Устройство автоматического управления дутьевыми охладителями силовых трансформаторов Советский патент 1991 года по МПК H01F27/08 

I вцепивкмч.L J цепиймюч.

ftf Д/ 1-ои группы я д Ш-вйгруппы

олладитеаей . Л П охладителей

Изобретение относится к электроэнергетике. Целью изобретения является повышение надежности функционирования трансформатора и обеспечение сигнализации потери теплоотдачи охладителей. Устройство содержит датчик температуры масла 1, соединенный через линейный преобразователь 2 температуры в напряжение с одним входом сумматоре напряжений. Датчик тока 4

I 9цепи дкллч. ть П 1 7 А 9 fVT-0tf W7/7W

/г./ 7.7.7 ла еу7вй хлг

I I i Ш1-1--

//а сигнал

„потеря теплоотдачи охладите/ни

Фиг. 1

соединен через преобразователь 5 тока в напряжение и электрическую модель 6 теплового процесса обмотки трансформатора с вторым входом сумматора 3 напряжений. Устройство имеет m групп охладителей с m числом пороговых органов тока. Первый пороговый орган 7 температуры масла с контактом 7.1 и второй пороговый орган 8 температуры масла с контактами 8.1, 8.2 и 8.3 подключены к выходу преобразователя 2 температуры в напряжение. Первый пороговый орган 9 температуры обмотки с контактами 9.1 и 9.2 и второй пороговый орган 10 температуры обмотки с контактами 10.1 и 10.2 подклюИзобретение относится к электротехнике, в частности к силовым трансформаторам с принудительным или ее- тественным масляным охлаждением, в которых масло охлаждается обдувом воздуха при, помощи вентиляторов.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования трансформатора и обеспечение сигнализации потери теплоотдачи охладителей.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства управления дутьевыми охладителями трансформаторов, распре- деленными на три группы, и контактная логика их управления на фиг.2 - зависимости экономически выгодного числа, а также требуемого числа работающих охладителей от нагрузки трансфер- матора; на фиг.З - области работы охладителей, распределенных на три группы в системе координат - нагрузка трансформатора К - температура масла Vw при управлении устройством.

Устройство управления дутьевыми охладителями содержит датчик 1 (йиг.1) температуры масла, присоединенный через линейный преобразователь 2 температуры в напряжение с од- ним входом сумматора 3 напряжений. Датчик 4 тока соединен через преобразователь 5 тока в напряжение и электрическую модель 6 теплового процесса обмотки трансформатора с вторым вхо- дом сумматора 3 напряжений. Устройство может иметь m групп охладителей с m числом пороговых органов тока. Число контактов нижеперечисленных порочены к выходу сумматора 3 напряжений. Три пороговых органа тока - первый орган 11 с контактами 11.1, второй орган,12 с контактами 12.1, 12.2 и 12.3 и третий орган 13 с контактом 13.1 подключены к выходу электрической модели 6 теплового процесса обмотки трансформатора. Для обеспечения минимума технологического расхода электроэнергии не нужно контролировать температуру окружающего воздуха. В устройстве не допускаются опасные значения температур масла и обмотки при нормальной нагрузке масла, что повышает его надежность функционирования. 3 ил.

говых органов зависит от т. Далее приведен пример устройства с m 3.

Первый пороговый орган 7 температуры масла с контактом 7.1 и второй пороговый орган 8 температуры масла с контактами 8.1, 8,2 и 8.3 подключены к выходу преобразователя 2 температуры в напряжение. Уставка срабатывания второго порогового органа 8 температуры масла выше уставки первого порогового органа 7. Первый пороговый орган 9 температуры обмотки с контактами 9.1 и 9.2 и второй пороговый орган 10 температуры обмотки с контактами 10.1 и 10.2 подключены к выходу сумматора 3 напряжений, Уставка срабатывания второго порогового органа 10 температуры обмотки выше уставки первого порогового органа 9, Три пороговых органа тока - первый орган 11 с контактами 11.1, второй орган 12 с контактами 12.1, 12.2 и 12.3 и третий орган 13 с контактом 13.1 подключены к выходу электрической модели 6 теплового процесса обмотки трансформатора. Цепь включения первой группы охладителей состоит из параллельно соединенных контакта 11.1 первого порогового органа 11 тока и первого контакта 8.1 второго порогового органа 8 температуры масла. Цепь включения второй группы охладителей состоит из параллельно соединенных первого контакта 12.1 второго порогового органа 12 тока, контакта 7.1 первого порогового, органа 7 температуры масла и первого контакта 9.1

516

первого порогового органа 9 температуры обмотки. Цепь включения третьей группы охладителей состоит из параллельно соединенных первого контакта 13.1 третьего порогового органа 13 тока, третьего контакта 8.3 второго порогового органа 8 температуры масла, второго контакта 10.2 второго порогового органа 10 температуры обмотки и цепи из последовательно соединенных второго контакта 12.2 второго порогового органа 12 тока и второго контакта 9.2 первого порогового органа 9 температуры обмотки. Третий размыкающий контакт 12.2 второго порогового органа 12 тока соединен последовательно с параллельно включенными вторым контактом 8.2 второго порогового органа 8 температуры масла и первым контактом 10.1 второго порогового органа 10 температуры обмотки и включен на предупредительный сигнал Потеря теплоотдачи охладителей.

Датчик 1 температуры масла, преобразователь 2, датчик 4 тока могут быть выполнены аналогично соответствующим блокам прототипа. Сумматор 3 напряжений, преобразователь 5 тока в напряжение и электрическая модель 6 теплового процесса обмотки трансформатора могут быть выполнены аналогично соответствующим блокам известного устройства для защиты трансформатора от перегрузки. Пороговые органы 7-13 представляют собой простейшие пороговые органы напряжения.

Кривая 14 (фиг.2) представляет собой теоретическую зависимость числа охладителей пэ, работа которых экономически целесообразнаJ от относительной нагрузки К трансформатора. Ступенчатая линия 15 представляет собой аппроксимацию теоретической кривой 14 целыми числами охладителей, т.е. показывает, сколько охладителей экономически целесообразно включить к зависимости от нагрузки трансформатора. Кривая 16 представляет собой теоретическую зависимость требуемого числа охладителей от нагрузки трансформатора для обеспечения номинального теплового режима (нормального перегрева масла относительно воздуха). Ступенчатая линия 17 представляет собой целые требуемые числа охладителей для обеспечения перегрева масла, относительно воздуха не больше номинального значения. Линия

386

18 представляет собой номинальное число рабочих охладителей. Кривая 19 (фиг.З) представляет собой температуру масла в зависимости от нагрузки трансформатора при постоянной температуре обмотки, равной температуре срабатывания (80°С) первого порогового органа 9 температуры обмотки.

Кривая 20 - то же, но при. температуре срабатывания (90°С) второго порогового органа 10 температуры обмотки. Па Аиг.З представлены также линии 21 включения группы I охладителей,линия

5 22 включения группы II охладителей и линия 23 включения группы III охладителей „ при управлении предлагаемым устройством (граничные линии областей работы указанных на фиг.З групп охладителей).

0 Зависимости 14-23 (фиг.2 и 3) представлены для автотрансформатора АТДЦТИ-200000/330 с 5 рабочими охладителями, распределенными на три группы по 1,2 и 2 охладителей в

5 группе и следующими уставками: пороговых органов 7 и 8 температуры масла - 60 и 70 соответственно; пороговых органов 9 и 10 температуры обмотки 80 п 90° соответственно; пороговых

0 органов 11-13 тока - 0,4; 0,75; 1,0

соответственно, i

Экономически целесообразное число охладителей пэ в зависимости от относительной нагрузки К трансформатора

5 (кривая 14, фиг.2) определено так, чтобы обеспечивался минимум технологического расхода электроэнергии на трансформацию, включающего потери в трансформаторе и потребление на ох-

0 лаждение трансформатора.

Получено следующее экономически целесообразное число включаемых охладителей

0

5

где PJJJ - номинальные потери короткого замыкания (к.з.) трансформатора, кВт; L - температурный коэффициент

потерь к.з.;

м. «ом номинальный перегрев масла относительно воздуха (при

работе всех охладителей),

др.

Рдв - суммарная мощность электродвигателей привода одного охладителя, кВт;

oe WM

номинальная температура обмотки, при которой заданы

KS

JC; a

XX

fr.tfo

НА, КОМ

.

РХХ

с « -laSA-HoM. РХХ

потери холостого хода трансформатора, кВт;

номинальная теплоотдача бака (при6М1НОМ), кВт;

номинальная теплоотдача одного охладителя (при0мном), кВт.

ь- |и,

v хх

Как видно из формулы, экономически 15 целесообразное число включаемых охладителей зависит только от нагрузки К трансЛорматора и не зависит от температуры окружающего воздуха V6 , которую в отличие от прототипа не нужно 20 контролировать.

Реализация теоретической кривой 14, естественно, возможно только целым числом охладителей. С целью экономии коммутационной аппаратуры подключения 25 охладителей кривая 14 аппроксимирована трехступенчатой линией 15. В результате рабочие охладители распределены на три группы: первая группа содержит один охладитель и включается 30 при К 0,4, что представляет собой срабатывание первого порогового органа 11 тока; вторая группа содержит два охладителя и включается при К 0,7 (уставка срабатывания второго порогового органа 12 тока); третья группа содержит два охладителя и включается при К 1 (уставка срабатывания третьего порогового органа 13

35

ния включает пТрев охладителей, есл при работе п охладителей температ ра масла или обмотки трансформатор достигает заданных значений (устав срабатывания первого порогового ор на 7 температуры масла (60°С) или первого порогового органа 9 темпера туры .обмотки (80°С)). Это происходи как правило, при высокой температур воздуха и длительной работе трансфо матора с .нагрузкой, несколько ниже уставок срабатывания пороговых орга нов тока.

Контроль как температуры масла, так и обмотки, вызван тем, что в об щем случае определяющим может быть как одно, так и другое.

Если, несмотря на включение птре охладителей, температура продолжает расти и температура масла достигает уставки второго порогового органа 8 температуры масла (70°С) или темпер тура обмотки достигает уставки втор го порогового органа 10 температуры обмотки (90 С), необходимо для поддержания температурного режима вклю чить все еще не включенные охладите ли (линия 18). Такой режим при небольшой нагрузке (К 0,7 до срабат вания второго порогового органа 12 тока) свидетельствует о потери опре деленной доли тепловой отдачи радиа торов охладителей и предлагается ис пользовать для соответствующей сигн

тока). В диапазоне К О...0,4 эконо- Q лизации. При большой нагрузке (К

0,7) срабатывание второго порогов го органа 8 температуры масла или второго порогового органа 10 темпер туры обмотки может происходить такж из-за больших нагрузочных потерь в трансформаторе, поэтому предупредительный сигнал Потери теплоотдачи охладителей блокирован размыкающим контактом 12.3 второго порогового о гана 12 тока (фиг.1).

мически целесообразно отключить все охладители.

Однако работа п охладителей, как правило, не обеспечивает номинальный тепловой режим трансформатора (перегревы масла и обмоток относительно воздуха превышают номинальные значения), особенно при низких нагрузках. Кривая 16 требуемого числа охладителей для обеспечения номинального перегрева масла относительно воздуха пТреБ f(K) определена при условии 0м м1ном Ступенчатая линия 17 должна состоять из целых чисел охладителей и находиться выше теоретической зависимости 16 при всех значени- ях нагрузки. С целью простоты выполнения устройства управления при выборе линии 17 рекомендуется сохранить

такие же распределения охладителей по группам и уставки пороговых органов тока, как при выборе линии 15. Предлагаемое устройство управле0

5 0

5 0

5

ния включает пТрев охладителей, если при работе п охладителей температура масла или обмотки трансформатора достигает заданных значений (уставки срабатывания первого порогового органа 7 температуры масла (60°С) или первого порогового органа 9 температуры .обмотки (80°С)). Это происходит, как правило, при высокой температуре воздуха и длительной работе трансформатора с .нагрузкой, несколько ниже уставок срабатывания пороговых органов тока.

Контроль как температуры масла, так и обмотки, вызван тем, что в общем случае определяющим может быть как одно, так и другое.

Если, несмотря на включение птрев охладителей, температура продолжает расти и температура масла достигает уставки второго порогового органа 8 температуры масла (70°С) или температура обмотки достигает уставки второго порогового органа 10 температуры обмотки (90 С), необходимо для поддержания температурного режима включить все еще не включенные охладители (линия 18). Такой режим при небольшой нагрузке (К 0,7 до срабатывания второго порогового органа 12 тока) свидетельствует о потери определенной доли тепловой отдачи радиаторов охладителей и предлагается использовать для соответствующей сигнализации. При большой нагрузке (К

0,7) срабатывание второго порогового органа 8 температуры масла или второго порогового органа 10 температуры обмотки может происходить также из-за больших нагрузочных потерь в трансформаторе, поэтому предупредительный сигнал Потери теплоотдачи охладителей блокирован размыкающим контактом 12.3 второго порогового органа 12 тока (фиг.1).

Относительный коэффициент теплоотдачи охладите пей (относительно номинального коэффициента теплоотдачи при чистых охладителях), при котором подается предупредительный сигнал, определяется выражением

8M.JOIC4

РСИГК ё7тГ

(2)

де

р

си гн

Р

9,

Ном

-1621088

-коэффициент теплоотдачи засоренных радиаторов, при котором подается предупредительный сигнал;,

-коэффициент теплоотдачи чистых радиаторов (номинальный) ;

w. расчетный перегрев масла

относительно воздуха при Q чистых радиаторах;

пеРегРев масла относительно воздуха в случае засоренных радиаторов, при котором срабатывает второй пороговый орган температуры масла. Выражение (2) получено из сообраения, что при постоянном тепловом отоке (К пост ) с уменьшением коэффииента теплоотдачи ft перегрев масла тносительно воздуха Q растет так, чтобы величина А , Q M оставалась -по0

15

с п н т ре н

вы с с те У с ор вы те

20

го мо со

стояннои.

Имеет место зависимость V

Р

сиги.

от 25

О

который однако можно учитывать по

о

фиксированному значению VQ при срабатывании сигнализации.

Устройство управления дутьевыми

ра Ус ет во ре на

го

охладителями работает следующим обра- о ниями срабатывания, соответствующими

зом.

Исходной информацией для устройства является температура масла V и ток нагрузки I трансформатора.

Датчик 1 температуры масла, представляющий собой, например, терморезистор, помещается в патрубок бака трансформатора Т, непосредственно контролирует температуру масла и подключен к линейному преобразователю 2 температуры в напряжение, выходное напряжение Пд которого пропорционально температуре масла и подается на один вход сумматора 3 напряжений. Ток нагрузки I трансформатора от датчика 4 тока (трансформатора тока ТА) поступает к функциональному преобразователю тока в напряжение, на выходе которого формируется напряжение Ди&6 ytT, пропорциональное установившемуся перегреву обмотки относительно

масла ДОвБ.ег Напряжение UUjS.ijcT. поступает на вход блока электрической модели 6 теплового процесса обмотки трансформатора, выполненного, например, на интегрирующей RC-цепи, выход1 ное напряжение ди 06 которого на конденсаторе в любой момент времени пропорционально перегреву обмотки отно

,

Q

5

10

сительно масла AQ0&. Напряжение &U06 поступает на второй вход сумматора 3 напряжений, выходное напряжение которого Uob пропорционально температуре обмотки УОБ в любой момент времени.

Напряжение UM подводится к пороговым органам 7 и 8 температуры масла с напряжениями срабатывания соответствующими определенными уставками по температуре масла, например 60 и 70°С. Уставка порогового органа 7 выбирается несколько ниже уставки порогового органа 8, которая, в свою очередь, выбрана несколько ниже допустимой температуры масла (75°С).

Напряжение Uog подводится к пороговым органам 9 и 10 температуры обмотки с напряжениями срабатывания, соответствующими уставкам по темпе25

ратуре обмотки, например 80 и 90 С. Уставка порогового органа 9 выбирается несколько ниже уставки порогового органа 10, которая, в свою очередь, выбрана несколько ниже номинальной температуры обмотки (98 С).

Напряжение ДЦ говым органам

ОБ подводится к поро- 11 - 13 тока с напряже

35

40

45

50

55

уставкам по относительной нагрузке трансформатора, например 0,4; 0,7; 1,0. Уставки пороговых органов 11 - 13 соответствуют значениям нагрузки, при которых экономически целесообразно включить следующую группу охладителей, и выбраны в зависимости от того, как аппроксимирована теоретическая кривая 14 экономически целесообразного числа охладителей n трехступенчатой линией 15.

С целью уменьшения числа коммутаций охладителей пороговые органы 11 - 13 тока подключены к выходу блока модели 6 теплового процесса обмотки, обеспечивающего задержку времени изменения напряжения &ПаБ при изменении тока нагрузки трансформатора. С такой же целью все пороговые органы 7-18 выполнены с некоторым коэффициентом возврата./

Включение отдельных групп (I, II и III) охладителей происходит в три очереди в зависимости от относительной нагрузки К, температур масла V и обмотки V06.

Первая очередь - экономически выгодное число охладителей (см. ступенчатую линию 15) включаются в зависи1116

мости только от нагрузки. Так, при К р,А охладители не включены и охлаждение происходит только теплоотдачей бака трансформатора; при К « 0;4...0,75 контактом 11.1 пороговог го органа 11 тока включается группа I охладителей; при К 0,75... 1 контактом 12.1 порогового органа 12 тока дополнительно включается группа II охладителей; при К 1 контактом 13.1 порогового органа 13 тока дополнительно включается группа III охладителей.

Вторая очередь - требуемое число охладителей птреБ (см. ступенчатую

линию-17) для обеспечения номинального температурного режима трансформатора включается, если при работе первой очереди температура масла или обмотки превышает уставку срабатывания первого порогового органа 7 температуры масла (60°С) или первого органа 9 температуры обмотки (80°С) соответственно. Так, при К О...0,75 допол

нительно включается контактом 7.1 по- 25 Функционирования силового трансформарогового органа 7 температуры масла или контактом 9.1 порогового органа 9 температуры обмотки группа II охладителей, при К 0,75...1 контактом 9.2 порогового органа 9 температуры обмотки включается группа III охладителей .

Третья очередь - все еще не вклюенные охладители при их нормальном состоянии не включаются. Однако при потере теплоотдачи радиаторов охладителей температуры масла и обмотки начинают расти. При превышении уставки срабатывания второго порогового органа 8 температуры масла (70°С) или второго порогового органа 10 температуры обмотки (90°С) соответственно контактами 8.2 или 10.1 подается сигнал Потеря теплоотдачи охладителей и включаются все еще не включенные охладители. Так, контактом 8.1 поро- вого органа 8 температуры масла вклю- чается группа I охладителей, контактом 8.3 порогового органа 8 температуры масла или контактом 10.2 порогового органа 10 температуры обмотки включается группа III охладителей. Сигнал Потеря теплоотдачи охладителей подается при условии, что нагрузка К 0,7 (при замкнутом контакте 12,3 второго порогового органа 12 тока), так как при К 0,7 температуры масла или обмотки могут достичь

12

0

уставки сигнализации уже при нормальном состоянии охладителей.

Предлагаемое устройство упрощается за счет отказа от контроля температуры окружающего воздуха (отказа от уставки датчика температуры воздуха и соответствующего преобразователя) . Экономически целесообразный режим охлаждения трансформатора (минимум технологического расхода электроэнергии на трансформацию) устройством обеспечивается путем включения в работу экономически целесообразного числа охладителей пэ в зависимости от тока нагрузки трансформатора. Зависимость п только от одного режимного параметра - относительно нагрузки К трансформатора, и независимость от других режимных параметров (температуры окружающего воздуха, масла или обмотки) доказывается математически (см. выражение (1)).

Кроме того повышается надежность

тора за счет устранения недопустимо больших значений температур его масла и обмотки при нормальной нагрузке. Экономически целесообразный режим ох- лаждения (минимум расхода электроэнергии на трансформацию) при низкой нагрузке трансформатора обусловлен высокими значениями перегрева масла относительно воздуха, что при высокой

5

0

5

0

5

температуре окружающего воздуха вызывает превышение допустимых значений температур масла или обмотки при управлении охлаждением прототипом. При этом устройство отходит от экономического режима охлаждения путем ин- тенсгтАикации охлаждения (путем включения требуемого числа охладителей пТрбБ для обеспечения номинального теплового режима трансформатора).

i

Кроме того, устройство при засорении охладителей, когда растет температура масла и обмоток, всеми ресурсами системы охлаждения (включением всех еще не включенных охладителей при срабатывании пороговых органов температуры масла 8 или обмотки 10 второго уровня) поддерживает температуры трансформатора ниже опасных значений. Обеспечивается простая сигнализация потери определенной доли теплоотдачи охладителей за счет фиксации превышения температурой масла или обмотки расчетных значений.

Для обеспечения минимума технологического расхода электроэнергии на трансформацию в предлагаемом устройстве не нужно контролировать температуру окружающего воздуха, что упрощает устройство и облегчает эксплуатацию. i

Кроме того, в устройстве не допускаются опасные значения температур масла и обмотки при нормальной нагрузке трансформатора, что повышает его надежность функционирования. Сигнализация потерь определенной доли охладителей позволяет упорядочить планирование ремонтных работ охладителей в зависимости от фактического их состояния, т.е. выполнить диагностику состояния охладителей. Важность проблемы заключается в том, что чистка охладителей связана с отключением трансформатора.

Формула изобретения 25

Устройство автоматического управления дутьевыми охладителями силовых трансформаторов, содержащее датчик температуры масла, соединенный через преобразователь температуры в напряжение с одним входом сумматора напряжений, выход которого подключен к первому пороговому органу с контактами, датчик тока силового трансформатора, соединенный с преобразователем тока в напряжение, дутьевые охладители распределены на m групп охладителей, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования трансформатора и обеспечения сигнализации потери теплоотдачи охладителей, оно снабжено двумя пороговыми органами температуры масла с контактами, вторым пороговым органом температуры обмотки с контактами, m пороговыми органами тока с контактами и электрической моделью теплового процесса обмотки трансформатора, первый пороговый орган является пороговым органом темпе- (ратуры обмотки, при этом уставка срабатывания второго порогового органа

0

5

0

5

температуры обмотки выше уставки первого порогового органа температуры обмотки, уставка второго порогового органа температуры масла выше уставки первого порогового органа температуры масла, уставка каждого последующего порогового органа тока выше уставки предыдущего органа тока, второй пороговый орган температуры обмотки подключен к выходу сумматора напряжений, вход электрической модели теплового процесса обмотки подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, а выход подключен к сумматору напряжений, пороговые органы тока подключены к выходу электрической подели теплового процесса обмотки, пороговые органы температуры масла подключены к выходу преобразователя температуры в напряжение, цель включения первой группы охладителей состоит из параллельно соединенных контакта первого порогового органа тока и первого контакта второго порогового органа тем- пературы масла, цепь включения второй группы охладителен состоит из параллельно соединенных первого контакта второго порогового органа тока, контакта первого порогового органа температуры масла и первого контакта первого порогового органа температуры обмотки, цепь включения m-i i группы охладителей состоит из параллельно соединенных первого контакта т-го порогового органа тока, (m-l)-ro контакта второго порогового органа температуры обмотки, т-го контакта второго порогового органа температуры

масла и цепи из последовательно соединенных (ra-l)-ro контакта (т-1)-го порогового органа тока и (m-l)-ro контакта первого порогового органа температуры обмотки, причем третий

с размыкающий контакт (m-l)-ro порогового органа тока соединен последовательно с параллельно включенными вторым контактом второго порогового органа температуры масла и первым контактом второго порогового органа температуры обмотки и предназначен для включения на предупредитзльныи сигнал Потеря теплоотдачи охладителей.

0

0

0,1 0,2 0,3 ОМ 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 w 7,7 7,2 К

Фиг.З