УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2010 года по МПК H01F41/00 G01R31/34 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения технического состояния силового трансформатора, расчета надежности по остаточному ресурсу и определения времени до возникновения отказа силового трансформатора.

Известно «Устройство оценки технического состояния трансформатора по остаточному ресурсу», позволяющее контролировать техническое состояние силового трансформатора путем осуществления непрерывного расчета сработанного ресурса трансформатора с учетом интенсивности его эксплуатации (изменение температуры наиболее нагретой точки), своевременно принимать решения на проведение того или иного вида обслуживания, а главное, отслеживать момент, в который оборудование необходимо снять с эксплуатации и отправить в ремонт, тем самым предотвращая возникновения аварийных ситуаций (патент РФ №2361309, 2009 г.).

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению. Оно содержит: датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь, электронный ключ, формирователь временных интервалов, устройство управления, постоянное запоминающее устройство, блок памяти, вычислительное устройство, устройство сравнения, задатчик значений нормативных ресурсов, логическое устройство, цифро-аналоговый преобразователь и устройство формирования выходного сигнала. Недостатком этого устройства является то, что определение технического состояния силового трансформатора осуществляется посредством непрерывного измерения температуры наиболее нагретой точки, что является трудной и дорогостоящей операцией. Также данное устройство не позволяет учитывать переходный тепловой процесс трансформатора.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет автоматизированного учета факторов, снижающих ресурс расчета сработанного ресурса и принятия решения по прогнозу дальнейшего функционирования силового трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что в структурную схему заявляемого устройства, изображенную на фиг.1, введены: датчик нагрузки 2, датчик температуры окружающей среды 3, аналого-цифровые преобразователи 4 и 5, постоянные запоминающие устройства 6 и 7, устройства сравнения 8, 10 и 15, датчик времени 9, вычислительные устройства 11 и 12, блок памяти 13, устройство управления 14, задатчик нормативных ресурсов 16, логическое устройство 17, цифро-аналоговый преобразователь 18, устройство формирования выходного сигнала 19. Датчик нагрузки 2 является входом устройства. При этом выход датчика нагрузки 2 соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя 4, первый выход первого аналого-цифрового преобразователя 4 соединен с входом первого постоянного запоминающего устройства 6, второй выход первого аналого-цифрового преобразователя 4 соединен с третьим входом датчика времени 9, первый выход первого постоянного запоминающего устройства 6 соединен с входом первого устройства сравнения 8, второй выход первого постоянного запоминающего устройства 6 соединен со вторым входом первого вычислительного устройства 11, первый выход первого устройства сравнения 8 соединен с первым входом первого вычислительного устройства 11, второй выход первого устройства сравнения 8 соединен с первым входом датчика времени 9, выход которого соединен с третьим входом первого вычислительного устройства 11, выход датчика температуры окружающей среды 3 соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя 5, выход второго аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с входом второго постоянного запоминающего устройства 7, выход второго постоянного запоминающего устройства 7 соединен с входом второго устройства сравнения 10, первый выход второго устройства сравнения 10 соединен с четвертым входом первого вычислительного устройства 11, второй выход второго устройства сравнения 10 соединен с четвертым входом датчика времени 9, выход датчика времени 9 соединен с третьим входом первого вычислительного устройства 11, выход первого вычислительного устройства 11 соединен с первым входом второго вычислительного устройства 12, выход второго вычислительного устройства 12 соединен с первым входом блока памяти 13, первый выход блока памяти 13 соединен со вторым входом второго вычислительного устройства 12, второй выход блока памяти соединен 13 с первым входом третьего устройства сравнения 15, выход задатчика значений нормативных ресурсов 16 связан с вторым входом третьего устройства сравнения 15, выход третьего устройства сравнения 15 связан с первым входом логического устройства 17, выход логического устройства 17 связан с входом цифро-аналогового преобразователя 18, выход цифро-аналогового преобразователя 18 связан с входом устройства формирователя выходного сигнала 19, выход которого является общим выходом заявляемого устройства, выходы устройства управления 14 связаны с вторыми входами датчика нагрузки 2, датчика температуры окружающей среды 3, датчика времени 9, блока памяти 13, задатчика значений нормативных ресурсов 16, логического устройства 17.

В исходном положении датчик времени 9 находится в отключенном состоянии, в первом постоянном запоминающем устройстве 6 записано значение нагрузки трансформатора предшествующего измерительного этапа, то есть соответствующей I_i-1, во втором постоянном запоминающем устройстве 7 записано значение температуры окружающей среды предшествующего измерительного этапа , в блоке памяти 13 записано значение сработанного фактического ресурса трансформатора, рассчитанное на предшествующем измерительном этапе .

Принцип работы данного устройства следующий. Датчик нагрузки 2 непрерывно осуществляет измерение нагрузки силового трансформатора 1. Преобразованный в первом аналого-цифровом преобразователе 4 сигнал с датчика нагрузки 2, соответствующий I_i, поступает на датчик времени 9, тем самым приводя его в действие. Начинается отсчет времени. Помимо этого сигнал с первого аналого-цифрового преобразователя 4 поступает в первое постоянное запоминающее устройство 6. Происходит перезаписывание первого постоянного запоминающего устройства 6, со второго выхода которого сигнал, соответствующий значению нагрузки предшествующего измерительного этапа, то есть I_i-1, поступает на второй вход первого вычислительного устройства 11. С первого выхода первого постоянного запоминающего устройства 6 сигнал, соответствующий I_i, поступает в первое устройство сравнения 8, а с него на первый вход первого вычислительного устройства 11.

Датчик температуры окружающей среды 3 непрерывно осуществляет измерение температуры. Преобразованный во втором аналого-цифровом преобразователе 5 сигнал с датчика температуры окружающей среды 3, соответствующий , поступает во второе постоянное запоминающее устройство 7. Происходит перезаписывание второго постоянного запоминающего устройства 7. С выхода второго постоянного запоминающего устройства 7 сигнал, соответствующий , поступает во второе устройство сравнения 10, а с него на четвертый вход первого вычислительного устройства 11.

Однако первое вычислительное устройство 11 не производит вычисления. Для того чтобы был произведен расчет согласно математической модели:

-при увеличении нагрузки:

- при уменьшении нагрузки:

где i=1…n - количество интервалов наработки, на которых нагрузка трансформатора принимает значение I_i (интервал, где I_i=const);

R_ф - фактический срабатываемый ресурс силового трансформатора;

R₁ - фактический срабатываемый ресурс силового трансформатора при увеличении нагрузки;

R₂ -фактический срабатываемый ресурс силового трансформатора при уменьшении нагрузки;

R_i - ресурс, срабатываемый трансформатором на i - интервале наработки в нормативных условиях эксплуатации

a - коэффициент, определяемый классом изоляции;

- температура окружающей среды (воздух) на R_i - интервал наработки;

- номинальное превышение температуры масла над температурой охлаждающей среды, которое зависит от типа системы охлаждения трансформаторов;

- номинальное превышение температуры обмотки над температурой масла, зависящее от типа системы охлаждения трансформатора;

x - коэффициент, зависящий от типа системы охлаждения трансформатора;

y - коэффициент, зависящий от типа системы охлаждения трансформатора;

;

P_к - потери короткого замыкания;

P_х.х - потери холостого хода;

- номинальная средняя температура обмотки, то есть температура, при которой обеспечивается нормальный срок службы трансформатора.

T_м - постоянная времени меди;

T_мс - постоянная времени масла.

Необходимо, чтобы на третий вход первого вычислительного устройства 11 поступил сигнал с выхода датчика времени 9. Это возможно, если I_i≠I_i-1 что определяется с помощью устройства сравнения 8 или , что определяется с помощью второго устройства сравнения 10. В этих случаях сигнал с первого устройства сравнения 8 или второго устройства сравнения 10 поступает на соответствующий вход датчика времени 9 и открывает его. Сигнал, соответствующий t=R_i, поступает на третий вход первого вычислительного устройства 11. Происходит расчет фактического сработанного ресурса трансформатора согласно математической модели (1)-(3) и сигнал с выхода первого вычислительного устройства 11 поступает на первый вход второго вычислительного устройства 12.

Одновременно с этим во второе вычислительное устройство 12 с блока памяти 13 поступает значение сработанного фактического ресурса трансформатора, рассчитанное на предшествующем измерительном этапе . При этом память обнуляется, а суммированное значение фактического сработанного ресурса трансформатора записывается в блок памяти 13. С блока памяти 13 значение , поступает в третье устройство сравнения 15, где сравнивается со значениями сработанных ресурсов, соответствующих наработке до проведения технических обслуживаний и ремонта при эксплуатации трансформатора в нормативных условиях . Если

где k<1 - коэффициент, учитывающий время на принятие решения и его реализацию, то сигнал с третьего устройства сравнения 15 через логическое устройство 17 и цифро-аналоговый преобразователь 18 поступает на устройство формирования выходного сигнала 19, которое выдает сигнал о необходимости проведения соответствующего обслуживания трансформатора. Если

,

то сигнал не поступает.

В том случае если трансформатор работает без изменения нагрузки длительное время или температура окружающей среды не меняется, устройство управления 14, через установленные обслуживающим персоналом промежутки времени подает сигнал на второй вход датчика времени 9, открывая его и обеспечивая тем самым вычисление фактического сработанного ресурса по алгоритму, рассмотренному выше. Тем самым обеспечивается непрерывный расчет фактического сработанного ресурса трансформатора.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет контролировать техническое состояние трансформатора путем осуществления непрерывного расчета сработанного ресурса трансформатора, своевременно принимать решения на проведение того или иного вида обслуживания, а главное отслеживать момент, в который оборудование необходимо снять с эксплуатации и отправить в ремонт, тем самым предотвращая возникновения аварийных ситуаций.

Источники информации

1. Сергеенко Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.Л. Электрические машины: Трансформаторы. М.: Высшая школа, 1989. 352 с.

2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Машины постоянного тока. Трансформаторы. Л.: Энергия, 1972. 544 с.

3. Назарычев А.Н. Совершенствование системы ремонтов электрооборудования электростанций и подстанций с учетом технического состояния // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.14.02. Иваново, 2005. 393 с.

4. Справочник инженера по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электрических станций и сетей. Централизованное и автономное электроснабжение объектов, цехов, промыслов, предприятий и промышленных комплексов / Под редакцией Назарычева А.Н. М.: «Инфра-Инженерия», 2006. 928 с.

5. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 256 с.

6. Патент РФ №2361309. Устройство оценки технического состояния трансформатора по остаточному ресурсу / Лозовский В.В., Руденко Н.B., Просянников Г.Б., Тарасов А.Ю. Заявка №2008122799/09, 05.06.2008; Опубликовано: 10.07.2007. Бюл.№19; Приоритет 05.06.2008 - прототип.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния силового трансформатора, расчета надежности и определения времени до возникновения отказа трансформатора. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей за счет автоматизированного учета факторов, снижающих ресурс, расчета сработанного ресурса и принятия решения по прогнозу дальнейшего функционирования силового трансформатора. Устройство содержит устройства измерения, устройства памяти, а также устройства обработки и отображения информации. Его принцип работы основывается на зависимости сработанного ресурса трансформатора от величины потребляемого тока и температуры окружающей среды. Устройство позволяет контролировать техническое состояние трансформатора путем осуществления непрерывного расчета сработанного ресурса трансформатора, своевременно принимать решения на проведение того или иного вида обслуживания, а главное отслеживать момент, в который оборудование необходимо снять с эксплуатации и отправить в ремонт, тем самым предотвращая возникновения аварийных ситуаций. 1 ил.

Устройство оценки технического состояния силового трансформатора, содержащее аналого-цифровой преобразователь, устройство управления, постоянное запоминающее устройство, блок памяти, вычислительное устройство, устройство сравнения, задатчик значений нормативных ресурсов, логическое устройство, цифроаналоговый преобразователь и устройство формирования выходного сигнала, отличающееся тем, что в него введены датчик нагрузки, датчик времени, датчик температуры окружающей среды, дополнительный аналогово-цифровой преобразователь, дополнительное постоянное запоминающее устройство, дополнительное вычислительное устройство, два дополнительных устройства сравнения, датчик нагрузки, является входом устройства, при этом выход датчика нагрузки соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, первый выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого постоянного запоминающего устройства, второй выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с третьим входом датчика времени, первый выход первого постоянного запоминающего устройства соединен с входом первого устройства сравнения, второй выход первого постоянного запоминающего устройства соединен со вторым входом первого вычислительного устройства, первый выход первого устройства сравнения соединен с первым входом первого вычислительного устройства, второй выход первого устройства сравнения соединен с первым входом датчика времени, выход которого соединен с третьим входом первого вычислительного устройства, выход датчика температуры окружающей среды соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен входом второго постоянного запоминающего устройства, выход постоянного второго запоминающего устройства соединен с входом второго устройства сравнения, первый выход второго устройства сравнения соединен с четвертым входом первого вычислительного устройства, второй выход второго устройства сравнения соединен с четвертым входом датчика времени, выход датчика времени соединен с третьим входом первого вычислительного устройства, выход первого вычислительного устройства соединен с первым входом второго вычислительного устройства, выход второго вычислительного устройства соединен с первым входом блока памяти, первый выход блока памяти соединен со вторым входом второго вычислительного устройства, второй выход блока памяти соединен с первым входом третьего устройства сравнения, выход задатчика значений нормативных ресурсов связан с вторым входом третьего устройства сравнения, выход третьего устройства сравнения связан с первым входом логического устройства, выход логического устройства связан с входом цифроаналогового преобразователя, выход цифроаналогового преобразователя связан с входом устройства формирователя выходного сигнала, выход которого является общим выходом заявляемого устройства, выходы устройства управления связаны с вторыми входами датчика нагрузки, датчика температуры окружающей среды, датчика времени, блока памяти, задатчика значений нормативных ресурсов, логического устройства.