Устройство для диагностики состояния теплообменников трансформатора

Устройство для диагностики состояния теплообменников трансформатора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! !) (5!)ю Н 01 F 27/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4780626/07 (22) 09.01.90 (46) 07.07.92. Бюл, N. 25 (71) Рижский политехнический институт им.

А.Я.Пельше (72) Я.К.Розенкрон, Э,Я,Лиелпетерис, Э.Л.Жерновский, Д.Г.Морс и Я.К.Чукурс (53) 621.314.212 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 1341686, кл. Н 01 F 27/08, 1984, Авторское свидетельство СССР

М 1394246, кл. Н 01 F 27/08, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ (57) 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 управления, 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.

1746412

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 уп равления 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 атом вход функционального преобразователя. подключен к преобразователю тока в напряжение, выход функционального преобразователя подключен к входу, модели теплового и роцесса трансформатора, выход модели подклю20

25 ратуры в напря>кение подключен к третьему

35 входу блока управления. Блок управления 7

5

15 чен 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 про.цесса 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 преобраэователь 4 тока в напряжение подключен к второму входу блока управления, и датчик 5 температуры охлаждающей среды, который через линейный преобразователь б темпесистемой 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 7, 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 10 соединен с входом измерительного органа 11.

Функциональный преобразователь 8 может быть выполнен на основе кусочно-линейной аппроксимации при помощи диодно-резисторных цепочек.

1746412

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 преобразователя 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 реверсивного 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

9,1 соединен с выходом функционального преобразователя 8 напряжения. ,Сумматор 9.1 может быть выполнен на операционном усилителе; преобразователь

9.2 напряжения в частоту следования импульсов — на соответствующей микросхеме

KP 1108 ПП1, 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 микросхемах К 155 ИЕ7, а ЦАП 9.4, например

10-разрядный, — на микросхеме К 572 ПА1.

Интенсивность теплоотдачи Р (фиг. 3) представляется в относительных единицах (относительно теплоотдачи при чистых исправных теплообменниках). Таким образом, при чистых теплообменниках j9 = 1, с их засорением Р уменьшается.

Дополнительный нагрев масла из-за засорения теплообменников составляет

Ла» = 64 — а = Рм - vo — 6, где 64- превышение температуры нагрева масла при засоренных (P < 1) теплообменниках, т.е. его фактическое значение;

6 — превышение температуры нагрева масла при чистых (9 = 1), т.е. исправных, теплообменниках;

Ум — температура масла; р 1 +Ь к бм.ном г

25 а+пс Р

1 + Ь к . 6м.ном .

1+Ь 7Г

1 + Ь Тном . ном

r — „ — — А — р —, (4)

30 где 6м.H<< — номинальное значение установившегося превышения температуры масла (при k = 1, номинальном числе работающих охладителей и исправных теплообменни. ках);

35 . Р. Р, Р

Б.HQM. Ь а — „, —,,с, с омогательные коэффициенты;

Рб.ном мощность, которую отдает окружающей среде бак при Я,.„„;

40 P» — номинальные потери холостого хода трансформатора, PK.3. — номинальные потери короткого замыкания трансформатора;

Рохп.ном — мощность, которую отдает ок45 ружающей среде один охладитель при

6м.ном

t,ом — номинальное значение постоянной нагрева масла трансформатора (при номинальном числе работающих охладителей и исправных теплообменниках);

А — коэффициент числа работающих охладителей, А а + пном С 1 + Ь (5) а+л с a+nc

Из кривой 12 на фиг. 3 и при известном допол н ител ьном нагреве масла Л бм может быть определена интенсивность теплоотдачи P т р а н с ф о р м а т о р а и,, с лnе д о в а т е лnь н о, потеря теплоотдачи как 1 -P. (3) ио — температура окружающего воздуха.

Градуированная кривая 12 рассчитывается при наладке устройства диагностики

5 для конкретного трансформатора (АТДЦТН125.000/230) и его суточного графика нагрузки. Расчет основывается на общепринятом предположении, что трансформатор представляет собой однородное

10 тело со следующим дифференциальным уравнением теплового процесса

6.у — 6}Ch = r 464 . (2) где Рм.у — установившееся значение превышения температуры масла;

t- постоянная времени теплового процесса масла трансформатора.

Как t, так и 64.у зависят от интенсивности теплоотдачи Р (относительный коэффициент теплоотдачи), числа включенных

20 охладителей и и кратности нагрузки трансформатора k относительно номинальной нагрузки

1746412

Для моделирования дополнительного нагрева масла А64 согласно формуле (1) в устройстве диагностики состояния теплообменников трансформатора имеется модель

его теплового процесса при исправных охладителях.

Модель 9 моделирует дифференциальное уравнение (2) при P - 1 и установившееся превышение температуры масла @.y.(3) имеет значение О .у.(при исправных теплообменниках) и постоянная времени r (4) имеет значение т,. В таком случае дифференциальное уравнение (2) может быть

° представлено в виде

Vf,d -а Я,, (6) где Че — скорость изменения температуры, Q ..у -б4 т„

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

f dt=d N. (8)

Модель идентична объекту(трансфоматору), потому что дифференциальное уравнение модели (8) идентично дифференциальному уравнениютрансформатора(6), Непрерывные величины теплового процесса (0, Y ) в модели заменены на дискретные (N, f).

При изменении числа работающих олхладителей и меняются согласно формулам (3) и (4) параметры 64 у и т, дифференциаль.ного уравнения (6). Изменение этих параметров может быть учтено коэффициентом

А. При работе п о 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 (n o - 3); непрерывно работает один иэ них, а остальные два включаются блоком автоматического управления при необходимости.

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

55 линейному преобразователю 2 температуры в напряжение, выходное напряжение U> которого пропорционально температуре масла, Датчик 3 тока! подключен к линейному преобразователю 4 тока в напряжение, выходное напряжение О которого пропорционально относительной загрузке трансформатора к = l/lope, Датчик 5 температуры воздуха v< выполнен аналогично датчику температуры масла, он помещается в небольшой сосуд с маслом, контролирует температуру воздуха и.подключен к линейному преобразователю 6 температуры в напряжение, выходное напряжение О которого пропорционально температуре воздуха. На вход блока управления 7 поступают напряжение U, пропорциональное температуре масла v<, напряжение О», пропорциональное относительной загрузке трансформатора К и напряжение Оо; пропорциональное температуре окружающего воздуха v,. Блок управления 7 подает сигнал на включение охлади г елей, согласно заданному алгоритму управления. К функциональному преобразователю 8 подводится напряжение Ок. На его выходе имеется напряжение Uy, которое пропорционально А О и.у, Если блок управления 7 находи- ся в несработавшем положении (n = 1), то на блок изменения передаточной функции преобразователя 8 не поступает сигнал от блока управления 7 и передаточная функция отрегулирована на значения А, соответствующее

n = 1. При срабатывании блока управления

7 (г1 = пном = 3) на блок изменения пер даточной функции появляется сигнал, переключающий значение А на значение, равное

1. Напряжение Оу поступает на вход модели

9 теплового процесса трансформатора.

На вход 1 сумматора 9,1 модели (фиг. 2) поступает напряжение Uy=@.y, на выход 2напряжение Омод=б (обратная связь). Сумматор 9.1 формирует напряжение Uy - Омод, пропорциональное разности температур

Я .у — 64, которое поступает на преобразователь 9.2 напряжения в частоту.

Если блок управления 7 находится в несработавшем 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 т при и = 1. При срабатывании блока управления 7 (и = nu>M = 3) на блок изменения постоянной времени преобразователя

9.2 появляется сигнал, переключающий значение А, равное 1 (r =t»>).

Таким образом, частота следования импульсов f на выходе преобразователя 9.2

1746412

10 пропорциональна скорости изменения температуры масла Vg .

Импульсы с преобразователя 9.2 поступают на вход реверсивного счетчика 9.3 импульсов. Направление счета счетчика переключается в зависимости от полярности напряжения Uy - Омод. Число импульсов

N в виде двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 9.3 пропорционально превышению температуры масла 64 и преобразуется при помощи ЦАП 9.4 в аналоговый сигнал (напряжение Омод = Й ). Таким образом, модель 9 теплового процесса трансформатора вырабатывает напряжение

Омод, пропорциональное тому превышению температуры нагрева масла 64, которое соответствует исправным теплообменникам.

Напряжение Омод поступает на первый вход сумматора 10, на второй и третий входы которого подаются соответственно напряжения Up и U . На выходе сумматора 10 образуется разность напряжений

AU = Ом Оо Омод, пропорциональная превышению разности температур нагрева масла при загрязненных и при чистых теплообменниках h OM (1).

Разность напряжений поступает на измерительный орган 11, проградуированный в единицах интенсивности теплоотдачи трансформатора Р или в единицах поте, янной теплоотдачи 1 -P.

Формула изобретения

Устройство для диагностики состояния теплообменников трансформаторов, содержащее датчики температуры масла и охлаждающей среды, подключенные через преобразователи температуры в напряжение к первому и третьему входам блока управле5 ния системой охлаждения, датчик тока, подключенный через преобразователь тока в напряжение к второму входу блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД трансформаторов путем

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

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

20 функционального преобразователя подключен к преобразователю тока в напряжение. выход которого подключен к входу модели теплового процесса трансформатора, выход модели подключен к первому входу сумма25 тора, второй вход которого подключен к преобразователю температуры охлаждающей среды в напряжение, третий — к преобразователю температуры масла в напряжение, выход сумматора подключен к

30 измерительному органу, а выход блока управления системой охлаждения подключен к входу блока изменения передаточной фун-. кции функционального преобразователя и входу блока изменения постоянной време35 ни модели теплового процесса трансформатора. о rçoèí:ïü Я,Розенкрон

Редактор Л.Алексеенко Те ряд М,М» ргентал Корректор С.Черни

Заказ 2397 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государстиенного комите а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

i 1Ч(1 1Г М»о» кэр 1Х -У Г»душская наб 4/5

Производственно-издагелы; нй .х мбнна Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, )01