Устройство автоматического управления дутьевыми охладителями силовых трансформаторов

) Н О 1 Р 27/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ д цели двню Ю-вй гауплы хладитвлвд ЯЯЧ.цлвй Вцвли билюч.уП-ВйгКллыакладителвйФ 1 На сигналра люиовтдачиююдитавй " г.1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, (71 Рижский политехнический институт им. А,Я.Пельше(56) Авторское свидетельство СССР В 1259392, кл. Н 02 Н 7/04, 1984.Авторское свидетельство СССР 9 1394246, кл, Н 01 Р 27/08, 1985.(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДУТЬЕВЫМИ ОХЛАДИТЕЛЯМИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ(57) Изобретение относится к электроэнергетике. елью изобретения является повышение надежности функционирования трансФорматора и обеспечениесигнализации потери теплоотдачи охладителей. Устройство содержит датчиктемпературы масла 1 соединенный через линейный преобразователь 2 температуры в напряжение с одним входомсумматора напряжений, Датчик тока 41621088 соединен через преобразователь 5 тока в напряжение и электрическую модель 6 теплового процесса обмотки трансформатора с вторым входом сумматора 3 напряжений. Устройство имеет ш групп5 охладителей с ш числом пороговых органов тока, 11 ервый пороговый орган 7 температуры масла с контактом 7, 1 и второй пороговый орган 8 температурыО 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 1 О температуры обмотки с контактами 10. 1 и 10,2 подклюИзобретение относится к электротехнике, в частности к силовым трансформаторам с принудительным или ес тественным масляным охлаждением, в которых масло охлаждается обдувом воздуха при помощи вентиляторовЦелью. 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 чис-. ла, а также требуемого числа работающих охладителей от нагрузки трансфор матора; на Фиг.З - области работы охладителей, распределенных на три группы в системе координат - нагрузка трансформатора К - температура масла Ч при управлении устройством. 45Устройство 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 55 дом сумматора 3 напряжений, Устройство может иметь ш групп охладителей с ш числом пороговых органов тока, Число контактов нижеперечисленных порочены к выходу сумматора 3 напряжений.Три пороговых органа тока - первыйорган 11 с контактами 11.1, второйорган 12 с контактами 12. 1, 12.2 и12,3 и третий орган 13 с контактом13.1 подключены к выходу электрической модели 6 теплового процесса обмотки трансформатора. Для обеспеченияминимума технологического расходаэлектроэнергии не нужно контролировать температуру окружающего воздухаВ устройстве не допускаются опасныезначения температур масла и обмоткипри нормальной нагрузке масла, чтоповышает его надежность функционирования. 3 ил,говых органов зависит от ш, Далее приведен пример устройства с ш = 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 квыходу преобразователя 2 температуры в напряжение. ."ставка срабатывания второго порогового органа 8 температуры масла выше уставки первого порогового органа 7Первый 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 охладителейсостоит из параллельно соединенныхпервого контакта 12, 1 второго порогового органа 12 тока, контакта 7.1 первого порогового органа 7 температуры масла и первого контакта 9.15162 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 2 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 101 второго порогового органа 10 температуры обмотки ц включен на предупредительный сигцал "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 иогут быть выполнены аналогично соответствующим блокам известного устройства для защиты трансФорматора от перегрузки. Пороговые органы 7-13 представляют собой простейщие пороговые органы напряжения.1Кривая 14 (фиг,2) представляет собой теоре.ическую зависимость числа охладителей Ь, работа которых экономически целесообразна, 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 в зависимости от нагрузки трансформатора, Кривая 16 представляет собой теоретическую зависимость требуемого числа охладитедей п в 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 больще номинального значения. ЛинияЭкономически целесообразное числоохладителей п в зависимости от относительной нагрузки К трансформатора35 (кривая 14, фиг,2) определено так,чтобы обеспечивался минимум технологического расхода электроэнергии натрансформацию, включающего потери втрансформаторе и потребление на ох лаждение трансфориатора,Получено следующее экономическицелесообразное число включаемых охла- дителей- , (1) отери коротко(к.з.) транс"те форматора, кВтемпературный кпотерь к.з.;номинальный переготносительно возд оэффициент в масла а (при елей),работе всех охлад суммарная мощнос двигателей приво охладителя, кВт," ть электр да одного 1088 618 представляет собой номинальноечисло рабочих охладителей. Кривая 19(фиг.З) представляет собой температуру масла в зависимости от нагрузкитрансформатора при постоянной температуре обмотки, равной температуресрабатывания (80 С) первого порогового органа 9 температуры обмотки.10 Кривая 20 - то же, цо при. температуоре срабатывания (90 С) второго порогового органа 10 теипературы обмотки.На фиг.З представлены также линии21 включения группы 1 охладителей,линия22 включения группы 11 охладителей и линия 23 включения группы 111 охладителейпри управлении предлагаемым устройством (граничные линии областей работыуказанных ца фиг,З групп охладителей).20 Зависимости 14-23 (фиг.2 и 3) представлены для автотрацсформатораАТДЦТИ/330 с 5 рабочими охладителями, распределенными на тригруппы по 1,2 и 2 охладителей в 25 группе и следующими уставками; пороговых органов 7 и 8 температуры масола - 60 и 70 соответственно; пороговых органов 9 и 10 температуры обмотки 80 и 90 соответственно; пороговыхо30 органов 11-13 тока - 0,4; 0,75; 1,0соответственно.1ч ое.немВ,йомРохх, Мюд номинальная температура обмотки, при которой заданыОС, РЯ намРка, Р С а= - ; Ь=- -Рхх РххРолл, новс-- - -- ;Рххпотери холостого хода трансформатора, кВт;номинальная теплоотдача ба О ка (при Вмо,х), кВт; номинальная теплоотдача одного охладителя (при Ом о ), кВт. Как видно из формулы, экономически 15целесообразное число включаемых охладителей зависит только от нагрузки Ктрансорматора и не зависит от температуры окружающего воздуха Чо, которую в отличие от прототипа не нужно 20контролировать.Реализация теоретической кривой 14,естественно, возможно только целымчислом охладителей. С целью экономиикоммутационной аппаратуры подключения 25охладителей кривая 14 аппроксимирована трехступенчатой линией 15. В результате рабочие охладители распределены на три группы: первая группа содержит один охладитель и включаетсяпри К = 0,4, что представляет собойсрабатывание первого порогового органа 11 тока; вторая группа. содержитдва охладителя и включается при К == 0,7 (уставка срабатывания второгопорогового. органа 12 тока); третьягруппа содержит два охладителя ивключается при К = 1 (уставка срабатывания третьего порогового органа 13тока), В диапазоне К = 00,4 экономически целесообразно отключить всеохладители.Однако работа п охладителей, как правило, пе обеспечивает номинальныйтепловой режим трансформатора (перегревм масла и обмоток относительновоздуха превышают номинальные значения), особенно при низких нагрузках,Кривая 16 требуемого числа охладителей для обеспечения номинального перегрева масла относительно воздуха птреБ = Й(К) определена при условии 8 =Ом но, Ступенчатая линия 17 должна состоять из целых чисел охладителей и находиться выше теоретической зависимости 16 при всех значени-,55 ях нагрузки.,С целью простоты выполнения устройства управления при выбо. - ре линии 17 рекомендуется сохранить такие же распределения охладителей по группам и уставки пороговых органов тока, как при выборе линии 15.Предлагаемое устройство управления включает птР охладителей, если при работе и 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 лагрузкой, 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 и 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 под-одержания температурного режима включить все еще не включенные охладители (линия 18). Такой режимпри 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 такжеиз-за больших нагрузочных потерь втрансформаторе, поэтому предупредительный сигнал "Потери теплоотдачиохладителей" блокирован размыкающим контактом 12.3 второго порогового органа 12 тока (фиг.1).Относительный коэффициент теплоотдачи охладптелей (относительно номинального коэффициента теплоотдачи при чистых охладителях), при котором по-дается предупредительный сигнал, определяется выражением3 сигн 8 и, расчч .ф (2)сигн =. аФяом В рд сигй- сигнзасоренных радиаторов,при котором подаетсяпРедупредительный сигнал;ном - коэфФициент теплоотдачичистых радиаторов (номинальный);О с,1- Расчетный пеРегРев маслаотносительно воздуха при 1 Очистых радиаторах;6- перегрев масла относительно воздуха в случаезасоренных радиаторов,при котором срабатываетвторой пороговый органтемпературы масла.Выражение (2) получено из соображения, что при постоянном тепловом потоке (К Ост ) с уменьшением коэффи циента теплоотдачи 3 перегрев масла относительно воздуха Ц растет так, чтобы величина , Ц , оставалась постоянной.Имеет место зависимость Р , от 25 ь Ч, который однако можно учитывать по фиксированному значению Ч .нри срабатывании сигнализации.Устройство управления дутьевыми охладителями работает следующим обра зом.Исходной информацией для устройства является температура масла Чи ток нагрузки Т 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 40 температуры в напряжение, выходное напряжение И которого пропорционально температуре масла и подается на один вход сумматора 3 напряжений, Ток нагрузки 1 трансформатора от датчика 4 тока (трансформатора тока ТА)" поступает к функциональному преобразователю тока в.напряжение, на выходе которого формируется напряжение дП пропорциональное установивфв,1 т, ф 50 шемуся перегреву обмотки относительномасла ЬИ щ11 апряжение ЬПИ,от, поступает на вход блока электрической модели 6 теплового процесса обмотки трансформатора, выполненного, например, на интегрирующей КС-цепи, выход 55 ное напряжение ДТ 1 которого на конденсаторе в любой момент времени пропорционально перегреву обмотки относительно масла ТДов, Напряжении ДТ 1 овпоступает на второи вход сумматора 3напряжений, выходное напряжение которого Боь пропорционально температуре обмотки Ч в любой момент времени,Напряжение Пм подводится к порого-вым органам 7 и 8 температуры маслас напряжениями срабатывания соответствующими определенными уставками поотемпературе масла, например 60 и 70 С,Уставка порогового органа 7 выбирается несколько ниже уставки пороговогооргана Я, которая, в свою очередь,выбрана несколько ниже допустимойтемпературы масла (75 С).оНапряжение П . подводится к пороговым органаи 9 и 10 температуры об-мотки с напряжениями срабатывания,соответствующими уставкам по темпеоратуре обмотки, наприиер 80 и 90 С.Уставка порогового органа 9 выбирается несколько ниже уставки порогового органа 1 О, которая, в свою очередь, выбрана несколько ниже номиональной температуры обмотки (98 С).Напряжение ДТ 1 подводится к пороговым .органам 11 - 13 тока с напряжениями срабатывания, соответствующимиуставкам по относительной нагрузкетрансформатора, например 0,4; 0,7;1,0. Уставки пороговых органов 1113 соответствуют значениям нагрузки,при которых экономи чески целесообразно включить следующую группу охладителей, и выбраны в зависимости от того, как аппроксимирована теоретическая кривая 14 экономически целесообразного числа охладителей и з трехступенчатой линией 15.С целью уменьшения числа коммутаций охладителей пороговые органы 1113 тока подключены к выходу блока моцели 6 теплового процесса обмотки,обеспечивающего задержку времени изменения напряжения Д 11 ь при изменениитока нагрузки трансформатора. С такойже целью все пороговые органы 7-18выполнены с некоторым коэффициентомвозврата.Включение отдельных групп (1, 11и 111) охладителей происходит в триочереди в зависимости от относительной нагрузки К, температур масла Чди обмотки ЧоПервая очередь - экономически выгодное число охладителей (смступенчатую линию 15) включаются в зависи 162088 2мости только от нагрузки. Так, приК 4 Ф ),4 охладители не включены и охлаждение происходит только теплоотдачей бака трансформатора; при К =щ 0;40,75 контактом 11.1 порогово-,го органа 11 тока включается группа1 охладителей; при К = 0,751 контактом 12. 1 порогового органа 12 токадополнительно включается группа 11охладителей; при К1 контактом 13.1порогового органа 13 тока дополнительно включается группа 111 охладителей.Вторая очередь - требуемое числоохладителей и. (см. ступенчатуюлинию 17) для обеспечения номинального температурного режима трансформатора включается, если при работе первой очереди температура масла или обмотки превышает уставку срабатывания 20первого порогового органа 7 температуры масла (60 С) или первого органа9 температуры обмотки (80 С) соответ. -ственно. Так, при К = 00,75 дополнительно включается контактом 7.1 порогового органа 7 температуры маслаили контактом 9,1 порогового органа9 температуры обмотки группа 11 охладителей, при К = 0,751 контактом9,2 порогового органа 9 температурыобмотки включается группа 111 охладителей,Третья очередь - все еще не включенные охладители при их нормальном35 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 фС) соответственно контактами 8.2 или 10,1 подается сигнал "Потеря теплоотдачи охладителей" д 5 и включаются все еще не включенные охладители. Так, контактом 8.1 порового органа 8 температуры масла вклю чается группа 1 охладителей, контактом 8.3 порогового органа 8 темпера туры масла или контактом 10.2 порогового органа 10 температуры обмотки включается группа П 1 охладителей. Сигнал "Потеря теплоотдачи охладителей" подается при условии, что нагрузка К С 0,7 (при замкнутом контакте 12,3 второго порогового органа 12 тока),.так как при К0,7 температуры масла или обмотки могут достичь 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 пз в зависимости от тока нагрузки трансформатора. Зависимость пз 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 повьппается надежность функционирования силового трансформатора за счет устранения недопустимо больших значений температур его масла и обмотки при нормальной нагрузке. Экономически целесообразный режим охлаждения (минимум расхода электроэнергии на трансформацию) при низкой нагрузке трансформатора обусловлен высокими значениями перегрева масла относительно воздуха, что при высокой температуре окружающего воздуха вызывает превышение допустимых значений температур масла или обмотки при управлении охлаждением прототипом. При этом устройство отходит от экономического режима охлаждения путеминтенс:.фикации охлаждения (путем включения требуемого числа охладителей п дь для обеспечения номинального тейлового режима трансформатора).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 1 О второго уровня) поддерживает температуры трансформатора ниже опасных значений. Обеспечивается простая сиг" нализация потери определенной доли теплоотдачи охладителей за счет фиксации превьппения температурой масла или обмотки расчетных значений.21088 14 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. 13Для обеспечения минимума технологического расхода электроэнергии на трансформацию в предлагаемом устройстве не нужно контролировать температуру окружающего воздуха, что упрощает устройство и облегчает эксплуатацию еформула и з о б р е т е ц ц я Устройство автоматического управления дутьевыми охладителями силовых трансформаторов, содержащее датчик температуры масла, соединенный через преобразователь температуры в напряжение с одним входом сумматора цапряжений, выход которого подключен к . первому пороговому органу с контактами, датчик тока силового трансформатора, соединенный с преобразователем тока в напряжение, дутьсвые охладители распределены на в 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, щ пороговыми органами тока с контактами и электрической моделью теплового процесса обмотки трансформатора, первый пороговый орган является пороговым органом темпеатуры обмотки, при этом уставка срабатывания второго порогового органа температуры обмотки вьппе уставки первого порогового органа температурыобмотки, уставка второго пороговогооргана температуры масла выше уставкипервого порогового органа температурымасла, уставка каждого последующегопорогового органа тока выше уставкипредыдущего органа тока, второй пороговый орган температуры обмотки подключен к выходу сумматора напряжений,вход электрической модели тепловогопроцесса обмотки подключен к выходупреобразователя тока в напряжение, авыход подключен к сумматору напряжений, пороговые органы тока подключены к выходу электрической модели теплового процесса обмотки, пороговыеорганы температуры масла подключенык выходу преоразователя температурыв напряжение, цель включения первойгруппы охладцтелец состоит нз параллельно соединенных контакта первогопорогового органа тока и первого контакта второго порогового органа тем-пературы масла, цепь включения .второйгруппы охладителей состоит из парадлельцо соединенных первого контактавторого порогового органа тока, контакта первого порогового органа температуры масла и первого контактапервого порогового органа температурыобмотки, цепь включения в-й группыохладитслей состоит из параллельносоединенных первого контакта щ-го порогового органа тока, (и)-го кон-.такта второго порогового органа температуры обмотки, щ-го контакта второго порогового органа температурымасла и цепи иэ последовательно соединенных (в)-го контакта (ш)-гспорогового органа тока и (ш)-гоконтакта первого порогового органатемпературы обмотки, причем третийразмыкающий контакт (в)-го 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 длявклкиения на предупредительный сигнал "Потеря теплоотдачи охладителей". 5 10 15 20 25 30 35 ао 45 500 07 02 Ю 0 ОД 1,7 7,2 й/Г д оставитель Ф.Чиркиехред А.Кравчук Редактор Е.Копч ескнд оррект оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Заказ 4250ВНИИПИ Государ Тиражвенного комитета по из113035, Москва, Ж,етенияушская дписное и открытиям при ГКНТ СССР б., л. 4/5