Устройство для диагностики состояния теплообменников трансформатора Советский патент 1992 года по МПК H01F27/08 

сл

с

Использование: в процессе эксплуатации в электроэнергетических системах. Сущность изобретения: устройство, содержащее датчики температуры масла 1 и охлаждающей среды 5, подключенные через преобразователи температуры в напряжение 2 и 6 к первому и третьему входам блока управления системой охлаждения 7, датчик тока 3, подключенный через преобразователь тока в напряжение 4 ко второму входу блока управлений, оснащено функциональным преобразователем напряжения 8, моделью теплового процесса трансформатора 9, сумматором 10 и измерительным органом интенсивности теплоотдачи теплообменников, которые определенным образом соединены электрически между собой и с блоком управления системой охлаждения трансформатора. 3 ил.

Фи. i

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к эксплуатации силовых трансформаторов с принудительным или естественным масляным охлаждением, и может быть использовано для контроля интенсивности теплоотдачи (степени засорения) их теплообменников.

Известны способ и устройство автоматического управления вентиляторами дутья силовых трансформаторов. Устройство содержит датчики температуры масла, тока нагрузки и температуры охлаждающей среды, подключенные через преобразователи в напряжение к блоку управления дутьевыми вентиляторами.

Недостатком известных способа и устройства является отсутствие возможности контроля степени засорения теплообменников. В результате отсутствует возможность приспособления устройства управления охладителями к степени засорения теплообменников с целью минимизации необходимого для трансформации суммарного потребления электроэнергии, включающего нагрузочные потери трансформатора и расхода электроэнергии на циркуляцию хладагента. Отсутствие контроля степени засорения не позволяет также установить сроки профилактики теплообменников.

Цель изобретения - повышение КПД трансформаторов путем уменьшения потерь в обмотках и снижения расхода электроэнергии на циркуляцию хладагента.

Положительный эффект основывается на минимизации технологического расхода электроэнергии на трансформацию в зависимости от степени засорения теплообменников.

Поставленная цель достигается тем, что . в устройстве автоматического управления вентиляторами дутья силовых трансформаторов, содержащем датчики температуры масла и охлаждающей среды, подключенные через преобразователи температуры в напряжение к блоку управления системой охлаждения, и датчик тока, подключенный через преобразователь тока в напряжение к блоку управления, дополнительно установлены функциональный преобразователь напряжения, содержащий блок изменения передаточной функции, модель теплового процесса трансформатора, содержащая блок изменения постоянной времени модели, сумматор и измерительный орган интенсивности теплообменников, при этом вход функционального преобразователя, подключен к преобразователю тока в напряжение, выход функционального преобразователя подключен к входу модели теплового процесса трансформатора, выход модели подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к преобразователю температуры, охлаждающей среды в напряжение, третий - к преобразователю температуры масла в напряжение, выход сумматора подключен к измерительному органу, а выход блока управления системой охлаждения подключен к входу блока изменения передаточной функции функционального преобразователя и входу блока изменения постоянной времени модели теплового процесса трансформатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства диагностики состояния теплообменников трансформаторов; на фиг. 2 - структурная схема модели теплового процесса трансформатора; на фиг. 3 изображена градуированная кривая измерительного органа - зависимость интенсивности теплоотдачи от дополнительного нагрева масла, вызванного неисправностями системы охлаждения (засорением теплообменников).

Устройство диагностики состояния теплообменников трансформаторов содержит

датчик 1 температуры масла, который через линейный преобразователь 2 температуры в напряжение подключен к первому входу управления системой охлаждения, датчик 3 тока, который через линейный преобразователь 4 тока в напряжение подключен к второму входу блока управления, и датчик 5 температуры охлаждающей среды, который через линейный преобразователь 6 температуры в напряжение подключен к третьему

«ходу блока управления. Блок управления 7 системой охлаждения выдает сигнал на включение охладителей, Вход функционального преобразователя 8 напряжения подключен к преобразователю 4 тока в

напряжение, а выход блока управления 7 соединен с входом блока изменения передаточной функции функционального преобразователя 8. Выход функционального преобразователя 8 соединен с входом модели 9 теплового процесса трансформатора, вход блока изменения постоянной времени которого соединен с выходом блока управления 1. Выход модели 9 теплового процесса соединен с первым входом сумматора 10,

второй и третий входы которого подключены к преобразователю 2 температуры масла в напряжение и к преобразователю 6 температуры охлаждающей среды в напряжение соответственно, Выход сумматора Юсоединей с входом измерительного органа 11.

Функциональный преобразователь 8 можег быть выполнен на основе кусочно-линейной аппроксимации при помощи диод- но-резисторных цепочек.

Модель 9 теплового процесса трансформатора может быть выполнена на базе реверсивного счетчика импульсов (фиг. 2).

Сумматор 10 напряжений может быть выполнен на операционном усилителе.

Измерительный орган 11 может быть выполнен на основе магнитоэлектрического микроамперметра, проградуированного в единицах интенсивности теплоотдачи теплообменников.

Модель теплового процесса трансформатора содержит сумматор 9.1, выход которого соединен с входом преобразователя 9.2 напряжения в частоту. Вход изменения коэффициента пропорциональности преоб- разователя 9.2 (вход изменения постоянной времени модели) соединен с выходом блока управления 7, а выходы преобразователя 9.2 соединены с входами реверсивного счетчика импульсов 9.3. Выходы реверсив- ного счетчика 9.3 соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 9.4, а выход ЦАП, который является выходом модели 9, соединен с вторым входом сумматора 9.1. Первый вход сумматора

Сумматор 9.1 может быть выполнен на операционном усилителе; преобразователь

КР 1108ПП1, которая дополнена делителем частоты на микросхемах К 155 ИЕ8 для изменения коэффициента пропорциональности преобразователя и логическими микросхемами серии К 155 (логика И-ИЕ) для переключения направления счета в зависимости от полярности входного сигнала. Реверсивный счетчик 9.3, например 10-разрядный, может быть выполнен на микросхе- мах К 155 ИЕ7, а ЦАП 9.4, например 10-разрядный, - на микросхеме К 572 ПА1. Интенсивность теплоотдачи ft (фиг. 3) представляется в относительных единицах (относительно теплоотдачи при чистых исп- равных теплообменниках). Таким образом, при чистых теплообменниках ft 1, с их засорением ft уменьшается.

Дополнительный нагрев масла из-за за- сорения теплообменников составляет

Д$и 0 - fti VM - v0 - fti, где вм превышение температуры нагрева масла при засоренных (ft 1) теплообменниках, т.е. его фактическое значение;

fti - превышение температуры нагрева масла при чистых (ft 1), т.е. исправных, теплообменниках;

VM - температура масла;

V0 - температура окружающего возду ха.

Градуированная кривая 12 рассчитывается при наладке устройства диагностики для конкретного трансформатора (АТДЦТН- 125.000/230) и его суточного графика нагрузки. Расчет основывается на общепринятом предположении, что трансформатор представляет собой однородное тело со следующим дифференциальным уравнением теплового процесса

jU,.y-ft,ft r-dft,,(2)

где вщ.у - установившееся значение превышения температуры масла;

т- постоянная времени теплового процесса масла трансформатора.

Как т, так и $и.у зависят от интенсивности теплоотдачи ft (относительный коэффициент теплоотдачи), числа включенных охладителей п и кратности нагрузки трансформатора k относительно номинальной нагрузки

1 + Ь К2 . 0М.НОМ

ftn.y -

А

Гном л ном

-7Г-А Т

(3) (4)

1 +Ь

г- 1+Ь а + пс

где вы.ном - номинальное значение установившегося превышения температуры масла (при k 1, номинальном числе работающих охладителей и исправных теплообменниках);

РБ.

ном.

„ о.пим. и

а -к-; b

КЗ. г ОХЛ.НОМ.

с -

PV

- 8СПОРхх Рхх

могательные коэффициенты;

Рб.ном - мощность, которую отдает окружающей среде бак при вм.ном:

Рхх - номинальные потери холостого хода трансформатора;

Рк.з. - номинальные потери короткого замыкания трансформатора;

Рохл.ном - мощность, которую отдает окружающей среде один охладитель при

Фи.НОМ.

THOM номинальное значение постоянной нагрева масла трансформатора (при номинальном числе работающих охладителей и исправных теплообменниках);

А - коэффициент числа работающих охладителей,

с 1 +Ь

д а + ПНРМ а +п -с

(5)

а 4- п с

Из кривой 12 на фиг. 3 и при известном дополнительном нагреве масла Д0М может быть определена интенсивность теплоотдачи ft трансформатора и, следовательно, потеря теплоотдачи как 1 -ft .

Для моделирования дополнительного нагрева масла Д&, согласно формуле (1) в устройстве диагностики состояния теплообменников трансформатора имеется модель его теплового процесса при исправных охладителях.

Модель 9 моделирует дифференциальное уравнение (2) при ft 1 и установившееся превышение температуры масла &.у.{3) имеет значение &.у.(при исправных теплообменниках) и постоянная времени г (4) имеет значение ти. В таком случае дифференциальное уравнение (2) может быть представлено в виде

,(6)

где V0 - скорость изменения температуры, &.у -Ол

V0

Ги

С целью обеспечения достаточно большого значения постоянной времени модель теплового процесса трансформатора согласно дифференциальному уравнению (6) может быть выполнена на реверсивном счетчике числа импульсов (фиг. 2). Скорость изменения температуры Vg моделируется частотой следования импульсов f, а превышение температуры &- количеством импульсов N в реверсивном счетчике. Дифференциальное уравнение модели (счетчика импульсов)

f d t - d N.(8)

Модель идентична объекту (трансфомато- ру), потому что дифференциальное уравнение модели (8) идентично дифференциальному уравнению трансформатора (б),

Непрерывные величины теплового процесса (О, V ) в модели заменены на дискретные (N, f).

При изменении числа работающих олх- ладителей п меняются согласно формулам (3) и (4) параметры ft,.y и ги дифференциального уравнения (6). Изменение этих параметров может быть учтено коэффициентом А. При работе пном коэффициент А 1. При изменении числа работающих охладителей, в результате действий блока управления 7 системой охлаждения, коэффициент А меняется дискретно согласно выражению (5).

Работу устройства диагностики рассмотрим на примере трансформатора с тремя рабочими охладителями (пном 3); непрерывно работает один из них, а остальные два включаются блоком автоматического управления при необходимости.

Датчик 1 температуры масла VM, представляющий собой, например, терморезистор, помещается в патрубок бака трансформатора, непосредственно контролирует температуру масла и подключен к

линейному преобразователю 2 температуры в напряжение, выходное напряжение UM которого пропорционально температуре масла. Датчик 3 тока I подключен к линейному преобразователю 4 тока в напряжение, выходное напряжение UK которого пропорционально относительной загрузке трансформатора k 1/1ном. Датчик 5 температуры воздуха VQ выполнен аналогично датчику

0 температуры масла, он помещается в небольшой сосуд с маслом, контролирует температуру воздуха и подключен к линейному преобразователю 6 температуры в напряжение, выходное напряжение U0 которого

5 пропорционально температуре воздуха. На вход блока управления 7 поступают напряжение UM, пропорциональное температуре масла VM, напряжение UK, пропорциональное относительной загрузке трансформато0 pa k, и напряжение U0, пропорциональное температуре окружающего воздуха v0. Блок управления 7 подает сигнал на включение охладиiелей согласно заданному алгоритму управления. К функциональному преобра5 зователю 8 подводится напряжение UK. На его выходе имеется напряжение Uy, которое пропорционально А 0и.у .

Если блок управления 7 находи i ся в несработавшем положении (п 1), то на блок

0 изменения передаточной функции преобразователя 8 не поступает сигнал от блока управления 7 и передаточная функция отрегулирована на значения А, соответствующее п 1. При срабатывании блока управления

5 7 (п Пном - 3) на блок изменения передаточной функции появляется сигнал, переключающий значение А на значение, равное 1. Напряжение Uy поступает на вход модели 9 теплового процесса трансформатора.

0 На вход 1 сумматора 9.1 модели (фиг. 2) поступает напряжение UyH.y, на выход 2- нзпряжение UMOA (обратная связь). Сумматор 9.1 формирует напряжение Uy - имод, пропорциональное разности температур &i.y-&, которое поступает на преобразователь 9.2 напряжения в частоту.

Если блок управления 7 находится в не- сработавшсм положении (п 1), то на блок изменения постоянной времени модели преобразователя 9,2 не поступает сигнал от блока управления 7 и пропорциональность отрегулирована в соответствии со значением Гц при п 1. При срабатывании блока управления 7 (п пНом 3) на блок изменения постоянной времени преобразователя 9.2 появляется сигнал, переключающий значение А, равное 1 (тм тНОм).

Таким образом, частота следования импульсов f на выходе преобразователя 9.2

5

пропорциональна скорости изменения температуры масла Vg .

Импульсы с преобразователя 9.2 поступают на вход реверсивного счетчика 9.3 им- пульсов. Направление счета счетчика переключается в зависимости от полярности напряжения Uy- Кмод. Число импульсов N в виде двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 9.3 пропорционально пре- вышению температуры масла в и преобразуется при помощи ЦАП 9.4 в аналоговый сигнал (напряжение Умодг fti). Таким образом, модель 9 теплового процесса трансформатора вырабатывает напряжение UMOA, пропорциональное тому превышению температуры нагрева масла Яч, которое соответствует исправным теплообменникам.

Напряжение Умод поступает на первый вход сумматора 10, на второй и третий входы которого подаются соответственно напряжения Do и UM. На выхйде сумматора 10 образуется разность напряжений

AU UM - U0 - имод,

пропорциональная превышению разности температур нагрева масла при загрязненные и при чистых теплообменниках Д0М (1). Разность напряжений поступает на измерительный орган 11, проградуированный в единицах интенсивности теплоотдачи трансформатора / или в единицах поте- ,янной теплоотдачи 1 -/3.

Формула изобретения Устройство для диагностики состояния теплообменников трансформаторов, содерсб

Фиг. 2

жащее датчики температуры масла и охлаждающей среды, подключенные через преобразователи температуры в напряжение к первому и третьему входам блока управления системой охлаждения, датчик тока, подключенный через преобразователь тока в напряжение к второму входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД трансформаторов путем

уменьшения потерь в обмотках и снижения расхода электроэнергии на циркуляцию хладагента, в нем установлены функциональный преобразователь напряжения, содержащий блок изменения передаточной

функции, модель теплового процесса трансформатора, содержащая блок изменения постоянной времени модели, сумматор и измерительный орган интенсивности теплоотдачи теплообменников, при этом вход

функционального преобразователя подключен к преобразователю тока в напряжение, выход которого подключен к входу модели теплового процесса трансформатора, выход модели подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к преобразователю температуры охлаждающей среды в напряжение, третий - к преоб- разователю температуры масла в напряжение, выход сумматора подключен к

измерительному органу, а выход блока управления системой охлаждения подключен к входу блока изменения передаточной функции функционального преобразователя и входу блока изменения постоянной времени модели теплового процесса трансформатора.

SM

„ iff

0.7f 0,5

Фи $