СЧЕТЧИК РЕСУРСА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2010 года по МПК G06F17/18 

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для использования в электроэнергетике с целью контроля использованного ресурса трансформатора за сутки, месяц, год, несколько лет, все время его работы с момента установки в электрических сетях.

Известно устройство для определения одномерных начальных моментов К-го порядка случайного сигнала [1], содержащее интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, блок определения математического ожидания, реверсивные счетчики управления и результата, десятичный счетчик порядка момента, счетчик выборки, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор, блок индикации, переключатели.

Недостатками аналога являются сложность, невысокая точность и узкие функциональные возможности устройства.

К аналогам предлагаемого устройства относится также устройство для определения одномерных начальных моментов К-го порядка [2], содержащее блок сравнения, генератор случайного сигнала, состоящий из последовательно включенных генератора псевдослучайного сигнала и цифроаналогового преобразователя, генератор тактовых импульсов, счетчик, накапливающий сумматор, степенной преобразователь, блок индикации, блок задания начальных условий.

Недостатком аналога является значительная методическая погрешность устройства, обусловленная алгоритмом его работы, и узкие функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения начальных моментов любого порядка [3], содержащее входной зажим, функциональный преобразователь, интегратор, источник опорного напряжения, компаратор, одновибратор, первый и второй счетчики, генератор прямоугольных импульсов, блок деления, индикатор.

Недостатком прототипа является невысокая точность, обусловленная наличием в схеме устройства аналогового интегратора, выполненного на операционном усилителе и конденсаторе, а также узкие функциональные возможности.

Техническая задача, решаемая изобретением - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в устройство для определения начальных моментов любого порядка, содержащее функциональный преобразователь, блок деления, индикатор, первый одновибратор, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, аналого-цифровой преобразователь, информационный выход второго счетчика соединен с входом делителя блока деления, дополнительно введены экспоненциальный преобразователь, квадратор, накапливающий сумматор, таймер, таймер-часы, приемопередатчик, компьютер, перепрограммируемое запоминающее устройство, второй одновибратор, датчик тока, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через квадратор соединен с входом экспоненциального преобразователя, выход которого через функциональный преобразователь соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с объединенными входом индикатора и входом делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом перепрограммируемого запоминающего устройства, выход которого через приемопередатчик соединен с информационным входом компьютера, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, таймер-часов и таймера, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом второго счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора, выход таймер-часов соединен с объединенными тактовым входом первого счетчика и инверсным входом первого одновибратора, выход которого соединен с объединенными входом управления записью перепрограммируемого запоминающего устройства и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с объединенными входами установки нуля накапливающего сумматора и второго счетчика, информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом перепрограммируемого запоминающего устройства.

Информационный вход накапливающего сумматора соединен с первым входом сумматора, выход которого через первый регистр соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора и выходом накапливающего сумматора, управляющий вход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра и инверсным входом третьего одновибратора, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля накапливающего сумматора.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются введение новых элементов в схему устройства (экспоненциального преобразователя, датчика тока, квадратора, таймера, таймер-часов, приемопередатчика, перепрограммируемого запоминающего устройства, второго одновибратора, накапливающего сумматора, компьютера) и использование новых связей между элементами. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 представлена схема устройства, а на фиг.2 - схема накапливающего сумматора.

Счетчик ресурса силового трансформатора (фиг.1) содержит датчик 1 тока (ДТ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, квадратор 3, экспоненциальный преобразователь (ЭП) 4, функциональный преобразователь (ФП) 5, накапливающий сумматор (НС) 6, блок 7 деления (БД), индикатор 8, перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ) 9, приемопередатчик 10, компьютер 11, генератор 12 прямоугольных импульсов (ГПИ), таймер 13 и таймер-часы 14, первый 15 и второй 16 счетчики, первый 17 и второй 18 одновибраторы.

Выход датчика 1 тока соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 2, выход которого через квадратор 3 соединен с входом экспоненциального преобразователя 4, выход которого через функциональный преобразователь 5 соединен с информационным входом накапливающего сумматора 6, выход которого соединен с объединенными входом индикатора 8 и входом делимого блока 7 деления, вход делителя которого подключен к информационному выходу второго счетчика, а выход соединен с информационным входом перепрограммируемого запоминающего устройства 9, выход которого через приемопередатчик 10 соединен с информационным входом компьютера 11, выход генератора 12 прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя 2, таймер-часов 14 и таймера 13, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом второго счетчика 16 и входом запуска аналого-цифрового преобразователя 2, выход окончания цикла преобразования которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора 6, выход таймер-часов 14 соединен с объединенными тактовым входом первого счетчика 15 и инверсным входом первого одновибратора 17, выход которого соединен с объединенными входом управления записью перепрограммируемого запоминающего устройства 9 и инверсным входом второго одновибратора 18, выход которого соединен с объединенными входами установки нуля накапливающего сумматора 6 и второго счетчика 16, информационный выход первого счетчика 15 соединен с адресным входом перепрограммируемого запоминающего устройства 9.

Накапливающий сумматор 6 (фиг.2) содержит сумматор 19, первый вход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 6, выход сумматора 19 через первый регистр 20 соединен с информационным входом второго регистра 21, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора 19 и выходом накапливающего сумматора 6, управляющий вход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра 20 и инверсным входом третьего одновибратора 22, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра 21, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля накапливающего сумматора 6.

С выхода ДТ 1 на информационный вход АЦП 2 поступает исследуемый случайный процесс изменения тока нагрузки I(t). На выходе АЦП 2 появляется цифровой код, пропорциональный процессу

Этот код через квадратор 3 поступает на вход ЭП 4, моделирующего на выходе цифровой код K₄(t), который пропорционален температуре нагрева силового трансформатора Θ и изменяется в реальном масштабе времени по экспоненте с постоянной нагрева τ (где τ=2,5 час для трансформаторов мощностью 1-1000 кВА и τ=3,5 час для трансформаторов мощностью 1600-6300 кВА [4, 5]).

Проходя через ФП 5, код K₄(t) преобразуется в код K₅(t), который пропорционален относительному износу изоляции обмотки трансформатора и определяется по так называемому шестиградусному правилу по следующей формуле [6]

где µ=0,116 - коэффициент, характеризующий интенсивность старения изоляции; определяется 6-градусным правилом старения изоляции [7], согласно которому изменение температуры на 6°С приводит к изменению срока службы изоляции вдвое;

Θ_ном - 98°С - температура наиболее нагретой точки обмотки, соответствующая установившемуся режиму работы трансформатора с номинальной нагрузкой при температуре окружающей среды +20°С [7].

Код K₅(t) поступает на вход НС 6, который работает следующим образом (фиг.2).

Таймером 13, на тактовый вход которого поступают импульсы от ГПИ 12, формируется интервал выборки Δt. Выходной импульс таймера 13 засчитывается счетчиком 16 и запускает АЦП 2. Импульсом с выхода окончания цикла преобразования АЦП 2 выполняется запись в регистр 20 суммы кода АЦП 2 с содержимым регистра 21 (накопленным за предыдущее время измерения), а также запускается одновибратор 22. Импульс с выхода последнего поступает на вход управления записью регистра 21, в который заносится сумма выборок с учетом последнего значения.

Код с выхода регистра 21 поступает на выход НС 6.

Так с помощью НС 6 определяется сумма выборок K₅(t) за время Т по формуле

где S - содержимое НС 6 в конце интервала Т;

N - число выборок за время Т, подсчитанное счетчиком 16.

Накапливающий сумматор 6 работает в качестве счетчика использованного ресурса трансформатора. Выраженное в часах, значение К_5ср Т за текущие сутки отображается на индикаторе 8.

Блоком 7 деления определяется относительный износ изоляции χ за прошедшие сутки (выраженный в отн. единицах), по формуле [6]

Таймер-часы 14 в момент окончания суток изменяют на единицу содержимое счетчика 15, код на выходе которого задает номер ячейки ППЗУ 9, в которую записывается значение χ за прошедшие сутки, и т.д.

Содержимое ППЗУ 9 за длительное время (месяц, год, несколько лет) передается в компьютер 11 приемопередатчиком 10.

Полученные в ППЗУ 9 данные используют для контроля использованного ресурса трансформатора за месяц, год, несколько лет, все время его работы с момента установки в электрических сетях.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются меньшая погрешность и более широкие функциональные возможности, а за счет применения цифрового алгоритма обработки информации - возможность реализации на современной микроэлектронной базе - например, AVR-микроконтроллерах.

Устройство (без ДТ 1 и компьютера 11) изготовлено в миниатюрном исполнении на AVR-микроконтроллере фирмы Atmel.

Источники информации

1. Авторское свидетельство 1108464 СССР, МПК G06F 17/18, 1983.

2. Авторское свидетельство 922769 СССР, МПК G06F 17/18, 1980.

3. Авторское свидетельство 2041496 СССР, МПК G06F 17/18, 1991 (прототип).

4. Шидловский А.К., Вагин Г.Я., Куренный Э.Г. Расчеты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1992.

5. Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. - М.: Издательский центр «Академия», 2003.

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

7. ГОСТ 14209-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для использования в электроэнергетике для контроля использованного ресурса трансформатора за все время его работы с момента установки в электрических сетях. Техническим результатом является повышение точности контроля использованного ресурса и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, квадратор, экспоненциальный преобразователь, функциональный преобразователь, накапливающий сумматор, блок деления, индикатор, перепрограммируемое запоминающее устройство, приемопередатчик, компьютер, генератор прямоугольных импульсов, таймер и таймер-часы, первый и второй счетчики, первый и второй одновибраторы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Счетчик ресурса силового трансформатора, содержащий генератор прямоугольных импульсов, функциональный преобразователь, блок деления, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй счетчики, индикатор, первый одновибратор, информационный выход второго счетчика соединен с входом делителя блока деления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены экспоненциальный преобразователь, квадратор, накапливающий сумматор, таймер, таймер-часы, компьютер, приемопередатчик, перепрограммируемое запоминающее устройство, второй одновибратор, датчик тока, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через квадратор соединен с входом экспоненциального преобразователя, выход которого через функциональный преобразователь соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с объединенными входом индикатора и входом делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом перепрограммируемого запоминающего устройства, выход которого через приемопередатчик соединен с информационным входом компьютера, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, таймер-часов и таймера, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом второго счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора, выход таймер-часов соединен с объединенными тактовым входом первого счетчика и инверсным входом первого одновибратора, выход которого соединен с объединенными входом управления записью перепрограммируемого запоминающего устройства и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с объединенными входами установки нуля накапливающего сумматора и второго счетчика, информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом перепрограммируемого запоминающего устройства.

2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что информационный вход накапливающего сумматора соединен с первым входом сумматора, выход которого через первый регистр соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора и выходом накапливающего сумматора, управляющий вход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра и инверсным входом третьего одновибратора, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля накапливающего сумматора.