Устройство для измерения токов в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов Российский патент 2019 года по МПК H01F27/42 

Техническое решение относится к области измерений мгновенных значений токов в обмотках высоковольтного маслонаполненного трансформаторного оборудования: силовых трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов. Измерения проводятся в разных переходных и постоянных режимах эксплуатации без отключения трансформаторного оборудования от сети.

Известны устройства для измерения токов в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов - измерительные трансформаторы тока, установленные на шинах подстанции или в сети (см. Афанасьев В.В., Адоньев Н.М. и др. Трансформаторы тока, Энергоатомиздат, 1989 г., Ленинград, ст. 252).

При использовании измерительных трансформаторов тока, установленных на подстанции или в сети, ток в обмотках трансформаторного оборудования определяется с достаточно большой погрешностью. Это объясняется тем, что эти трансформаторы тока измеряют ток не непосредственно на входе в трансформатор, а на большом расстоянии от него или на шинах подстанции, или в участке сети, к которому принадлежит дополнительное оборудование. При этом, параметры этих шин, участков сети или длинных кабелей, проходящих от трансформаторов тока к соответствующим внешним системам, влияют на показатели трансформаторов тока, повышая погрешность измерений.

Известны устройства для измерения токов в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов - измерительные трансформаторы тока, встроенные в бак высоковольтного маслонаполненного трансформаторного оборудования (см. Афанасьев В.В., Адоньева Н.М. и др. Трансформаторы тока, Энергоатомиздат, 1989 г., Ленинград, ст. 200).

Встроенные измерительные трансформаторы тока устанавливаются непосредственно на входе обмоток или на отводах обмоток внутри бака трансформатора, например, их первичной обмоткой является часть отвода обмотки, проходящей в адаптере ввода в баке трансформаторного оборудования. Обычно в одном адаптере на одном отводе обмотки располагается несколько (от двух до семи) трансформаторов тока, сигналы которых предназначены для различных внешних систем.

При использовании встроенных измерительных трансформаторов тока погрешность измерений уменьшается по сравнению с измерениями установленных на подстанции измерительных трансформаторов тока, однако для каждой системы требуется отдельный встроенный измерительный трансформатор тока. Передача измеренных сигналов одновременно в несколько различных систем с помощью гальванического подсоединения кабелей этих систем к одному измерительному трансформатору тока запрещена различными стандартами и нормативными документами. Это объясняется тем, что при гальваническом соединении меняется активное сопротивление измерительных цепей и ток в этих цепях меняется. То есть, при гальваническом размножении сигналов растет погрешность измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является устройство для измерения тока в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов (см. патент РФ №2097864 от 15.02.1996 г., опубл. 27.11.1997 г., МПК H01F 38/28), содержащее не менее двух датчиков тока, одним из которых является встроенный в бак маслонаполненного трансформаторного оборудования высоковольтный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, с первичной обмоткой в виде отвода обмотки высоковольтного трансформаторного оборудования и со вторичной обмоткой, намотанной вокруг сечения кольцевого магнитопровода, при этом на одном из отводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора тока установлен второй датчик тока, а выходы вторичной обмотки соединены с первым выходом передачи сигнала в одну внешнюю систему.

Оба датчика тока являются встроенными измерительными трансформаторами тока. Первый измерительный трансформатор содержит первичную обмотку, кольцевую магнитную систему, навитую из ленты электротехнической стали, и вторичную обмотку, намотанную вокруг сечения кольцевого магнитопровода с двумя отводами. Кроме того, в известном устройстве отводы вторичной обмотки первого измерительного трансформатора соединены между собой с помощью первой вторичной обмотки второго измерительного трансформатора тока, который также содержит кольцевую магнитную систему, навитую из ленты электротехнической стали, и первичную и вторичные обмотки. Кроме того, он имеет соединенные между собой третью обмотку, электронный усилитель и кабель с двумя концами. Этот кабель, как правило, медный бронированный, присоединен к одной внешней системе.

Известное устройство содержит только один внешний вывод, то есть может быть присоединен только к одной внешней системе. Для подсоединения к другой внешней системе необходимо использовать второе аналогичное устройство. Таким образом, известное устройство не обеспечивает многоцелевое использование, не позволяет передавать в различные внешние системы измерительные сигналы тока, синхронизированные во времени. При многоцелевом использовании необходимо изготовление нескольких устройств, что приводит к большим дополнительным расходам.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для измерения тока в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов, в котором путем введения новых элементов, новых связей между ними и нового выполнения элементов обеспечивается возможность с высокой точностью измерять мгновенные значения тока в обмотках трансформаторного оборудования и передавать измеренные сигналы в аналоговом и/или цифровом виде одновременно и синхронно не менее чем в две внешние системы, например, системы мониторинга и/или релейной защиты и/или диспетчерского управления, и/или коммерческого учета и/или других приборов мониторинга и защиты трансформатора. При этом обеспечивается создание автономного устройства, установленного на высоковольтном маслонаполненном трансформаторном оборудовании или рядом с ним.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения тока в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов, которое содержит не менее двух датчиков тока, одним из которых является встроенный в бак маслонаполненного трансформаторного оборудования высоковольтный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, с первичной обмоткой в виде отвода обмотки высоковольтного трансформаторного оборудования и со вторичной обмоткой, намотанной вокруг сечения кольцевого магнитопровода, при этом на одном из отводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора тока установлен второй датчик тока, а выходы вторичной обмотки соединены с выходом передачи сигнала в одну внешнюю систему, новым является то, что второй датчик тока выполнен в виде низковольтного преобразователя тока, установлен на участке отвода вторичной обмотки встроенного в бак высоковольтного трансформатора тока, расположенном снаружи бака, и при этом отвод низковольтного преобразователя тока через дополнительный блок обработки сигналов соединен с выходом передачи сигналов в другую внешнюю систему.

Новым является также то, что второй датчик тока выполнен в виде низковольтного преобразователя тока, основанного на эффекте Холла.

Новым является также то, что в качестве низковольтного

преобразователя тока использован низковольтный трансформатор тока с магнитопроводом из магнитного материала с линейной магнитной характеристикой.

Новым является также то, что блок обработки сигнала выполнен в виде блока зашиты измерительных сигналов от перегрузок в установившихся и переходных режимах эксплуатации.

Новым является также то, что блок обработки сигнала дополнительно содержит последовательно соединенные блок масштабирования, блок аналого-цифрового преобразования и блок передачи цифровых сигналов.

Новым является также то, что блок обработки сигнала дополнительно содержит блок цифровой компенсации погрешности измерений сигнала.

Новым является также то, что блок обработки сигналов содержит дополнительные клеммы для подключения высоковольтных трансформаторов тока или низковольтных преобразователей тока, которые измеряют токи не менее чем в двух обмотках маслонаполненного трансформатора, и соответствующие блоки защиты и масштабирования, соединенные при этом с дополнительными входами блока аналого-цифрового преобразования, последовательно соединенного с блоком цифровой компенсации погрешности и блоком передачи цифровых сигналов.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в том, что в устройстве для измерения тока в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов

второй датчик тока выполнен в виде низковольтного преобразователя тока,

установлен на участке отвода вторичной обмотки встроенного в бак высоковольтного трансформатора тока, расположенном снаружи бака,

и при этом отвод низковольтного преобразователя тока через дополнительный блок обработки сигнала соединен с выходом передачи сигнала в другую внешнюю систему,

что в совокупности с известными признаками обеспечивает возможность с высокой точностью измерять мгновенные значения тока в обмотках трансформаторного оборудования и передавать измеренные сигналы в аналоговом и/или цифровом виде одновременно и синхронно не менее чем в две внешние системы, например, системы мониторинга, и/или релейной защиты, и/или диспетчерского управления, и/или коммерческого учета, и/или других приборов мониторинга и защиты трансформатора. При этом обеспечивается создание автономного устройства, установленного на высоковольтном маслонаполненном трансформаторном оборудовании или рядом с ним.

Объясняется это следующим.

Заявленное выполнение устройства позволяет для подключения нескольких внешних систем использовать сигналы, поступающие с первого выхода высоковольтного трансформатора тока и с выхода низковольтного преобразователя тока (второго датчика), не снижая качество сигнала, в частности, точность его измерения путем создания индукционной связи между двумя датчиками тока. Расположение второго датчика тока снаружи бака трансформатора позволяет выполнять его в виде низковольтного преобразователя тока. То, что отвод низковольтного преобразователя тока через дополнительный блок обработки сигнала соединен с выходом передачи сигнала в другую внешнюю систему, обеспечивает многоцелевое использование устройства. Это позволяет передавать в различные внешние системы измерительные сигналы тока, синхронизированные во времени, не снижая качество сигнала, в частности, точность его измерения.

То, что второй датчик тока может быть выполнен в виде низковольтного преобразователя тока, основанного на эффекте Холла,

то, что в качестве низковольтного преобразователя тока может быть использован низковольтный трансформатор тока с магнитопроводом из магнитного материала с линейной магнитной характеристикой,

то, что блок обработки сигнала может быть выполнен в виде блока защиты измерительных сигналов от перегрузок в установившихся и переходных режимах эксплуатации,

то, что блок обработки сигнала может дополнительно содержать последовательно соединенные блок масштабирования, блок аналого-цифрового преобразования и блок передачи цифровых сигналов,

то, что блок обработки сигнала может дополнительно содержать блок цифровой компенсации погрешности измерений сигнала,

то, что блок обработки сигналов содержит дополнительные клеммы для подключения высоковольтных трансформаторов тока или низковольтных преобразователей тока, измеряющих токи не менее чем в двух обмотках маслонаполненного трансформатора, и соответствующие блоки защиты и масштабирования, соединенные при этом с дополнительными входами блока аналого-цифрового преобразования, последовательно соединенного с блоком цифровой компенсации погрешности и блоком передачи цифровых сигналов, также обеспечивает возможность с высокой точностью измерять мгновенные значения тока в обмотках трансформаторного оборудования и передавать измеренные сигналы в аналоговом и/или цифровом виде одновременно и синхронно не менее чем в две внешние системы, например, системы мониторинга и/или релейной защиты, и/или диспетчерского управления, и/или коммерческого учета и/или других приборов мониторинга и зашиты трансформатора.

Выполнение второго датчика тока в виде низковольтного преобразователя тока, основанного на эффекте Холла, а также то, что в качестве низковольтного преобразователя тока может быть использован низковольтный трансформатор тока с магнитопроводом из магнитного материала с линейной магнитной характеристикой, обеспечивает повышение точности измерения мгновенных значений тока, не внося никаких дополнительных погрешностей в результаты измерения.

Для повышения точности и надежности работы устройства в режимах, которым подвергается трансформаторное оборудование при эксплуатации, блок обработки сигнала может быть выполнен в виде блока защиты измерительных сигналов от перегрузок в установившихся и переходных режимах эксплуатации.

Для обеспечения требований отдельных систем, например, системы мониторинга или систем релейной защиты современных цифровых подстанций, передачу измеренных сигналов во внешние системы необходимо осуществлять не только в аналоговом, но и/или в цифровом виде. Для этого в устройстве измерения токов блок обработки сигнала может дополнительно содержать последовательно соединенные блок масштабирования, блок аналого-цифрового преобразования, а также блок передачи цифровых сигналов.

При необходимости блок обработки сигнала может дополнительно содержать блок цифровой компенсации погрешности измерений сигнала.

При изготовлении многоканального устройства для измерения токов необходимо, чтобы блок обработки сигнала смог принять несколько входных аналоговых сигналов и синхронно их обработать. Для этого устройство выполняют таким образом, что блок обработки сигналов содержит дополнительные клеммы для подключения высоковольтных трансформаторов тока или низковольтных преобразователей тока, которые измеряют токи не менее, чем в двух обмотках маслонаполненного трансформатора, а также соответствующие блоки защиты и масштабирования, соединенные при этом с дополнительными входами блока аналого-цифрового преобразования, последовательно соединенного с блоком цифровой компенсации погрешности и блоком передачи цифровых сигналов. Это обеспечивает синхронную обработку сигналов.

Таким образом, признаки, приведенные в развивающих пунктах, позволяют также обеспечивать многоцелевое использование устройства. Признаки, которые заявляются в них, позволяют передавать в различные внешние системы измерительные сигналы тока, синхронизированные во времени, не только не снижая качество сигнала, в частности, точность его измерения, но и обеспечивают повышение точности измерения мгновенных значений тока в обмотках трансформаторного оборудования.

Суть заявленного изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 приведен пример расположения заявленного устройства для измерения тока на отводе ввода трансформаторного оборудования;

- на фиг. 2 приведена функциональная схема устройства для измерения тока в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов, которое может быть использовано для измерения токов в одной обмотке;

- на фиг. 3 приведена функциональная схема устройства для измерения тока в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов, которое может быть использовано для одновременного измерения токов в нескольких (в данном случае трех) обмотках.

Заявляемое устройство, приведенное на фиг. 1, содержит высоковольтный трансформатор 1 тока с кольцевым магнитопроводом 2, с первичной обмоткой 3 в виде отвода обмотки 4 высоковольтного трансформатора 1 и с вторичной обмоткой 5, намотанной вокруг сечения кольцевого магнитопровода 2. При этом на одном с отводов 6 вторичной обмотки 5 высоковольтного трансформатора 1 тока установлен низковольтный преобразователь 7 тока, а выходы вторичной обмотки 5 соединены с выходом 8 передачи сигнала в одну внешнюю систему. Низковольтный преобразователь 7 тока установлен на расположенном снаружи бака 9 участке отвода вторичной обмотки 5 высоковольтного трансформатора 1 тока, встроенного в бак 9. Отводы 10 низковольтного преобразователя 7 тока через дополнительный блок 11 обработки сигнала соединены с выходом передачи сигнала в другую внешнюю систему. Такое выполнение устройства позволяет использовать его для подсоединения и передачи данных к нескольким внешним системам одновременно.

В качестве низковольтного преобразователя 7 тока может быть использован пассивный электромагнитный сухой трансформатор тока АС 1010 фирмы TALEMA (см. Низковольтный трансформатор тока АС 1010, Каталог фирмы TALEMA. Индия. Интернет ресурс www.talema-nuvotem.com) с линейной магнитной характеристикой, у которого магнитная система выполнена из ферромагнитного материала, например, пермаллоя.

В качестве низковольтного преобразователя 7 тока может быть также использован активный датчик тока, основанный на другом физическом принципе, например, преобразователь DTLA 25-NP фирмы LEM (см. Низковольтный преобразователь тока DTLA 25-NP, Каталог фирмы LEM Швейцария. Интернет ресурс http://www.lem.com/hq/en/), основанный на эффекте Холла, с электронной платой, на которой размещены источники вторичного питания и операционные усилители (см. источники вторичного электропитания PRO MAX 72W24V3A, Каталог фирмы Wedmuller, Германия. Интернет ресурс www.catalog.weidmuller.com) (см. Операционные усилитель ОРА625. Каталог фирмы Texas Instruments США. Интернет ресурс http://www.ti.com/sitesearch/docs/). Во всех случаях низковольтный преобразователь 7 тока должен иметь высокую точность и линейную вольт-амперную характеристику.

Для обеспечения надежности работы заявляемого устройства в различных эксплуатационных режимах блок 11 обработки сигнала может быть выполнен в виде блока 12 защиты измерительных сигналов от перегрузок в установившихся и переходных режимах эксплуатации. Основой этого блока 12 защиты измерительных сигналов являются ограничители перенапряжений, например, варисторы (см. Варистор тип VSPC MOV 2СН 24V, Каталог фирмы Wedmuller, Германия. Интернет ресурс www.catalog.weidmuller.com/catalog), присоединенные к выходу низковольтного преобразователя 7 тока и/или к концам вторичной обмотки 5 высоковольтного трансформатора 1 тока.

Для обеспечения требований отдельных систем, например, системы мониторинга или систем релейной защиты современных цифровых подстанций, передачу измеренных сигналов во внешние системы необходимо осуществлять не только в аналоговом, но и/или в цифровом виде. Для этого блок 11 обработки сигнала дополнительно содержит последовательно соединенные блок 13 масштабирования, блок 14 аналого-цифрового преобразования и блок 15 передачи цифровых сигналов, которые соединены с датчиками тока через блок 12 защиты измерительных сигналов. Технические характеристики блока 12 защиты измерительных сигналов и блока 13 масштабирования могут изменяться для различных объектов. Например, для заявленных устройств, используемых в силовых трансформаторах классов напряжения от 110 кВ до 750кВ и мощностей от 10 Мва до 1000Мва, блок 11 обработки сигнала, содержащий последовательно соединенные блок 13 масштабирования, блок 14 аналого-цифрового преобразования и блок 15 передачи цифровых сигналов, может иметь следующие характеристики: диапазон изменения входного сигнала - 10 А (амплитудное значение); точность преобразования - 0,5%; напряжение гальванической изоляции - до 2,5 кВ; возможность калибровки канала измерения. Одним из основных является также требование к дискретности и синхронизации сигналов блока 14 аналого-цифрового преобразования. Так, например, в номинальных режимах основной частоты (в диапазоне 48-52 Гц или 58-62 Гц) нужна дискретность преобразования с шагом по времени не более 0,1 мс, в переходных режимах нужна дискретность не больше 0,05 мс. Поэтому при различных вариантах реализации устройства элементная база отдельных блоков может меняться. Например, для преобразования сигналов переходных процессов можно использовать быстрый блок 14 аналого-цифрового преобразования, встроенный в контроллер cRIO-9025 фирмы National Instruments (см. Контроллер cRIO-9025. Каталог фирмы National Instruments, США. Интернет ресурс http://www.ni.com/http://www.ni.com/), а для токовых сигналов основной частоты (50 Гц-60 Гц) более медленный блок 14 аналого-цифрового преобразования микропроцессора ATSAM3X8E фирмы ATMEL (см. Каталог фирмы ATMEL, США. Интернет ресурс http://www.atmel.com/http://www.atmel.com/).

Блок 15 передачи цифровых сигналов обеспечивает связь заявленного устройства с соответствующими внешними системами по разным стандартам (протоколам) связи, например, по протоколу MODBAS или IEC 61850. Передача сигналов может быть реализована аппаратно, в виде специального электронного блока, например, контроллера RTU 560CIG10 фирмы ABB (см. Контроллер RTU 560CIG10 Каталог фирмы ABB, Швеция. Интернет ресурс www.new.abb.com/substation) или в виде программного обеспечения контроллера cRIO-9025 фирмы National Instruments (см. Контроллер cRIO 9025. Каталог фирмы National Instruments, США. Интернет ресурс http://www.ni.com/).

Кроме того, в случае необходимости, в этом блоке 15 передачи цифровых сигналов может осуществляться привязка измеряемых цифровых сигналов к реальному времени с синхронизацией сигналов при их передаче в различные внешние системы.

Для повышения точности измерений основного высоковольтного трансформатора 1 тока блок 11 обработки сигнала может дополнительно содержать блок 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала. Вход блока 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала присоединяется к выходу блока 14 аналого-цифрового преобразования, а выход - к входу блока 15 передачи цифровых сигналов во внешние системы. Блок 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала предназначен для очистки измеренного сигнала от высокочастотных помех и цифровой компенсации погрешности измерений сигнала. Он может быть реализован в виде отдельного процессора с программным обеспечением, который реализует различные способы цифровой компенсации погрешности, например, способ, который приведен в описании к патенту РФ №2526834, или совмещенный с контроллером блока 14 аналого-цифрового преобразования сигналов.

Функциональная схема, приведенная на фиг. 2, содержит встроенные в бак маслонаполненного трансформаторного оборудования высоковольтные трансформаторы 1 тока, низковольтные преобразователи 7 тока, блок 11 обработки сигнала. При этом, блок 11 обработки сигнала включает: блоки 12 измерительных сигналов, блоки 13 масштабирования, блок 14 аналого-цифрового преобразования сигналов, блок 16 цифровой компенсации погрешности и блок 15 передачи сигналов во внешнюю систему.

Функциональная схема устройства, показанного на фиг. 2, содержит по одному из указанных блоков, устройство может быть использовано для измерения токов в одной обмотке.

Функциональная схема устройства, показанного на фиг. 3, содержит несколько датчиков и блоков, устройство может быть использовано для одновременного измерения токов в нескольких (в данном случае трех) обмотках.

На фиг. 3 показаны три высоковольтных встроенных трансформатора 1 тока, расположенных на отводах разных обмоток, например, на отводах обмотки высокого (ВН), среднего (СН) и низкого (НН) напряжения одной фазы маслонаполненного трансформатора. При этом на вторичных обмотках 5 первого и второго высоковольтных трансформаторов 1 тока установлены низковольтные преобразователи 7 тока, которые присоединены к соответствующим входам блока 11 обработки сигнала. Второй высоковольтный трансформатор 1 тока и второй низковольтный преобразователь 7 последовательно соединены через дополнительные клеммы 17 с блоком 11 обработки сигнала. Соответствующие блоки 12 измерительных сигналов и блоки 13 масштабирования соединены по каждому из входящих токов отдельно с дополнительными входами блока 14 аналого-цифрового преобразования сигналов токов, последовательно соединенного с блоком 16 цифровой компенсации погрешности и блоком 15 передачи цифровых сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый ток первичной обмотки 3 трансформаторного оборудования проходит по ее отводу и создает в сечении магнитопровода 2 высоковольтного трансформатора 1 тока магнитный поток. Этот магнитный поток возбуждает низкое напряжение и ток во вторичной обмотке 5 высоковольтного трансформатора 1 тока, пропорциональные, с определенной погрешностью, измеряемому току в обмотке трансформаторного оборудования. Этот ток измеряется низковольтным преобразователем 7 тока без гальванической связи со вторичной обмоткой 5 высоковольтного трансформатора 1 тока. Выходные аналоговые сигналы низковольтного преобразователя 7 тока подаются в блок 11 обработки сигнала. При этом для каждого такого сигнала с помощью блока 12 защиты измерительных сигналов происходит корректировка максимальной амплитуды сигнала до допустимого уровня. Затем, в блоке 13 масштабирования этот аналоговый сигнал масштабируется так, что его максимальные и минимальные значения входят в определенный заданный диапазон, необходимый для устойчивой работы блока 14 аналого-цифрового преобразования. В блоке 14 аналого-цифрового преобразования осуществляется преобразование масштабируемых аналоговых сигналов в цифровые сигналы. При этом блок 14 аналого-цифрового преобразования может иметь несколько (от 4 до 12) входов для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Все цифровые сигналы на выходе блока 14 аналого-цифрового преобразования попадают на вход блока 15 передачи цифровых сигналов. В блоке 15 передачи цифровых сигналов они группируются, кодируются и передаются во внешние системы по оптоволоконным кабелям или по беспроводным каналам связи. Алгоритмы группировки, кодирования и передачи цифровых сигналов могут осуществляться с использованием различных протоколов связи, например, Modbus (см. Modbus Application Protocol Specification V1.1b3. www.modbus.org) или IEC 6185 (см. Протокол IEC 61850. Коммутационные сети и системы подстанций. Интернет ресурс: httm://pm.geindustrial.com/fag/documents/general/iec6185.pdf).

В случае, если требуется корректировка погрешности измерений высоковольтного трансформатора 1 тока, в устройство дополнительно устанавливается блок 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала, а в цепь вторичной обмотки 5 высоковольтного трансформатора 1 тока подключают преобразователь «ток-напряжение». Сигнал преобразователя «ток-напряжение», аналогично токовым сигналам, проходит через блок 12 защиты измерительных сигналов, блок 13 масштабирования и блок 14 преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Блок 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала содержит входы, к которым подключены все выходы блока 14 аналого-цифрового преобразования с цифровыми сигналами измеряемых токов, а его выходы подключены к входу блока 15 передачи цифровых сигналов во внешние системы.

Способ компенсации, реализованный в блоке 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала, может быть различным. Например, может быть реализован способ, приведенный в описании к патенту РФ №2526834. В этом случае, в блоке 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала установлен микропроцессор с памятью, в которую занесены предварительно определенные конструктивные размеры, индуктивности рассеяния вторичной обмотки, потери на гистерезис и вихревые токи, а также сопротивление потерь высоковольтного трансформатора 1 тока. Сигналы блока 14 аналого-цифрового преобразования и данные памяти в процессоре блока 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала позволяют определить известным способом значение индукции магнитного поля и значение кривой намагничивания в кольцевом магнитопроводе 3, а также определить новые уточненные значения измеряемого тока. Сравнивая уточненные значения с фактически измеренными, определяется величина погрешности измерений тока. Уточненные данные на выходе блока 16 цифровой компенсации погрешности измерений сигнала попадают на вход блока 15 передачи уточненного цифрового сигнала во внешние системы.

В случае, когда требуется измерение тока в нескольких (не менее двух) обмотках высоковольтного маслонаполненного трансформатора, блок 11 обработки измерительных сигналов устройства содержит дополнительные клеммы 17, к которым с одной стороны подключают высоковольтные трансформаторы 1 тока или низковольтные датчики 7 тока, установленные на отводах других обмоток маслонаполненного трансформатора, а с другой стороны дополнительные блоки 12 защиты измерительных сигналов и блоки 13 масштабирования. Обработка этих дополнительных токов проводится аналогично, причем в блоке 14 аналого-цифрового преобразования, блоке 15 передачи цифровых сигналов, блоке 16 цифровой компенсации погрешности обработка проводится синхронно для токов всех обмоток. Синхронность обработки обеспечивается за счет наличия быстродействующего многоканального аналого-цифрового преобразователя в блоке 14 аналого-цифрового преобразования, быстродействующего микропроцессора в блоке 16 цифровой компенсации погрешности и использования цифровых протоколов передачи данных, реализованных в блоке 15 передачи цифровых сигналов, например, протокола IEC 61850 (см. Протокол IEC 61850. Коммутационные сети и системы подстанций. Интернет-ресурс httm://pm.geindustrial.com/fag/documents/general/iec6185.pdf).

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность с высокой точностью измерять мгновенные значения тока в обмотках трансформаторного оборудования и передавать данные сигналы в аналоговом и/или цифровом виде одновременно и синхронно не менее чем на две внешние системы, например, системы мониторинга и/или релейной защиты, и/или диспетчерского управления и/или коммерческого учета, и/или других приборов мониторинга и защиты трансформатора. При этом обеспечивается создание автономного устройства, установленного на высоковольтном маслонаполненном трансформаторном оборудовании или рядом с ним, что позволяет с повышенной точностью измерять мгновенные значения тока в обмотках трансформаторного оборудования. Обеспечивается возможность передавать данные сигналы в аналоговом и/или цифровом виде одновременно и синхронно, причем не меньше, чем на две внешние системы - мониторинга и/или релейной защиты, и/или диспетчерского управления, и/или коммерческого учета и/или других приборов мониторинга и защиты трансформатора.

Наиболее эффективным является использование заявленного устройства при установке системы мониторинга для трансформаторов, находящихся длительное время в эксплуатации, для которых нет возможности устанавливать дополнительно встроенные трансформаторы тока к соответствующим адаптерам вводов обмоток или при модернизации подстанции для цифровой обработки данных измерений, защит и диспетчерского управления.

Заявленное техническое решение может быть изготовлено на существующем оборудовании с использованием известных материалов и средств, что подтверждает промышленную применимость заявленного устройства.

Изобретение относится к устройству для измерения токов в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов. Устройство содержит не менее двух датчиков тока, одним из которых является встроенный в бак высоковольтный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, с первичной обмоткой в виде отвода обмотки высоковольтного трансформатора и со вторичной обмоткой, намотанной вокруг сечения кольцевого магнитопровода. На одном из отводов вторичной обмотки установлен второй датчик тока, а выходы вторичной обмотки соединены с выходом передачи сигнала в одну внешнюю систему. Второй датчик тока выполнен в виде низковольтного преобразователя тока, установлен на участке отвода вторичной обмотки встроенного в бак высоковольтного трансформатора тока, расположенном снаружи бака. Отвод низковольтного преобразователя тока через дополнительный блок обработки сигнала соединен с выходом передачи сигнала в другую внешнюю систему. Низковольтный преобразователь тока основан на эффекте Холла или выполнен в виде низковольтного трансформатора тока с магнитопроводом из магнитного материала с линейной магнитной характеристикой. Техническим результатом является измерение с высокой точностью мгновенных значений тока в обмотках трансформаторного оборудования, передача измеренных сигналов в аналоговом и/или цифровом виде одновременно и синхронно не менее чем в две внешние системы. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения токов в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов, которое содержит не менее двух датчиков тока, одним из которых является встроенный в бак маслонаполненного трансформаторного оборудования высоковольтный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, с первичной обмоткой в виде отвода обмотки высоковольтного трансформатора и со вторичной обмоткой, намотанной вокруг сечения кольцевого магнитопровода, при этом на одном из отводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора тока установлен второй датчик тока, а выходы вторичной обмотки соединены с выходом передачи сигнала в одну внешнюю систему, отличающееся тем, что второй датчик тока выполнен в виде низковольтного преобразователя тока, установлен на участке отвода вторичной обмотки встроенного в бак высоковольтного трансформатора тока, расположенном снаружи бака, и при этом отвод низковольтного преобразователя тока через дополнительный блок обработки сигнала соединен с выходом передачи сигнала в другую внешнюю систему.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй датчик тока выполнен в виде низковольтного преобразователя тока, основанного на эффекте Холла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве низковольтного преобразователя тока использован низковольтный трансформатор тока с магнитопроводом из магнитного материала с линейной магнитной характеристикой.

4. Устройство по пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что блок обработки сигнала выполнен в виде блока защиты измерительных сигналов от перегрузок в установившихся и переходных режимах эксплуатации.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок обработки сигнала дополнительно содержит последовательно соединенные блок масштабирования, блок аналого-цифрового преобразования и блок передачи цифровых сигналов.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что блок обработки сигнала дополнительно содержит блок цифровой компенсации погрешности измерений сигнала.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что блок обработки сигналов содержит дополнительные клеммы для подключения высоковольтных трансформаторов тока или низковольтных преобразователей тока, измеряющих токи не менее чем в двух обмотках маслонаполненного трансформатора, и соответствующие блоки защиты и масштабирования, соединенные при этом с дополнительными входами блока аналого-цифрового преобразования, последовательно соединенного с блоком цифровой компенсации погрешности и блоком передачи цифровых сигналов.