Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 13
Конструкции силовых высоковольтных трансформаторов 13
1.1. Общие сведения о конструкции СТ 13
1.2. Магнитная система СТ 17
1.3. Обмотки СТ 19
1.4. Устройства регулирования напряжения СТ 24
1.4.1. Электрические схемы регулирования напряжения 25
1.4.2. Переключающие устройства для регулирования под нагрузкой... 28
1.4.2.1. Переключающие устройства с реакторами 29
1.4.2.2. Переключающие устройства с активными токоограничивающими резисторами 32
1.4.3. Кинематическая и электрическая схемы устройства РПН 36
ГЛАВА II 40
Методы диагностики электрических цепей силовых трансформаторов 40
2.1. Определение группы соединения обмоток 40
2.1.1. Понятие о группе соединения обмоток 40
2.1.2. Классический метод определения групп соединения обмоток 41
2.1.3. Другие методы определения групп соединения обмоток 45
2.2. Измерение омического сопротивления обмоток 48
2.2.1. Измерение омического сопротивления обмоток методом падения напряжения 52
2.2.2. Измерение омического сопротивления обмоток мостовым методом 55
2.2.3. Недостатки измерителей сопротивления обмоток 58
2.3. Традиционная методика для измерения тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении 59
2.4. Определение коэффициента трансформации 62
2.4.1. Определение коэффициента трансформации однофазным возбуждением 63
2.4.2 Определение коэффициента трансформации трехфазным возбуждением 65
2.5 Определение полного сопротивления короткого замыкания обмоток силовых трансформаторов 67
ГЛАВА III 74
Автоматизированные средства диагностики обмоток силовых трансформаторов 74
3.1. Многоканальный цифровой осциллограф (регистратор) 74
3.2. Автоматизированное устройство и методика для определения группы соединения обмоток 80
3.3. Автоматизированный измеритель омического сопротивления обмоток силовых трансформаторов 82
3.4. Автоматизированное устройство для определения тока и потери холостого хода при малом однофазном возбуждении 88
3.5. Автоматизированное устройство и методика для определения коэффициента трансформации обмоток 92
3.6. Автоматизированное устройство и методика для определения полного сопротивления короткого замыкания обмоток силовых трансформаторов 98
ГЛАВА IV 104
Автоматизированная интродиагностика устройств регуляторов под напряжением силовых трансформаторов 104
4.1. Стандартная методика осциллографирования контактной системы быстродействующих РПН 104
4.2. О возможности диагностики электрических цепей РПН без его вскрытия 107
4.3. Обоснование методики диагностики электрических цепей РПН без его вскрытия 111
4.4. Экспериментальная реализация методики диагностики РПН без его вскрытия 115
4.5. Примеры применения разработанной методики для диагностики РПН силовых трансформаторов 119
4.6. Контроль токоограничивающих резисторов быстродействующих РПН 124
ГЛАВА V 129
Автоматизация снятия круговой диаграммы устройств регуляторов под напряжением 129
5.1. Традиционная методика снятия круговой диаграммы РПН 129
5.2. Блок-схема цифрового регистратора для снятия круговой диаграммы РПН 138
5.3. Особенности автоматизированной методики снятия круговой диаграммы 140
5.4. Описание процессов снятия круговой диаграммы РПН 144
Заключение 149
Список литературы
- Электрические схемы регулирования напряжения
- Классический метод определения групп соединения обмоток
- Автоматизированное устройство и методика для определения группы соединения обмоток
- Экспериментальная реализация методики диагностики РПН без его вскрытия
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена разработке прогрессивных автоматизированных методов диагностики электрических цепей высоковольтных трехфазных силовых трансформаторов с применением современных достижений техники физического эксперимента.
Объектом исследования являются электрические цепи высоковольтных силовых трансформаторов (СТ), включающие в себя обмотки СТ и устройства регулирования под напряжением (РПН).
Предмет исследований связан с поиском и разработкой новых автоматизированных средств диагностики электрических цепей высоковольтных силовых трансформаторов.
Актуальность темы. Хорошо известно, что высоковольтные силовые трансформаторы являются наиболее важными и дорогими элементами энергетических сетей. Большинство этих преобразователей напряжения в течение многих лет работают при различных климатических условиях и подвергаются различным воздействиям электромагнитной и механической природы. Мировой опыт показывает, что экономический ущерб от случайной аварии мощного силового трансформатора, связанный только с остановкой промышленных предприятий из-за отсутствия питающего напряжения, исчисляется миллионами долларов, не говоря уже о весьма крупных затратах, необходимых для восстановления работоспособности СТ [1-3].
Статистические исследования, проведенные за рубежом в [4] показывают, что вероятность отказа масляного трансформатора составляет 0.0062 ед. аварий в год. Это означает, что любой трансформатор в течение 160 лет будет иметь одну аварию с вероятностью сто процентов. Другими словами, это означает, что в энергосистеме, состоящей из 160 масляных трансформаторов, возможна, по крайней мере, одна авария в год. В связи с этим, разработка новых методов контроля (при которых измеряются различные данные и параметры, характеризующие состояние СТ) и
диагностики (при которых обрабатываются полученные данные с целью нахождения дефектов и прогнозирования возможных аварий) является безусловно актуальной задачей.
В настоящее время для предотвращения возможных аварий СТ применяется совокупность различных физико-химических методов диагностического контроля, которые взаимно дополняют друг друга [5-7].
Среди них имеются традиционные методы, используемые во всей мировой практике эксплуатации СТ. К ним относятся следующие методы: хроматографический анализ растворенных газов [8-18] в трансформаторном масле, служащем в качестве изолирующей и охлаждающей жидкости в различных частях СТ; исследование диэлектрических потерь [19-23]; измерение величины пробивного напряжения [24-26] и влагосодержания [27-33] находящегося в эксплуатации трансформаторного масла; измерение сопротивления обмоток [34, 35]; тепловизионный контроль [36-45], контроль мутности, фракционного состава, количества и характера загрязнений (механических примесей) в маслах по классу промышленной чистоты [46].
Наряду с этим разрабатываются и внедряются и другие методы мониторинга СТ. В частности, интенсивно развиваются технологии выявления места расположения частичных разрядов [47-48] с применением самых различных методов экспериментальной физики [49-55]. Производится определение степени старения и деструкции твердой изоляции электрооборудования по содержанию фурановых производных в трансформаторном масле методом жидкостной хроматографии [56-58]. Важные сведения о состоянии СТ можно получить применяя вибрационные исследования [59,60], измеряя температуру внутренних частей бака СТ [61], из данных экспериментов по спектроскопии диэлектрической проницаемости [62, 63]. В последнее время интенсивно развиваются и внедряются методы непрерывного контроля (online monitoring) [64-66] за крупными СТ с применением современных компьютерных технологий [67, 69] и
7 автоматического сбора и обработки, анализа данных различных датчиков, расположенных непосредственно в пределах СТ.
Основными элементами электрических цепей СТ являются обмотки и так называемые устройства регулирования под напряжением [70, 71], которые предназначены для уменьшения перепада напряжения у потребителей электроэнергии. Устройства РПН в автоматическом режиме обеспечивают регулирование напряжения за счет изменения числа витков ответвлений обмоток СТ. Обычно устройство РПН состоит из контакторов, токоограничивающих резисторов, переключателей и приводного механизма. Необходимо отметить, что первые два элемента устройства РПН размещаются в специальном баке (баке РПН) с трансформаторным маслом. В целом устройство РПН представляет собой довольно сложный коммутационный аппарат, имеющий много контактов различного назначения. От состояния этих контактов зависит надежность работы всего трансформатора. Главная особенность режима работы устройства РПН -большое количество переключений. Последствия выхода из строя переключающего устройства бывают обычно значительно более тяжелыми, чем, например, последствия выхода из строя выключателя высокого напряжения, так как авария переключающего устройства означает, по существу, аварию трансформатора. Установлено, что вероятность аварии РПН выше, чем у бака трансформатора. Имеются примеры, когда относительно небольшое количество горящего масла (около 200 литров) из РПН привело к уничтожению всей подстанции. Отсюда вытекают весьма высокие требования, предъявляемые к надежности работы устройств РПН высоковольтных силовых трансформаторов.
Тем не менее, в настоящее время в системе РАО «ЕЭС России» диагностику устройств РПН осуществляют следующим устаревшим методом [72]. Вскрывается бак РПН, сливается трансформаторное масло и далее производится осциллографирование (с помощью многоканального
8 электронно-лучевого осциллографа) фазных токов контактов контактора по схеме, исключающей индуктивность обмотки силового трансформатора. О работоспособности контактора делают заключение анализом полученных осциллограмм. Такой метод диагностики является дорогостоящим, трудоемким и весьма продолжительным. Необходимо особо отметить, что нарушение технологии слива и последующей заливки масла приводит к ухудшению его диэлектрических свойств, снижению сопротивления изоляции бакелитового цилиндра бака РПН и т.д. В силу вышеуказанных причин при большой влажности и отрицательных температурах окружающей среды, диагностика устройств РПН не производится. Все это действительно имеет место в реальной жизни, в то время как, в последние десять лет произошло существенное изменение возможностей микропроцессорных и компьютерных технологий. На смену дорогостоящим, обладающим низкой производительностью, пришли мощные и дешевые компьютеры, которые могут быть использованы для автоматизации любого физического эксперимента. С помощью специальной платы сбора данных и персонального компьютера возможно создание любого измерительного прибора, в том числе, и многоканального цифрового осциллографа [73, 74]. Применение современных микропроцессоров и радиоэлектронной элементной базы позволяет построить автономный многоканальный цифровой осциллограф, который может быть с успехом применен для исследования электрических цепей СТ.
Таким образом, из вышесказанного следует актуальность и научно-практическая значимость темы данной диссертационной работы.
Цель работы - разработка прогрессивных автоматизированных средств диагностики электрических цепей высоковольтных трехфазных силовых трансформаторов.
В связи с этим перед диссертантом были поставлены следующие задачи:
1. Разработка функциональной схемы цифрового осциллографа для
автоматизации измерений параметров электрических цепей обмоток и РПН
силовых высоковольтных трансформаторов.
2. Разработка и создание автоматизированных устройств,
предназначенных для определения характеристик обмоток СТ: группы
соединения, омического сопротивления, полного сопротивления короткого
замыкания, коэффициента трансформации и потерь холостого хода.
Разработка и создание метода интродиагностики, позволяющего проведение исследований временных характеристик переключений контактной системы и токоограничивающих резисторов РПН без вскрытия его бака и слива из него трансформаторного масла.
Разработка метода и создание устройства, позволяющего в автоматическом режиме определять круговую диаграмму РПН.
Методы исследования. В диссертационной работе использован комплексный метод, включающий теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение проведенных исследований и полученных результатов. Работа выполнялась с применением современных достижений микроэлектроники и компьютерных технологий. В экспериментальных исследованиях применялись теория измерения физических величин, статистические методы обработки результатов исследований, а также методы физического эксперимента.
Достоверность результатов разработок и исследований подтверждена в серии работ по комплексному обследованию СТ в полевых условиях на действующих распределительных устройствах подстанций в системе энергетики России. Обоснование теоретических положений разработанных методик выполнено с опорой на известные физические законы. Анализ экспериментальных данных проведен с соблюдением критериев достоверности статистических испытаний и физических измерений.
10 Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней:
1. Разработаны и реализованы новые методы исследования и
мониторинга электрических цепей обмоток и РПН силовых трехфазных
трансформаторов в автоматизированном режиме.
2. Показана возможность интродиагностики временных характеристик
процесса переключения контактной системы и токоограничивающих
резисторов РПН.
3. Установлено, что методом осциллографирования контактной
системы РПН удается выявлять дефекты токоограничивающих резисторов
РПН без вскрытия его бака и слива из него трансформаторного масла.
4. Предложена и реализована методика автоматизированного снятия
круговой диаграммы устройства РПН с применением цифрового
осциллографа.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что разработанные и созданные автоматизированные устройства диагностики элементов СТ существенно уменьшают время проведения измерений с занесением полученных результатов в компьютерную базу данных для последующего архивирования и хранения, существенно уменьшают трудовые и материальные затраты и сводят к нулю вероятность загрязнения окружающей среды. Методы интродиагностики СТ, разработанные в ходе выполнения диссертационной работы, внедрены и успешно используются на предприятиях РАО «ЕЭС России».
Положения, выносимые на защиту
1. Определение группы соединения, омического сопротивления, полного сопротивления короткого замыкания, коэффициента трансформации и потерь холостого хода высоковольтного трехфазного силового трансформатора можно осуществлять в автоматическом режиме с помощью одного прибора, состоящего из специального коммутатора, трехканального
источника питания и шестиканального осциллографа, работающего в режиме цифрового регистратора.
2. Применение мобильного помехоустойчивого трехканального
цифрового осциллографа с частотой дискретизации 4 кГц совместно с
трехканальным стабилизированным источником постоянного напряжения
позволяет надежно проводить оперативное измерение времени переключения
контактов РПН трехфазного СТ, а также проводить интродиагностику РПН.
3. Электронный датчик угла поворота, размещенный на валу привода
устройства РПН и сопряженный с десятиканальным цифровым
осциллографом, имеющим специальный блок активных сопротивлений,
позволяет в автоматическом режиме регистрировать моменты срабатывания
контактов переключателей и контактора, т.е. снимать круговую диаграмму
устройства РПН.
4. Применение цифрового осциллографа, работающего в режиме
шестиканального регистратора, совместно с трехканальным источником
постоянного напряжения с форсированием и ограничением создаваемых
токов позволяет проводить одновременное ускоренное измерение
омического сопротивления обмоток СТ по всем трем фазам в
автоматическом режиме.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на XXI Международной межвузовской школе-семинаре «Методы и средства технической диагностики» (Йошкар-Ола, 2004 г.); XXVI сессии Всероссийского семинара «Диагностика электрооборудования» (Новочеркасск, 2004); VI Всероссийской научной конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г. Чебоксары, 2005); VI Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (Чебоксары, 2006); научно-методической конференции «Инженерное образование и региональная энергетика» (Москва, 2005).
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в научных изданиях, представленных в [75-89, 111]. Общее число публикаций - 16, в том числе: 6 патентов РФ на изобретения, 5 статей в ведущих рецензируемых журналах, 4 статьи в материалах научно-технических конференций.
Личный вклад. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично соискателем. Постановка задач исследований, определение методов решения и анализ результатов исследований выполнены совместно с соавторами опубликованных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения, библиографического списка, включающего 111 источников. Работа изложена на 166 страницах, содержит 60 рисунков и 5 таблиц.
Электрические схемы регулирования напряжения
Одно- и двухслойные цилиндрические обмотки применяют в качестве обмоток НН до 690 В в трансформаторах мощностью менее 630 кВ-А. Многослойная цилиндрическая обмотка (рис. 1.4,6) наматывается, как правило, из провода круглого сечения. Витки обмотки плотно укладывают друг к другу с переходами из слоя в слой. Намотку первого слоя производят на бумажно-бакелитовом цилиндре 3. Между последующими слоями размещают кабельную бумагу. Для улучшения охлаждения между некоторыми слоями обмотки делают осевой канал с помощью дистанцирующих прокладок из электрокартона или бука. Такие многослойные цилиндрические обмотки применяют в качестве обмоток ВН для масляных трансформаторов мощностью до 400 кВ-А при напряжении до 35 кВ.
По направлению намотки, подобно резьбе винта, различают обмотки левые и правые. Это относится к цилиндрическим, катушечным и винтовым обмоткам. В многослойных слоевых обмотках направление всей обмотки считается по направлению ее первого внутреннего слоя (рис. 1.5, б, в).
Группу последовательно соединенных витков, наматываемую в виде плоской спирали и отделенную от других таких же групп, называют катушкой, а обмотку, состоящую из ряда катушек, расположенных в осевом направлении, - катушечной. Катушечные обмотки могут быть дисковыми и непрерывными.
Дисковая обмотка набирается из отдельно намотанных катушек, которые затем соединяют друг с другом электропайкой или другим способом. Катушки считаются левыми, если провод от верхнего наружного конца укладывается против часовой стрелки, и правыми, если провод укладывается по часовой стрелке (рис. 1.5, а).
Непрерывная обмотка наматывается без разрывов, т. е. переход из одной катушки в другую производится без паек. Непрерывные обмотки могут выполняться с ответвлениями для регулирования напряжения. Обычно ответвления делают от наружных витков, чтобы между двумя соседними ответвлениями заключались витки, соответствующие одной ступени регулирования.
Преимуществом непрерывной катушечной обмотки (кроме отсутствия разрывов при намотке) является ее большая опорная поверхность и, следовательно, значительная устойчивость к осевым усилиям при коротких замыканиях. Другое преимущество - относительно свободный проход масла как вдоль поверхности, так и поперек (в горизонтальные каналы между катушками). Хорошее охлаждение позволяет увеличивать мощность обмотки, не опасаясь теплового разрушения ее изоляции. Благодаря указанным преимуществам непрерывные обмотки широко применяют в трансформаторах различных мощностей и напряжений.
Винтовые обмотки могут быть одноходовыми и двухходовыми (многоходовыми). Одноходовая винтовая обмотка состоит из ряда витков, которые следуют один за другим по винтовой линии с каналами между ними. В каждый виток входит один или несколько параллельных проводов, укладываемых в один ряд вплотную друг к другу в радиальном направлении.
Двухходовая (многоходовая) винтовая обмотка состоит из двух (или более) одноходовых обмоток, вмотанных одна в другую в процессе изготовления. Каждый такой «ход» может включать до 40 параллельных проводов. Вертикальный канал вдоль внутренней поверхности обмотки и каналы между ее витками образуются такими же рейками и прокладками, как и у непрерывной обмотки.
Витки двухходовой винтовой обмотки состоят, как правило, из большого числа параллельных проводов, расположенных концентрически и на разном расстоянии от ее оси, поэтому провода, расположенные ближе к оси, будут короче, а более удаленные - длиннее. Разница в длине и положении проводов в поле рассеяния вызывает неравенство их электрических и индуктивных сопротивлений. Разные сопротивления приводят к неравномерному распределению тока между ними, т. е. к перегрузке по току и увеличению потерь в одних и недогрузке в других проводниках. Для выравнивания распределения тока и, следовательно, снижения добавочных потерь в винтовых обмотках выполняют различные виды транспозиций [93].
Винтовая обмотка обладает значительной торцовой поверхностью, обеспечивающей ее устойчивость к осевым усилиям при к. з., хорошей механической прочностью и достаточной поверхностью охлаждения. Ее широко применяют для обмоток НН с относительно небольшим числом витков и значительными вторичными токами в трансформаторах мощностью 1000 кВА и более.
Классический метод определения групп соединения обмоток
Между первичной и вторичной эдс трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов. Хорошо известно, что первичные и вторичные обмотки трехфазного трансформатора могут быть включены по схеме «треугольник» (А) или «звезда» (У) [95]. Отсюда следует, что число основных схем соединения трехфазного трансформатора, состоящего из первичных и вторичных обмоток, равно 4: а именно: Y/Y, У/А, Y/Y, A/Y, где перед значком дроби показана схема обмотки ВН, а после - обмотки НН. Однако необходимо различать значительно большее разнообразие схем соединения в зависимости от того, как намотаны обмотки - в одном или в разных направлениях. Кроме того, для схем соединения А следует различать последовательность соединения фаз в треугольник, а на стороне НН иногда применяется схема соединения зигзаг, обозначаемая буквой Z. Такое разнообразие схем, а также выполнений обмоток и обозначений фаз приводит к необходимости оценивать угол сдвига векторов напряжений одноименных фаз обмоток ВН и НН. Возможные углы сдвига фаз образуют ряд определенных числовых значений, называемых группами соединения, так как несколько различных схем (группа) может иметь один и тот же угол сдвига фаз. Таким образом, группа соединения - это угловое смещение векторов эдс обмоток НН и СН по отношению к векторам соответствующих линейных эдс обмотки ВН, обозначенное числом, которое, будучи умножено на 30, дает угол отставания в градусах. Так, число 11 указывает на угол отставания в 330, а число 0 на угол смещения, равный нулю [96].
Определение группы соединения совершенно необходимо, когда трансформаторы должны работать в параллельном режиме, так как одним из необходимых условий возможности параллельной работы двух или нескольких трансформаторов является принадлежность всех трансформаторов к одной и той же группе соединений.
Классический метод определения групп соединения обмоток На практике определение группы соединения обмоток силовых трансформаторов производят методом постоянного тока с помощью применения магнитоэлектрических приборов [97]. При определении группы соединения обмоток трансформаторов методом постоянного тока наблюдают только за направлением отклонения стрелки вольтметра, а не за показаниями прибора. По этой причине магнитоэлектрический прибор может быть любого класса точности.
Для проверки полярности на обмотку ВН однофазного трансформатора кратковременно подается постоянный ток, а к обмотке НН присоединяется гальванометр. При этом плюс источника постоянного тока и плюс гальванометра присоединяются к одноименным зажимам обмоток. Если обмотки ВН и НН трансформатора намотаны в одну сторону, то при кратковременном замыкании цепи постоянного тока стрелка гальванометра отклонится вправо, а при размыкании цепи - влево. Это будет свидетельствовать о правильной маркировке концов обмоток. Отклонение стрелки гальванометра вправо обозначается знаком плюс, а влево - знаком минус.
Для проверки группы соединения трехфазного двухобмоточного трансформатора источник постоянного тока последовательно подключается к выводам А-В, В-С, А-С обмотки ВН и проверяется отклонение стрелки гальванометра на фазах а-Ь, Ь-с, а-с. При этом производится девять измерений.
Для примера на рис. 2Л,т приведены схемы проверок на трехфазных двухобмоточных трансформаторах с группой соединения 0 (12). Знаки плюс и минус отклонения стрелки гальванометра указаны для случая включения цепи тока.
При контроле групп соединения трехфазных трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов питание подается на обмотку ВН, а отклонение стрелки гальванометра контролируется на обмотках СН и НН. Затем питание подается на обмотку СН, а отклонение стрелки гальванометра контролируется на обмотке НН.
Автоматизированное устройство и методика для определения группы соединения обмоток
Блоки ДС, ДН и ДТ обеспечивают гальваническую развязку цепей входных дискретных сигналов, токовых цепей и цепей напряжения между собой и МК, кроме того, осуществляют преобразование и масштабирование сигналов. Блоки ОУ, М+АЦП осуществляют соответственно кратковременное хранение выборок, буферирование, поканальное мультиплексирование и 12-ти разрядное аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов. Блоки ГОР и RS-232 служат для гальванической развязки и обмена данных с внешней ПЭВМ.
Разработанный регистратор позволяет одновременно регистрировать и измерять аналоговые напряжения по трем каналам, аналоговые токи по трем каналам, а также 8 дискретных сигналов. Причем, для увеличения точности входные каналы напряжения выполнены с тремя предельными уровнями 30, 150, 360 В. Возможность одновременного измерения напряжения и тока по трем каналам позволяет одновременно измерять три импеданса исследуемой электрической цепи. Регистрацию измеряемых величин (напряжения и тока) можно производить с частотой дискретизации 50, 400, 600, 4000 Гц. Это позволяет использовать регистратор в качестве цифрового осциллографа и выводить на жидкокристаллический индикатор зависимости измеряемых величин от времени. Предусмотрена возможность сохранения полученных осциллограмм в энергонезависимой памяти в виде отдельных файлов с указанием данных его характеризирующих. Полученные экспериментальные данные, сохраненные в памяти регистратора, могут быть занесены в память любого другого компьютера через последовательный порт RS-232. ЦО снабжен оригинальным программным обеспечением, которое позволяет выполнять различные вычисления и арифметические преобразования над измеряемыми величинами, а также удобным интерфейсом пользователя, который включает более 30 различных экранов-меню, образующих иерархическую структуру. В вершине этой структуры располагается «главное меню» из 8 разделов, которые показаны на рис. 3.2.
Для примера на рис. 3.3 показан вид экрана жидкокристаллического индикатора регистратора в режиме «Мультимер». В этом режиме в таблице «Дискретные сигналы» выводятся 8 дискретных входных сигналов, а в таблице «Аналоговые сигналы»- постоянные или действующие значения токов и напряжений трех фаз. Колонки ABC соответствуют 1,2,3 каналам входных напряжений и токов. В строки «/, А» и «U, В» выводятся токи в амперах и напряжения в вольтах, причем, в строки «1» и «2» выводятся первичные и вторичные значения величин (первичные значения равны вторичным, умноженным на коэффициент трансформации), а в строке « » и «=» выводятся действующие и среднее значения; действующие значения включают в себя компоненту, обусловленную 0 гармоникой; действующие и мгновенные значения вычисляются для частоты дискретизации 4000Гц. В строке «R» выводится активное сопротивление, как отношение вторичных усредненных значений напряжения к току; в ячейке таблицы «S» выводится процентное отклонение активного сопротивления.
Главным отличительным достоинством разработанного цифрового регистратора является повышенная помехозащищенность (от электромагнитных полей, работающих вблизи высоковольтных электроустановок на подстанциях) и многомерная фильтрация входных сигналов.
В последующих параграфах данной главы представлены разработанные методики автоматизированного контроля обмоток СТ с применением описанного выше цифрового регистратора.
На базе помехозащищенного ЦО выполнено автоматизированное устройство для определения групп соединения СТ [79]. На рис. 3.4 приведена структурная электрическая схема такого устройства. Оно содержит источник постоянного напряжения - 1, коммутирующий орган - 2, и цифровой осциллограф - 3, которые соединены с низковольтными выводами обмотки трехфазного трансформатора - 4.
Устройство работает следующим образом. По сигналу нажатия кнопки коммутирующий орган 2, использующий трехканальный электронный ключ, подключает источник постоянного напряжения 1 к выводам АВ высоковольтной обмотки трехфазного трансформатора 4. Одновременно блок запуска коммутирующего органа 2 подает на управляющий вход ЦО сигнал начала регистрации. ЦО начинает регистрацию в энергонезависимую память трех напряжений с выводов а, б, с низковольтной обмотки трехфазного трансформатора 4. По истечению времени коммутирующий орган 2 отключает источник постоянного напряжения 1 от выводов АВ высоковольтной обмотки трансформатора 4, а ток высоковольтной обмотки трехфазного трансформатора с большой индуктивностью замыкается по диодам коммутирующего органа. Диоды и элементы ограничения перенапряжений на трехканальном электронном ключе выполняют роль цепей защиты внутренних ключей от перенапряжения. Далее коммутирующий орган 2 снимает сигнал запуска с управляющего входа ЦО и затем ожидает обнуления токов в высоковольтной обмотке трехфазного трансформатора 4. На этом заканчивается один из трех циклов регистрации трех напряжений с выводов низковольтной обмотки и сигнала с управляющего входа ДО.
Экспериментальная реализация методики диагностики РПН без его вскрытия
Диагностика контактов контактора РПН без его вскрытия с применением цифрового осциллографа, описанного в третьей главе, осуществляется следующим образом (рис. 4.4). Сначала электрический привод РПН, допустим, переводится в положение "Г\ После включения трехканального источника постоянного напряжения 1 в сеть питания по обмоткам трехфазного трансформатора 3, каналам тока цифрового осциллографа (трехканального) 2 проходит ток. Однако из-за большой индуктивности обмотки время нарастания тока составляет около 10-15 мин., и осциллографирование производится лишь после его установления.
До установления токов в фазах обмотки на ЖКД наблюдается плавное увеличение тока. При установлении токов в фазах обмотки трансформатора с помощью блока запуска цифровой регистрации подается команда пуска. Вычислительный блок при этом определяет три «уставки» на срабатывание трех пусковых органов для каждого из токовых каналов, принимая их несколько меньшими значений установившихся токов в соответствующих фазах. Далее цифровой осциллограф переходит в состояние ожидания пуска. После этого с помощью электрического привода РПН переводится в положение "два". В момент переключения контактов контактора происходит пофазное снижение токов. При этом срабатывают пусковые органы цифрового осциллографа 2, и он регистрирует фазные токи обмотки трансформатора в блоке энергонезависимой памяти. Далее измеряются токи датчиками тока, происходит преобразование аналоговых величин в цифровые при помощи блока аналого-цифрового преобразования, вычислительный блок определяет постоянные составляющие токов в каждой из трех фаз путем их усреднения и выдает полученные значения на ЖКД. Такой цикл "измерение - вычисление - визуализация" повторяется с интервалом в одну секунду.
Схема осциллографирования контактов контактора силового трансформатора без вскрытия бака регулятора под нагрузкой: / - трехканальный источник постоянного напряжения, 2 - цифровой осциллограф, 3 - силовой трансформатор, Кь Кп - контактная система первого и второго плеча контактора соответственно, Rj, R2 -токоограничивающие резисторы, Я/, П2 - переключатели, Е - ЭДС внешнего источника постоянного тока, Ro - внутреннее сопротивление внешнего источника.
Циклы "измерение токов - выбор «уставок» пусковых органов -переключение РПН с записью токов в энергонезависимую память - ожидание установления тока" производятся для нескольких положений регулятора под нагрузкой в направлении увеличения и уменьшения положения переключающего устройства.
Операции цикла "измерение токов - выбор «уставок» пусковых органов" - выполняют автоматическую настройку на изменения установившегося тока при переключении РПН, обусловленные изменением активного сопротивления обмотки, а именно добавлением или исключением активного сопротивления фазной обмотки между положениями переключателя. Так обеспечивается автосинхронизация запуска цифрового осциллографа. Пример осциллограммы тока, полученной по одной фазе, приведен на рис. 4.5 (верхняя кривая 2). На рис. 4.5 (нижняя кривая 1) получена после обработки вычислительным блоком цифрового осциллографа кривой 2, построенной для произвольных параметров L, R0, R j» Rj, R2, с учетом равенства сопротивлений R] и R2.
Для ускорения установления тока после включения источника постоянного напряжения может быть использовано увеличение выходного напряжения его каналов оператором с помощью цепей регулирования выходного напряжения. При этом увеличение установившегося значения тока позволяет также увеличить точность измерения, так как эти измерения производятся в той части измерительного диапазона, где погрешность измерения минимальна.
Осциллограммы кривых фазных токов в этом случае имеют непрерывный характер (без скачков) из-за индуктивности фазных обмоток трансформатора, рис. 4.5 (кривая 2). Однако границы временных интервалов осциллограммы, которые соответствуют различным состояниям контактной системы контактора при переключении РПН, легко идентифицируются как визуально, так и автоматически с помощью компьютерной программы
