешними датчиками;
а
- на фиг. 2 - пример характеристик устройств автоматики ограничения перегрузки, реализующих разгрузку силовых трансформаторов в режимах перегрузок () - систематическая перегрузка от 30 до 100%; б) - аварийная перегрузка свыше 100%).
На фиг. 1 обозначены:
1 - датчик температуры;
2 - датчик тока;
3 - датчик температуры воздуха окружающей среды;
4 - блок контроля температуры;
5 - блок расчетного определения температуры;
6 - контроллер;
7 - коммутатор;
8.1…8.n - блоки формирования команд управляющих воздействий по разгрузке;
9 - блок 9 выдачи команды для автоматического включения отключенных при перегрузке нагрузок;
10.1…10.m - блоки формирования команд управляющих воздействий по очередности автоматического включения нагрузок;
11 - измеритель величины напряжения;
12 - блок расчета мощности.
Устройство для автоматического ограничения перегрузки трансформатора содержит блок 4 контроля температуры, выполненный с возможностью получения на первый вход сигнала от датчиков 1 температуры обмоток трансформатора и определения повышения температуры до допустимого и предельного значений при нагреве, а также ее снижения до допустимого значения при остывании.
Устройство содержит также блок 5 расчетного определения температуры, выполненный с возможностью получения на первый вход сигнала от датчика 2 тока и на второй вход сигнала от датчика 3 температуры воздуха окружающей среды, и контроллер 6, первый выход которого соединен со вторым входом блока 4 контроля температуры, второй выход соединен с третьим входом блока 5 расчетного определения температуры и выполненный с возможностью задания уставок превышения предельных температур нагрева и остывания до допустимого уровня температуры, а также передачи от оперативного персонала разрешения на конкретные управляющие воздействия.
Кроме того, устройство содержит коммутатор 7, первый вход которого соединен с первым выходом блока 4 контроля температуры, а второй вход соединен с выходом блока 5 расчетного определения температуры, блоки 8.1…8.n формирования команд управляющих воздействий по разгрузке, входы которых соединены с первым выходом коммутатора 7, блок 9 выдачи команды для автоматического включения нагрузок, отключенных при перегрузке, первый вход которого соединен со вторым выходом коммутатора 7, а второй вход соединен с третьим выходом контроллера 6, а также блоки 10.1…10.m формирования команд управляющих воздействий очередности автоматического включения нагрузок, входы которых соединены с выходом блока 9 выдачи команды для автоматического включения нагрузок, отключенных при перегрузке, при этом, второй выход блока 4 контроля температуры соединен с первым входом контроллера 6.
В устройстве имеется также блок 12 расчета мощности, выполненный с возможностью получения на свой первый вход сигнала от измерителя 11 величины напряжения, причем, блок 5 расчетного определения температуры, выполнен с возможность получения на свой четвертый вход сигнала от измерителя 11 величины напряжения, а на пятый вход получения сигнала от датчика 1 температуры обмоток трансформатора, при этом, шестой вход блока 5 расчетного определения температуры соединен с выходом блока 12 расчета мощности, выполненного с возможность получения на свой второй вход сигнала от датчика 2 тока, а контроллер 6 выполнен с возможностью получения на свой второй вход сигнала от внешнего датчика контроля состояния охлаждения трансформатора.
В устройстве датчик 2 тока (измеритель величины тока) осуществляет измерение мгновенных, средних и действующих значений тока в обмотках высокого, среднего и низкого напряжения в фазах А, В, С, обеспечивая контроль всех значений тока и слежение за наличием или отсутствием перегрузок по току.
Измеритель 11 величины напряжения осуществляет измерение мгновенных, средних и действующих значений напряжения в обмотках высокого, среднего и низкого напряжения в фазах А, В, С, обеспечивая контроль всех значений напряжения и слежение за наличием или отсутствием отклонений напряжения.
Блок 4 контроля температуры выполнен с возможностью определения повышения температуры обмоток трансформатора до допустимого и предельного значений при нагреве, а также ее снижения до допустимого значения при остывании трансформатора. Дополнительно в блоке 4 учитывается состояние (исправность: полная или частичная) системы охлаждения трансформатора для корректировки скорости срабатывания устройства для автоматического ограничения перегрузки трансформатора по времени. Информация поступает через контроллер 6 ко входу которого подключен информационный выход системы контроля состояния охлаждения трансформатора.
Блок 5 расчетного определения температуры по данным измерений в реальном масштабе времени на основе информации, поступающей от датчика 2 тока, измерителя 11 величины напряжения, датчика 1 температуры обмоток трансформатора, датчика 3 температуры окружающей среды, блока 12 расчета мощности, осуществляет вычисление эксплуатационных характеристик трансформатора для задания адаптивных условий срабатывания автоматики ограничения перегрузки трансформатора по току (фиг. 2), а также по температуре. В расчетах учитываются: величина температуры наиболее нагретой точки обмоток трансформатора, активной, реактивной и полной мощности, среднее значение тока и напряжения трехфазной сети, прямая и обратная последовательности тока и напряжения, небаланс токов и напряжений в трехфазной сети, коэффициент мощности, коэффициент трансформации, скорость старения изоляции.
Дополнительно в расчетах учитывается состояние (исправность: полная или частичная) системы охлаждения трансформатора для корректировки времени срабатывания устройства для автоматического ограничения перегрузки трансформатора. Информация поступает через контроллер 6 ко входу которого подключен информационный выход системы контроля состояния охлаждения трансформатора.
Контроллер 6 выполнен с возможностью задания уставок превышения предельных температур нагрева и остывания до допустимого уровня температуры, а также уставок токов. Кроме того, контроллер 6 выполнен с возможностью передачи от оперативного персонала (ОП) разрешения на реализацию управляющих воздействий.
Коммутатор 7 выполнен с обеспечением возможности приоритетного действия по сигналам от блока контроля температуры, а при его выходе из строя или неисправности датчиков 1 температуры обмоток трансформатора - по сигналам от блока 5 расчетного определения температуры.
Блоки 8.1…8.n формирования команд управляющих воздействий по разгрузке трансформатора выполнены с возможностью выдачи предупредительных сигналов, команд на изменение конфигурации сети (например, включение/отключение шиносоединительного выключателя на энергообъекте), команд оптимальной очередности отключения нагрузок, допускающих перерыв питания, а также отключение трансформатора.
Блок 4 контроля температуры подключен вторым выходом к первому входу контроллера 6, причем, блок 4 контроля температуры выполнен с возможностью определения текущих значений температуры обмоток трансформатора и времени, оставшегося до достижения допустимого и предельно допустимого значений температуры обмоток, а контроллер 6 - с возможностью передачи этой информации оперативному персоналу.
Блок 12 расчета мощности на основе информации о мгновенных значениях тока и напряжения, поступающих от измерителей 2 тока и 11 напряжения, обеспечивает расчет активной, реактивной и полной мощностей, необходимых для функционирования блока 5 расчетного определения температуры трансформатора.
Устройство автоматического ограничения перегрузки трансформатора работает следующим образом.
Для получения данных о температуре обмоток трансформатора в заявляемом техническом решении используются одновременно расчетное определение температуры обмоток и ее непосредственное измерение в трансформаторе. Входной сигнал от датчиков 1 температуры поступает в блок 4 контроля температуры. Блок 4 отслеживает текущую температуру обмоток трансформатора, сравнивает с заданными значениями (уставками) и определяет повышение температуры обмоток до допустимого и предельного значений при нагреве, а также ее снижение до допустимого значения при остывании трансформатора. От датчиков 1 температуры в блок 4 контроля температуры могут также подводиться, кроме температуры обмоток, еще и другие параметры, например, значения температуры масла в разных частях бака трансформатора. Эти параметры могут быть важными для анализа массива данных, а также при передаче информации от датчиков 1 температуры в блок 5 расчетного определения температуры. При отказах системы охлаждения трансформатора, ввиду повышенной скорости нарастания температуры обмоток трансформатора, может существенно увеличиться скорость нагрева обмоток. Информация о состоянии (исправности) системы охлаждения поступает в устройство через контроллер 6 на входы блоков 4 и 5. При этом в блоках 4 и 5 путем расчета постоянной времени, в соответствии с темпом нагрева обмоток, то есть в зависимости от степени перегрузки трансформатора, корректируется время, оставшееся до начала формирования управляющих воздействий на разгрузку.
Входные сигналы от датчика 2 тока, датчика 3 температуры воздуха окружающей среды, измерителя 11 напряжения, блока 12 расчета мощности подводятся к блоку 5 расчетного определения температуры. Блок 5 выполняет расчет температуры обмоток трансформатора с учетом технического состояния трансформатора, протекающего тока и мощности загрузки трансформатора, а также температуры воздуха окружающей среды. С учетом технического состояния трансформатора и перечисленных выше данных определяются характеристики перегрузки трансформатора и диапазоны формирования соответствующих уставочных значений. Кроме того, в блоке 5 осуществляется вычисление допустимых тока, мощности и напряжения при измеренной температуре воздуха окружающей среды.
Контроллер 6 предусмотрен для обеспечения возможности задания оперативным персоналом параметров, характеризующих трансформатор, и условий действия устройства автоматического ограничения перегрузки трансформатора. Контроллер 6 вводит в блок 4 контроля температуры и блок 5 расчетного определения температуры начальные значения допустимой и предельной температур обмоток трансформатора. Принято, что при превышении температурой обмотки трансформатора допустимого и предельного значений в процессе нагрева, а также при снижении температуры до допустимого значения в процессе остывания обмоток устройство автоматического ограничения перегрузки трансформатора должно формировать команды для реализации соответствующих управляющих воздействий. Кроме того, с помощью контроллера 6 в блок 5 изначально заносятся параметры трансформатора, необходимые для расчета температуры обмоток по измеренным значениям тока, напряжения и мощности, а также температуры воздуха окружающей среды.
В контроллер 6 для передачи оперативному персоналу (ОП) передается полученная информация от блока 4 контроля температуры о текущих значениях температуры обмоток и времени, оставшегося до достижения допустимого и предельно допустимого значений температуры обмоток, а также сообщения об оставшемся времени до начала формирования управляющих воздействий в промежутках от допустимой до предельной температуры. Эту информацию полезно учитывать при управлении, особенно в аварийных и послеаварийных режимах с тем, чтобы принимать оптимальные решения для нормализации режима работы сети.
Коммутатор 7 обеспечивает выбранную приоритетность действия устройства для автоматического ограничения перегрузки трансформатора. Если устройство функционирует нормально, то для действия выходных устройств определяющими являются сигналы от датчиков 1 температуры обмоток через блок 4 контроля температуры. При неисправности датчиков 1 температуры или блока 4 контроля температуры, а также при потере связи между датчиками 1 и блоком 4 контроля температуры ограничение перегрузки трансформатора производится с использованием сигналов от блока 5 расчетного определения температуры. Тем самым реализуется надежное резервирование по ограничению перегрузки. Блоки 8.1…8.n осуществляют формирование и выдачу управляющих воздействий по разгрузке для автоматического предотвращения перегрузки трансформатора при нагреве обмоток (предупредительные сигналы; изменение конфигурации сети; очереди отключения нагрузок; отключение трансформатора).
Блок 9 обеспечивает выдачу команды на автоматическое включение отключенных от устройства автоматического ограничения перегрузки трансформатора нагрузок (действует при остывании до допустимого уровня температуры обмоток трансформатора и получении разрешения от контроллера 6).
Блоки 10.1…10.m формируют команды управляющих воздействий по заданной очередности автоматического включения нагрузок, отключенных устройством автоматического ограничения перегрузки трансформатора.
Таким образом, необходима интеграция информации о текущих измерениях и диагностических данных о техническом состоянии трансформатора в устройство автоматического ограничения перегрузки трансформатора для учета его фактического технического состояния в процессе эксплуатации и оптимального использования его нагрузочной способности.
Предложенное устройство позволяет обеспечить минимизацию управляющих воздействий на отключение нагрузки и максимально быстрое включение нагрузки после ликвидации перегрузки трансформатора при восстановлении нормального режима работы электрической сети.
Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении надежности и точности работы средств автоматики для автоматического ограничения перегрузки трансформатора в аварийных ситуациях, обеспечивая оптимальный объем и длительность отключения нагрузки по времени.