УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБМОТОК ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С НЕНАГРУЖЕННОЙ ОБМОТКОЙ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для контроля состояния обмоток однофазного трансформатора с ненагруженной обмоткой в рабочем режиме.
Известно устройство контроля и защиты обмоток трансформаторов от деформаций обмоток при коротких замыканиях [Пат. 2136099 РФ МПК G01R 31/02. Устройство контроля и защиты обмоток трансформаторов от деформаций при коротких замыканиях / А.Ю.Хренников. - 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, отличающееся тем, что в него дополнительно введены частотомер, блок приведения первичного напряжения ко вторичному, блок вычисления разности напряжений, приведенных к стороне вторичного напряжения, блок вычисления падения напряжения на активном сопротивлении трансформатора, блок уставки активного сопротивления трансформатора, блок приведения значения индуктивности к номинальной частоте и активная нагрузка, 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 сопротивлении 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 при расчетах ток намагничивания трансформатора не учитывают и находят некую «суммарную» индуктивность рассеяния обеих обмоток вместо того, что бы определить индуктивность рассеяния первичной обмотки и индуктивность рассеяния вторичной обмотки раздельно. Кроме того, активные сопротивления обмоток полагают известными и постоянными, что приводит к неточности в расчетах и не позволяет использовать эти активные сопротивления в качестве диагностических показателей. Эти недостатки приводят к снижению надежности и эффективности описанного устройства и не позволяют
осуществлять контроль первичной и вторичной обмоток трансформатора независимо друг от друга.
Задачей полезной модели является создание более надежного и эффективного устройства для оперативного контроля состояния обмоток однофазного трансформатора, имеющего ненагруженную третью обмотку, позволяющего контролировать состояние первичной обмотки и вторичной обмотки трансформатора по отдельности, используя для этого их активные сопротивления и индуктивности рассеяния.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для оперативного контроля состояния обмоток однофазного трансформатора с ненагруженной обмоткой в рабочем режиме содержит последовательно подключенные к объекту контроля измерительные преобразователи, коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, к которому подключены первый, второй и третий масштабирующие блоки, первый сумматор, первый программатор вычисления производных по времени и программатор вычисления индуктивности и активного сопротивления. Кроме того, программатор вычисления коэффициентов трансформации соединен с кнопочной клавиатурой, первым, вторым и третьим масштабирующими боками. Причем выход первого масштабирующего блока соединен со вторым сумматором и с первым инвертором, выход которого соединен с первым сумматором, выход которого соединен с программатором вычисления индуктивности и активного сопротивления, а выход второго масштабирующего блока соединен со вторым инвертором, выход которого соединен с вторым сумматором, выход которого соединен с программатором вычисления индуктивности и активного сопротивления. При этом третий масштабирующий блок соединен с программатором вычисления индуктивности и активного сопротивления и со вторым программатором вычисления производных по времени, выход которого соединен с программатором вычисления индуктивности и активного сопротивления, который соединен со вторым программатором вычисления производных по времени и с входом программатора контроля, который соединен с кнопочной клавиатурой.
Предложенная схема заявляемого устройства позволяет контролировать состояние первичной обмотки и вторичной обмотки трансформатора по отдельности, используя для этого их активные сопротивления и индуктивности рассеяния.
На фиг.1 - представлена аппаратная схема устройства для оперативного контроля состояния обмоток однофазного трансформатора с ненагруженной обмоткой.
Устройство для оперативного контроля состояния обмоток однофазного трансформатора с ненагруженной обмоткой содержит измерительные преобразователи, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (не показаны на фиг.1), программатор
вычисления коэффициентов трансформации 1 (П1), масштабирующие блоки 2 (M1), 3 (М2), 4 (М3), инверторы 5 (ИНВ1) и 6 (ИНВ2), сумматоры 7 и 9, программаторы вычисления производных по времени 8 (П2) и 10 (П3), программатор вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4), программатор контроля 12 (П5).
Соответствующие входы первого сумматора 7, первого масштабирующего блока 2 (M1), четвертого программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4), второго программатора вычисления производных по времени 9 (П2), масштабирующих блоков 3 (М2) и 4 (М3) соединены с аналого-цифровыми преобразователями (не показаны на фиг.1). Входы первого программатора вычисления коэффициентов трансформации 1 (П1) и программатора контроля 12 (П5) соединены с кнопочной клавиатурой (не показана на фиг.1). Выходы первого программатора вычисления коэффициентов трансформации 1 (П1) соединены с соответствующими входами масштабирующих блоков 2 (M1), 3 (М2) и 4 (М3). Выход масштабирующего блока 2 (M1) соединен с входом первого инвертора 5 (ИНВ1) и с соответствующим входом сумматора второго 9. Выход первого инвертора 5 (ИНВ1) соединен с соответствующим входом первого сумматора 7, выход которого соединен с соответствующим входом программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). Выход программатора вычисления производных по времени 8 (П2) соединен с соответствующим входом программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). Выход масштабирующего блока 3 (М2) соединен с входом второго инвертора 6 (ИНВ2), выход которого соединен с соответствующим входом второго сумматора 9. Выход второго сумматора 9 соединен с соответствующим входом программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). Выход третьего масштабирующего блока 4 (М3) соединен с входом программатора вычисления производных по времени 10 (П3) и соответствующим входом программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). Выход программатора вычисления производных по времени 10 (П3) соединен с соответствующим входом программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). Выходы программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4) соединены с соответствующими входами программатора контроля 12 (П5).
Масштабирующие блоки 2 (M1), 3 (М2), 4 (М3), инверторы 5 (ИНВ1) и 6 (ИНВ2), сумматоры 7 (Сумматор 1) и 9 (Сумматор 2), программаторы вычисления производных по времени 8 (П2) и 10 (П3), программатор вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4) и программатор контроля 12 (П5) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53.
вх
j
3
j
1
j
н
j
2
j
1
2
3
1обр
2обр
1обр
2обр
Устройство работает следующим образом. При работе трансформатора в режиме, близком к номинальному через измерительные преобразователи, коммутатор и аналого-цифровой преобразователь (не показаны на фиг.1) на входы соответствующих блоков, как показано на фиг.1, подают массивы мгновенных значений токов и напряжений во всех обмотках u(t), u(t), i(t), u(t), i(t). В программатор вычисления коэффициентов трансформации 1 (П1) вводят значения чисел витков в обмотках трансформатора W, W, W. В программатор контроля 12 (П5) вводят образцовые значения активных сопротивлений R и R, и индуктивности рассеяния обмоток L, и L, определенные на заведомо исправном трансформаторе.
вх
j
1
j
1
j
1
j
1
j
1
3
1
1
С выхода масштабирующего блока 2 (M1) массив мгновенных значений напряжения на третьей обмотке , приведенного к первичной цепи и определенный W как  через инвертор 5 (ИНВ1) поступает на вход первого сумматора 7. Одновременно с массивом мгновенных значений напряжения на третьей обмотке на вход первого сумматора 7 поступает массив мгновенных значений входного напряжения |u(t)|, а на вход программатора вычисления производных по времени 8 (П2) и на вход программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4) поступает массив мгновенных значений входного тока |i(t)|. В первом сумматоре 7 происходит формирование массива мгновенных значений напряжения на первом продольном сопротивлении схемы замещения |u(t)| в соответствии со вторым законом Кирхгофа, как . С выхода первого сумматора 7 массив мгновенных значений напряжения на первом продольном сопротивлении схемы замещения |u(t)| поступает на вход программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). В программаторе вычисления производных по времени 8 (П2) формируется массив  как  и подается на вход программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). В программаторе вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4) фиксируются моменты времени, когда i(t)=0 (момент времени t) или  (момент времени t), рассчитывают значения активного сопротивления R и индуктивности рассеяния L
L1
R1
1
1
первичной обмотки трансформатора по формулам , ; рассчитывают средние за период значения указанных параметров как , , где N, N - соответственно количества значений L, R, найденных на периоде.
3
4
С выхода масштабирующего блока 3 (М2) массив мгновенных значений выходного напряжения , приведенного к первичной цепи и определенный как  инвертор 6 (ИНВ2) поступает на вход второго сумматора 9. Одновременно с массивом мгновенных значений выходного напряжения на вход второго сумматора 9 с выхода масштабирующего блока 2 (M1) поступает массив мгновенных значений напряжения на третьей обмотке , приведенного к первичной цепи, а с входа масштабирующего блока 4 (М3) массив мгновенных значений выходного тока , приведенного к первичной цепи и определенный как , поступает на вход программатора вычисления производных по времени 10 (П3) и на вход программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). Во втором сумматоре 9 происходит формирование массива мгновенных значений напряжения на втором продольном сопротивлении схемы замещения , приведенного к первичной цепи, в соответствии со вторым законом Кирхгофа, как . С выхода второго сумматора 9 массив мгновенных значений напряжения на втором продольном сопротивлении схемы замещения  поступает на вход программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). В программаторе вычисления производных по времени 10 (П3) формируется массив  как  и подается на вход программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4). В программаторе вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4) фиксируются моменты времени, когда  (момент времени t) или  (момент времени t), рассчитываются значения активного сопротивления  (столбец 3 таблицы 2) и индуктивности рассеяния  вторичной
L2
R2
обмотки трансформатора, приведенные к первичной цепи, по формулам , ; рассчитываются средние за период значения указанных параметров как , , где N, N - соответственно количества значений , , найденных на периоде.
1CP
1CP
Затем значения L, R,  и  с выхода программатора вычисления индуктивности и активного сопротивления 11 (П4) одновременно поступают на вход программатора контроля 12 (П5). В программаторе контроля 12 (П5) вычисляют относительные отклонения указанных параметров от образцовых значений по формулам
1
1
Далее в программаторе 12 (П5) относительные отклонения ΔL, ΔR, Δ и Δ сравнивают с уставкой ε, которую определяют эмпирически для каждого конкретного случая. В случае если значение одного из относительных отклонений активных сопротивлений или индуктивностей рассеяния от образцовых значений 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.