СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПО СОСТОЯНИЮ МАСЛА Российский патент 2021 года по МПК G01R31/62 

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для непрерывного контроля технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов.

Известно устройство контроля состояния силового трансформатора, содержащее датчик тока трансформаторной обмотки, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры верхних слоев трансформаторного масла, датчик влажности масла, в которое погружена активная часть трансформатора, и датчика температуры масла внутри датчика влажности. Все датчики подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, а подключенное к нему вычислительное устройство снабжено цифровым интерфейсом для передачи оператору информации о допустимом времени перегрузки трансформатора в зависимости от требуемого уровня перегрузки и текущего теплового состояния трансформатора (см. патент РФ № 2453859, G01R 31/02).

Недостатком известного устройства является низкая надежность, так как оно не обнаруживает на ранней стадии деструктивные процессы в техническом состоянии силового трансформатора, вызванные перегревом обмоток, появлением частичных разрядов или образованием дуги высокого напряжения, которые приводят к изменению уровня концентрации газов в масле, изменению влажности твердой изоляции и образованию наличия механических примесей в масле. В известном устройстве эти изменения не контролируются, что снижает достоверность диагностики технического состояния силового трансформатора.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является система контроля технического состояния силового трансформатора по состоянию масла, содержащая кондуктометрический датчик, выход которого соединен с первым входом измерительно-преобразовательного блока, который первым выходом соединен с пультом оператора, а вторым с блоком радиорелейной связи с системой удаленного контроля и диспетчерского управления (см. патент на полезную модель № 74495, МПК G05D 27/00).

Недостатком известной системы является низкая надежность, так как она не обеспечивает выявления зарождающихся неисправностей в силовом маслонаполненном трансформаторе на ранней стадии их развития, в связи с отсутствием непрерывного контроля состава газов, растворенных в масле, контроля наличия механических примесей в масле и контроля влажности твердой изоляции. Это снижает достоверность результатов контроля технического состояния силового трансформатора.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, обеспечивающего повышение надежности контроля технического состояния силового маслонаполненного трансформатора за счет раннего выявления в нем зарождающихся неисправностей.

Технический результат заключается в возможности предупреждения отказов силового трансформатора с отягчающими последствиями, благодаря непрерывному измерению концентрации растворенных в масле газов, непрерывному измерению влажности твердой изоляции и непрерывному измерению концентрации механических примесей.

Поставленная задача решается тем, что система контроля технического состояния силового трансформатора по состоянию масла, содержащая кондуктометрический датчик, выход которого соединен с первым входом измерительно-преобразовательного блока, который первым выходом соединен с пультом оператора, а вторым с блоком радиорелейной связи с системой удаленного контроля и диспетчерского управления, согласно изобретению, она снабжена блоком встроенных датчиков, в состав которого входят датчик концентрации растворенных в масле газов, датчик влажности твердой изоляции и датчик концентрации механических примесей, при этом масляный вход и выход блока встроенных датчиков подсоединяются соответственно к масляному входу и выходу термосифонного фильтра силового трансформатора, а информационный выход блока встроенных датчиков соединен со вторым входом измерительно-преобразовательного блока. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 изображена функциональная схема заявляемой системы контроля технического состояния силового трансформатора по состоянию масла;

- на фиг. 2 представлена схема присоединения блока встроенных датчиков к входу и выходу термосифонного фильтра.

Заявляемая система (фиг. 1) содержит кондуктометрический датчик 1, выход которого соединен с первым входом измерительно-преобразовательного блока 2. Первый выход, указанного блока 2 соединен с пультом оператора 3, а второй - с блоком радиорелейной связи 4, который связан с системой удаленного контроля и диспетчерского управления (на фиг. 1 связь не указана).

Система контроля технического состояния силового трансформатора (фиг. 1) снабжена блоком встроенных датчиков 5 в состав которого входят датчик концентрации растворенных в масле газов 6, датчик влажности твердой изоляции 7 и датчик концентрации механических примесей 8. При этом масляный вход и выход блока встроенных датчиков 5 (на фиг. 1 не указаны) подсоединяются соответственно к масляному входу и выходу термосифонного фильтра силового трансформатора, а информационный выход блока встроенных датчиков 5 соединен со вторым входом измерительно-преобразовательного блока 2.

На схеме присоединения блока встроенных датчиков (фиг. 2) к входу и выходу термосифонного фильтра показаны: бак трансформатора 9, первый 10 и второй 11 маслоохладители, термосифонный фильтр 12, блок встроенных датчиков 5, масляный входной канал которого с помощью патрубка 13 подсоединен к входу термосифонного фильтра 12, а масляный выходной канал - с помощью патрубка 14 подсоединен к выходу термосифонного фильтра 12. При этом врезка патрубков осуществляется во входной и выходной маслопроводы термосифонного фильтра 12 с использованием вентилей 15, 16.

Первый отличительный признак обеспечивает увеличение числа контролируемых параметров, характеризующих состояние масла в баке трансформатора. Благодаря этому, наряду с удельным сопротивлением и температурой масла, контролируется концентрация основных газов, растворенных в масле: водорода (Н₂), угарного газа (СО), суммы углеводородов (СН₄, С₂Н₆, С₂Н₄, С₂Н₂). Кроме того, с помощью блока встроенных датчиков осуществляется непрерывный контроль влажности твердой изоляции и концентрации механических примесей.

Изготовление блока встроенных датчиков 5 в виде единого комплекса датчиков обеспечивает контакт каждого из датчиков с циркулирующим маслом. Тем самым обеспечивается контроль всех перечисленных параметров без необходимости индивидуальной установки каждого датчика на оборудование трансформатора. Это значительно упрощает монтаж и обслуживание системы, а также повышает надежность ее работы.

Присоединение входа и выхода блока встроенных датчиков 5, согласно второму отличительному признаку, исключает необходимость «врезки» входного и выходного патрубков непосредственно в корпус бака либо в соединенные с ним устройства.

Система контроля технического состояния силового трансформатора по состоянию масла (фиг. 1) работает следующим образом.

Сигналы с кондуктометрического датчика 1, характеризующие удельное сопротивление и температуру масла силового трансформатора поступают на измерительно-преобразовательный блок 2. Указанный блок 2 анализирует резкое снижение сопротивление масла при увеличении его температуры и не допускает ложного аварийного срабатывания системы, так как масло при высокой температуре еще обладает удовлетворительными эксплуатационными характеристиками. Кроме того, на измерительно-преобразовательный блок 2 поступают сигналы с датчика концентрации растворенных в масле газов 6, датчика влажности твердой изоляции 7 и датчика концентрации механических примесей 8 блока встроенных датчиков 5. В измерительно-преобразовательном блоке 2 производится анализ газов, растворенных в масле, анализ содержания влаги в изоляции, анализ концентрации механических примесей в трансформаторном масле. Кроме того, измерительно-преобразовательный блок 2 обеспечивает выдачу сигналов на пульт оператора 3 в виде цветовой информации по типу «светофор» и передачу измеренных сигналов со всех перечисленных датчиков, а также вычисленных параметров в блоке 2 по цифровым, или радио - релейным линиям связи через блок 4 в централизованную систему диспетчерского управления, или (и) на аварийное отключение.

Контроль газов растворенных в масле повышает точность диагностирования состояния трансформатора. Известно, что повышенная концентрация водорода (Н₂) характеризует почти все неполадки изоляционной системы силовых трансформаторов. Угарный газ (СО) является признаком наличия выделений бумаги/целлюлозы, что является признаком перегрева изоляции; присутствие и повышение содержания ацетилена (С₂Н₂) и этилена (С₂Н₄) определяют природу такой неисправности как перегрев либо образование дуги высокого напряжения.

Надежность работы силового трансформатора в наибольшей степени зависит от состояния его твердой изоляции. Среди причин повреждения изоляции значительную долю занимает увлажнение. Увлажнение твердой изоляции свыше 2% приводит к вероятности образования в масле эмульгированной влаги, что в свою очередь обуславливает снижение в разы электрической прочности масла. Кроме того, увлажнение не только снижает электрическую прочность изоляции, но и сильно ускоряет процесс старения. Так как непосредственное определение степени старения изоляции при эксплуатации трансформатора затрудненно, в заявляемом изобретении состояние изоляции в работе определяют по содержанию в ней влаги. Известно, что уже при влагосодержании изоляции 1,5% начинают появляться признаки старения и снижается ее электрическая прочность. При влагосодержании 3,3% процессы старения и окисления изоляции становятся опасными для ее эксплуатации (см. РД 34.45-51.300-97 РАО «ЕЭС России». Объем и нормы испытаний электрооборудования. Москва: Издательство НЦ ЭНАС, 2004). Косвенным признаком увлажнения твердой изоляции может служить содержание влаги в масле. Оно зависит от динамики влагообмена в среде «масло - твердая изоляция» и степени старения масла. Точные количественные значения увлажнения твердой изоляции определить затруднительно. Поэтому непрерывный контроль динамики изменения влажности твердой изоляции является обоснованным решением, принятым при разработке заявляемого изобретения.

Контроль концентрации механических примесей в трансформаторном масле проводится с целью выявления загрязнения масла в результате разрушения красок, лаков, бакелитовой, или хлопчатобумажной изоляции, угля, образующегося в масляных выключателях в результате горения электрической дуги. При работе трансформатора концентрация таких частиц, как волокна целлюлозы, крупицы металла и смолы, нарастает по мере старения материалов. Они разносятся по всему объему при принудительной циркуляции масла. При местных перегревах и частичных разрядах нарастают также концентрации углеводородных частиц.

При старении масла в результате окисления, преобладающего при эксплуатации, а также под воздействием других факторов повышается кислотность, ухудшаются электроизоляционные свойства, а образующиеся примеси, осаждаясь на обмотках трансформатора, затрудняют отвод тепла от его активных частей. Наличие примесей приводит к существенному – в разы – снижению электрической прочности масла, поэтому возрастает вероятность пробоя, появления мощных частичных разрядов и других аварийно-опасных процессов.

Подключение блока встроенных датчиков 5 к термосифонному фильтру, как это показано на фиг. 2, исключает необходимость «врезки» входного и выходного патрубков непосредственно в бак трансформатора. Отсутствие «врезки» в корпус бака либо сопряженные с ним устройства обеспечивает сохранение надежности трансформатора. Это связано с тем, что любое механическое воздействие на корпус отрицательно сказывается на его герметичности. Кроме того, указанное подключение блока не требует полного слива либо снижения уровня масла в баке трансформатора. Кроме того, предложенное решение облегчает монтаж измерительно-преобразовательного блока.

Непрерывный контроль комплекса перечисленных параметров масла силового трансформатора позволяет диагностировать возникновение деструктивных процессов на начальной стадии и своевременно предупреждать их развитие.

В целом, отличительные признаки заявляемого технического решения обеспечивают увеличение количества контролируемых параметров, характеризующих диэлектрические свойства масла, при относительно простом подключении блока встроенных датчиков. Это обеспечивает решение поставленной задачи: повышение надежности контроля технического состояния силового маслонаполненного трансформатора.

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для непрерывного контроля технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов. Технический результат: повышение надежности контроля технического состояния силового маслонаполненного трансформатора за счет раннего выявления в нем зарождающихся неисправностей. Сущность: система дополнительно снабжена блоком встроенных датчиков 5, в состав которого входят датчик концентрации растворенных в масле газов 6, датчик влажности твердой изоляции 7 и датчик концентрации механических примесей 8. Масляный вход и выход блока встроенных датчиков 5 подсоединяются соответственно к масляному входу и выходу термосифонного фильтра 12 силового трансформатора. Информационный выход блока встроенных датчиков 5 соединен со вторым входом измерительно-преобразовательного блока 2. 2 ил.

Система контроля технического состояния силового трансформатора по состоянию масла, содержащая кондуктометрический датчик, выход которого соединен с первым входом измерительно-преобразовательного блока, который первым выходом соединен с пультом оператора, а вторым – с блоком радиорелейной связи с системой удаленного контроля и диспетчерского управления, отличающаяся тем, что она снабжена блоком встроенных датчиков, в состав которого входят датчик концентрации растворенных в масле газов, датчик влажности твердой изоляции и датчик концентрации механических примесей, при этом масляный вход и выход блока встроенных датчиков подсоединяются соответственно к масляному входу и выходу термосифонного фильтра силового трансформатора, а информационный выход блока встроенных датчиков соединен со вторым входом измерительно-преобразовательного блока.