Устройство защиты силового трансформатора от перегрева

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ОТ ПЕРЕГРЕВА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(72) Авторы Зализный Дмитрий Иванович Широков Олег Геннадьевич Широков Глеб Олегович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(57) Устройство защиты силового трансформатора от перегрева, содержащее датчик температуры наружного воздуха, соединенный с входом первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение, выход которого соединен с первым входом аналогоцифрового преобразователя, цифровые выходы которого подключены к соответствующим входам микроконтроллера, соединенного соответствующими выходами с дисплеем, реле управления, преобразователем уровней сигналов и энергонезависимым запоминающим устройством, отличающееся тем, что содержит датчик температуры поверхности бака силового трансформатора, расположенный в верхней части на поверхности бака трансформатора и изолированный от окружающей среды, и второй измерительный преобразователь сопротивление-напряжение, вход которого соединен с датчиком температуры поверхности бака силового трансформатора, а выход соединен со вторым входом аналогоцифрового преобразователя.(56) 1. Патент США 6424266, МПК 08 17/00, 2002. 2. Патент РБ на пол. модель 6428, МПК (2009)02 6/00, 2010. 82042012.04.30 Полезная модель относится к области электротехники, а более конкретно - к устройствам защиты, реагирующим на нежелательные отклонения от нормальных неэлектрических рабочих параметров, с использованием тепловых моделей защищаемых устройств. Полезная модель может быть использована на трансформаторных подстанциях открытого или закрытого типа, оснащенных силовыми масляными трансформаторами мощностью от 100 кВА до 100000 кВА, как в энергосистеме, так и в системе электроснабжения промышленных предприятий и гражданских зданий. Известно устройство для тепловой защиты электрического силового трансформатора 1, содержащее датчик температуры наружного воздуха, соединенный с измерительным преобразователем сопротивление-напряжение, и датчик тока обмотки трансформатора,соединенный с измерительным преобразователем ток-напряжение. Оба измерительных преобразователя выходами соединены с входами аналого-цифрового преобразователя(АЦП), цифровые выходы которого соединены с цифровыми входами микроконтроллера. Результаты измерения отображаются на дисплее. Устройство снабжено цифровым реле для управления системами защиты и автоматики силового трансформатора. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство защиты силового трансформатора от перегрева 2, содержащее датчик температуры наружного воздуха, соединенный с входом первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение, выход которого соединен с первым входом аналогоцифрового преобразователя, цифровые выходы которого подключены к соответствующим входами микроконтроллера, соединенного соответствующими выходами с дисплеем, реле управления, преобразователем уровней сигналов и энергонезависимым запоминающим устройством. Устройство также содержит три датчика токов, включенные на стороне низкого напряжения трансформатора, соединенные с входами соответствующих измерительных преобразователей ток-напряжение, при этом выходы всех измерительных преобразователей подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, а также содержит датчик температуры внутренней охлаждающей среды, три датчика температуры обмоток низкого напряжения трансформатора и датчик температуры магнитопровода, каждый из которых соединен с входом соответствующего измерительного преобразователя сопротивление-напряжение. Для подключения и запуска в работу устройства требуется временное отключение силового трансформатора от сети. Задачей заявляемой полезной модели является разработка устройства, обеспечивающего защиту силового трансформатора от перегрева его основных элементов - обмотки,масла и магнитопровода - и не требующего временного отключения силового трансформатора от сети. Поставленная задача достигается тем, что известное устройство, содержащее датчик температуры наружного воздуха, соединенный с входом первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого подключены к соответствующим входам микроконтроллера, соединенного соответствующими выходами с дисплеем, реле управления, преобразователем уровней сигналов и энергонезависимым запоминающим устройством, согласно полезной модели дополнительно содержит датчик температуры поверхности бака силового трансформатора и второй измерительный преобразователь сопротивление-напряжение, вход которого соединен с датчиком температуры поверхности бака силового трансформатора, а выход соединен со вторым входом аналогоцифрового преобразователя. При этом датчик температуры поверхности бака силового трансформатора расположен в верхней части на поверхности бака трансформатора и изолирован от окружающей среды. Введение датчика температуры поверхности бака силового трансформатора позволяет косвенным методом на основе математической модели тепловых процессов рассчитывать температуры наиболее нагретых точек обмоток, магнитопровода и масла силового транс 2 82042012.04.30 форматора, и, сравнивая их значения с максимально допустимыми значениями, выявлять перегрев соответствующих элементов силового трансформатора, а также не требует временного отключения силового трансформатора от сети. На фигуре показана функциональная схема заявляемого устройства. Согласно приведенной функциональной схеме, заявляемая полезная модель содержит датчик температуры наружного воздуха 1, подключенный к входу первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение 2 и датчик температуры поверхности бака силового трансформатора 3, подключенный к входу второго измерительного преобразователя сопротивление-напряжение 4. Выходы первого и второго измерительных преобразователей сопротивление-напряжение соединены, соответственно, с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 5, цифровые выходы которого подключены к соответствующим входам микроконтроллера 6. Цифровые выходы микроконтроллера 6 соединены с дисплеем 7 и реле управления 8. Интерфейсные выходы 9 и 10 микроконтроллера 6 соединены, соответственно, с входами преобразователя уровней сигналов 11 и энергонезависимым запоминающим устройством 12. Полезная модель работает следующим образом. Микроконтроллер 6 выполняет функцию системы сбора информации и вычислительного модуля. С помощью датчика температуры наружного воздуха 1 осуществляется измерение температуры наружного воздуха охл. С помощью датчика температуры поверхности бака силового трансформатора 3 осуществляется измерение температуры поверхности бака силового трансформатора ПВ. Измеренные величины через измерительные преобразователи 2, 4 поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 5, преобразующего значения измеряемых величин в пропорциональный двоичный код и передающего этот код в микроконтроллер 6. Значения измеренных величин микроконтроллер отображает на дисплее 7, сохраняет в энергонезависимом запоминающем устройстве 12 и при необходимости передает в компьютер через преобразователь уровней сигналов 11. Программное обеспечение микроконтроллера функционирует на основе математической модели тепловых процессов силового трансформатора 2, рассчитывая в режиме реального времени, например, температуру наиболее нагретой точки обмотки ннт трансформатора по алгоритму 4 где- номер интервала расчета- номер экспоненциальной составляющей Н.ННТ, ОХЛ.ННТ и ХХ.ННТ - соответственно, составляющие температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора от нагрузочных потерь, от температуры наружного воздуха (внешней охлаждающей среды) и от потерь холостого хода трансформатора ННТ - коэффициенты при экспоненциальных составляющих для величины Н.ННТ ННТ - коэффициенты при экспоненциальных составляющих для величины ОХЛ.ННТ Н - коэффициент нагрузки трансформатора- тепловые постоянные времени- период дискретизации. В алгоритме (1) величины ННТ, ННТ ирассчитываются на основе паспортных данных силового трансформатора. Величина ОХЛ непосредственно измеряется. Неизвестны 82042012.04.30 ми являются значения коэффициента нагрузки Н. Их можно найти, зная измеренные значения температуры поверхности бака трансформатора ПВ. Для этого необходимо записать алгоритм расчета температуры ПВ, аналогичный алгоритму (1), и выразить значения Н. В результате получим 4 где Н.ПВ, ОХЛ.ПВ и ХХ.ПВ - соответственно, составляющие температуры поверхности бака трансформатора от нагрузочных потерь, от температуры наружного воздуха (внешней охлаждающей среды) и от потерь холостого хода трансформатора ПВ - коэффициенты при экспоненциальных составляющих для величины Н.ПВ. Решая совместно системы (2) и (1), программное обеспечение устройства рассчитывает температуру наиболее нагретой точки обмотки силового трансформатора. Расчет для температуры магнитопровода и температуры масла трансформатора также выполняется при совместном решении систем (2) и (1), только коэффициентыив соотношениях (1) будут иметь значения, соответствующие тепловым параметрам магнитопровода или масла силового трансформатора. Рассчитанные значения температур записываются в энергонезависимое запоминающее устройство 12 и впоследствии могут быть переданы в компьютер. Сравнивая рассчитанные значения температур с максимально допустимыми значениями, устройство выявляет перегрев трансформатора, выдавая сигнал включения на реле управления 8, которое затем воздействует на цепи защиты и автоматики силового трансформатора. Таким образом, в отличие от устройства-аналога, заявляемая полезная модель осуществляет защиту силового трансформатора от перегрева его основных элементов и не требует временного отключения силового трансформатора от сети. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4