PL243362B1 - Układ pomiarowy umożliwiający diagnostykę on-line izolatorów przepustowych - Google Patents

Abstract

Diagnostyka on-line izolatorów  przepustowych L1, L2, L3 transformatorów wysokiego napięcia TWN bazuje na punktach pomiarowych P na izolatorach i kołnierzach K. Wynalazek dotyczy rozwiązania Układu Pomiarowego UP. Punkty pomiarowe P izolatorów L1, L2, L3 są połączone z początkami uzwojeń pierwotnych (1) transformatorków pomiarowych T1, T2, T3, a końce uzwojeń (1) są zwarte i są połączone z kołnierzem K. Uzwojenia wtórne (2) transformatorków T1, T2. T3 są połączone szeregowo, a wyjście sumaryczne z uzwojeń (2) jest włączone do Systemu Pomiarowego i Zabezpieczającego Transformatora SPiZTWN. W systemie SPiZTWN jest mierzone napięcie sumaryczne uzwojeń (2) bądź wyjście sumaryczne jest zwarte i mierzony jest prąd. Wyjścia każdego z uzwojeń wtórnych (2) transformatorków T1, T2, T3, są włączone do systemu SPiZTWN, gdzie mierzony jest prąd bądź napięcie każdego z uzwojeń (2) i prąd bądź napięcie sumaryczne. Na wejściu uzwojeń (1), między punkty pomiarowe P i K, są włączone rezystory R, przy czym rezystory R mogą mieć trzecie wyprowadzenie P1 i w tym przypadku skrajne zaciski rezystorów R są połączone z punktami P-K na izolatorze, a końce uzwojeń (1) są połączone z punktami P1-K. Transformatorek pomiarowy T z rdzeniem jednooczkowym jest jeden na którym są umieszczone cztery uzwojenia, początki trzech uzwojeń (1) są połączone z punktami pomiarowymi P izolatorów L1, L2, L3 bądź zaciskami P1 na rezystorach R, a końce tych  uzwojeń (1) są zwarte i są połączone z kołnierzem K, przy czym czwarte uzwojenie (2) jest pomiarowe, a wyjście z tego uzwojenia (2) jest włączone do systemu SPiZTWN, gdzie mierzone jest napięcie na uzwojeniu (2) bądź uzwojenie (2) jest zwarte i mierzony jest prąd uzwojenia (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiarowy umożliwiający diagnostykę on-line izolatorów przepustowych wysokiego napięcia poprzez które są wprowadzone przewody z uzwojeń transformatora.

Izolatory przepustowe wysokiego napięcia WN są zabudowane na transformatorach blokowych i transformatorach rozdzielczych i są elementami transformatorów. Rdzeń izolacyjny jest papierowoolejowy i składa się z n warstw papierowych nawiniętych na rurce metalowej. W standardowym wykonaniu każda warstwa izolacyjna ma kilka milimetrów grubości papieru nasyconego olejem transformatorowym. Między warstwami papieru są powierzchnie ekwipotencjalne, najczęściej folia aluminiowa. Liczba warstw papieru zależy od napięcia izolatora. W izolatorach na napięcie 400 kV liczba warstw wynosi około 60. Rdzeń izolacyjny jest umieszczony w osłonie porcelanowej. Na osłonie porcelanowej jest umieszczony kołnierz żeliwny K do zamocowania izolatora na kadzi transformatora. Z pierwszej powierzchni ekwipotencjalnej, licząc od kołnierza, jest wyprowadzony punkt pomiarowy P.

W stanie pracy transformatora na izolatorze jest napięcie fazowe U transformatora. Napięcie między punktem pomiarowym P i kołnierzem K jest odpowiednio niższe i wynosi Up. Pomiary diagnostyczne on-line izolatorów bazują na napięciu Up, a parametrem diagnostycznym on-line jest współczynnik stratności tgδ. Pomiar tgδ nie wskazuje poprawnie stanu technicznego rdzenia izolatora, gdyż kąt δ nie jest mierzony między napięciem U na rdzeniu izolacyjnym i prądem upływu Ip izolatora. W izolatorach przepustowych o dobrym stanie technicznym współczynnik stratności tgδ « (0,1^0,2) 10^-2, co odpowiada kątowi δ kilkanaście minut. Ponadto przy zwarciu kilku warstw izolacyjnych pojemność układu izolacyjnego C wzrasta, a rezystancja R maleje, tgδ = ®CR « constans (dla parametrów C i R połączonych szeregowo).

W publikacjach (np. Kazimierski M., Olech W.: Diagnostyka techniczna i monitoring transformatorów, Energopomiar-Elektryka Sp. z o.o., Gliwice 2013, ISBN 978-83-916040-5-2; Łukaszewski J.: Uszkodzenia izolatorów zagrożeniem dla transformatora i otoczenia, BOT Elektrownia Bełchatów, www.igeos.pl/doc/2007/11/, 2015 r.) wykazano, że układy pomiarowe diagnostyki izolatorów przepustowych WN bazujące na pomiarze tgδ nie są w stanie wykryć uszkodzeń wewnętrznych izolacji papierowej.

Znane są także patenty: US 3.710.242 A, GB 1 316 015 A, PL 235587 układów do diagnostyki i wykrywania uszkodzeń izolatorów przepustowych wysokiego napięcia, bazują one bezpośrednio na pomiarze napięcia Up i są także desygnowane do pomiarów on-line tgδ bądź prądu upływu Ip w czasie pracy transformatora.

W eksploatacji transformatorów blokowych i rozdzielczych istnieje problem kiedy wymienić izolatory WN. Większość transformatorów pracuje 30 i więcej lat. Właściciel transformatora powinien wiedzieć czy izolatory są dobre i nie stanowią zagrożenia pożarowego transformatora. Pomiary współczynnika tgδ nie są wiarygodną informacją. Ponadto pomiar jest robiony na napięciu Up, które jest galwanicznie połączone, poprzez pojemność izolatora C, z wysokim napięciem U transformatora, co samo w sobie nie jest bezpieczne dla pomiarów on-line.

Celem wynalazku jest przedstawienie układu pomiarowego umożliwiającego diagnostykę on-line izolatorów przepustowych WN, aby izolatory z uszkodzoną izolacją papierowo-olejową nie stwarzały zagrożenia pożarowego transformatora, lecz mogły być odpowiednio wcześniej wymienione na nowe.

Układ pomiarowy umożliwiający diagnostykę on-line izolatorów przepustowych L1, L2, L3 transformatorów wysokiego napięcia Twn jest włączony do Systemu Pomiarowego i Zabezpieczającego Transformatora SPiZTwN. Układ pomiarowy według wynalazku składa się z trzech transformatorków T1, T2, T3 dwu-uzwojeniowych bądź z jednego transformatorka T cztero-uzwojeniowego. Początki uzwojeń pierwotnych transformatorków pomiarowych T1, T2, T3 są połączone z punktami pomiarowymi P na izolatorach L1, L2, L3, a końce uzwojeń są zwarte i są połączone z kołnierzem K. Uzwojenia wtórne transformatorków T1, T2, T3 są połączone szeregowo, a wyjścia każdego z uzwojeń jest włączone do SPiZTwN i mierzone są napięcia każdego z uzwojeń wtórnych i napięcie sumaryczne bądź wyjście sumaryczne jest zwarte i mierzony jest prąd.

Gdy transformatorek pomiarowy T z rdzeniem jednooczkowym jest jeden na którym są umieszczone cztery uzwojenia, początki trzech uzwojeń są połączone z punktami pomiarowymi P izolatorów L1, L2, L3 a końce tych uzwojeń są zwarte i są połączone z kołnierzem K, przy czym czwarte uzwojenie jest pomiarowe, a wyjście z tego uzwojenia jest włączone do SPiZTwN, gdzie mierzone jest napięcie na uzwojeniu bądź uzwojenie jest zwarte i mierzony jest prąd uzwojenia.

W obydwóch układach na wejściu uzwojeń, między punkty pomiarowe P i K, mogą być włączone rezystory R, przy czym rezystory R mogą mieć trzecie wyprowadzenie P1 i w tym przypadku skrajne zaciski rezystorów R są połączone z punktami P-K na izolatorach L1, L2, L3, a końce uzwojeń są połączone z punktami P1-K.

Wynalazek jest objaśniony na rysunkach na których przedstawiono układy pomiarowe umożliwiające diagnostykę on-line transformatorów Twn: fig. 1 schemat blokowy układu, fig. 2 układ pomiarowy z trzema transformatorkami pomiarowymi T1, T2, T3 dwuuzwojeniowymi, fig. 3 na końcówki uzwojeń pierwotnych transformatorów T1, T2, T3 są włączone rezystory R, fig. 4 uzwojenia wtórne transformatorków T1, T2, T3 są połączone z SPiZTWN, fig. 5 transformatorek pomiarowy T czterouzwojeniowy na rdzeniu jednooczkowym, fig. 6 na końcówki uzwojeń pierwotnych transformatorka pomiarowego T są włączone rezystory R, fig. 7 rezystory R mają trzecią końcówkę potencjometryczną P1 do której są przyłączone początki uzwojenia pierwotnego transformatorka T.

Na rysunku fig. 1 przedstawiono schemat blokowy układu pomiarowego umożliwiającego diagnostykę on-line transformatora olejowego wysokiego napięcia Twn. Schemat ten obejmuje trzy bloki: Transformator Twn z zabudowanymi na kadzi izolatorami L1, L2, L3 przepustowymi WN, Układ Pomiarowy UP i System Pomiaru i Zabezpieczeń Transformatora SPiZTwN. Izolatory przepustowe L1, L2, L3 w transformatorach olejowych są zabudowane na kadzi i są elementami transformatora. W transformatorach trójfazowych są trzy izolatory wysokiego napięcia i trzy izolatory dolnego napięcia. Wynalazek dotyczy Układu Pomiarowego UP on-line izolatorów WN np. 400 kV współpracującego z SPiZTwN. Każdy izolator ma trzy dostępne punkty:

• przyłącze wysokiego napięcia jest to punkt A (oznaczany w energetyce I), • potencjał elektryczny pierwszej warstwy ekwipotencjalnej licząc od kołnierza jest to punkt pomiarowy P (oznaczany w energetyce II) i • kołnierz jest to punkt pomiarowy K (oznaczany w energetyce III).

W czasie pracy transformatora punkt A jest pod wysokim napięciem U i w pomiarach diagnostycznych on-line nie może być wykorzystany. Pomiary diagnostyczne on-line są możliwe tylko między punktami P-K, a diagnozować należy cały izolator, czyli między punktami A-K.

Diagnostyka on-line jest możliwa jeśli między punkty P-K jest włączona niewielka impedancja Z (korzystnie rezystancja R = Z) wielokrotnie mniejsza od impedancji Zp izolatora między punktami P-K. Jeśli Z << Z p to prąd Ip płynący przez impedancję Z jest prądem upływu izolatora. Degradacja izolacji papierowej polega na zwęglaniu wewnętrznych warstw papieru przez wyładowania niezupełne. Warstwy zwęglone powodują zmniejszenie rezystancji i wzrost pojemności rdzenia izolacyjnego, czyli zmniejszenie impedancji między punktami A-P i wzrost prądu upływu lp. Wynalazek przedstawia rozwiązania Układu Pomiarowego UP, który śledzi równocześnie on-line, w czasie pracy transformatora Twn, prąd upływu lp trzech izolatorów przepustowych L1, L2, L3 i na tej podstawie SPiZTwN ocenia stan techniczny izolatorów. Takie samo uszkodzenie równoczesne trzech izolatorów L1, L2, L3 nie zdarza się, stąd uszkodzenie jednego z nich układ diagnostyczny zarejestruje.

Układ Pomiarowy UP przedstawiony na rysunku fig. 2 składa się z trzech transformatorków pomiarowy T1, T2, T3 dwuuzwojeniowych. Uzwojenia pierwotne 1 transformatorków T1, T2, T3 korzystnie są połączone w gwiazdę. Początki uzwojenia 1 są połączone z punktami P izolatorów L1, L2, L3, a punkt wspólny uzwojeń 1 jest połączony z kołnierzem K jednego z izolatorów, gdyż wszystkie kołnierze mają potencjał kadzi na której są umocowane. Uzwojenia wtórne 2 transformatorków T1, T2, T3 są połączone szeregowo, a końcówki są przyłączone do SPiZTwN. W systemie SPiZTwN wykonywany jest pomiar sumarycznego napięcia U'^p, jest to stransformowane sumaryczne napięcie między punktami P-K. W izolatorach dobrych napięcie U^p « 0, a gdy jeden z izolatorów jest uszkodzony to U^p > 0. W systemie SPiZTwN końce uzwojeń 2 mogą być zwierane i wówczas mierzony jest sumaryczny prądu upływu po transformacji Ip, gdy izolatory są dobre to I^p« 0, a gdy jeden z izolatorów jest uszkodzony to I p > 0.

Rozwiązania układu pomiarowego UP przedstawione na rysunkach fig. 3 i fig. 4 są modyfikacją rozwiązania z rysunku fig. 2. Na rysunku fig. 3 po stronie pierwotnej uzwojenia 1 transformatorków pomiarowych T1, T2, T3 są włączone rezystory R. Przez rezystory R płynie prąd lp i spadek napięcia na rezystorach jest połączony z uzwojeniami 1 transformatorków T1, T2, T3. Na rysunku fig. 4 uzwojenia wtórne 2 transformatorków pomiarowych nie są połączone, lecz wszystkie końce uzwojeń 2 transformatorków T1, T2, T3 są wyprowadzone do SPiZTwN i w systemie SPiZTwN jest rozwiązany pomiar napięć U^fiL bądź prądów I'^l każdego z izolatorów L1, L2, L3 i obliczane jest sumaryczne napięcie U'<φ bądź sumaryczny prąd I ^. Sygnały pomiarowe są galwanicznie oddzielone od napięcia izolatora.

Na rysunkach fig. 5, fig. 6 i fig. 7 skomasowano rdzenie transformatorków pomiarowych w jeden rdzeń jednooczkowy T. Na rdzeniu T są cztery uzwojenia, trzy z nich są uzwojeniami pierwotnymi 1, a jedno jest wtórne 2. W tym rozwiązaniu sumowane są siły magnetomotoryczne trzech uzwojeń pierwotnych 1 umieszczonych na rdzeniu T. Uzwojenia pierwotne 1 są połączone w gwiazdę. Początki uzwojeń 1 są połączone z punktami P na izolatorach L1, L2, L3, a punkt wspólny gwiazdy jest połączony. 2 kołnierzem K. Końcówki uzwojenia wtórnego są wprowadzone do systemu SPiZTWN. Na rysunku fig. 6 na zaciskach uzwojeń pierwotnych 1 transformatorka pomiarowego są włączone rezystory R, a na rysunku fig. 7 rezystory R mają trzecie wyprowadzenie P1 i w tym przypadku skrajne zaciski rezystorów R są połączone z punktami P-K na izolatorach L1, L2, L3, a końcówki uzwojeń 1 są połączone z punktami P1-K.

Układ pomiarowy umożliwiający diagnostykę on-line izolatorów przepustowych L1, L2, L3 zabudowanych na transformatorach wysokiego napięcia Twn, według wynalazku, rozwiązuje problem równoczesnego pomiaru trzech napięcia między punktami P-K bądź prądu upływu Ip tych izolatorów i ich sumy. Układ pomiarowy, składa się z trzech transformatorków pomiarowych T1, T2, T3, bądź jednego transformatorka pomiarowego T. Sygnały pomiarowe napięcia lub prądu, pozyskiwane on-line z trzech izolatorów L1, L2, L3 równocześnie są transformowane i przesyłane do System SPiZTWN. W systemie SPiZTWN stan techniczny izolatorów jest sygnalizowany lampkami: zielona, żółta, czerwona. Sygnały pomiarowe z uzwojeń wtórnych są galwanicznie separowane od wysokiego napięcie U izolatorów. Układ pomiarowy UP, zainstalowany na trzech izolatorach L1, L2, L3 transformatora Twn blokowego i rozdzielczego, rozwiązuje problem ich diagnostyki on-line. Izolatory z uszkodzoną izolacją papierowoolejową są identyfikowane i przy najbliższym postoju bloku elektroenergetycznego mogą być wymienione na izolatory nowe.

Claims (3)

1. Układ pomiarowy umożliwiający diagnostykę on-line izolatorów przepustowych L1, L2, L3 transformatorów wysokiego napięcia Twn, przy współpracy z Systemem Pomiarowym i Zabezpieczającym Transformatora SPiZTwN, jest znamienny tym, że składa się z trzech transformatorków pomiarowych T1, T2, T3 dwuuzwojeniowych w których początki uzwojeń pierwotnych (1), są połączone z punktami pomiarowymi P izolatorów L1, L2, L3 a końce uzwojeń (1) są zwarte i są połączone z kołnierzem K, natomiast uzwojenia wtórne (2) transformatorków T1, T2, T3 są połączone szeregowo, a wyjścia każdego z uzwojeń (2) i wyjście sumaryczne z uzwojeń (2) są włączone do SPiZTwN, przy czym w SPiZTwN mierzone są napięcia każdego z uzwojeń (2) i napięcie sumaryczne uzwojeń (2) bądź wyjście sumaryczne jest zwarte i mierzony jest prąd.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jest jeden transformatorek pomiarowy T z rdzeniem jednooczkowym na którym są umieszczone cztery uzwojenia, początki trzech uzwojeń (1) są połączone z punktami pomiarowymi P izolatorów L1, L2, L3 a końce tych uzwojeń (1) są zwarte i są połączone z kołnierzem K, przy czym czwarte uzwojenie (2) jest pomiarowe, a wyjście z tego uzwojenia (2) jest włączone do SPiZTwN, gdzie mierzone jest napięcie na uzwojeniu (2) bądź uzwojenie (2) jest zwarte i mierzony jest prąd uzwojenia (2).

3. Układ według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że między punkty pomiarowe P i K na izolatorach L1, L2, L3 są włączone rezystory R, przy czym rezystory R mają trzecie wyprowadzenie P1 i końcówki uzwojeń (1) są połączone z punktami P1-K.