Устройство для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для испытания силовых трансформаторов во время пуско-наладочных и профилактических работ, а также при комплексном их обследовании. Устройство содержит источник регулируемого переменного напряжения с управляющим входом, коммутирующий орган, который имеет управляющий вход, многовекторный измеритель с дополнительным управляющим выходом и состоящий из аналого-цифрового блока, блока энергонезависимой памяти, вычислительного блока, жидкокристаллического дисплея, порта связи с компьютером. Схема устройства также снабжена трехпроводным кабелем, который соединяет зажимы коммутирующего органа с измеряемым объектом. Устройство позволяет упростить процесс измерения, исключить влияние составляющих тока и напряжения кратных частот основной гармонике, что увеличивает точность измерения тока и потерь холостого хода. Точность измерения также повышается за счет одновременной фиксации показаний тока, напряжения, частоты и мощности потерь холостого хода с автоматическим исключением влияния погрешности потерь измерительной схемы (соединительных проводов и т.д.). Устройство также позволяет увеличить безопасность выполнения работ и оперативно сохранять в электронном виде данные измерений в энергонезависимой памяти устройства и передавать их в персональный компьютер для создания базы данных и архивирования. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности, к измерениям тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении с целью выявления возможных витковых замыканий в обмотках, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора. Изобретение может быть использовано в энергетике для испытаний силовых трансформаторов во время пуско-наладочных и профилактических работ, а также при комплексном их обследовании.

Кроме того, измерение тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов актуально после воздействия током короткого замыкания обмоток трансформатора.

Оно с успехом может применяться для измерений тока и потерь холостого хода силовых трехфазных трансформаторов на заводе-изготовителе и в ремонтных организациях.

Преимущественной областью применения устройства является определение тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов 35 кВ и выше.

Уровень техники

Известно устройство для измерения тока и потерь холостого хода трансформаторов при малом напряжении, содержащее источник регулируемого переменного напряжения, с помощью которого поочередно возбуждаются фазы низковольтной обмотки силового трансформатора «а-в», «в-с», «а-с» при подключенных к ней с помощью соединительных проводов амперметра, ваттметра, вольтметра и частотомера, в то время как обмотки высокого и среднего напряжения трансформатора остаются свободными [Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., С.100]. При этом снятие показаний приборов следует проводить одновременно. Для измерения тока и потерь холостого хода с помощью данного устройства необходимо иметь регулируемый автотрансформатор, вольтметр, амперметр, ваттметр, частотомер, множество соединительных проводов. Процесс измерения не автоматизирован.

Следующим недостатком этого устройства является необходимость сборки отдельной схемы для измерения тока и потерь холостого хода каждой фазы. Для этой цели каждый раз оператор должен подниматься на силовой трансформатор для отсоединения и присоединения соединительных проводов устройства с аппаратными зажимами вводов обмотки НН с применением защитных средств и приспособлений, т.е. затрачивается значительное время для подготовки измерений и снижается безопасность выполнения работ.

Устройство не вычисляет процентное отклонение потери холостого хода по фазам обмотки силового трансформатора. При этом на погрешность измерения влияют составляющие кратных частот основной гармоники. Учет ошибки измерения потери холостого хода в измерительных приборах и проводах возможна лишь с помощью оператора, который вычисляет их вручную.

Кроме того, для одновременной фиксации значений напряжений на всех приборах необходимо иметь несколько операторов. Другим недостатком устройства является невозможность передачи данных измерений в персональный компьютер, чтобы использовать многофункциональность последнего, например, протоколировать результаты измерения в электронном виде и на бумажном носителе.

Сущность изобретения

Задача изобретения - создание устройства, позволяющего автоматизировать режим и сократить время производства измерений, повысить безопасность выполнения измерений и точность измерения тока и потерь холостого хода трехфазного силового трансформатора, 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.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройство для измерения тока и потерь холостого хода трансформаторов при малом напряжении, содержащее источник регулируемого переменного напряжения и соединительные провода, дополнительно введены коммутирующий орган, имеющий два входных зажима - первый и второй, а также три выходных зажима и один управляющий вход, трехпроводный кабель, имеющий на своих выводах цветовую маркировку фаз и многовекторный измеритель, который имеет по одному каналу напряжения и тока с двумя зажимами на каждом канале, а также управляющий выход, соединенный с управляющим входом источника регулируемого переменного напряжения и управляющим входом коммутирующего органа, зажимы канала напряжения многовекторного измерителя соединены с первым и вторым входными зажимами коммутирующего органа, а источник регулируемого переменного напряжения одним зажимом через первый и второй зажимы канала тока многовекторного измерителя соединен с первым входным зажимом коммутирующего органа, а второй зажим источника регулируемого переменного напряжения имеет связь со вторым входным зажимом коммутирующего органа, три выходных зажима которого через трехпроводный кабель соединены с зажимами низковольтной обмотки испытуемого силового трансформатора, причем многовекторный измеритель дополнительно снабжен датчиками напряжения и тока с гальванической развязкой, защитными цепями от коммутационных перенапряжений, аналого-цифровым преобразователем, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем, портом сопряжения с персональным компьютером и вычислительным блоком, позволяющим вычислить частоту сети, действующее значение напряжения, тока, разность фаз между током и напряжением, потери холостого хода первой гармоники, а также вычислить процентное отклонение потерь холостого хода по фазам обмоток, а в регулируемый источник переменного напряжения дополнительно введены исключающие перенапряжение защитные цепи.

Краткое описание фигур

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, совмещенная со схемой электрических соединений. Устройство содержит источник регулируемого переменного напряжения 1 с управляющим входом, многовекторный измеритель 2, имеющий по одному каналу напряжения и тока, и управляющий выход, коммутирующий орган 3, имеющий два входа и три выхода, а также управляющий вход, трехпроводный кабель 4, исследуемый трансформатор 5.

На фиг.2 приведена структурная схема многовекторного измерителя 2, включающая датчики напряжения и тока 2.1, аналого-цифровой преобразователь 2.2, блок энергонезависимой памяти 2.3, вычислительный блок 2.4, жидкокристаллический дисплей 2.5, порт связи с компьютером 2.6.

Раскрытие изобретения

Устройство предназначено для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов. Оно позволяет упростить процесс и время сборки схемы, уменьшить время измерения, измерить частоту сети, а также напряжение и ток соответствующей фазы низковольтной обмотки трансформатора и потерь холостого хода. За счет автоматической коммутации цепей, предложенное устройство повышает безопасность выполнения работ, ограничивает время работы на высоте. Оно также позволяет передать измеренные и вычисленные величины в персональный компьютер для архивирования и создания базы данных.

Устройство работает следующим образом. Оператор собирает электрическую схему, приведенную на фиг.1, включает в сеть источник регулируемого переменного напряжения 1 и многовекторный измеритель 2 (см. фиг.1).

После этого многовекторный измеритель 2 через свой управляющий выход D подает сигнал на управляющий вход коммутирующего органа 3. Коммутирующий орган 3 подключает свои входы 6 и 7 соответственно к выходам 8 и 9 с помощью переключателей П₁ и П₂. Выходы 8 и 9 коммутирующего органа 3, в свою очередь, соединены соответственно с зажимами фазы «а» и «в» обмотки НН силового трансформатора посредством трехпроводного кабеля 4. Одновременно включается контакт K₁ коммутирующего органа 3. Таким образом, подготавливается схема для измерения напряжения U_a-в, тока I_а-в, разности фаз между током и напряжением, частоты сети и потерь холостого хода Р_а-в многовекторным измерителем 2 фазы «а-в» силового трансформатора 5 (см. фиг.2). После этого напряжение на регулируемом источнике переменного напряжения 1 автоматически плавно нарастает до определенного значения. Сигналы с датчиков тока и напряжения - 2.1 (см. фиг.2) многовекторного измерителя 2 поступают в аналого-цифровой преобразователь 2.2, где преобразовываются из аналоговых величин в цифровые. Затем вычислительный блок 2.4 выполняет преобразование Фурье над входными сигналами: т.е. фильтрует составляющие гармоник кратных частот основной гармоники, и определяет действующее значение и разность фаз этих сигналов на первой гармонике. Далее вычисляется потеря холостого хода фазы «а-в» путем умножения действующего значения синусоидального напряжения на ток и косинус угла между ними.

После завершения вычислений, полученные значения частоты, тока, напряжения и потери холостого хода выдаются на ЖКД 2.5 и одновременно записываются в блок энергонезависимой памяти 2.3.

Далее многовекторный измеритель 2 с помощью управляющего выхода D подает на источник регулируемого переменного напряжения 1 сигнал на отключение и напряжение последнего плавно спадает до нуля. Контакт K₁ и переключатели П₁ и П₂ коммутирующего органа 3 переключаются в исходные положения.

После этого готовится схема для измерения напряжения, тока и потерь холостого хода следующей фазы «в-с»: многовекторный измеритель 2 выдает сигнал, по которому коммутирующий орган 3 подключает свои входы 6, 7 с помощью переключателей П₁ и П₂ к выходам 9, 10 и одновременно включается контакт К₂ коммутирующего органа 3.

Многовекторный измеритель 2 обрабатывает входные сигналы аналогично ранее изложенному порядку, после чего он с помощью управляющего выхода D подает на источник регулируемого переменного напряжения 1 сигнал на отключение и напряжение последнего плавно спадает до нуля. Одновременно контакт К₂ и переключатели П₁ и П₂ переключаются в исходные положения.

Далее готовится схема для измерения следующей фазы «а-с»: многовекторный измеритель 2 выдает сигнал, по которому коммутирующий орган 3 подключает входы 6, 7 к выходам 8, 10 при помощи переключателей П₁ и П₂ и одновременно включается контакт К₃. Далее процесс повторяется.

После записи измеренных значений частоты сети, тока, напряжения и мощности потерь холостого хода фазы «а-с» в энергонезависимую память 2.3 и индикаций этих параметров на жидкокристаллический дисплей 2.5, вычислительный блок 2.4 вычисляет процентное отклонение потерь холостого хода измеренных фаз по формулам:

▿₁ и ▿₂, ▿₃ записываются в энергонезависимую память 2.3 и выдаются на ЖКД 2.5, а контакт К₃ и переключатели П₁ и П₂ переключаются в исходные положения.

Таким образом, производится автоматическое измерение частоты сети, а также тока, напряжения, потери холостого хода и процентное отклонение потерь холостого хода по фазам обмотки НН силового трансформатора.

Кроме того, во всех трех случаях в измеренные значения потерь холостого хода вносятся поправки, учитывающие потери в схеме Р_сх. Для этого предварительно измеряются сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление контактов и переключателей коммутирующего органа, сопротивление трехпроводного кабеля и входное сопротивление многовекторного измерителя, суммарное значение которых заносится в энергонезависимую память 2.3. В последующем, эта поправка вычислительным блоком 2.4 учитывается автоматически, что также повышает точность измерения.

Применение трехпроводного кабеля с цветовой маркировкой позволяет упростить процесс сборки схемы, что является также важным фактором при производстве работ в полевых условиях. Кроме того, использование кабеля позволяет размещать рабочее место на уровне земли, что исключает работы на высоте, тем самым повышается безопасность производства работ.

Устройство с успехом можно применить и для определения тока и потерь холостого хода однофазных трансформаторов и автотрансформаторов.

1. Устройство для измерения тока и потерь холостого хода трансформаторов при малом напряжении, содержащее источник регулируемого переменного напряжения и соединительные провода, отличающееся тем, что в схему устройства дополнительно введены коммутирующий орган, имеющий два входных зажима - первый и второй, а также три выходных зажима и один управляющий вход, трехпроводный кабель, многовекторный измеритель, который имеет по одному каналу напряжения и тока с двумя зажимами на каждом канале, а также управляющий выход, соединенный с управляющим входом источника регулируемого переменного напряжения и управляющим входом коммутирующего органа, причем зажимы канала напряжения многовекторного измерителя соединены с первым и вторым входными зажимами коммутирующего органа, а источник регулируемого переменного напряжения одним зажимом через первый и второй зажимы канала тока многовекторного измерителя соединен с первым входным зажимом коммутирующего органа, а второй зажим источника регулируемого переменного напряжения имеет связь со вторым входным зажимом коммутирующего органа, три выходных зажима которого через трехпроводный кабель соединены с зажимами низковольтной обмотки испытуемого силового трансформатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что многовекторный измеритель дополнительно снабжен датчиками напряжения и тока с гальванической развязкой, защитными цепями от коммутационных перенапряжений, аналого-цифровым преобразователем, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем, портом сопряжения с персональным компьютером и вычислительным блоком, позволяющим вычислить частоту сети, действующее значение напряжения, тока, разность фаз между током и напряжением и потери холостого хода на первой гармонике, а также вычислить процентное отклонение потери холостого хода по фазам обмоток.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в регулируемый источник переменного напряжения дополнительно введены исключающие перенапряжения защитные цепи.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трехпроводный кабель на своих выводах имеет зажимы с цветовой маркировкой фаз.