УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Российский патент 2006 года по МПК G01R29/20 

Область техники

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям коэффициента трансформации (К_m) трехфазных трансформаторов, с целью проверки правильности соотношения числа витков трансформатора, а также с целью выявления в нем межвитковых замыканий. Изобретение может быть использовано в энергетике для испытания силовых трансформаторов во время пусконаладочных и профилактических работ, а также при комплексном их обследовании. Кроме того, определение К_m трехфазных трансформаторов предписано нормативными документами после воздействия током короткого замыкания обмоток трансформатора.

Оно с успехом может применяться для измерений K_m трехфазных трансформаторов на заводе-изготовителе и в ремонтных организациях.

Преимущественной областью применения устройства является измерение коэффициента трансформации силовых трансформаторов 6 кВ и выше.

Уровень техники

Известно устройство для определения K_m трехфазных трансформаторов, не имеющих выведенного нуля обмотки высокого напряжения (ВН), содержащее трехфазный источник регулируемого переменного напряжения, питающий обмотку ВН и четыре вольтметра, причем первый вольтметр подключен между любыми выводами обмотки ВН, а три других - между линейными выводами обмотки низкого напряжения (НН) [Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., С.100]. При этом измеряется линейное напряжение на высоковольтной обмотке ВН (предварительно проверяется синусоидальность и симметричность напряжения) и измеряются линейные напряжения U_a-b, U_b-c, U_a-c на обмотке низкого напряжения НН. Снятие показаний приборов следует проводить одновременно.

Однако для определения K_m с помощью данного устройства необходимо иметь трехфазный регулировочный автотрансформатор, несколько вольтметров, симметричное трехфазное напряжение сети без высших гармоник и иметь возможность одновременной визуализации всех вольтметров.

Чтобы определить К_m трансформатора с помощью данного устройства необходимо значение линейного напряжения обмотки ВН делить на линейное напряжение обмотки НН, т.е. оно не позволяет автоматически определять K_m, а также с помощью него нельзя автоматически вычислить процентное отклонение K_m фаз при различных положениях регулятора под нагрузкой (РПН) и протоколировать результаты измерения на бумажном носителе. При этом на погрешность измерения влияют составляющие кратных частот основной гармоники, кроме того, для одновременной фиксации значений напряжений на всех вольтметрах необходимо иметь несколько операторов.

Другим недостатком устройства является невозможность передачи данных измерений в персональный компьютер для использования многофункциональности последнего.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для определения K_m трехфазных трансформаторов, содержащее источник регулируемого переменного напряжения и первый вольтметр, которые объединенными зажимами поочередно подключаются к зажимам каждой из фаз и нейтрали обмотки ВН трансформатора, и второй вольтметр, также поочередно подключаемый на соответствующие линейные выводы ав, вс, ас обмотки НН с помощью соединительных проводов [Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., С.100], причем для нахождения K_m показание вольтметра на фазе обмотки ВН делится на показание вольтметра соответствующей фазы обмотки НН.

Однако определение K_m обмоток трансформатора с помощью данного устройства также трудоемко: затрачивается значительное время, так как K_m каждой фазы измеряется отдельно на всех положениях РПН. Другим недостатком этого устройства является необходимость сборки отдельной схемы для определения К_m каждой пары фаз. Для этой цели каждый раз оператор должен подниматься на силовой трансформатор для отсоединения и присоединения проводов устройства с выводами высоковольтных вводов, с применением защитных средств и приспособлений, т.е. безопасность выполнения работ с помощью данного устройства также невысока. Кроме того, устройство не позволяет автоматически определять K_m, для его определения необходимо знать схему и группу соединения трансформатора. Например, при определении группы соединения трансформатора со схемой соединения Yн/Yн/Δ-0-11-К_m определяется следующим образом:

Точность определения K_m снижается из-за составляющих гармоник напряжения сети.

Определение К_m трансформатора с помощью данного устройства выполняется сначала на одной фазе на всех положениях РПН, затем на второй и на третьей фазах, что требует дополнительное время на переключения РПН с первого до крайнего положения. Кроме того, по окончании измерений при обнаружении отклонения К_m от паспортных данных в каком-то из ответвлений РПН, производится контрольное измерение на этом ответвлении, что увеличивает объем работ и потерю времени на производство измерения.

Данное устройство, как и предыдущее, не позволяет передавать данные измерения в персональный компьютер для создания базы данных и архивирования.

Сущность изобретения

Задача изобретения - создание устройства, позволяющего автоматизировать режим и сократить время измерений, повысить безопасность выполнения измерений и точность определения K_m трехфазного силового трансформатора, а также 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 регулируемого переменного напряжения и соединительные провода, дополнительно введены первый и второй коммутирующие органы, два четырехпроводных кабеля, имеющих на своих выводах цветовую маркировку фаз и нейтрали, измеритель коэффициента трансформации, который имеет управляющий выход, соединенный с управляющими входами источника регулируемого переменного напряжения, первого, второго коммутирующего органа, и три канала напряжения с общей «землей»; первый канал и общая «земля» одновременно подключены к зажимам источника регулируемого переменного напряжения и к двум входам первого коммутирующего органа, чьи четыре выхода с помощью первого четырехпроводного кабеля подключены к зажимам высоковольтной обмотки и нейтрали трансформатора, а три зажима и нейтраль низковольтной обмотки трансформатора соединены с помощью второго четырехпроводного кабеля с четырьмя выходными зажимами второго коммутирующего органа, входы которого соединены со вторым и третьим каналами напряжения измерителя коэффициента трансформации. Причем измеритель коэффициента трансформации дополнительно снабжен блоком ввода данных, позволяющим выбрать схему и группу соединения испытуемого трансформатора, датчиками напряжения с гальванической развязкой и защитными цепями от коммутационных перенапряжений, аналого-цифровым преобразователем, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем, портом сопряжения с персональным компьютером, вычислительным блоком, позволяющим вычислить действующее значение напряжения первой гармоники, а также вычислить K_m фаз обмоток для различных групп соединения трансформаторов, а в регулируемый источник переменного напряжения дополнительно включены исключающие перенапряжения 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 дополнительным управляющим входом, измеритель коэффициента трансформации 2, имеющий три канала напряжения с общей «землей» и управляющим выходом D, коммутирующие органы 3 и 4, имеющие по одному управляющему входу 25 и 26 соответственно два четырехпроводных кабеля 5 и 6, исследуемый трансформатор 7.

На фиг.2 приведена структурная схема измерителя коэффициента трансформации 2, включающая три канала напряжения (9, 11, 12) с общей «землей» 10 и управляющий выход D аналого-цифровой преобразователь 2.2, блок энергонезависимой памяти 2.3, вычислительный блок 2.4, блок ввода данных 2.5, жидкокристаллический дисплей (ЖКД) 2.6, порт связи с компьютером 2.7.

В таблице 1 приведены K_m трансформаторов, определяемые при однофазном питании обмоток ВН (СН), для различных схем и групп соединения обмоток трансформатора.

В таблице 2, 3, 4 в качестве примеров приведены положения переключателей П₁÷П₄ и K₁÷K₄ при определении К_m, определяемые при однофазном питании обмоток BH(СН) со схемой и группой соединения трансформаторов Yн/Δ-11, Y/Δ-11, Y/Yн-0.

Раскрытие изобретения

Устройство предназначено для определения К_m трансформаторов. Оно позволяет упростить процесс сборки схемы, уменьшить время измерения, автоматически с высокой точностью измерить напряжение, подаваемое на соответствующие фазы высоковольтной обмотки трансформатора и снимаемое напряжение с низковольтной обмотки одновременно. За счет автоматической коммутации цепей предложенное устройство обеспечивает повышение безопасности выполнения работ. Кроме того, устройство позволяет передавать измеренные и вычисленные величины в персональный компьютер для архивирования и создания базы данных.

Рассмотрим пример измерения К_m силового трансформатора со схемой и группой соединения Yн/Δ-11 силового трехфазного трансформатора ТДН-10000-110/10, имеющего РПН типа РС-4.

Измерение начинается с того, что оператор переводит приводом РПН в положение 1 и включает источник регулируемого переменного напряжение 1 в сеть питания (см. фиг.1). Затем оператор с помощью блока ввода данных 2.5 цифрового осциллографа 2 выбирает режим, соответствующий схеме и группе соединения испытуемого трансформатора 7, в нашем примере - схему и группу соединения Yн/Δ-11. После чего измеритель коэффициента трансформации 2 на управляющем выходе D выставляет сигнал, который подается на управляющие входы первого 3, второго 4 коммутирующих органов и источника регулируемого переменного напряжения 7.

После этого первый коммутирующий орган 3 подключает свои входы 13 и 14 с помощью переключателя П₁ и П₂ к его выходам 15 и 18 соответственно, а второй коммутирующий орган 4 с помощью переключателя П₃ и П₄ подключает входы 19 и 20 соответственно к его выходам 21, 23. Таким образом, источник регулируемого переменного напряжения 1 подключается к вводам A-N высоковольтной обмотки и линейное напряжение «ас» на измеритель коэффициента трансформации 2. Так коммутируется схема для измерения напряжения на фазе «А» относительно нулевого «N» вывода трансформатора обмотки ВН и линейного напряжения «ас» обмотки НН измерителем коэффициента трансформации 2 (см. фиг.1 и табл.2).

После этого напряжение регулируемого источника переменного напряжения 1 автоматически начинает плавно увеличиваться до определенного значения, при этом сигналы со входов каналов напряжения 9, 11, 12 измерителя коэффициента трансформации 2 поступают в аналого-цифровой преобразователь 2.2., где преобразуются из аналоговых величин в цифровые (см. фиг.2). Далее вычислительный блок 2.4 выполняет преобразование Фурье над входными сигналами: т.е. фильтрует составляющие гармоник кратных частот основной гармоники и определяет действующее значение и фазу этих сигналов на первой гармонике. После этого рассчитывается линейное напряжение «ас». Далее вычисляется K_m путем деления действующего значения синусоидального напряжения фазы «А» обмотки ВН на действующее значение линейного напряжения «ас» обмотки НН трансформатора.

После завершения вычислений полученные значения K_m выдаются на ЖКД 2.6 и одновременно записываются в блок энергонезависимой памяти 2.3.

Далее измеритель коэффициента трансформации 2 с помощью управляющего выхода D подает на источник регулируемого переменного напряжения 1 сигнал на отключение и напряжение последнего плавно спадает до нуля.

После этого готовится схема для измерения К_m следующей фазы «В»: измеритель коэффициента трансформации 2 выдает сигнал, по которому первый и второй коммутирующие органы подключают входы 13, 14 к выходам 16, 18 и входы 19 и 20 к выходам 27, 22. Измеритель коэффициента трансформации 2 обрабатывает входные сигналы в аналогично ранее изложенном порядке.

Далее готовится схема для измерения К_m следующей фазы «С»: измеритель коэффициента трансформации 2 выдает управляющий сигнал, по которому первый и второй коммутирующие органы подключают входы 13, 14 к выходам 17, 18 и входы 19 и 20 к выходам 22, 23. Измеритель коэффициента трансформации 2 обрабатывает входные сигналы в аналогично ранее изложенном порядке и отключает источник регулируемого переменного напряжения.

После записи К_m фазы «С» в энергонезависимую память 2.3 на жидкокристаллическом дисплее 2.6 вычислительный блок 2.4 вычисляет процентное отклонение коэффициента трансформации фаз, которое записывается в энергонезависимую память 2.3 и выдается на ЖКД 2.6.

Затем оператор проводит аналогичные измерения для всех положений РПН.

Таким образом, производится автоматическое определение K_m трансформатора на всех положениях РПН и его процентное отклонение по фазам.

Для всех схем и групп соединений трансформаторов процесс измерения аналогичен, кроме трансформаторов со схемой и группой соединения Y/Yн-0 и Y/Δ-11, по которым переменное, регулируемое напряжение подается с помощью первого коммутирующего органа не между фазой и нейтралью трансформатора, а на линейные вывода обмотки ВН. При этом для схемы и группы соединения трансформаторов Y/Yн-0 с обмотки НН снимаются фазные напряжения, т.е напряжения между фазами и нейтралью трансформатора. Первый и второй коммутирующие органы по этой схеме производят переключение переключателей и контактов согласно таблице 3, а для схемы и группы соединения трансформаторов Y/Δ-11 с обмотки НН снимаются линейные напряжения, но при этом дополнительно в работу включаются контакты K₁÷К₂, последовательность операций которых приведена в таблице 4.

Применение четырехпроводных кабелей 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 работ.

Устройство с успехом можно применить и для определения коэффициента трансформации однофазных трансформаторов и автотрансфоматоров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов. Технической результат - расширение функциональных возможностей на основе автоматизации основных процедур измерения. Для достижения данного результата дополнительно введены первый и второй коммутирующие органы, два четырехпроводных кабеля. Кроме того, измеритель коэффициента трансформации снабжен блоком ввода данных, позволяющим ввести схему и группу соединения трансформаторов, и состоит из аналого-цифрового блока, блока энергонезависимой памяти, вычислительного блока, жидкокристаллического дисплея, порта связи с компьютером. 3 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил.

1. Устройство для определения коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов, содержащее источник регулируемого переменного напряжения и соединительные провода, отличающееся тем, что в схему устройства дополнительно введены первый и второй коммутирующие органы, два четырехпроводных кабеля и измеритель коэффициента трансформации, который имеет управляющий выход, соединенный с управляющими входами источника регулируемого переменного напряжения, первого, второго коммутирующего органа и три канала напряжения с общей «землей», первый канал и общая «земля» одновременно подключены к зажимам источника регулируемого переменного напряжения и к двум входам первого коммутирующего органа, чьи четыре выхода с помощью первого четырехпроводного кабеля подключены к зажимам высоковольтной обмотки и нейтрали трансформатора, а три зажима и нейтраль низковольтной обмотки трансформатора соединены с помощью второго четырехпроводного кабеля с четырьмя выходными зажимами второго коммутирующего органа, входы которого соединены со вторым и третьим каналами напряжения измерителя коэффициента трансформации.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измеритель коэффициента трансформации дополнительно снабжен блоком ввода данных, позволяющим выбрать схему и группу соединения трансформаторов, датчиками напряжения 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 действующее значение напряжения первой гармоники, а также вычислить коэффициент трансформации фаз обмоток для различных групп соединения трансформаторов.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в регулируемый источник переменного напряжения дополнительно включены исключающие перенапряжения защитные цепи.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четырехпроводные кабели на своих выводах имеют зажимы с цветовой маркировкой фаз и нейтрали.