Устройство для определения сопротивления короткого замыкания обмоток трехфазного трансформатора с выведенной на корпус нейтралью

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения полного сопротивления короткого замыкания обмоток силового трансформатора, соединенных в звезду, с выведенной на корпус нейтралью. Технический результат - повышение точности измерений. Для достижения данного результата устройство содержит трехканальный источник регулируемого переменного напряжения с общим выводом, трехфазный измеритель полного сопротивления, имеющий три канала напряжения с общим выводом, и три токовых канала. Трехфазный измеритель полного сопротивления имеет аналого-цифровой блок, блок энергонезависимой памяти, вычислительный блок, блок запуска регистрации, жидкокристаллический дисплей, порт связи с компьютером. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям полного сопротивления короткого замыкания (Z_k) обмотки силового трехфазного трансформатора, соединенной в звезду и выведенной на корпус нейтралью с целью выявления возможных деформаций обмоток, вызванных сквозными короткими замыканиями. Для этого производится сопоставление измеренного значения (Z_k) с исходным - базовым значением этого параметра, определенным на исправном трансформаторе.

Изобретение может быть использовано в энергетике для испытания силовых трансформаторов во время пуско-наладочных и профилактических работ, а также при комплексном их обследовании.

Кроме того, измерение полного сопротивления короткого замыкания может быть использовано и после воздействия током короткого замыкания обмоток трансформатора.

Оно с успехом может применяться для измерений полного сопротивления короткого замыкания обмоток силовых трансформаторов на заводе-изготовителе и в ремонтных организациях.

Преимущественной областью применения устройства является измерение полного сопротивления короткого замыкания обмоток высокого и среднего напряжения силовых трансформаторов 110 кВ и выше.

Уровень техники

Известно устройство для измерения сопротивления короткого замыкания обмоток силовых трансформаторов, содержащее источник регулируемого переменного напряжения и однофазный измеритель полного сопротивления короткого замыкания, вход которого соединен с источником переменного напряжения, а выход - с одной из фаз измеряемой обмотки силового трансформатора с помощью соединительных проводов [Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г. С.100]. В качестве однофазного измерителя полного сопротивления короткого замыкания в этом устройстве применены вольтметр и амперметр, причем для нахождения полного сопротивления показание вольтметра делится на показание амперметра.

Однако измерение полного сопротивления короткого замыкания обмоток трансформатора с помощью данного устройства трудоемко, затрачивается значительное время, так как полное сопротивление короткого замыкания каждой фазы измеряется отдельно на 3 положениях регулятора под нагрузкой (РПН): на номинальном и в двух крайних положениях. Устройство не позволяет автоматически определять Z_k и приводить его к частоте 50 Гц, а также с помощью него нельзя протоколировать результаты измерения на бумажном носителе. Точность определения Z_k в данном устройстве низкая, так как здесь учитываются все составляющие гармоники тока и напряжения.

Другим недостатком устройства является невозможность передачи данных измерений в персональный компьютер, чтобы использовать многофункциональность последнего.

Сущность изобретения

Задача изобретения - создание устройства, позволяющего упростить и автоматизировать режим измерения, а также повысить точность определения полного сопротивления короткого замыкания каждой из фаз обмотки трехфазного силового трансформатора, соединенных в звезду, с выведенной на корпус нейтралью, обладающего возможностью оперативно сохранять в электронном виде данные измерений в энергонезависимой памяти и последующей передачи данных в персональный компьютер, чтобы воспользоваться многочисленными возможностями последнего, в частности для создания базы данных и архивирования. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить безопасность выполнения измерений.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройство, содержащее источник регулируемого переменного напряжения и однофазный измеритель полного сопротивления, вход которого соединен с источником регулируемого переменного напряжения, а выход - с одной из фаз измеряемой обмотки силового трансформатора с помощью соединительных проводов, дополнительно введены два четырехпроводных кабеля (напряжения и тока), которые имеют на своих выводах зажимы с цветовой маркировкой фаз и нейтрали. Источник регулируемого переменного напряжения выполнен трехканальным, с объединенными полюсами, общим зажимом, благодаря чему на все три фазы обмотки трансформатора может быть подано одновременно напряжение переменного тока.

Измеритель полного сопротивления дополнительно снабжен:

- датчиками напряжения с гальванической развязкой и защитными цепями от коммутационных перенапряжений;

- датчиками тока с гальванической развязкой в трех каналах тока; аналого-цифровым преобразователем;

- вычислительным блоком, позволяющим вычислить действующее значение тока и напряжения первой гармоники, вычислить частоту сети и приводить полное сопротивление к частоте 50 Гц;

- энергонезависимой памятью;

- жидкокристаллическим дисплеем;

- портом сопряжения с персональным компьютером.

Кроме того, измеритель полного сопротивления имеет три идентичных канала напряжения и общий вывод, образующие четыре входных зажима, которые присоединяются первым четырехпроводным кабелем (напряжения) соответственно к входным зажимам фаз измеряемой обмотки силового трансформатора и его нейтралью. Измеритель полного сопротивления также имеет три канала тока с шестью входными зажимами, из которых три верхних соединяются тремя проводами второго четырехпроводного кабеля (тока) с зажимами трех фаз обмотки силового трансформатора, а три нижних зажима - с соединительными проводами - соответственно с зажимами каналов напряжения регулируемого источника переменного напряжения, причем общий вывод источника регулируемого переменного напряжения подключен к нейтрали трансформатора через четвертый провод второго четырехпроводного кабеля (тока).

Этим достигается, во-первых, одновременное измерение шести величин: трех токов фаз обмотки и трех напряжений на сопротивлениях фаз, во-вторых, особое подключение четырехпроводных кабелей к трехфазному объекту измерения, многоканальному источнику питания и измерителю полного сопротивления с десятью зажимами обеспечивает достаточную точность одновременного замера трех токов и трех напряжений. В вычислительном блоке измерителя полного сопротивления осуществляется фильтрация первых гармоник токов и напряжений. Благодаря такой схеме соединения и фильтрации достигается определение полного сопротивления всех трех фаз обмотки трансформатора с достаточно высокой точностью. Одновременно производится формирование значений полных сопротивлений фаз, приведенных к частоте 50 Гц.

В трехканальный источник регулируемого переменного напряжения дополнительно включены исключающие перенапряжения каналов напряжения защитные цепи.

Краткое описание фигур.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, совмещенная со схемой электрических соединений. Устройство содержит трехканальный источник регулируемого переменного напряжения с общим выводом 1, трехфазный измеритель полного сопротивления 2, имеющий три канала напряжения с общим выводом и три токовых канала, четырехпроводный кабель напряжения 3, четырехпроводный кабель тока 4, исследуемый трансформатор 5.

На фиг.2 приведена структурная схема трехканального измерителя полного сопротивления 2, включающая датчики тока 2.1, датчики напряжения 2.2, аналого-цифровой преобразователь 2.3, блок энергонезависимой памяти 2.4, вычислительный блок 2.5, блок запуска цифровой регистрации 2.6, жидкокристаллический дисплей 2.7, порт связи с компьютером 2.8.

Раскрытие изобретения

Устройство предназначено для измерения цифровым методом полного сопротивления короткого замыкания трех фаз обмоток силового трансформатора, соединенных в звезду, с выведенной на корпус нейтралью. Оно позволяет упростить процесс сборки схемы измерения, автоматически измерить с высокой точностью полное сопротивление короткого замыкания каждой из трех фаз обмоток трансформатора. Предложенное устройство обеспечивает повышение безопасности выполнения работ, а также позволяет передать измеренные величины в персональный компьютер для архивирования и создания базы данных.

Устройство при наличии у силового трехфазного трансформатора регулятора под нагрузкой, например трансформатора ТДН-16000-110/10, имеющего РПН типа РС-4, работает следующим образом. Оператор переводит приводом РПН в положения «1». После включения трехканального источника переменного напряжения 1 в сеть питания (см. фиг.1) по обмоткам трехфазного трансформатора 5, каналам тока измерителя полного сопротивления 2 и четырехпроводному кабелю тока 4 проходит ток. Напряжение с зажимов трансформатора снимается с помощью четырехпроводного кабеля напряжения 3 и подается на зажимы каналов напряжения измерителя полного сопротивления 2.

Трехфазный измеритель полного сопротивления 2 (см. фиг.2) одновременно измеряет токи и напряжения каждой фазы датчиками тока 2.1 и напряжения 2.2, преобразовывает аналоговые величины в цифровые при помощи блока аналого-цифрового преобразования 2.3. Далее вычислительный блок 2.5 вычисляет полное сопротивление обмотки трех фаз путем деления напряжения на ток соответствующих фаз и выдает полученные значения в энергонезависимую память 2.4 и на ЖКД 2.7. Такой цикл "измерение-вычисление-визуализация" происходит с интервалом в 1 сек. Далее оператор с помощью блока запуска цифровой регистрации 2.6 подает команду на запись полученных данных в протокол, который записывается в блоке энергонезависимой памяти 2.4. После этого оператор с помощью привода переводит РПН в положение номинального значения напряжения, в нашем случае в положение «10», и производит следующую протокольную запись в блок энергонезависимой памяти. Затем РПН переводят на последнюю ступень (в нашем случае в положение «19») и фиксируют измеренные значения тока, напряжения и вычисленные значения Z_k для первой гармоники.

После измерения полного сопротивления короткого замыкания для трех положений РПН данные из блока энергонезависимой памяти через порт связи 2.8 могут быть переданы в персональный компьютер, чтобы воспользоваться многофункциональными возможностями последнего.

При отключении трехканального источника переменного напряжения от питающей сети его встроенные защитные цепи не допускают обрыва тока в фазах и обеспечивают плавное снижение тока обмотки трансформатора, тем самым исключают коммутационные перенапряжения, вызываемые отключением цепей с большой индуктивностью обмотки трансформатора, и защищают трехканальный источник переменного напряжения и каналы напряжения измерителя полного сопротивления от повреждения.

При случайном обрыве тока в фазе обмотки трансформатора (например, зажим четырехпроводного кабеля тока под действием порыва отсоединился от аппаратного зажима ввода трансформатора либо оператор по ошибке начал разбирать токовые цепи до выключения источника переменного напряжения и снижения тока до нуля) защитные цепи каналов напряжения измерителя полного сопротивления исключают перенапряжение на своих каналах, тем самым сохраняют их от повреждения в нештатных ситуациях.

Общее соединение четырехпроводных кабелей напряжения и тока на аппаратных зажимах вводов силового трехфазного трансформатора позволяет повысить точность измерения, так как при этом исключается влияние на измерение полных сопротивлений фаз обмоток трансформатора сопротивлений проводов четырехпроводного кабеля тока. Значение входного сопротивления каналов напряжения измерителя полного сопротивления выбирается таким образом, чтобы оно превышало значения сопротивления соединительных проводов четырехпроводного кабеля напряжения и полного сопротивления фаз обмотки трансформатора в сотни тысяч раз. В результате сопротивление четырехпроводного кабеля напряжения и входное сопротивление каналов напряжения измерителя полного сопротивления практически не влияют на точность измерения. Такое соединение позволяет использовать кабели напряжения и тока с внутренними проводами любого сечения, не снижая точности измерения.

Соединение кабелей дополняется цветовой маркировкой, что упрощает процесс сборки схемы и присоединение устройства к объекту измерения в полевых условиях на подстанции.

Кроме того, соединение с помощью длинного кабеля позволяет размещать рабочее место (где расположены трехканальный измеритель полного сопротивления и трехканальный источник регулируемого переменного напряжения) для производства измерений на уровне земли в непосредственной близости от шкафа управления РПН, что исключает работы на высоте, в результате чего повышается безопасность работ.

Пример исполнения

Для измерения полного сопротивления короткого замыкания силового трехфазного трансформатора типа ТДН-16000/110 с регулятором под нагрузкой типа РС-4 используются два кабеля ПВС 4×1,5 длиной по 15 метров. Измеритель полного сопротивления включает датчики напряжения с входным сопротивлением 500 кОм, быстродействующий микропроцессор, энергонезависимую память на микросхеме AT45DB161 фирмы «Atmel», графический жидкокристаллический дисплей типа PG320240 фирмы «PowerTyp», последовательный порт RS-232.

Источник переменного напряжения обеспечивает регулирование выходного напряжения в диапазоне 5÷380 B.

1. Устройство для измерения полного сопротивления короткого замыкания обмоток трехфазного силового трансформатора и выведенной на корпус общей точкой соединения - нейтралью, содержащее измеритель частоты, источник регулируемого переменного напряжения и однофазный измеритель полного сопротивления, вход которого соединен с источником регулируемого переменного напряжения, а выход с одной из фаз измеряемой обмотки силового трансформатора с помощью соединительных проводов, отличающееся тем, что в схему устройства дополнительно введены два четырехпроводных кабеля, измеритель полного сопротивления имеет три идентичных канала напряжения и общий вывод, образующие четыре входных зажима, которые присоединяются первым четырехпроводным кабелем (напряжения) соответственно к зажимам фаз измеряемой обмотки силового трансформатора и его нейтралью, кроме того, три канала тока с шестью входными зажимами, из которых три верхних соединяются тремя проводами второго четырехпроводного кабеля (тока) с зажимами трех фаз обмотки силового трансформатора, а три нижних зажима соединительными проводами - соответственно с выходными зажимами каналов напряжения источника регулируемого переменного напряжения, общий вывод источника регулируемого переменного напряжения подключен к нейтрали трансформатора через четвертый провод второго четырехпроводного кабеля (тока).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измеритель полного сопротивления дополнительно снабжен датчиками напряжения с гальванической развязкой, защитными цепями от коммутационных перенапряжений, датчиками тока с гальванической развязкой в трех каналах тока, аналого-цифровым преобразователем, вычислительным блоком, позволяющим вычислить действующее значение тока и напряжения первой гармоники, частоту сети и приводить полное сопротивление короткого замыкания к частоте 50 Гц, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем и портом сопряжения с персональным компьютером.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в трехканальный источник переменного напряжения дополнительно включены исключающие перенапряжения каналов напряжения защитные цепи.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четырехпроводные кабели (напряжения и тока) на своих выводах имеют зажимы с цветовой маркировкой фаз и нейтрали.