DD297733A5 - Schaltungsanordnung zur bestimmung des betriebszustandes von stufenschaltwerken von transformatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Betriebszustandes von Stufenschaltwerken von Transformatoren. Sie ist in der Energieversorgung und im Transformatorenbau anwendbar und kann auch nachtraeglich an derartige Schaltwerke angebaut werden. Ziel der Erfindung ist es, fuer den Betrieb, den notwendigen Wartungszyklus des Transformators und zur Netzfuehrung wesentliche Kenngroeszen abzuleiten. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz durch den Spannungsteiler, der im Stufenschaltwerk vorhanden ist, ein definierter Gleichstrom getrieben und die Ausgangsspannung des Teilers einem Analog-Digital-Umsetzer zugefuehrt wird. Der Spannungsteiler wird als Repraesentant fuer die Stellung des Schaltwerkes genutzt. Der Analog-Digital-Wandler bildet aus der analogen Spannung ein Binaerwort, welches einem Register zugefuehrt wird. Dieses enthaelt eine Wertetabelle, die das Binaerwort der Schalterstellung zugeordnet, wobei Toleranzbereiche in den Tabellenbereich einbezogen sind. Die Ausgangsvariable dieses ersten Registers ist eindeutig auf die aktuelle Schalterstellung bezogen und wird mittels einer Auswerteschaltung zur Registrierung und Anzeige gebracht. Zur Registrierung der Schalterstellung dient ein zweites Register und eine Zeitgeberschaltung. Der Inhalt des zweiten Registers, der ein Betriebstagebuch des Trafos ist, kann ausgewertet werden. Fig. 3{Stufenschaltwerk; Transformator; Energieversorgung; Transformatorenbau; Netzfuehrung; Spannungsteiler; Analog-Digital-Umsetzer; Register; Wertetabelle; Schalterstellung; Toleranzbereich}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Betriebszustandes von Stufenschaltwerken von Transformatoren. Sie ist in der Energie' ersorgung und im Transformatorenbau anwendbar und kann auch nachträglich <.,) derartige Schaltwerke angebaut werden. Für den Betrieb des Transformators und zur Netzführung sind wesentliche Kenngrößen ableitbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Registrierung und Anzeige der Stellung des Stufenschaltwerkes von Transformatoren ist es bekannt, das Stufenschaltwerk mit einem gestuften Spannungsteiler mit fester Stufung zu koppeln. Dieser Span·· ungsteiler wird von einer Spannungs- oder Stromquelle (im weiteren Quelle genannt) gespeist. Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers wird einem Drehspulmeßwerk zugeführt, welches auf die Daten des Spannungsteilers geeicht ist.

Abweichungen im Teilerverhältnis, in der Höhe der Spannung der Quelle führen zu Abweichungen in der Anzeige. Eine eindeutige Zuordnung des Zeigerausschlages des Drehspulinstrumentes zur Stellung des Stufenschaltwerkes ist nicht immer gegeben. Störspannungen wirken sich voll auf die Anzeige der Stellung aus. Von besonderem Nachteil ist die Notwendigkeit der Kalibrierung des Anzeigeinstrumentes auf die Daten des Teilers, was in der Praxis zumeist nur am Einbauort des Transformators realisierbar ist. Eine nachträgliche Umrüstung auf ein anderes Instrument scheidet somit ebenso aus wie die nachträgliche Erweiterung der Anzeigeeinrichtungen, ganz zu schweigen von einer Einbindung der Überwachung in ein System mit automatischer Betriebsführung.

Von Interesse hinsichtlich der Lebensdauer des Schalters und damit des Tranformators und der Einleitung von Wartungszyklen ist die Dokumentierung der Häufigkeit der Strombelastung der einzelnen Schalterstufen zusammen mit dem Zeitpunkt des Schaltens. Auch hier ist mit den bekannten Verfahren keine automatische Registrierung und Auswertung möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für den Betrieb, den notwendigen Wartungszyklus des Transformators und zur Netzführung wesentliche Kenngrößen abzuleiten. Diese sind z. B. Verringerung der Transformatorreserve, Einsparung von Investitionen, effektiverer Energietransport, bessere Beherrschung von Havariesituationen, Verringerung des personellen Aufwandes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, unabhängig von den Toleranzen des Teilers, der Quelle und der Daten des Instrumentes, sicher und unbeeinflußt von elektromagnetischen Störungen den Betriebszustand des Stufenschaltwerkes zu bestimmen. Die Lösung soll zugleich die Einbindung gewonnener Daten in ein automatisches Auswertesystem gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß durch den Spannungsteiler, der im Stufenschaltwerk vorhanden ist, ein definierter Gleichstrom getrieben und die Ausgangsspannung des Teilers einem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt wird. Der Spannungsteiler wird als Repräsentant für die Stellung des Schaltwerkes genutzt. Der Analog-Digital-Wandler bildet aus der

analogen Spannung ein Binärwort welches einem Register zugeführt wird. Das Register enthält eine Wertetabelle, die das

Binärwort der Schalterstellung zuordnet, wobei Toleranzbereiche in den Tabellenbereich mit einbezogen sind. Die Ausgangsvariable dieses ersten Registers ist mithin eindeutig auf die aktuelle Schalterstellung bezogen und wird mittels einer Auswsrteachaltung zur Registrierung und Anzeige gebracht. Zur Registrierung der Schalterstellung dient ein zweites Register

und eine Zeitgeberschollung, an die die Auowerteschaltung angeschlossen ist.

Die Auswerteschaltung ist vorteilhafterweise an einen zweiten Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen, welcher mit einem Stromsensor verbunden ist. Mit dem Stromsensor, der je nach Erfordernis auch in vielfacher Ausführung angeordnet sein kann,

werden die Eingangs- und/oder die Ausgangsströme des Transformators erfaßt.

Wenn das Stufenschaltwerk seine Stellung ändert, so ändert sich auch die Stellung des Abgriffs. Der Teiler wird von einer Quelle

gespeist, die hinsichtlich ihrer Daten nicht stabilisiert sein muß, da Instabilitäten durch die im Register enthaltene Wertetabelleausgeglichen werden. In dem Register sind Wertepaare abgelegt, die, bezogen auf die Wertigkeit des Binärwortes am Ausgangdes Analog-Digital-Umsetzers, eindeutig auf eine Stufenwahl ''as Schaltwerkes schließen lassen. Toleranzen und

Störspannungon werden durch die Toleranztabelle ignoriert. Janeben wird mit der Zeitgeberschaltung der Auswerteschaltung

die aktuelle Zeit zugeführt. Ändert der Stufenschalter seine Stellung, so wird dem zweiten Register ein Datensatz übergeben, derden Schaltaugenblick, die zum Schaltaugenblick anliegenden Stromstärken und die Schalterstellung enthält. Der Inhalt, der ein

Betriebstagebuch des Transformators ist, kann dann ausgewertet werden. Ist an die Auswerteschaltung ein weiterer Sensor über einen weiteren Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen, kann der Zustand

des Kühlmediums im Stufenschaltwerk bestimmt werden.

Mit einem Steuerausgang können über eine Datenübertragungsschaltung Signale abgegeben werden, die den Betriebszustand

des Stufenschaltwerkes repräsentieren.

Die erfindungsgemäße Lösung kann nachträglich an Stufenschaltwerke angebaut werden, da sie auch diesen Fall berücksichtigt. Eine Auswerteschaltung kann die Daten mehrerer Schaltungen, jeweils bestehend aus Stufenschaltwerk, Spannungsteiler, Quelle, Analog-Digital-Wandler und Register, erfassen und verarbeiten.

Ausführungsbeispiel In der Zeichnung zeigen

rig. 1: eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Betriebszustandes von Stufenschaltwerken

von Transformatoren und Fig. 2 u. 3: weitere Schaltungsanordnungen.

In einem Stufenschaltwerk 1 ist ein Spannungsteiler 2 vorhanden, der an eine Spannungsquelle 3.1 angeschlossen ist. Der Abgriff 4 ist herausgeführt und liegt an dem Eingang des Analog-Digital-Umsetzers S, dem ein Register 6 nachgeschaltet ist. An den Ausgang des Registers 6 ist ein Datenbus 7 angeschlossen, dem sine Anzeigeschaltung 8 und eine Auswerteschaltung 9 mit einem Steuerausgang 10 zugeordnet sind. Außerdem ist an den Datenbus 7 eine Zeitgeberschaltung 12 und ein zweites Register 11 angeschlossen.

Wenn das Stufenschaltwerk 1 seine Stellung ändert, so ändert sich auch die Stellung des Abgriffs 4. Der Teiler 2 wird von einer Spannungsquelle 3 gespeist, die hinsichtlich ihrer Daten nicht stabilisiert sein muß, da Instabilitäten durch die im Register 6 enthaltene Wertetabelle ausgeglichen werden. Somit ist die Spannung am Abgriff 4 ein Maß für das Teilerverhältnis und Repräsentant für die Stellung der Schalter im Schaltwerk 1. Allerdings ist die Spannung mit den Toleranzen behaftet, die durch die Toleranz der Widerstände der Last am Abgriff 4 und durch elektromagnetische Störer hervorgerufen wird. Diese Spannung wird mittels Analog-Digital-Umsetzer 5 digitalisiert. Die Wertigkeit des Binärwortes am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers entspricht der Spannung am Abgriff 4. In dem Register 6 sind Wertepaare abgelegt, die, bezogen auf die Wertigkeit des Binärwortes am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 5, eindeutig auf eine Stufenwahl des Schalterwerkes 1 schließen lassen. Wenn z. B. die Spannung am Abgriff 4 für die Stellung ,5" des Schaltwerkes 5,0V... 5V... 5,25V annehmen kann, was einem Binärwort von #7 A... # 7 F... #84 entsprechen würde, so wird der Ausgang des Registers dann stets auf einen Wert weisen, der einer „5" entspricht und .iom>t eindeutig die Schalterstellung ausweist. Toleranzen und Störspannungen werden durch die Toleranztabelle ignoriert.

Die Ausgangsgröße des Registers wird direkt zur Anzeige gebracht und der Auswerteschaltung 9 zugeführt, die Grenzbereiche der Schalterstellungen meldet und über einen Ausgang 10 einer weiteren Verarbeitung zuführt. Die Wirkung der Register wird im folgenden Ausführungsbeispiel erläutert.

In einem weiteren, in der Praxis sinnvollen Ausführungsbeispiel ist an den Datenbus 7 ein zweiter Analog-Digital-Umsetzer 13 angeschlossen, der seinerseits mit einem Stromsensor 14 verbunden ist.

Mit dem Stromsensor 14, der je nach Erfordernis auch in vielfacher Ausführung angeordnet sein kann, werden die Eingangs- und/oder die Ausgangsströme des Transformators erfaßt. Daneben wird mit der Zeitgeberschaltung 12 der Auswerteschaltung 9, die aktuelle Zeit (Sekunde, Minute, Stunde, Tag, Monat, Jahr) zugeführt. Ändert der Stufenschalter 1 nun seine Stellung, was letztlich einer Änderung der Ausgangsvariablen des ersten Registers 6 entspricht, so wird, organisiert durch die Auswerteschaltung 9 dem zweiten Register 11 ein Datensat·; zugeführt, der den Schaltaugenblick, die zum Schaltaugenblick anliegenden Stromstärken und die Schalterstellung enthält. Dieses zweite Register ist ein EPROM oder ein EERCM, der die Daten nichtflüchtig speichert. Nach einer bestimmten Zeit, die von der Speichertiefe des zweiten Registers 11 bestimmt ist, wird der Speicher gewechselt. Der Inhalt, der oin Betriebstagebuch des Transformators ist, wird ausgewertet. Die Auswerteschaltung organisiert auch bei Ausfall der Hilfsenergie und Wiedereinschaltung die noch voi handene Speichertiefe des zweiten Registers 11, und kann somit die nun wieder anfallenden Werte hinter die vor dem Hilfsenergieausfall gespeicherten Werte einlesen.

In einem dritten Ausführungsbeispiel ist an den Datenbus 7 zusätzlich ein weiterer Analog-Digital-Umsetzer 16 angeschlossen, der seinerseits mit einem Wasserstoffsensor 15 verbunden ist. Mit diesem Sensor wird der Zustand des Kühlmediums des Slufenschalterwerkes bestimmt und wie beschrieben im Register 11 zusätzlich erfaßt.

Vorteile der Erfindung sind, daß unabhängig von den exakten Daten des Teilers, der Quelle und der Daten des Instrumentes, sicher und unbeeinflußt von elektromagnetischen Störungen die Stellung des Schalters im Schaltwerk angezeigt wird. Dadurch ist eine eindeutige Kennzeichnung der Schalterstellung möglich. Für den Betrieb des Transformators und zur Netzführung sind dadurch wesentliche Kenngrößen ableitbar. Die Lösung gewährleistet zugleich die Einbindung gewonnener Daten in ein automatisches A jswertesystem.

Die Verfügbarkeit des Transformators kann erhöht werden, wodurch Verringerung der Transformatorreserve, Einsparung von Investitionen bzw. ein effektiverer Energietransport möglich sind. Durch eine bessere Nutzung der dem Transformator innewohnenden Reserven hinsichtlich Überlastbarkeit und Kurzschlußfestigkeit können Havariesituationen besser beherrscht werden. Der personelle Aufwand kann durch Verringerung des Uberwachungs- und Wartungsaufwand gesenkt werden. Es ist auch möglich sonst notwendige Abschaltungen zu vermeiden, wodurch Folgeschäden in der Volkswirtschaft vermieden werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Betriebszustandes von Stufenschaltwerken von Transformatoren mittels eines elektrischen Spannungsteilers, dessen Teilerfaktor als Repräsentant für die Stellung des Schaltwerkes dient, einer Quelle, die dem Spannungsteiler zugeordnet ist, sowie einem Analog-Digital-Umsetzer, gekennzeichnet dadurch, daß der Abgriff (4) des Spannungsteilers (2) an den Analog-Digital-Umsetzer (5) geschaltet ist, welcher über ein erstes Register (6), in dem Werte zur eindeutigen Zuordnung des Ausgangssignals vom Analog-Digital-Umsetzer (5), bezogen auf die Stellung des Stufenschaltwerkes, gespeichert sind, mit einer Auswerteschaltung (9) verbunden ist, die an ein zweites Register (11) und eine Zeitgeberschaltung (12) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Auswerteschaltung (9) an einen zweiten Analog-Digital-Umsetzer (13) angeschlossen ist, welcher mit mindestens einem Stromsensor (14) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Auswerteschaltung an einen weiteren Analog-Digital-Umsetzer (16) angeschlossen ist, welcher mit mindestens einem Sensor (15) zur Analyse des Zustandes des Kühlmediums des Stufenschaltwerkes verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Auswerteschaltung einen Steuerausgang (10) aufweist, der an eine Datenübertragungsschaltung angeschlossen ist.