Устройство для мониторинга силовых трансформаторов Российский патент 2024 года по МПК G01R31/62 G01R31/12 

Область техники.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике с элементами защиты и может быть использовано для контроля, локализации и имитации разрядных процессов, вызываемых дефектами, возникающими в изоляции силового высоковольтного оборудования (силовых высоковольтных масляных трансформаторах), и определения их параметров.

Известный уровень техники.

Известно изобретение [1], относящееся к измерительной технике для диагностики состояния изоляции высоковольтного оборудования, в том числе силовых трансформаторов. Сущность заключается в том, что на разные стороны наружной поверхности корпуса контролируемого объекта устанавливают не менее четырех измерительных датчиков частичных разрядов, подключенных к регистрирующей аппаратуре. Поочередно перемещают каждый из датчиков в пределах границ поверхности стороны корпуса, на которую он установлен, до получения на выходе датчика максимального сигнала.

Фиксируют датчик на поверхности корпуса в этом положении. Запоминают с помощью регистрирующей аппаратуры форму выходного сигнала датчика. После фиксации первого датчика, следующие датчики фиксируют при условии совпадения формы их выходных сигналов с формой выходного сигнала первого датчика. Измеряют время запаздывания принятых датчиками сигналов относительно первого принятого сигнала. По их величине определяют место локализации дефектного узла. По форме выходного сигнала датчика судят о виде разрядного явления.

Недостатком метода является возможный пропуск нарастающего дефекта при сезонном изменении температуры масла. В этом случае изменяется вязкость трансформаторного масла, и связанный с ней коэффициент затухания при распространении акустических волн. При этом изменяется форма и амплитуда регистрируемых сигналов, что может привести к ошибкам второго рода и пропуску дефекта.

Наиболее близким аналогом является устройство для мониторинга силовых трансформаторов [2], которое содержит блок контроля температуры обмоток силового трансформатора; блок контроля интенсивности частичных разрядов; акустические датчики, блок расчетных моделей, блок визуализации контролируемых параметров силового трансформатора.

При этом на бак силового трансформатора устанавливаются акустические датчики, выходы которых соединены с входами блока контроля интенсивности частичных разрядов, выход блока контроля частичных разрядов подключен к входу блока расчетных моделей, к другому входу блока расчетных моделей подключен выход блока контроля температуры обмоток силового трансформатора. Выход блока расчетных моделей подключен к входу блока визуализации контролируемых параметров силового трансформатора.

Для компенсации температурных погрешностей, вызванных сезонными изменениями температуры, изменениями вязкости и коэффициента затухания при распространении акустических волн, и как следствие уменьшением амплитуды, частотных характеристик, формы сигнала, дополнительно введен блок имитатора дефектов, содержащий регулируемый блок питания постоянного тока, электронный коммутатор, генератор тактовых импульсов, повышающий трансформатор, маслонаполненный бак, электрический разрядник, блок контроля температуры имитатора дефектов, блок поддержания температуры в маслонаполненном баке, акустические датчики, установленные на корпус маслонаполненного бака имитатора дефектов.

Недостатком изобретения является ограниченное количество дефектов, воспроизводимых имитатором, и, как следствие, отсутствие возможности распознавания типа дефекта при мониторинге силового трансформатора.

Раскрытие изобретения.

Задача изобретения заключается в расширении количества дефектов, воспроизводимых имитатором, и повышении достоверности распознавания вида дефекта силового трансформатора путем дальнейшего сопоставления параметров акустических сигналов, соответствующих определенному виду дефекта, возникающему при мониторинге силовых трансформаторов.

Задача имитации разрядных процессов решается путем подключения к маслонаполненному баку четырех пьезоэлектрических датчиков, которые связаны проводами с блоком контроля интенсивности частичных разрядов. В маслонаполненном баке устанавливаются несколько электрических разрядников, различной формы и материалов, из которых они выполнены, к разрядникам подключен переключатель, к переключателю подключен повышающий трансформатор. К повышающему трансформатору подключен электронный коммутатор, к электронному коммутатору подключены блок питания и генератор тактовых импульсов.

Задача контроля разрядных процессов решается путем подключения к баку силового маслонаполненного трансформатора четырех пьезоэлектрических датчиков, которые подключены при помощи электрических кабелей к блоку контроля интенсивности частичных разрядов.

Задача локализации решается при контроле разрядных процессов на силовом трансформаторе, путем использования четырех пьезоэлектрических датчиков, которые работают в режиме акустической антенны, по разности времени прихода акустического сигнала к каждому из датчиков определяется координата возникновения разрядного процесса.

Описание чертежей.

На фиг. 1 изображена схема устройства для мониторинга силовых трансформаторов с применением имитатора с расширенным набором дефектов.

Устройство для мониторинга силовых трансформаторов с применением имитатора с расширенным набором дефектов (фиг. 1) содержит силовой трансформатор (СТ) 1, блок имитатора с расширенным набором дефектов (ИРНД) 2, состоящий из регулируемого блока питания постоянного тока (БП) 3, электронного коммутатора (ЭК) 4, генератора тактовых импульсов (ГТИ) 5, повышающего трансформатора (ПТ) 6, переключателя (Пр) 7, маслонаполненного бака (МБ) 8, изоляторов 12, блока контроля температуры имитатора дефектов 9, блока поддержания температуры в маслонаполненном баке 14, блока измерения температуры обмоток СТ 10, блока контроля интенсивности частичных разрядов (БКЧР) 11; акустических датчиков 13, блока расчетных моделей (БРМ) 15, блока визуализации контролируемых параметров трансформатора (БВКП) 16.

При этом на бак силового трансформатора 1 устанавливаются акустические датчики 13, выходы которых соединены с входами блока контроля интенсивности частичных разрядов 11, на другой вход БКЧР 11 подключаются выходы акустических датчиков 13, установленных на маслонаполненный бак 8 имитатора с расширенным набором дефектов 2, выход блока контроля интенсивности частичных разрядов 11 подключен к входу блока расчетных моделей 15, к двум другим входам БРМ 15 подключены выходы блока контроля температуры маслонаполненного бака 9 в составе имитатора с расширенным набором дефектов 2 и блока измерения температуры обмоток СТ 10. Выход блока расчетных моделей 15 подключен к входу блока визуализации контролируемых параметров трансформатора (БВКП) 16. Выход регулируемого блока питания постоянного тока 3, входящего в состав имитатора с расширенным набором дефектов 2 подключен ко входу электронного коммутатора 4 к другому входу ЭК подключен выход генератора тактовых импульсов 5, выход ЭК подключен к входу повышающего трансформатора 6, выход которого соединен с входом переключателя 7, выход Пр соединен с входом изоляторов 12, установленных на корпусе маслонаполненного бака 8 в составе ИРНД 2. Переключатель Пр подключает высокое напряжение с выхода повышающего трансформатора 6 на электроды различной формы 20, 21, 22, 23 (фиг. 2). Поддержание температуры масла в ИРНД равной температуре масла диагностируемого СТ осуществляется блоком поддержания температуры в маслонаполненном баке 14.

На фиг. 2 показана схема расположения электродов в маслонаполненном баке (вид сверху), на фиг. 3 показана схема расположения электродов в маслонаполненном баке (вид спереди).

На маслонаполненном баке 8 расположены изоляторы 12, акустические датчики 13, соединительные провода 17, изолирующие основания 18, стержней 19 для крепления электродов, электродов различной формы 20, 21, 22, 23, имитирующих различные дефекты изоляции, трансформаторного масла 24.

Электроды различной формы позволяют воспроизвести различные дефекты изоляции, среди которых: разрядные явления между элементами металлических конструкций различной формы, разряды в изолированных проводниках с нарушением изоляции. Электроды, воспроизводящие различные дефекты представлены следующими элементами «игла - плоскость» (дефект 1), «шар - шар» (дефект 2), «проводники с нарушенной изоляцией» (дефект 3), «игла - игла» (дефект 4). Набор электродов может быть расширен для исследования других видов дефектов.

Устройство для мониторинга силовых трансформаторов работает следующим образом.

Все основные рабочие параметры силового трансформатора измеряют и контролируют с помощью блоков измерения первичных параметров.

Блок контроля интенсивности частичных разрядов (БКЧР) 11 осуществляет акустический контроль и постоянную фиксацию параметров частичных разрядов. При помощи встроенного программного обеспечения осуществляется обработка информации о параметрах зарегистрированных импульсов частичных разрядов, по результатам которой определяются участки с наибольшей разрядной активностью. К параметрам частичных разрядов относятся: максимальная амплитуда импульса A_m, время нарастания импульса Т_н, время затухания импульса Т_з, доминантная частота в спектре сигнала F_д. БКЧР имеет в своем составе два измерительных канала для подключения акустических датчиков. Один измерительный канал, содержащий четыре акустических датчика подключается к диагностируемому силовому трансформатору. Другой измерительный канал, содержащий четыре акустических датчика подключается к имитартору с различным набором дефектов. Примером реализации БКЧР является система цифровая акустической диагностики СЦАД-16 [3].

Блок расчетных моделей (БРМ) 15 на основе информации от блока контроля температуры маслонаполненного бака 9, блока измерения температуры обмоток СТ 10, блока контроля интенсивности частичных разрядов (БКЧР) 11 осуществляет вычисление срока службы силового трансформатора. БРМ так же содержит в своем составе информацию о численных значениях параметров акустических сигналов для электродов различной формы, соответствующих определенным дефектам, представленную в табличном виде (таблица 1). Данная информация позволяет классифицировать дефекты, полученные в ходе измерения на силовом трансформаторе.

В таблице 1 приведены сводные данные по зарегистрированным сигналам от четырех дефектов. Каждый из приведенных дефектов имеет различное значение параметров акустических сигналов (максимальная амплитуда импульса А_ь, время нарастания импульса Т_н время затухания импульса Т_з, доминантная частота в спектре сигнала F_д).

Блок визуализации контролируемых параметров (БВКП) 16 предназначен для обеспечения оператору возможности удобной работы с текущими, архивными и полученными расчетным путем значениям параметров частичных разрядов, что позволяет оперативно обнаружить дефект и принять меры для его устранения и недопущения выхода силового трансформатора из работоспособного состояния.

В основе имитатора с расширенным набором дефектов (ИРНД) 2 лежит известное техническое решение [2], позволяющее провести снижение дополнительных погрешностей, вызываемых сезонными изменениями температуры, изменением коэффициентов усиления измерительного тракта и изменениями вязкости трансформаторного масла при проведении диагностирования силовых трансформаторов. Имитатор с расширенным набором дефектов позволяет воспроизводить импульсы различных дефектов изоляции.

Дефекты изоляции, сопровождающиеся разрядными явлениями, различаются по параметрам зарегистрированных акустических сигналов. На фиг. 4 приведена осциллограмма нестационарного акустического сигнала полученного с использованием электродов вида «игла - плоскость». На фиг. 5 приведена осциллограмма нестационарного акустического сигнала полученного с использованием электродов вида «шар - шар». На фиг. 6 приведена осциллограмма нестационарного акустического сигнала полученного с использованием электродов с «нарушенной изоляцией». На фиг. 7 приведена осциллограмма нестационарного акустического сигнала полученного с использованием электродов вида «игла - игла». Осциллограммы приведены по убыванию мощности разрядов, при одинаковых условиях воздействия на соответствующие электроды. По вертикальной оси отложены амплитуды сигналов в единицах АЦП, по горизонтальной - время в микросекундах.

При реализации дифференциального метода измерений на первом этапе регистрируют импульсы частичных разрядов при помощи акустических датчиков 13 на силовом трансформаторе 1. При наличии частичных разрядов производится сравнение и выравнивание температуры масла в ИРНД по отношению к температуре в СТ при помощи блока контроля температуры маслонаполненного бака 9, блока измерения температуры обмоток СТ 10 и блока поддержания температуры в маслонаполненном баке 14.

На втором этапе производится последовательный выбор необходимых электродов 20, 21, 22, 23 при помощи переключателя (Пр) 7, далее выполняются измерения импульсов частичных разрядов на имитаторе с расширенным набором дефектов (ИРНД) 2. Процесс измерений импульсов частичных разрядов на ИРНД выполняется следующим образом: генератор тактовых импульсов (ГТИ) 5 генерирует импульсы низкого напряжения, которые подаются на электронный коммутатор (ЭК) 4, предназначенный для прерывания тока в цепи первичной обмотки повышающего трансформатора (ПТ) 6. Блок питания (БП) 3 вырабатывает импульсы напряжения для первичной обмотки ПТ. Высокое напряжение с частотой, вырабатываемой ГТИ, от вторичной обмотки ПТ подается на один из электродов 20, 21, 22, 23. Акустические датчики 13 регистрируют сигналы на корпусе ИРНД и передают их в блок контроля интенсивности частичных разрядов (БКЧР) 11. Из БКЧР зарегистрированные акустические сигналы от диагностируемого СТ и ИРНД поступают в блок расчетных моделей (БРМ) 15. В БРМ осуществляется сравнение параметров акустических сигналов от СТ и ИРНД. При их соответствии переходят к определению вида дефекта изоляции, и рекомендациям по его устранению и недопущению выхода из работоспособного состояния СТ. При несоответствии параметров производят переключение вида электродов 20, 21, 22, 23 при помощи Пр и процедура повторяется. Полученные результаты диагностирования выводятся при помощи блока визуализации контролируемых параметров (БВКП) 16.

Список источников

1. Аксенов Ю.П., Прошлецов А.П. Способ определения места локализации и вида дефектов в активной части электрической машины, находящейся в рабочем режиме / Россия Патент 2370784 С1 МПК G01R 31/34. Опубликовано: 20.10.2009 Бюл. №29.

2. Волчанина М.А., Горлов А.В., Еркебаев А.Ж., Кузнецов А.А. Устройство для мониторинга силовых трансформаторов / Патент РФ 2021132617 С1 МПК G01R 31/62 // Опубликовано: 05.09.2022 Бюл. №25.

3. Серьезнов, А.Н. Акустико-эмиссионный контроль железнодорожных конструкций / Степанова Л.Н., Ивлиев В.В., Кабанов С.И., Бехер С.А., Власов К.В., Бобров А.Л., Караев А.Е. и др. Под ред. М.Б. Успенской: Новосибирск: Наука, 2011. 272 с.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, используемой для мониторинга состояния силовых трансформаторов в процессе эксплуатации. Устройство может быть использовано для контроля, локализации и имитации различных видов разрядных процессов, возникающих в изоляции силового высоковольтного оборудования (силовых высоковольтных масляных трансформаторов и др.), и определения их параметров. Предлагаемое устройство для мониторинга силовых трансформаторов содержит имитатор с расширенным набором дефектов, в состав которого входят четыре электрических разрядника различных формы и материалов, из которых они изготовлены, имитирующие сигналы от различных дефектов, дополнительно введен переключатель вида дефектов. При этом каждому виду дефектов, воспроизводимому имитатором дефектов, ставится в соответствие акустический сигнал, регистрируемый акустическими датчиками и количественное описание параметров для различной формы зарегистрированных акустических сигналов. При этом вход переключателя подключен к выходу повышающего трансформатора, а выходы переключателя соединены с входами одного из четырех электрических разрядников различной формы и материала, размещенных в корпусе маслонаполненного бака имитатора дефектов. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение достоверности контроля различных дефектов в силовых масляных трансформаторах, их распознавание, локализация и имитация разрядных процессов. 7 ил., 1 табл.

Устройство для мониторинга силовых трансформаторов, содержащее блок контроля интенсивности частичных разрядов, блок расчетных моделей, блок визуализации контролируемых параметров, акустические датчики, блок измерения температуры обмоток силового трансформатора, при этом выходы акустических датчиков, установленных на корпус силового трансформатора, подключаются к входам блока контроля интенсивности частичных разрядов, выход которого подключен к входу блока расчетных моделей, к другим входам блока расчетных моделей подключены выход блока контроля температуры обмоток силового трансформатора и выход блока контроля температуры имитатора дефектов, выход блока расчетных моделей подключен к входу блока визуализации контролируемых параметров, имитатор дефектов, содержащий блок питания, электронный коммутатор, генератор тактовых импульсов, повышающий трансформатор, маслонаполненный бак, блок контроля температуры маслонаполненного бака, блок поддержания температуры в маслонаполненном баке, при этом блок контроля интенсивности частичных разрядов имеет два канала для подключения акустических датчиков, выходы акустических датчиков, установленных на бак силового трансформатора, подключаются к входам первого канала блока контроля интенсивности частичных разрядов, выходы акустических датчиков, установленных на корпус маслонаполненного бака имитатора дефектов, подключаются к входам второго канала блока контроля интенсивности частичных разрядов, выход регулируемого блока питания постоянного тока подключается к входу блока электронного коммутатора, к другому входу электронного коммутатора подключается выход генератора тактовых импульсов, блок контроля температуры силового трансформатора подключается ко второму входу блока расчетных моделей, блок контроля температуры имитатора дефектов подключается к третьему входу блока расчетных моделей, отличающееся тем, что дополнительно введен переключатель вида дефектов, а имитатор дефектов содержит несколько электрических разрядников, установленных в маслонаполненном баке и имитирующих сигналы различных дефектов силового трансформатора, при этом вход переключателя подключен к выходу повышающего трансформатора, а выходы переключателя соединены с электрическими разрядниками имитатора дефектов.