УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ ОБМОТОК ТРЕХФАЗНОГО СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА С ВЫВЕДЕННОЙ НА КОРПУС НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2006 года по МПК G01R31/06 

Область техники

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям сопротивления постоянному току обмоток силового трехфазного трансформатора, соединенных в звезду и выведенной на корпус нейтралью. Кроме того, оно может быть использовано для измерения сопротивления постоянному току силовых однофазных трансформаторов.

Изобретение может быть использовано в энергетике при пусконаладочных, профилактических и периодических испытаниях, а также при комплексном обследовании силовых трансформаторов. Оно с успехом может применяться при измерении сопротивления постоянному току обмоток силовых трансформаторов на заводе-изготовителе и ремонтных организациях.

Преимущественной областью применения устройства является измерение сопротивления постоянному току обмоток высокого и среднего напряжения силовых трансформаторов 35-750 кВ.

Уровень техники

Известно устройство для измерения сопротивления постоянному току обмоток силовых трансформаторов мостовым методом при токе, не превышающем 20% номинального тока обмотки трансформатора, содержащий источник постоянного напряжения, мост постоянного тока, токоограничивающее сопротивление, соединительные провода и рубильник [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].

Однако измерение сопротивления обмоток трансформатора с помощью данного устройства трудоемко, затрачивается значительное время, так как омическое сопротивление каждой фазы измеряется отдельно на всех положениях переключателя без возбуждения (ПБВ) или регулятора под нагрузкой (РПН), в зависимости от типа силового трансформатора. Устройство не позволяет автоматически выдавать процентное отклонение измеренных фазных величин и протоколировать результаты измерения на бумажном носителе.

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

Устройство рекомендуется применять только при испытаниях сухих трансформаторов и масляных трансформаторов I и II габаритов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения сопротивления постоянному току обмоток силовых трансформаторов, содержащее источник постоянного напряжения и измеритель активного сопротивления, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход с одной из фаз измеряемой обмотки силового трансформатора с помощью соединительных проводов через рубильник и токоограничивающее сопротивление [Г.В. Алексенко, А.К. Ашрятов и Е.С. Фрид. Испытание высоковольтных и мощных трансформаторов и автотрансформаторов, часть II, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, 832 с. с черт. (в серии «Трансформаторы», вып.9), 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 измерителя омического сопротивления в этом устройстве применены вольтметр и амперметр.

Однако измерение с помощью данного устройства производится пофазно, т.е. для измерения каждой фазы собирается своя схема. Процесс измерения требует продолжительного времени, так как необходимо выдерживать время до установления тока в обмотке силового трансформатора, которое, как правило, занимает не менее 15 минут из-за большой индуктивности обмотки трансформатора. При пофазном измерении сопротивления обмотки трансформатора общее время измерения увеличивается в 3 раза. Кроме того, устройство требует строгого исполнения определенной последовательности действий оператора, нарушение которого может привести к выходу из строя вольтметра от перенапряжения. Это устройство не предусматривает автоматическое вычисление пофазного отклонения омического сопротивления для всех положений избирателя. Измерение этим устройством предполагает ручное протоколирование измеренных величин и пофазного отклонения омического сопротивления для всех положений избирателя. Известное устройство затрудняет определения окисления контактов переключателей регулятора под нагрузкой силового трансформатора в процессе измерения.

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

Сущность изобретения

Задача изобретения - создание устройства, позволяющего автоматизировать режим измерения сопротивления постоянному току обмоток трехфазных силовых трансформаторов, соединенных в звезду и выведенной на корпус нейтралью, с высокой точностью, 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, содержащее источник постоянного напряжения и измеритель активного сопротивления, вход которого соединен с источником постоянного 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 постоянного напряжения выполнен трехканальным с объединенными отрицательными полюсами общим зажимом, благодаря чему на все три фазы обмотки трансформатора может быть подано одновременно напряжение постоянного тока. Измеритель активного сопротивления имеет три идентичные 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, измеритель активного сопротивления 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 положительными зажимами каналов напряжения источника постоянного напряжения, причем общий вывод отрицательного полюса источника постоянного 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 напряжения на сопротивлениях фаз, во-вторых, особое подключение четырехпроводных кабелей к трехфазному объекту измерения, многоканальному источнику питания и измерителю активного сопротивления с десятью зажимами обеспечивает достаточную точность одновременного замера трех токов и трех напряжений. В дальнейшем это позволит определение трех сопротивлений обмотки трансформатора с достаточной точностью. Измеритель активного 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, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем и портом сопряжения с персональным компьютером. В трехканальный источник постоянного напряжения дополнительно включены исключающие перенапряжения каналов напряжения защитные цепи, блок одновременного регулирования выходного напряжения по всем каналам для форсирования тока и цепи ограничения токов в каждом из каналов напряжения.

Краткое описание фигур

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, совмещенная со схемой электрических соединений. Устройство содержит трехканальный источник постоянного напряжения с общим выводом (1), трехфазный измеритель активного 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 активного сопротивления, включающая датчики напряжения (1), датчики тока (2), аналого-цифровой преобразователь (3), блок энергонезависимой памяти (4), вычислительный блок (5), блок запуска цифровой регистрации (6), жидкокристаллический дисплей (7), порт связи с компьютером (8).

В таблице 1 приведен пример протокола измерения сопротивления постоянному току высоковольтной обмотки трансформатора ТДН-16000/110 с заводским №13924, изготовленного в 1983 г. на Трансформаторном заводе в г.Тольяти, с РПН типа РС-4 при температуре верхних слоев масла 20°С. Протокол выполнен 20 августа 2004 года на п/ст. «Заволжская» предприятия «Северные электрические сети» ОАО «Чувашэнерго».

Раскрытие изобретения

Устройство предназначено для измерения сопротивления постоянному току обмоток силового трансформатора, соединенных в звезду и выведенной на корпус нейтралью. Оно позволяет измерить активное сопротивление обмоток сопротивления обмоток трансформатора, в том числе имеющих регулирование напряжения на выводах обмотки трансформатора как с переключателем без возбуждения (ПБВ), так и трансформаторов с регуляторами под нагрузкой (РПН).

Устройство при наличии у силового трехфазного трансформатора РПН работает следующим образом (см. фиг.1). Оператор переводит приводом РПН в положения 1. После включения трехканального источника постоянного напряжения 1 в сеть питания, по обмоткам трехфазного трансформатора 5, каналам тока измерителя активного 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 активного сопротивления 2. При этом время нарастания тока составляет около 10-15 минут.

Трехфазный измеритель активного сопротивления (см. фиг.2) одновременно измеряет токи и напряжения каждой фазы датчиками напряжения 1 и тока 2, преобразовывает аналоговые величины в цифровые при помощи блока аналого-цифрового преобразования 3. Далее вычислительный блок 5 вычисляет сопротивление обмоток трех фаз путем деления усредненного напряжения на усредненный ток соответствующих фаз, вычисляет процентное отклонение сопротивления фаз и выдает полученные значения на ЖКД 7. Такой цикл "измерение - вычисление - визуализация" происходит с интервалом в 1 с. До установления токов в фазах обмотки оператор наблюдает на ЖКД плавное изменение сопротивления и уменьшение процентного отклонения. При установлении тока в фазах обмотки трансформатора значения сопротивления и процентное отклонение стабилизируется. Далее оператор с помощью блока запуска цифровой регистрации 6 подает команду на запись полученных данных в протокол, который записывается в блоке энергонезависимой памяти 4. После этого оператор с помощью привода переводит РПН в положение 2 и ожидает установление тока около 15-20 секунд. После установления тока производит следующую протокольную запись в блок энергонезависимой памяти. Такие циклы "переключение РПН - ожидание установления тока - запись в энергонезависимую память" производятся для всех положений РПН либо до начала реверса РПН.

Если в процессе измерений обнаруживается, что процентное отклонение сопротивления превышает норму (более 2%), то оператор в соответствии с руководящими документами проводит "тренинг" контактов избирателей для снятия окислов многократным переключением РПН в области этого ответвления с визуальным контролем, при этом, как правило, достигается устранение этого отклонения.

Для ускорения установления тока после включения источника постоянного напряжения может быть использовано увеличение выходного напряжения его каналов оператором с помощью цепей регулирования выходного напряжения. Увеличение напряжения и тока, также позволяет увеличить точность измерения.

После измерения сопротивления постоянному току для всех положений РПН данные из блока энергонезависимой памяти через порт связи 8 могут быть переданы в персональный компьютер, чтобы воспользоваться многофункциональными возможностями последнего.

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

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

Соединение четырехпроводных кабелей напряжения и тока на аппаратных зажимах вводов силового трехфазного трансформатора позволяет повысить точность измерения, исключив из измеренных сопротивлений сопротивление проводов четырехпроводного кабеля тока. Входное сопротивление каналов напряжения измерителя активного сопротивления выбирается превышающим в сотни тысяч раз сопротивление соединительных проводов четырехпроводного кабеля напряжения и активное сопротивление фаз обмотки трансформатора. В результате сопротивление четырехпроводного кабеля напряжения и входное сопротивление каналов напряжения измерителя активного сопротивления практически не влияют на точность измерения. Такое соединение позволяет использовать кабели напряжения и тока с внутренними проводами любого сечения, не снижая точность измерения.

Соединение кабелей дополняется 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 активного сопротивления и трехканальный источник постоянного напряжения) для производства измерения на уровне земли в непосредственной близости от шкафа управления РПН, то есть исключает работы на высоте, в результате чего повышается безопасность работ.

Пример исполнения

Для измерения сопротивления постоянному току силового трехфазного трансформатора типа ТДН-16000/110 с регулятором под нагрузкой типа РС-4 (п/ст. «Заволжская») используются 2 кабеля ПВС 4×1,5 длиной по 15 метров. Измеритель активного 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. Цепи, исключающие прерывание тока трехканального источника постоянного тока при отключении питания от сети, представляют собой три быстродействующих диода Шотки типа 1N5822, подключенные анодами к общему зажиму источника постоянного тока и катодами к его каналам. Защита входных цепей датчиков напряжения измерителя активного сопротивления выполнена на варисторах. Источник постоянного напряжения обеспечивает регулирование выходного напряжения в диапазоне 2-24 В и исключает токи более 3 А.

Таблица 1
Протокол измерения сопротивления постоянному току высоковольтной обмотки трансформатора ТДН-16000/110 с заводским №13924, изготовленного в 1983 г. на ТТЗ, с РПН типа РС-4 при температуре верхних слоев масла в баке силового трансформатора 20°С.№ положения переключателя РПНАктивное сопротивление R, ОмA-NB-NC-N% отклонение сопротивления12,612,632,61,222,672,702,651,832,612,652,601,942,532,582,561,952,472,512,481,662,442,452,411,672,372,392,361,282,292,312,310,892,212,242,241,3102,182,182,190,4112,212,242,211,3

Устройство содержит трехканальный источник постоянного напряжения с общим выводом и трехфазный измеритель активного сопротивления. Последний имеет три канала напряжения с общим выводом и три токовых канала. Он также 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, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем и портом сопряжения с персональным компьютером. Устройство также снабжено двумя четырехпроводными кабелями. Они соединяют элементы устройства с измеряемым объектом. Технический результат - автоматизирование режима измерения сопротивления постоянному току обмоток трехфазных силовых трансформаторов, соединенных в звезду и выведенной на корпус нейтралью, повышение точности, возможность оперативно сохранять в электронном виде данные измерений в энергонезависимой памяти с последующей передачей данных в персональный компьютер, в частности, для создания базы данных и архивирования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Устройство для измерения сопротивления постоянному току обмоток трехфазного силового трансформатора и выведенной на корпус общей точкой соединения - нейтралью, содержащее источник постоянного напряжения и измеритель активного сопротивления, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход с одной из фаз измеряемой обмотки силового трансформатора с помощью соединительных проводов, отличающееся тем, что в схеме устройства дополнительно введены два четырехпроводных кабеля, причем источник постоянного напряжения выполнен трехканальным с объединенными отрицательными полюсами общим зажимом, измеритель активного 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, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем и портом сопряжения с персональным компьютером, а также имеет три идентичные 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 нейтрали, кроме того, измеритель активного сопротивления 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 соединительными проводами - соответственно с положительными зажимами каналов напряжения источника постоянного напряжения, общий вывод отрицательного полюса источника постоянного напряжения подключен к нейтрали трансформатора через четвертый провод второго четырехпроводного кабеля (тока).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в трехканальный источник постоянного напряжения дополнительно включены исключающие перенапряжения каналов напряжения защитные цепи, блок одновременного регулирования выходного напряжения по всем каналам для форсирования тока и цепи ограничения токов в каждом из каналов напряжения.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четырехпроводные кабели (напряжения и тока) на своих выводах имеют зажимы с цветовой маркировкой фаз и нейтрали.