Устройство контроля и защиты силовых трансформаторов от деформаций обмоток при коротких замыканиях в процессе эксплуатации

 

Использование: электроизмерительная техника, для оперативного контроля за состоянием обмоток мощных силовых трансформаторов в процессе эксплуатации без отключения их от сети. Цель - обеспечение непрерывного контроля обмоток силового трансформатора в процессе эксплуатации без отключения от сети и включение защиты в случае начала возникновения деформаций обмоток трансформатора или их повреждения. Сущность: устройство контроля и защиты силовых трансформаторов (Т) от деформации обмоток при коротких замыканиях в процессе эксплуатации содержит трехфазный (ТФ) источник 1 электропитаний, ТФ защитный выключатель 2, трансформаторы 7 тока, трансформаторы 6, 8 напряжения, ТФ активную нагрузку 9, частотомер 10, блок (Б)11 приведения первичного напряжения к вторичному, Б12 вычисления разности напряжений, Б13 вычисления среднего значения напряжения, Б14 производной тока, Б15 деления, Б16 приведения значения индуктивности к номинальной частоте, Б17 вычисления среднего значения индуктивности за период, Б18 вычисления отклонений, Б19 уставки, Б20 контроля отклонения индуктивности, Б21 защиты. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля за состоянием обмоток мощных силовых трансформаторов в процессе эксплуатации без отключения их от сети.

Цель изобретения обеспечение непрерывного контроля обмоток силового трансформатора в процессе эксплуатации без отключения от сети и включение защиты в случае начала возникновения деформаций обмоток трансформатора или их повреждения.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства контроля и защиты силовых трансформаторов от деформаций обмоток.

Устройство содержит трехфазный источник 1 электропитания, трехфазный защитный выключатель 2, первичную обмотку 3 контролируемого силового трансформатора, трехфазный контролируемый силовой трансформатор 4, вторичную обмотку 5 контролируемого силового трансформатора, трехфазный трансформатор 6 первичного напряжения, первый, второй и третий трансформаторы тока 7, первый, второй и третий трансформаторы 8 вторичного напряжения, трехфазную активный нагрузку 9, частотомер 10, блок 11 приведения первичного напряжения ко вторичному, блок 12 вычисления разности напряжений, блок 13 вычисления среднего значения напряжения, блок 14 производной тока, блок 15 деления, блок 16 приведения значения индуктивности к номинальной частоте, блок 17 вычисления среднего значения индуктивности за период, блок 18 вычисления отклонения, блок 19 уставки, блок 20 контроля отклонения индуктивности, блок 21 защиты контролируемого силового трансформатора.

Каждая фаза источника 1 электропитания через трехфазный защитный выключатель 2 соединена с соответствующим первым выводом первичной обмотки 3 трехфазного контролируемого трансформатора 4, вторые выводы первичных обмоток трехфазного контролируемого трансформатора соединены с общим выводом, соответствующие первые выводы вторичной обмотки 5 трехфазного контролируемого трансформатора 4 соединены между собой по схеме "звезды", к вторым выводам соответствующей вторичной обмотки 5 подсоединены через соответствующие трансформаторы тока 7 соответствующие первые выводы трансформаторов 8 вторичного напряжения и трехфазная активная нагрузка 9, которая соединена по схеме "звезды" с общей заземленной точкой. Входные зажимы трехфазного трансформатора 6 первичного напряжения соединены с соответствующими фазами трехфазного источника электропитания 1, а выходные зажимы трансформатора 6 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 11 приведения первичного напряжения ко вторичному. Первый, второй и третий выходы блока 11 соединены с первым, вторым и третьим входом блока 20 контроля отклонения индуктивности через последовательно соединенные блоки 12, 13, 15, 16, 17 и 18. Первый, второй и третий входы блока 12 вычисления разности напряжений соединены с соответствующими вторичными выводами трансформаторов напряжения 8.

Четвертый, пятый и шестой входы блока 15 деления соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока 14 производной тока, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с соответствующими выводами первого, второго и третьего трансформаторов тока 7. Четвертый и пятый входы блока 16 приведения значения индуктивности к номинальной частоте соединены соответственно с первым и вторым выводами частотомера 10, который включен между первыми выводами второго и третьего трансформаторов тока. Первый, второй и третий выходы блока 19 уставки соединены соответственно с соответствующим четвертым, пятым и шестым входами блока 18 вычисления отклонения.

Первый выход блока 20 контроля отклонения имдуктивности соединен с входом блока 21 защиты контролируемого силового трансформатора 4. Второй и третий выходы блока 20 соединены соответственно с четвертым входом блока 13 вычисления среднего значения напряжения и седьмым входом блока 14 вычисления производной тока. Управляющий выход блока 21 соединен с управляющим входом трехфазного защитного выключателя 2.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывный контроль состояния обмоток контролируемого силового трансформатора 4 обеспечивается постоянным определением значения отклонения индуктивности в блоке 18 от базового значения индуктивности, которое берется из блока 19 уставки.

Во время работы трехфазного контролируемого силового трансформатора 4 на трехфазную активную нагрузку 9 производится измерение значения первичного напряжения U1 с помощью трансформатора 6 первичного напряжения. Сигнал с трансформатора 6 постилает на вход блока 11 приведения первичного напряжения ко вторичному. В блоке 11 вычисляется приведенное ко вторичному значение первичного напряжения U^*_i= U1/Kт, где Кт известное заданное значение коэффициента трансформации силового трансформатора 4.

На вход блока 12 поступают сигналы с трансформаторов 8 вторичного напряжения и сигналы с выхода блока 11. В блоке 12 вычисления разности напряжений, приведенных ко вторичной стороне, определяется: ΔU^* = U^*1-U2 , где U2 значение вторичного напряжения, измеренное трансформаторами 8.

В блоке 13 вычисления среднего значения напряжения вычисление производится на заданном интервале времени: где Δu^*_j значения разности приведенных напряжений на трансформаторе 4; t1 и t2 временные границы интервала разбиения.

В блоке 14 вычисления производной тока вычисляется приращение по току на заданном интервале времени: где ij значения тока во вторичной обмотке 5 контролируемого трансформатора 4, измеренное трансформаторами тока 7.

В блоке 15 деления вычисляется мгновенное значение индуктивности на заданном интервале времени:

В блоке 16 приведения значения индуктивности к номинальной частоте вычисляется мгновенное значение индуктивности, приведенное к номинальной частоте:

где f изм. измеренное частотомером 10 значение частоты,
f нoм. номинальное значение частоты ( f ном. 50 Гц).

В блоке 17 вычисляется среднее значение индуктивности за каждый период:

где N число интервалов разбиения.

В блоке 18 вычисления отклонения производится сравнение значения L cp. за период со значением уставки Loj из блока 19 и вычисляется их отличие:

где L cp. среднее значение индуктивности за период;
Loj значение уставки индуктивности трансформатора, определяемое расчетами и по результатам предварительного эксперимента.

В случае возникновения начальных деформаций, а также в случае внутреннего виткового замыкания в обмотках трансформатора происходит развивающееся увеличение, либо уменьшение значения ΔL от периода к периоду, что сопровождает необратимое разрушение обмоток контролируемого силового трансформатора 4. При этом с блока 20 контроля поступает сигнал на блок 21 защиты, где формируется сигнал на отключение защитного выключателя 2. Этим останавливается процесс разрушения обмоток трансформатора 4.

Во время работы синхросигналы с блока 20 контроля осуществляют синхронизацию измерения значений di/dt и U ср. с соответствующим шагом дискретизации.

Предлагаемое yстройство позволяет непрерывно контролировать состояние обмоток силовых трансформаторов без отключения их от сети, а также осуществлять их защиты в случае возникновения деформаций обмоток или их повреждения. Это повышает бесперебойность электроснабжения потребителей электрической энергии.

Формула изобретения

Устройство контроля и защиты силовых трансформаторов от деформаций обмоток при коротких замыканиях в процессе эксплуатации, содержащее трехфазный источник электропитания, каждая фаза которого через трехфазный защитный выключатель соединена с соответствующим первым выводом соответствующей первичной обмотки трехфазного контролируемого трансформатора, вторые выводы первичных обмоток трехфазного контролируемого трансформатора соединены с общим выводом, к соответствующим выводам трансформаторов тока подключены первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока производной тока, соответствующие выходы которого соединены соответственно с входом блока защиты через последовательно соединенные блок деления, блок вычисления среднего значения индуктивности за период, блок вычисления отклонения и блок контроля, управляющий выход блока защиты соединен соответственно с управляющим входом трехфазного защитного выключателя, первый, второй и третий входы блока деления соединены с соответствующими выходами блока вычисления среднего значения напряжения, входные выводы трехфазного трансформатора первичного напряжения соединены с соответствующими фазами трехфазного источника электропитания, первый, второй и третий выходы блока установки соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока вычисления отклонения, второй и третий выходы блока контроля соединены с седьмым входом блока производной тока и четвертым входом блока вычисления среднего значения напряжения соответственно, отличающееся тем, что в него дополнительно введены частотомер, блок приведения первичного напряжения к вторичному, блок вычисления разности напряжений, блок приведения значения индуктивности к номинальной частоте и активная нагрузка, причем первый, второй и третий входы блока приведения значения индуктивности к номинальной частоте соединены с соответствующими выходами блока деления, четвертой и пятый входы блока приведения значения индуктивности к номинальной частоте соединены соответственно с первым и вторым выходами частотомера, которой 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 к вторичному соединены с соответствующими выходными выводами трехфазного трансформатора первичного напряжения, первый, второй и третий входы блока вычисления разности напряжений соединены с соответствующими выходами блока приведения первичного напряжения к вторичному, а четвертый, пятый и шестой входы блока вычисления разности напряжений соединены с соответствующими 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, соответствующие первые выводы вторичной обмотки трехфазного контролируемого трансформатора соединены между собой по схеме звезды, вторые выводы соответствующей вторичной обмотки соединены через соответствующие трансформаторы тока с соответствующими первыми выводами трансформаторов вторичного напряжения и подключены к активной нагрузке.

РИСУНКИ

Рисунок 1