Грабовсков С. Н.
Основной способ выявления витковых замыканий - анализ отклонения вольт-амперной характеристики трансформатора тока (ТТ) от типовой. Известны устройства обнаружения короткозамкнутых (КЗ) витков в ТТ, описанные в литературе [1-8]. Принцип действия устройств основан на снятии вольт-амперной характеристики ТТ и последующем сравнении полученной характеристики с ранее снятой. В случае отклонения характеристики более чем на 20% в определенном диапазоне делается вывод о наличии КЗ витков.
Описанные в [1-4] устройства включают в себя источник переменного напряжения, измеритель тока и измеритель напряжения. В качестве источника переменного напряжения используется лабораторный автотрансформатор. Регулировка напряжения производится вручную. В качестве измерителей тока и напряжения используются амперметр и вольтметр. Запись показаний приборов производится оператором вручную, как и последующее построение на основе этих данных вольт- амперной характеристики и сравнение ее с ранее снятой.
В [2] рекомендуется дополнять амперметр специальным устройством, позволяющим снизить влияние несинусоидальности формы тока и уменьшить погрешность измерений за счет измерения амплитудного значения тока вместо действующего.
В устройстве, описанном в [8], в качестве источника переменного напряжения используется напряжение на разомкнутой вторичной обмотке трансформатора тока, работающего под нагрузкой менее 10% номинальной.
Устройства, описанные в [5 - 7], включают в свой состав источник переменного напряжения, датчики тока и напряжения, блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП). В [5] для вывода значений тока и напряжения используются цифровые индикаторы, информация с которых записывается оператором. В [6-7] информация записывается автоматически в память ЭВМ с последующим воспроизведением и сравнением, в качестве источника переменного напряжения использован автотрансформатор, скользящий контакт которого перемещается с помощью синхронного двигателя по заранее заданной программе или вручную. Во всех устройствах [5 - 7] выводится на индикатор и запоминается в ЭВМ амплитудное значение тока.
Недостатками описанных устройств, реализующих метод снятия вольт-амперной характеристики, являются:
- наличие ранее снятой характеристики или характеристики аналогичного заведомо исправного трансформатора тока;
- невысокая чувствительность (позволяет выявить замыкание порядка 2,5% витков общего числа обмотки);
- зависимость чувствительности от типа применяемых измерительных приборов, способа регулирования входных величин, синусоидальности входных величин, сопротивления соединительных проводов, мощности питающей сети;
- трудоемкость метода, требующего снятия нескольких точек характеристики, построения ее и сравнения с характеристикой исправного трансформатора тока.
В связи с этим в ЮРГТУ (НПИ) было разработано устройство, позволяющее выдать заключение об исправности измерительного трансформатора при отсутствии ранее снятой характеристики и свободное от указанных недостатков. В качестве диагностирующего воздействия используется переходный процесс с заданными параметрами, созданный во вторичной обмотке ТТ. В ходе переходного процесса анализируется форма напряжения во вторичной обмотке ТТ и на основе этого выдается заключение о наличии либо отсутствии КЗ витков.
Поясняющая структурная схема устройства обнаружения КЗ витков показана на рис. 1.
Устройство состоит из двух блоков: блока создания переходного процесса во вторичной обмотке ТТ (БСПП) и блока контроля формы напряжения и диагностирования исправности вторичной обмотки трансформатора тока (БКФН).
Постоянное напряжение от источника 4 через блок коммутации 3 и емкостно-активный блок 2 подается на вторичную обмотку тестируемого трансформатора тока 1. К датчику напряжения 5 подключен БКФН, состоящий из порогового элемента отрицательной полуволны 8, порогового элемента положительной полуволны 7. Последовательно с пороговыми элементами включены интеграторы положительной полуволны 9 и отрицательной полуволны 10, имеющие различные постоянные интегрирования. Сигнал с выходов интегрирующих элементов подается на сумматор 13. Кроме этого, сигнал с выхода интегрирующего элемента 10 подается на вход цепи задержки срабатывания, состоящей из последовательно соединенных порогового элемента 11 и элемента задержки на срабатывание 12. Сигнал с выхода сумматора 13 подается на пороговый элемент 14. Сигнал на вход элемента “И” 15 подается с порогового элемента 14 и элемента задержки на срабатывание 12. Элементом “И” 15 формируется выходной сигнал.
В исходном состоянии через вторичную обмотку тестируемого трансформатора тока 1 протекает постоянный ток. Магнитопровод трансформатора тока находится в состоянии насыщения.
Рис. 1. Структурная схема устройства обнаружения КЗ витков:
1 - тестируемый трансформатор тока; 2 - активно-емкостный блок; 3 - блок коммутации; 4 - источник постоянного напряжения; 5 - датчик напряжения; 6 - БКФН; 7,8- пороговые элементы; 9, 10 - интеграторы; 11, 14 - пороговые элементы; 12 - элемент задержки на срабатывание; 13 - сумматор; 15 - элемент “И”
Падение напряжения на обмотке трансформатора тока обусловлено только активным сопротивлением обмотки и имеет небольшое положительное значение. Это напряжение через датчик напряжения 5 подается на вход пороговых элементов положительной полуволны 7 и отрицательной полуволны 8. Так как уровень напряжения значительно меньше уровня срабатывания порогового элемента 7, сигнал на выходе порогового элемента 7 равен 0. Сигнал на выходе порогового элемента отрицательной полуволны 8 также равен 0, поскольку отрицательное напряжение на его входе отсутствует.
Рис. 2. Временные диаграммы работы БКФН
На входах интеграторов 9 и 10 сигнал равен 0, соответственно на выходах интеграторов 9 и 10 напряжение также равно 0.
На вход сумматора 13 подаются нулевые уровни напряжения и соответственно напряжение на выходе сумматора 13 не достигает уровня срабатывания порогового элемента 14.
Нулевое напряжение с выхода интегратора 10 подается также на пороговый элемент 11, не вызывая его срабатывания, напряжение на входе и выходе элемента задержки срабатывания равно 0. С выходов порогового элемента 14 и элемента задержки на срабатывание 12 подаются сигналы на вход элементом “И” 15, а так как уровни напряжения нулевые, сигнал на выходе элемента 15 соответствует сигналу логического нуля.
Для проведения диагностики блоком коммутации 3 отключается постоянное напряжение и в контуре трансформатор тока 1 - активно-емкостный блок 2 возникает переходный процесс, форма напряжения при котором контролируется БКФН. Напряжение через датчик напряжения 5 подается на вход БКФН.
Временные диаграммы работы БКФН построены на рис. 2. При отсутствии КЗ витка характерной особенностью переходного процесса является наличие затухающего колебательного процесса, т.е. второй положительной полуволны. Временные диаграммы работы устройства при отсутствии КЗ витка показаны на рис. 2, а. При появлении первой отрицательной полуволны срабатывает пороговый элемент 8. Интегратор 10 фиксирует появление импульса на пороговом элементе 8 и на его выходе устанавливается сигнал уровня срабатывания. При появлении положительной полуволны срабатывает пороговый элемент 7 и напряжение на интеграторе 9 достигает напряжения, равного обратному значению напряжения интегратора 10. Сигнал с выходов интеграторов подается на сумматор 13. В результате сложения сигналы, имеющие различную полярность, взаимно компенсируются. Сигнал на входе порогового элемента 14 по длительности равен продолжительности двух полуволн, что менее времени выдержки элемента задержки на срабатывание 12. Сигнал на выходе порогового элемента 14 становится равным 0 до окончания времени выдержки элемента задержки на срабатывание 12. В результате на вход элемента “И” 15 подается только сигнал порогового элемента 11, сигнал на его выходе отсутствует.
При наличии КЗ витков уровень положительной полуволны мал для срабатывания порогового элемента 7 (рис. 2,6) или положительная полуволна отсутствует. В результате в сумматоре 13 сигнал отрицательной полуволны не компенсируется сигналом положительной полуволны, и по истечении времени выдержки элемента задержки на срабатывание 12 на выходе порогового элемента 14 присутствует сигнал логическая единица, который поступает на вход элемента “И” 15 вместе с сигналом от порогового элемента 14, формируя сигнал логическая единица о неисправности трансформатора тока.
Таким образом, применение данного устройства позволяет упростить процесс выявления короткозамкнутых витков в трансформаторах тока, а проведенные испытания показали его высокую чувствительность, так, возможно выявление одного КЗ витка в трансформаторах тока с коэффициентом трансформации 2000/1.
После проведения процесса диагностирования необходимо выполнить размагничивание магнитопровода трансформатора тока. Размагничивание производится с помощью этого же устройства, после изменения параметров активно-емкостного блока.
Список литературы
- ГОСТ 7746-89Е. Трансформаторы тока. Общие технические условия. М.: Госкомстат СССР, 1989.
- Вавин В. Н. Трансформаторы тока. М-Л.: Энергия, 1966.
- Бажанов С. А. Маслонаполненные трансформаторы тока. М.: Энергоатомиздат, 1983.
- Якобсон И. А. Испытания и проверки при наладке электрооборудования. М.: Энергоатомиздат, 1988.
- Козин Г. А. Прибор для проверки вольт-амперных характеристик трансформаторов тока. - Промышленная энергетика, 1988, № 10.
- Микропроцессорное устройство для снятия вольт-амперных характеристик трансформаторов тока / Аллилуев А. А., Зуев В. А., Кужеков С. Л., Сапронов А. А. - Изв. вузов. Электромеханика, 1990, №11.
- Сапронов А. А. Микропроцессорная защита турбогенератора в режиме частотно-тиристорного пуска: Дис. на соиск. степени канд. техн. наук. Новочеркасск, 1992.
- Кузнецов А. П., Степанов Ю. А. Методы и средства проверки релейной защиты и автоматики в распределительных электросетях. М.: Энергоатомиздат, 1992.
