Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)



Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)
Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)
Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)
Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)
Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)
Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции (варианты)

 


Владельцы патента RU 2616165:

Ермаков Владимир Филиппович (RU)

Группа изобретений относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначена для вычисления и индикации относительной интенсивности износа изоляции обмоток трансформаторов. Технический результат – обеспечение возможности одновременного контроля и регистрации ресурса двух трансформаторов. Для этого первый вариант счетчика содержит первый 1 и второй 2 датчики тока (ДТ) первого и второго трансформаторов, двухвходовой аналоговый коммутатор (АК) 3, входной преобразователь (ВП) 4, датчик температуры окружающей среды (ДТОС) 5, генератор 6 прямоугольных импульсов (ГПИ), микроконтроллер (МК) 7, первый-третий приемопередатчики 8-10, цифровой индикатор (ЦИ) 11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12, компьютер 13. Второй вариант счетчика содержит первый 14 и второй 15 датчики температуры наиболее нагретой точки обмотки первого и второго трансформаторов, ГПИ 16, МК 17, первый - третий приемопередатчики 18-20, ЦИ 21, ПЗУ 22, компьютер 23. Третий вариант счетчика содержит первый 24 и второй 25 ДТ первого и второго трансформаторов, АК 26, ВП 27, первый 28 и второй 29 датчики температуры, ГПИ 30, МК 31, первый - третий приемопередатчики 32-34, ЦИ 35, ПЗУ 36, компьютер 37. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначена для вычисления и индикации относительной интенсивности V износа изоляции обмоток трансформаторов, а также может найти применение в качестве счетчика-регистратора использованного ресурса срока службы Тир изоляции обмоток трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции.

Известно устройство для определения начальных моментов любого порядка [1], содержащее входной зажим, функциональный преобразователь, интегратор, источник опорного напряжения, компаратор, одновибратор, первый и второй счетчики, генератор прямоугольных импульсов, блок деления, индикатор.

Недостатками этого аналога являются невысокая точность, обусловленная наличием в схеме устройства аналогового интегратора, выполненного на операционном усилителе и конденсаторе, а также узкие функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является счетчик ресурса силового трансформатора [2], содержащий датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, квадратор, экспоненциальный преобразователь, функциональный преобразователь, накапливающий сумматор, блок деления, индикатор, перепрограммируемое запоминающее устройство, приемопередатчик, компьютер, генератор прямоугольных импульсов, таймер, таймер-часы, первый и второй счетчики, первый и второй одновибраторы.

Недостатками прототипа являются невысокая точность, обусловленная не учетом зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева (погрешность определения температуры обмоток трансформатора по этой причине может достигать 40% [3]) и не учетом влияния изменений температуры окружающей среды, а также узкие функциональные возможности, обусловленные невозможностью одновременного контроля ресурса изоляции на двух трансформаторах.

Технические задачи, решаемые изобретением, - повышение точности за счет учета зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и учета влияния изменений температуры окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности одновременного контроля ресурса изоляции двух трансформаторов.

Указанные технические задачи (в первом варианте реализации счетчика, используемом при отсутствии встроенных в трансформаторы датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора) решаются благодаря тому, что в счетчик ресурса силового трансформатора, содержащий компьютер, цифровой индикатор, первый датчик тока, постоянное запоминающее устройство, генератор прямоугольных импульсов, первый приемопередатчик, выход которого соединен с входом компьютера, дополнительно введены второй датчик тока, двухвходовой аналоговый коммутатор, входной преобразователь, датчик температуры окружающей среды, второй и третий приемопередатчики, микроконтроллер, порт A которого подключен к выходу входного преобразователя, порт B - к выходу датчика температуры окружающей среды, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно D - через второй приемопередатчик с входом цифрового индикатора, E - через третий приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, F - с входом первого приемопередатчика, C - с управляющим входом двухвходового аналогового коммутатора, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков тока.

Указанные технические задачи (во втором варианте реализации счетчика, используемом при наличии встроенных в трансформаторы датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора) решаются благодаря тому, что в счетчик ресурса силового трансформатора, содержащий компьютер, цифровой индикатор, первый датчик тока, постоянное запоминающее устройство, генератор прямоугольных импульсов, первый приемопередатчик, выход которого соединен с входом компьютера, дополнительно введены датчики температуры наиболее нагретой точки обмотки первого и второго трансформаторов, второй и третий приемопередатчики, микроконтроллер, порты A и B которого подключены соответственно к выходам датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки первого и второго трансформаторов, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно C - через второй приемопередатчик с входом цифрового индикатора, D - через третий приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, E - с входом первого приемопередатчика.

Указанные технические задачи (в третьем варианте реализации счетчика, используемом как при наличии, так и при отсутствии встроенных в трансформаторы датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора) решаются благодаря тому, что в счетчик ресурса силового трансформатора, содержащий компьютер, цифровой индикатор, первый датчик тока, постоянное запоминающее устройство, генератор прямоугольных импульсов, первый приемопередатчик, выход которого соединен с входом компьютера, дополнительно введены второй датчик тока, двухвходовой аналоговый коммутатор, входной преобразователь, первый и второй датчики температуры, второй и третий приемопередатчики, микроконтроллер, порт A которого подключен к выходу входного преобразователя, порт B - к выходу первого датчика температуры, порт C - к выходу второго датчика температуры, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно D - через второй приемопередатчик с входом цифрового индикатора, E - через третий приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, F - с входом первого приемопередатчика, G - с управляющим входом двухвходового аналогового коммутатора, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков тока; входной преобразователь содержит двухполупериодный прецизионный выпрямитель и буферный масштабный усилитель, вход которого подключен ко входу входного преобразователя, а выход через двухполупериодный прецизионный выпрямитель соединен с выходом входного преобразователя.

Существенными отличиями предлагаемого счетчика являются введение дополнительных элементов в различных вариантах его реализации:

1) второго датчика тока, двухвходового аналогового коммутатора, входного преобразователя, датчика температуры окружающей среды, второго и третьего приемопередатчиков, микроконтроллера;

2) датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки первого и второго трансформаторов, второго и третьего приемопередатчика, микроконтроллера;

3) второго датчика тока, двухвходового аналогового коммутатора, входного преобразователя, первого и второго датчиков температуры, второго и третьего приемопередатчиков, микроконтроллера.

К существенным отличиям предлагаемого счетчика также относятся организация его новой структуры и введение новых связей между элементами. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности за счет учета зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и учета влияния изменений температуры окружающей среды, а также расширения функциональных возможностей устройства за счет возможности одновременного контроля ресурса изоляции двух трансформаторов.

Схемы первого - третьего вариантов реализации счетчика представлены соответственно на фиг.1, фиг.2 и фиг.3; на фиг.4 приведен один из возможных вариантов реализации схемы входного преобразователя.

Схема первого варианта реализации счетчика (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 датчики тока (ДТ) первого и второго трансформаторов, двухвходовой аналоговый коммутатор (АК) 3, входной преобразователь (ВП) 4, датчик температуры окружающей среды (ДТОС) 5, генератор 6 прямоугольных импульсов (ГПИ), микроконтроллер 7, первый - третий приемопередатчики 8-10, цифровой индикатор (ЦИ) 11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12, компьютер 13. Выходы первого 1 и второго 2 датчиков тока соединены соответственно с первым и вторым информационными входами двухвходового аналогового коммутатора 3, управляющий вход которого подключен к порту C микроконтроллера 7, а информационный выход через входной преобразователь 3 соединен с портом A микроконтроллера 7, порт B которого подключен к выходу датчика температуры окружающей среды 5, а тактовый вход подключен к выходу генератора 6 прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера 7 соединены соответственно D - через второй приемопередатчик 8 с входом цифрового индикатора, E - через третий приемопередатчик 9 с входом постоянного запоминающего устройства 12, F - через первый приемопередатчик 10 с входом компьютера 13.

Схема второго варианта реализации счетчика (фиг.2) содержит первый 14 и второй 15 датчики температуры наиболее нагретой точки обмотки (ДТОТ) первого и второго трансформаторов, генератор 16 прямоугольных импульсов (ГПИ), микроконтроллер 17, первый - третий приемопередатчики 18-20, цифровой индикатор (ЦИ) 21, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 22, компьютер 23. Выходы первого 14 и второго 15 датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки первого и второго трансформаторов соединены соответственно с портами A и B микроконтроллера 17, тактовый вход которого подключен к выходу генератора 16 прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера 17 соединены соответственно C - через второй приемопередатчик 18 с входом цифрового индикатора 21, D - через третий приемопередатчик 19 с входом постоянного запоминающего устройства 22, E - через первый приемопередатчик 20 с входом компьютера 23.

Схема третьего варианта реализации счетчика (фиг.3) содержит первый 24 и второй 25 датчики тока (ДТ) первого и второго трансформаторов, двухвходовой аналоговый коммутатор (АК) 26, входной преобразователь (ВП) 27, первый 28 и второй 29 датчики температуры, генератор 30 прямоугольных импульсов (ГПИ), микроконтроллер 31, первый - третий приемопередатчики 32-34, цифровой индикатор (ЦИ) 35, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 36, компьютер 37. Выходы первого 24 и второго 25 датчиков тока соединены соответственно с первым и вторым информационными входами двухвходового аналогового коммутатора 26, управляющий вход которого подключен к порту G микроконтроллера 31, а информационный выход через входной преобразователь 27 соединен с портом A микроконтроллера 31, порты B и C которого подключены соответственно к выходам первого 28 и второго 29 датчиков температуры наиболее нагретой точки обмотки первого и второго трансформаторов, а тактовый вход подключен к выходу генератора 30 прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера 7 соединены соответственно D - через второй приемопередатчик 32 с входом цифрового индикатора 35, E - через третий приемопередатчик 33 с входом постоянного запоминающего устройства 36, F - через первый приемопередатчик 34 с входом компьютера 37.

Входные преобразователи 4 (фиг.1) и 27 (фиг.3) идентичны, причем входной преобразователь 27 (фиг.4) содержит двухполупериодный прецизионный выпрямитель 38 и буферный масштабный усилитель 39, вход которого подключен ко входу входного преобразователя 27, а выход через двухполупериодный прецизионный выпрямитель 38 соединен с выходом входного преобразователя 27. Схемы буферного масштабного усилителя 39 и двухполупериодного прецизионного выпрямителя 38 общеизвестны, в частности, в качестве их реализаций могут быть использованы схемы, описанные в [4, 5] и изображенные на рисунках 1.3 и 2.49 [4], 13.7 и 52.15 [5].

Первый вариант счетчика (фиг.1) работает следующим образом.

Выходное напряжение ДТ 1-2, пропорциональное токам нагрузки I(t) первого и второго трансформаторов, поступает соответственно на первый и второй информационные входы двухвходового аналогового коммутатора 3.

Датчики тока 1-2, которые могут быть, в частности, выполнены на измерительных шунтах, включенных в цепь вторичной обмотки измерительных трансформаторов тока, обеспечивает выходной сигнал низкого уровня (номинальное значение 75 мВ). Для согласования уровня сигнала ДТ 1-2 с рабочим диапазоном встроенного в МК 7 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) во входном преобразователе 4 используется буферный масштабный усилитель 39 (фиг.4), имеющий большой коэффициент усиления 15-80 (выбираемый в зависимости от модификации используемого МК 7). В ВП 4 также используется двухполупериодный прецизионный выпрямитель 38 для преобразования двухполярного синусоидального сигнала ДТ 1-2 в однополярный.

Путем смены кода на выходе порта C «1-0-1-0…» МК 7, соединенного с управляющим входом АК 3, датчики тока 1-2 с достаточно высокой скоростью поочередно подключаются к входу АЦП МК 7 таким образом, чтобы получать цифровые коды токов нагрузки первого и второго трансформаторов 50-100 раз за период. Эти коды возводятся в квадрат, а суммы квадратов накапливаются в двух ячейках в течение 1 мин.

Датчиком 5 один раз в минуту измеряется температура окружающей среды Θокр, а температура обмотки каждого трансформатора Θ определяется из дифференциального уравнения нагрева по следующей формуле:

где - коэффициент изменения сопротивления обмоток трансформатора в функции от температуры;

α - температурный коэффициент сопротивления обмоток; имеет значение для меди αм=0,004°C-1, алюминия αа=0,0044°C-1;

Θном - номинальная длительно допустимая температура наиболее нагретой точки обмотки трансформатора; для большинства трансформаторов Θном=98°C; для трансформаторов с термически высококачественной изоляцией Θном=110°C;

Θ0=20°C - температура окружающей среды; принимаемая при определении номинальных параметров трансформатора по [5];

Iном - номинальный ток трансформатора;

Ii - среднеквадратическое значение тока нагрузки первого (I=1) и второго (I=2) трансформаторов.

Разрешим уравнение (1) относительно производной температуры Θ, а также сделаем замену

Для решения уравнения (2) перед началом измерений в памяти в МК 4 размещаются константы, значения которых приведены в таблице.

Таблица
Константы
Номера ячеек 1 2 3 4 5
Значения кодов 1 α Θ0=20°

Относительная скорость износа изоляции V определяется в функции температуры обмотки трансформатора Θ по формуле [6, 7]

где μ=0,116 - коэффициент, характеризующий интенсивность старения изоляции.

Износ (использованный ресурс срока службы) Тир изоляции за интервал времени T=1 час, в соответствии с рекомендациями ГОСТ 14209-97 [6], определяется по формуле

Управление работой счетчика осуществляется следующим образом.

Через одинаковые интервалы времени ΔT=1 мин приемопередатчиком 8 с выхода порта D в ЦИ 11 записываются значения относительной скорости износа изоляции V первого и второго трансформаторов, которые в дальнейшем отображаются на цифровом индикаторе 11, непрерывно обновляясь каждую минуту.

Приемопередатчик 9 один раз в час размещает в очередных ячейках ПЗУ 12: дату; час; значение износа Тир изоляции за этот час и т.д. первого и второго трансформаторов.

Второй вариант счетчика (фиг.2) работает следующим образом.

У этого варианта счетчика используются встроенные в контролируемые силовые трансформаторы датчики 14 и 15 наиболее нагретой точки обмотки трансформаторов.

В этом случае один раз в минуту определяется относительная скорость износа изоляции трансформаторов V по формуле (3) - эта информация отображается на ЦИ 21 и один раз в час значение износа Тир изоляции трансформаторов регистрируется в ПЗУ 22.

Третий вариант счетчика (фиг.3) по применению является универсальным.

В первом варианте его применения (при наличии встроенных в трансформаторы датчиков наиболее нагретой точки обмотки трансформатора) расчет интенсивности износа изоляции V выполняется по формуле (3), а температура обмоток силовых трансформаторов определяется датчиками температуры 28 и 29.

Во втором варианте применения счетчика (при отсутствии встроенных в трансформаторы датчиков наиболее нагретой точки обмотки трансформатора) расчет температуры обмотки каждого трансформатора Θ определяется по формуле (2), а температура окружающей среды Θокр определяется датчиком 28 или 29.

Преимуществами предлагаемой группы изобретений по сравнению с известными аналогами являются их более высокая точность и более широкие функциональные возможности. Схема реализаций счетчика ориентирована на применение микроконтроллеров.

Источники информации

1. Авторское свидетельство 2041496 СССР, МПК G06F 17/18, 1991.

2. Патент РФ 2380715, МПК G01R 19/02, G01R 11/00, 2008 (прототип).

3. Осипов Д.С. Учет нагрева токоведущих частей в расчетах потерь мощности и электроэнергии при несинусоидальных режимах систем электроснабжения: Автореф. дис. … канд. техн. наук. - Омск, 2005.

4. Применение интегральных схем: Практическое руководство: В. 2 кн.: Пер. с англ. / П. Брэдшо, С. Гош, X. Олдридж и др./ Под ред. А. Уильямса. - М.: Мир, 1987: Кн.1. - 432 с.

5. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 688 с.

6. ГОСТ 14209-97 (МЭК 354-91. LOADING GUIDE FOR OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS). Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов. - Минск: Межгосуд. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2001.

7. Никитин Ю.М., Тер-Оганов Э.В. Определение вероятностных характеристик случайного процесса относительного износа изоляции трансформаторов // Электричество. - 1973. - №9. - С.62-67.

1. Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции, содержащий первый датчик тока, цифровой индикатор, компьютер, микроконтроллер, постоянное запоминающее устройство, первый и второй приемопередатчики, генератор прямоугольных импульсов, датчик температуры окружающей среды, выход которого соединен с входом порта В микроконтроллера, тактовый вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выходы портов микроконтроллера соединены соответственно Е - через второй приемо-передатчик с входом постоянного запоминающего устройства, F - через первый приемопередатчик с входом компьютера, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй датчик тока, третий приемопередатчик, входной преобразователь, двухвходовой аналоговый коммутатор, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков тока, а выход через входной преобразователь соединен с входом порта А микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно D - через третий приемопередатчик с входом цифрового индикатора, С - с управляющим входом двухвходового аналогового коммутатора.

2. Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции, содержащий компьютер, цифровой индикатор, постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй приемопередатчики, датчик температуры наиболее нагретой точки обмотки первого трансформатора, выход которого соединен с входом порта А микроконтроллера, тактовый вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выходы портов микроконтроллера соединены соответственно D - через второй приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, Е - через первый приемопередатчик с входом компьютера, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий приемопередатчик и датчик температуры наиболее нагретой точки обмотки второго трансформатора, выход которого соединен с входом порта В микроконтроллера, выход порта С которого через третий приемопередатчик соединен с входом цифрового индикатора.

3. Счетчик ресурса трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции, содержащий первый датчик тока, цифровой индикатор, компьютер, микроконтроллер, постоянное запоминающее устройство, первый и второй приемопередатчики, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй датчики температуры, выходы которых соединены соответственно с входами портов В и С микроконтроллера, тактовый вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выходы портов микроконтроллера соединены соответственно Е - через второй приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, F - через первый приемопередатчик с входом компьютера, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй датчик тока, третий приемопередатчик, входной преобразователь, двухвходовой аналоговый коммутатор, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков тока, а выход через входной преобразователь соединен с входом порта А микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно D - через третий приемопередатчик с входом цифрового индикатора, G - с управляющим входом двухвходового аналогового коммутатора.

4. Счетчик по п. 3, отличающийся тем, что входной преобразователь содержит двухполупериодный прецизионный выпрямитель и буферный масштабный усилитель, вход которого подключен ко входу входного преобразователя, а выход через двухполупериодный прецизионный выпрямитель соединен с выходом входного преобразователя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации усредненной на 1-минутном интервале мощности потерь электроэнергии, а также может быть использовано в качестве многоканального счетчика-регистратора потерь электроэнергии в нескольких присоединениях распределительного устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционирования судоходных шлюзов для различных стратегий движения судов через судоходный шлюз с учетом специфики подготовки отдельных систем шлюза и динамики его применения.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах космического мониторинга объектов сельскохозяйственного назначения для идентификации их состояния, целенаправленной обработки спутниковых снимков, полученных из различных источников с использованием дополнительных (наземных) данных и формирования проблемно-ориентированных цифровых план-схем участков земной поверхности.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для вычисления и индикации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки, а также может найти применение в качестве регистратора этих величин за длительный период.

Изобретение относится к области автоматизации процессов на предприятии. Технический результат заключается в сокращении времени обработки данных по определению экономического эффекта внедрения.

Изобретение относится к устройству для повышения точности измерений. Технический результат заключается в повышении точности измерения величин.

Изобретение относится к области исследований, в которых оценивается работоспособность изделий, герметизированных полимерными компаундами, а также армированных изделий из полимерных компаундов, подвергающихся воздействию температурных напряжений при их проектировании, а также в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к области вычислительной техники, применяемой в нефтяной промышленности, а именно, к информационным системам автоматизации управления нефтедобывающего предприятия.

Группа изобретений относится к области вычислительной техники и может быть использована для определения потребления электроэнергии. Техническим результатом является повышение точности расчета потребления электроэнергии каждым электрическим бытовым прибором.

Изобретение относится к средствам анализа данных. Техническим результатом является увеличение точности прогнозирования событий в скважине.
Наверх