СПОСОБ КОНТРОЛЯ РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2015 года по МПК G01R31/00 H01F41/12 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля ресурса сухих силовых трансформаторов.

Известны способы контроля ресурса изоляции силового трансформатора, при которых измеряют температуру θ_п наиболее нагретой точки трансформатора, вычисляют износ по формуле $${\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-\theta н)}dt}$$ , где t - время включенного состояния; µ=0,116 - коэффициент пропорциональности, характеризующий температурный износ; θ_Н - номинальная температура, и рассчитывают остаточный ресурс (Ермаков В.Ф., Балыкин Е.С., Горобец А.В., Коваленко А.Н. Опытный образец микропроцессорного счетчика ресурса силовых трансформаторов / Известия вузов. Электромеханика, 2013, №1. - С. 68-70; А.с. СССР 2041496, МПК G06F 7/18, 1991).

Известные способы обеспечивают контроль ресурса изоляции трансформатора на основе учета теплового износа. При этом не учитывается важная составляющая износа, обусловленная термомеханическим разрушением изоляции.

Следовательно, недостатком известных способов является низкая точность контроля ресурса изоляции.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является способ контроля ресурса изоляции силового трансформатора, при котором измеряют температуру θ_П наиболее нагретой точки трансформатора, вычисляют износ по формуле $${\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-\theta н)}dt}$$ , где t - время включенного состояния; µ=0,116 - коэффициент пропорциональности, характеризующий температурный износ;

θ_н - номинальная температура, и рассчитывают остаточный ресурс (Патент РФ № 2384879, МПК G06F 17/18, 2010).

При реализации известного способа во время работы трансформатора непрерывно производится вычисление значения остаточного ресурса и его сравнение с предельным значением, при достижении которого формируется контрольный сигнал. Известный способ обеспечивает контроль ресурса трансформатора на основе учета теплового износа изоляции. При этом не учитывается важная составляющая износа, обусловленная термомеханическим разрушением изоляции. Так как коэффициенты линейного расширения проводников и изоляции не совпадают, то при многократном повторении цикла «нагревание - охлаждение» в изоляции образуются трещины, расслоения и другие механические повреждения, сопровождаемые резким снижением электрических параметров.

Таким образом, недостатком известного способа является низкая точность контроля ресурса изоляции.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности контроля ресурса изоляции трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля ресурса изоляции силового трансформатора, при котором измеряют температуру θ_П наиболее нагретой точки трансформатора, вычисляют износ по формуле $${\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-\theta н)}dt}$$ , где t - время включенного состояния; µ=0,116 - коэффициент пропорциональности, характеризующий температурный износ; θ_н - номинальная температура, и рассчитывают остаточный ресурс, согласно изобретению дополнительно определяют количество n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н, где α - коэффициент, зависящий от материалов обмоток и изоляции, за время t, и определяют остаточный ресурс по формуле: $$T=T_0-k_1{\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-\theta н)}dt-k_{2}n(\tau )}$$ , где Т₀ - номинальный ресурс изоляции трансформатора, k₁ и k₂ - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного износа изоляции трансформатора.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый способ имеет следующие новые признаки:

- определяют количество n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н, где α - коэффициент, зависящий от материалов обмоток и изоляции, за время t;

- определяют остаточный ресурс изоляции трансформатора по формуле:

где T₀ - номинальный ресурс изоляции трансформатора, k₁ и k₂ - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного износа изоляции трансформатора.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

По каждому из отличительных признаков проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики, контроля и диагностики.

Операция определения количества n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н, где α - коэффициент, зависящий от материалов обмоток и изоляции, за время t, в известных способах аналогичного назначения не обнаружено.

Операция определения остаточного ресурса изоляции обмоток трансформатора по формуле

$$T=T_0-k_1{\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-\theta н)}dt-k_{2}n(t)}$$ ,

где Т₀ - номинальный ресурс трансформатора, k₁ и k₂ - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного износа изоляции трансформатора, в известных способах аналогичного назначения не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

При реализации предлагаемого технического решения обеспечивается повышение точности контроля ресурса трансформатора путем учета не только теплового старения изоляции, но и ее термомеханического износа. Оценивание термомеханического износа осуществляется путем подсчета количества циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н, которые происходят при включениях трансформатора или подключениях нагрузок. При нагреве происходит тепловая деформация проводящих элементов и изоляции. Так как материалы изоляции и проводников имеют разные температурные коэффициенты линейного расширения, то деформация вызывает механическую нагрузку на изоляцию. Особенно неблагоприятное влияние на изоляцию оказывают многократные циклы «нагревание - охлаждение», например, при частых включениях. Учет термомеханического износа изоляции позволяет повысить точность контроля ресурса изоляции.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

Сущность предлагаемого способа контроля ресурса изоляции силового трансформатора поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема системы контроля ресурса изоляции силового трансформатора. На чертеже обозначено: 1 - силовой трансформатор, 2 - датчик температуры наиболее нагретой точки трансформатора, 3 - шина данных, 4 - контроллер, 5 - промышленный компьютер, 6 - монитор.

Работа схемы контроля ресурса изоляции силового трансформатора происходит следующим образом. Сигнал с датчика температуры наиболее нагретой точки трансформатора 2 поступает на вход контроллера 5. Контроллер 5 выполняет следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование сигнала с датчика температуры 2;

- регистрация и хранение данных о температуре;

- обработка зарегистрированных данных, определение минимальных и максимальных значений температуры;

- подсчет количества n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н;

- вычисление полного времени работы (включенного состояния) трансформатора;

- вычисление остаточного ресурса изоляции обмоток трансформатора по формуле

Данные о полном времени работы t и величине остаточного ресурса Т по шине 3 передаются в компьютер 5 для регистрации и хранения и отображаются с помощью монитора 6.

На фиг. 2 показаны диаграммы изменения температуры θ_п наиболее нагретой точки трансформатора и подсчета циклов «нагревание - охлаждение», при которых перепад температуры превышает Δθ=αθ_н.

Таким образом, использование в известном способе контроля ресурса изоляции силового трансформатора, при котором измеряют температуру θ_п наиболее нагретой точки трансформатора, вычисляют износ по формуле $${\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-\theta н)}dt}$$ , где t - время включенного состояния; µ=0,116 - коэффициент пропорциональности, характеризующий температурный износ; θ_н - номинальная температура, рассчитывают остаточный ресурс, дополнительно определяют количество n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н, где α - коэффициент, зависящий от материалов обмоток и изоляции, за время t, и определяют остаточный ресурс по формуле

где Т₀ - номинальный ресурс изоляции трансформатора, k₁ и k₂ - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного износа изоляции трансформатора, позволяет повысить точность контроля ресурса изоляции трансформатора.

Использование предлагаемого способа при автоматизированном контроле и диагностике трансформаторов будет способствовать повышению надежности и качества работы электрооборудования.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля ресурса изоляции сухих силовых трансформаторов. Технический результат состоит в повышении точности контроля ресурса. Сигнал θ_п с датчика температуры наиболее нагретой точки трансформатора 2 поступает на вход контроллера 5, который выполняет функции аналого-цифрового преобразования сигнала с датчика температуры 2, регистрации и хранения данных о температуре; обработки зарегистрированных данных, определение минимальных и максимальных значений температуры и подсчета количества n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н. Вычисление остаточного ресурса изоляции обмоток трансформатора по формуле

где t - время включенного состояния; µ=0,116 - коэффициент пропорциональности, характеризующий температурный износ; θ_н - номинальная температура, k₁ и k₂ - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного износа изоляции трансформатора, α - коэффициент, зависящий от материалов обмоток и изоляции, за время t. Данные о полном времени работы t и величине остаточного ресурса Т по шине 3 передаются в компьютер 5 для регистрации и хранения и отображаются с помощью монитора 6. 2 ил.

Способ контроля ресурса изоляции силового трансформатора, при котором измеряют температуру θ_п наиболее нагретой точки трансформатора, вычисляют износ по формуле
$${\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{e}^{\mu ({\theta }_{п}-{\theta }_{н})}dt}$$ ,
где t - время включенного состояния; µ=0,116 - коэффициент пропорциональности, характеризующий температурный износ; θ_н - номинальная температура, и рассчитывают остаточный ресурс, отличающийся тем, что дополнительно определяют количество n циклов «нагревание - охлаждение» с перепадом температуры более Δθ=αθ_н, где α - коэффициент, зависящий от материалов обмоток и изоляции, за время t, и определяют остаточный ресурс по формуле:

где Т₀ - номинальный ресурс изоляции трансформатора, k₁ и k₂ - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного износа изоляции трансформатора.