RU2646863C1

RU2646863C1 - Method of reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of the transformer

Info

Publication number: RU2646863C1
Application number: RU2017102129A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Петрович Муссонов
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-03-12

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: field of application: electrical engineering. Transformer has one or several secondary windings located on magnetic cores of different cross-section. Method includes the preliminary construction and recording in the memory of the device of the dependences of the effective value of the primary signal I, constructed from n measurements or from the effective value of the secondary signal A_d1 winding, located on a magnetic circuit of one section, or from the effective value of the secondary signal A_d2 winding located on a magnetic circuit of other section, or from acting values of signals of two secondary windings A_d1 and A_d2.Determination of the real values of the primary signal I of the transformer are determined in operation by fixing k times during the period T and at each current time t_i, i = 1, 2, …, k, t_i= t_i-1+ Δt, where Δt is the sampling interval, Δt = T / k, the instantaneous value of the output signal a_j(t_i) from one, for j = 1, or from the other, at j = 2, the secondary windings of the transformer, varying in time t_i by harmonic dependence, the current effective value A_dji output signal of the j secondary winding, and the exact value of the primary signal I_i transformer at time t_i, necessary for measurement purposes, control and relay protection, are found by the previously recorded in the device memory the dependence of the effective value of the primary signal I from the current effective value of the secondary signal A_dj corresponding to the j secondary winding.

EFFECT: technical result is a decrease in the error and an increase in the range of the exact determination of the primary signal of the transformer.

1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологиям с использованием электрооборудования, установленного на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть применено во всех трансформаторах, например напряжений и токов, выходной сигнал которых искажен из-за нелинейного характера кривой намагничивания магнитопроводов трансформатора по причине насыщения.The invention relates to electrical engineering, in particular to technologies using electrical equipment installed in power plants and substations in power generation, transmission and consumption systems, and can be used in all transformers, for example, voltages and currents, the output signal of which is distorted due to non-linear nature magnetization curve of transformer magnetic cores due to saturation.

Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. – М.: ПАТЕНТ, 2008, с. 97], так как позволяет снизить погрешность и увеличить диапазон точного определения реальных значений первичного сигнала трансформатора, как основного источника информации о текущем состоянии электроэнергетического объекта, используемого для целей измерения, управления и релейной защиты этого объекта.The claimed invention relates to a priority area of development of science and technology "Technologies for creating energy-saving systems for transportation, distribution and consumption of heat and electricity" [Alphabetical index to the International Patent Classification in priority areas of science and technology / Yu.G. Smirnov, E.V. Skidanova, S.A. Krasnov. - M.: PATENT, 2008, p. 97], since it allows to reduce the error and increase the range of accurate determination of the real values of the primary signal of the transformer, as the main source of information about the current state of the electric power facility used for the measurement, control and relay protection of this facility.

Учитывая, что в основном информация о состоянии объектов электроэнергетики содержится в изменении тока, так как значения напряжения фиксированы и согласно [ГОСТ 32144. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации. Протокол №55-П от 25 марта 2013 г. Дата введения 01.07.2014] могут колебаться в диапазоне не более чем ±10% от номинального значения, то актуальней рассматривать трансформаторы тока, первичный сигнал которых во время эксплуатации изменяется от нулевых значений до пусковых токов и токов короткого замыкания.Considering that basically information about the state of electric power facilities is contained in a change in current, since the voltage values are fixed and in accordance with [GOST 32144. Electric energy quality standards in general power supply systems. Adopted by the Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification. Protocol No. 55-P dated March 25, 2013, the date of introduction of July 1, 2014] can fluctuate in the range of no more than ± 10% of the nominal value, then it is more relevant to consider current transformers whose primary signal during operation changes from zero values to inrush currents and short circuit currents.

Предел допускаемой погрешности трансформатора тока для выходного сигнала, согласно [ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия. Принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации. Протокол №20 от 1 ноября 2001 г. Дата введения - 01.01.2003. Далее по тексту ГОСТ 7746-2001], при номинальном первичном токе составляет ±1% или ±3%, а при токе номинальной предельной кратности составляет 5% или 10%, соответственно для классов точности 5Р или 10Р. В основном в эксплуатации находятся трансформаторы тока класса точности 10Р, так как они обеспечивают потребности релейной защиты по точности и их стоимость ниже. Способы уменьшения погрешности и увеличения диапазона точного определения первичного сигнала трансформаторов тока, предлагаемые в данной заявке на изобретение, относятся к трансформаторам тока любого класса точности.The margin of error of the current transformer for the output signal, according to [GOST 7746-2001. Current transformers. General specifications. Adopted by the Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification. Minutes No. 20 dated November 1, 2001. The introduction date is January 1, 2003. Further, according to GOST 7746-2001], at a rated primary current it is ± 1% or ± 3%, and at a current of the maximum rated magnitude it is 5% or 10%, respectively, for accuracy classes 5P or 10P. Mostly in operation are current transformers of accuracy class 10P, since they provide the needs of relay protection in accuracy and their cost is lower. Ways to reduce the error and increase the range of accurate determination of the primary signal of current transformers, proposed in this application for the invention, relate to current transformers of any accuracy class.

Таким образом, погрешности трансформаторов нормированы ГОСТ 7746-2001, в которым также указаны интервалы в процентах от номинального значения, в которых гарантируется данная погрешность измерения первичного сигнала. Причина погрешности выходного сигнала трансформатора, а также причина сужения диапазона точного определения первичного сигнала трансформаторов тока, заключается в искривления кривой намагничивания вследствие насыщения магнитопровода трансформатора (электротехнической стали). Обычно трансформатор тока имеет несколько независимых магнитопроводов, на которых расположены гальванически не связанные обмотки, одна из которых используется для целей измерения, другая - для релейной защиты.Thus, the errors of the transformers are normalized by GOST 7746-2001, which also indicates the intervals as a percentage of the nominal value in which this error of measurement of the primary signal is guaranteed. The reason for the error of the transformer output signal, as well as the reason for narrowing the range of accurate determination of the primary signal of the current transformers, is the curvature of the magnetization curve due to saturation of the transformer magnetic circuit (electrical steel). Typically, a current transformer has several independent magnetic cores on which galvanically unconnected windings are located, one of which is used for measurement purposes, and the other for relay protection.

Формально, уменьшение погрешности и увеличение диапазона точного определения первичного сигнала трансформаторов тока, в условиях аналоговой техники - хоть и непростая, но решаемая задача (тем не менее, автору не удалось найти комплексного решения этой задачи аналоговыми средствами). Видимо поэтому с целью упрощения конструкции и облегчения эксплуатации, в прошлом веке решили и отразили это в ГОСТ 7746-2001, что трансформатор тока должен обеспечивать требуемую погрешность ±10% только при токе номинальной предельной кратности, то есть в точке, близкой к расчетному значению токов короткого замыкания. И железо магнитопровода трансформатора работает в режиме близком к насыщению. Это отражено в многочисленной литературе, посвященной конструкции и принципу действия трансформаторов тока, например, стр. 20-21 в книге [Вавин В.Н. Трансформаторы тока. - М. - Л., Энергия, 1966 г., 104 с. с ил. - (Б-ка электромонтера: Вып. 203)]. В этой же книге на стр. 11 рис. 5 приведен вид кривой намагничивания или, другими словами, вид вольтамперной характеристики трансформатора. Этот источник принят за аналог, в котором используется реальная кривая намагничивания трансформатора.Formally, reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of current transformers, under the conditions of analog equipment, is a difficult but solvable task (nevertheless, the author was unable to find a comprehensive solution to this problem by analog means). Apparently, therefore, in order to simplify the design and facilitate operation, in the last century it was decided and reflected in GOST 7746-2001 that the current transformer should provide the required error of ± 10% only at a current of rated maximum multiplicity, that is, at a point close to the rated current value short circuit. And the iron of the magnetic core of the transformer works in near saturation mode. This is reflected in the numerous literature on the design and operation principle of current transformers, for example, pp. 20-21 in the book [Vavin V.N. Current transformers. - M. - L., Energy, 1966, 104 p. with silt. - (Used electrician: Issue 203)]. In the same book on page 11 fig. Figure 5 shows a view of the magnetization curve or, in other words, a view of the current-voltage characteristic of a transformer. This source is taken as an analogue in which a real transformer magnetization curve is used.

Признаком этого аналога, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является построение зависимости вторичного сигнала любой из обмоток от первичного сигнала, то есть построение реальной кривой намагничивания трансформатора. Использование реальной кривой намагничивания трансформатора дает следующие преимущества по сравнению с моделью трансформатора. Во-первых, учитываются все конструктивные особенности данного трансформатора (взаимное расположение обмоток трансформатора, реальные потоки рассеяния и др.), во-вторых, реальная кривая намагничивания трансформатора сразу учитывает индуктивности обоих обмоток трансформатора и их взаимоиндукцию, наконец, в-третьих, учитывается относительная магнитная проницаемость конкретного материала сердечника со всеми его изменениями при изготовлении и сборке.A sign of this analogue, which coincides with the essential feature of the proposed method, is the construction of the dependence of the secondary signal of any of the windings on the primary signal, that is, the construction of a real magnetization curve of the transformer. Using a real transformer magnetization curve gives the following advantages over a transformer model. Firstly, all the design features of this transformer are taken into account (the relative position of the transformer windings, real scattering fluxes, etc.), secondly, the real magnetization curve of the transformer immediately takes into account the inductances of both transformer windings and their mutual induction, and thirdly, the relative magnetic permeability of a specific core material with all its changes in the manufacture and assembly.

Кроме того, построить реальную кривую намагничивания трансформатора можно более точно, так как согласно требованиям п. 9.5 Определение погрешности «ГОСТ 8.217-2003. Трансформаторы тока. Методика поверки» в эксплуатации осуществляется поверка трансформаторов тока во всем диапазоне первичных токов, и поэтому для увеличения точности первичный ток можно изменять с любым шагом, в том числе делая его более мелким в точках перегиба вольтамперной характеристики. Полученная таким образом зависимость вторичного напряжения от изменения первичного тока для конкретного трансформатора сохраняется в памяти прибора, например в виде таблицы.In addition, it is possible to construct a real magnetization curve of the transformer more accurately, since according to the requirements of clause 9.5, the determination of the error "GOST 8.217-2003. Current transformers. Verification technique ”in operation, current transformers are verified over the entire range of primary currents, and therefore, to increase the accuracy, the primary current can be changed at any step, including making it smaller at the inflection points of the current-voltage characteristics. The thus obtained dependence of the secondary voltage on the change in the primary current for a particular transformer is stored in the memory of the device, for example, in the form of a table.

Отличием от аналога является перемена осей координат, как это видно из фиг. 1. И хотя в памяти прибора все равно как расположена таблица, в реальной работе у нас есть только вторичный сигнал, который и является аргументом некоторой функции или исходной информацией для последовательности операций, с помощью которых определяется значение первичного сигнала.The difference from the analogue is the change of coordinate axes, as can be seen from FIG. 1. And although in the device’s memory it doesn’t matter how the table is located, in real work we have only a secondary signal, which is the argument of some function or initial information for the sequence of operations by which the value of the primary signal is determined.

Недостатками аналога является то, что в аналоге не ставится и не решается задача уменьшения погрешности и увеличения диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора.The disadvantages of the analogue is that the analogue does not pose and does not solve the problem of reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of the transformer.

Известен способ, реализованный в устройстве по изобретению «Устройство для компенсации погрешности одноступенчатого трансформатора тока» (патент RU 633085 М. Кл² H01F 40/06, Н02Н 3/28, Шуляк В.Г., Галкин А.И., Цыгулев Н.И., опубл. 15.11.1978), принятый за аналог, в котором реальную кривую намагничивания трансформатора тока моделируют нелинейным элементом, выполненным на операционных усилителях, и подбором конденсаторов, отражающих ход кривой намагничивания трансформатора тока.The known method implemented in the device according to the invention "Device for compensating for the error of a single-stage current transformer" (patent RU 633085 M. Cl ² H01F 40/06, Н02Н 3/28, Shulyak V.G., Galkin A.I., Tsygulev N. I., publ. 11/15/1978), adopted as an analogue in which the real magnetization curve of the current transformer is modeled by a nonlinear element made on operational amplifiers, and the selection of capacitors reflecting the course of the magnetization curve of the current transformer.

Признаком способа по патенту RU 633085, совпадающим с существенным признакам заявляемого способа, является только возможность уменьшения (компенсации) погрешности трансформатора, то есть только назначение способа.A sign of the method according to patent RU 633085, which coincides with the essential features of the proposed method, is only the possibility of reducing (compensating) the error of the transformer, that is, only the purpose of the method.

Недостатками аналога является то, что, во-первых, всякая модель однобока. Модель отражает только те особенности, которые она может решить, в ущерб другим, которые в данный момент не актуальны. Да, в лаборатории эта схема на выходе выдает сигнал, в какой-то степени похожий на кривую намагничивания трансформатора тока. Однако в эксплуатации, когда температура трансформатора тока изменяется от минус 50°С до плюс 50°С и выше, как поведут себя операционные усилители и конденсаторы и насколько точно будет отражаться ход кривой намагничивания авторы не исследуют. Во-вторых, из любого учебника теоретических основ электротехники, например, [Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1975, 753 с.], известно, что характер заряда и разряда конденсатора описывается экспоненциальной зависимостью. Кривая же намагничивания трансформатора тока на начальном участке имеет вид степенной зависимости, а затем представляется в виде двух прямых линий с разными углами наклона, плавно соединенных в точке перегиба, обусловленной насыщением электротехнической стали, и эта зависимость существенно отличается от экспоненциальной. Таким образом, точность моделирования хода кривой намагничивания трансформатора тока будет не высокой, и авторы ее не приводят.The disadvantages of the analogue is that, firstly, every model is one-sided. The model reflects only those features that it can solve, to the detriment of others that are currently not relevant. Yes, in the laboratory, this circuit outputs a signal that is somewhat similar to the magnetization curve of the current transformer. However, in operation, when the temperature of the current transformer changes from minus 50 ° С to plus 50 ° С and higher, the authors will not investigate how accurately the operation of the amplifiers and capacitors will reflect the course of the magnetization curve. Secondly, from any textbook on the theoretical foundations of electrical engineering, for example, [Zeveke G.V., Ionkin P.A., Netushil A.V., Strakhov S.V. Fundamentals of circuit theory. M .: Energia, 1975, 753 pp.], It is known that the nature of the charge and discharge of the capacitor is described by an exponential dependence. The magnetization curve of the current transformer in the initial section has the form of a power law, and then it is presented in the form of two straight lines with different slopes, smoothly connected at the inflection point due to the saturation of electrical steel, and this dependence differs significantly from exponential. Thus, the accuracy of modeling the course of the magnetization curve of the current transformer will not be high, and the authors do not give it.

Известен способ, реализованный в устройстве по изобретению «Компенсатор погрешности трансформатора тока» (патент RU 985877, М. Кл³ H10F 40/06, Н02Н 3/28, Ванин В.К., Мухин А.И., опубл. 30.12.1982), принятый за аналог, в котором также реальную кривую намагничивания трансформатора тока моделируют нелинейным элементами, выполненными на операционных усилителях. Это изобретение более совершенно по сравнению с предыдущем, так как введение цепей обратной связи позволяет компенсировать дрейф нуля усилителей, чем достигается устойчивость работы схемы и увеличение точности моделирования хода кривой намагничивания трансформатора тока. Схемно, в рамках другой модели, авторы учитывают влияние паразитных параметров трансформаторов тока, то есть активных и индуктивных сопротивлений обмоток, не измеряя их действительных значений, и также не анализируют точность замещения реальных значений расчетными.The known method implemented in the device according to the invention "Compensator of the error of the current transformer" (patent RU 985877, M. Cl ³ H10F 40/06, H2N 3/28, Vanin V.K., Mukhin A.I., published on 12.30.1982 ), adopted for the analogue, in which the real magnetization curve of the current transformer is also modeled by nonlinear elements made on operational amplifiers. This invention is more perfect compared to the previous one, since the introduction of feedback circuits allows you to compensate for the zero drift of the amplifiers, which ensures stability of the circuit and increase the accuracy of modeling the course of the magnetization curve of the current transformer. In the framework of another model, the authors take into account the influence of the parasitic parameters of current transformers, that is, the active and inductive resistances of the windings, without measuring their actual values, and also do not analyze the accuracy of replacing the real values with the calculated ones.

Признаком способа по патенту RU 985877, совпадающим с существенным признакам заявляемого способа, является возможность учета влияния паразитных параметров трансформаторов тока, то есть активных и индуктивных сопротивлений обмоток трансформатора.A sign of the method according to patent RU 985877, which coincides with the essential features of the proposed method, is the ability to take into account the influence of spurious parameters of current transformers, that is, the active and inductive resistances of the transformer windings.

Недостатками аналога по патенту RU 985877 также является, во-первых, использование моделей конкретного объекта, а не реальные данные измерения и последующей коррекции модели объекта на основе этих данных, получаемых от самого конкретного объекта, то есть трансформатора. Во-вторых, авторы также не исследуют точность модели, и не приводят изменения значений погрешности аналога по диапазону измеряемых токов.The disadvantages of the analogue according to patent RU 985877 is also, firstly, the use of models of a particular object, and not the actual measurement data and subsequent correction of the model of the object based on these data received from the particular object, that is, the transformer. Secondly, the authors also do not investigate the accuracy of the model, and do not cite changes in the values of the analog error in the range of measured currents.

У обоих способов-аналогов есть общий недостаток, касающийся реализации. Использование узко профилированных устройств, например, устройств компенсации погрешности или компенсаторов погрешности, кроме затрат на их изготовление, приводит к затратам и проблемам в эксплуатации. Прежде всего, эти устройства ухудшают показатели надежности в эксплуатации, так как известна зависимость уменьшения надежности при увеличении числа элементов системы. Всякое дополнительное оборудование требует решать вопросы его электроснабжения, организации сбора и передачи данных и др., а это увеличивает число единиц элементов. Кроме того, экономические показатели также играют не последнюю роль, новое оборудование требует затрат:Both analog methods have a common drawback regarding implementation. The use of narrowly profiled devices, for example, error compensation devices or error compensators, in addition to the costs of their manufacture, leads to costs and problems in operation. First of all, these devices worsen reliability indicators in operation, since the dependence of a decrease in reliability with an increase in the number of system elements is known. Any additional equipment requires solving the issues of its power supply, organization of data collection and transmission, etc., and this increases the number of units of elements. In addition, economic indicators also play an important role, new equipment requires costs:

- на его приобретение;- to purchase it;

- на его установку и наладку;- on its installation and commissioning;

- на обеспечение его электроэнергией и линией связи для передачи результатов измерения;- to provide it with electricity and a communication line for transmitting measurement results;

- на обслуживание в эксплуатации.- for maintenance in operation.

И эти затраты существенны (командировочные, горючее и т.д.), так как в основном энергетическое оборудование расположено вне населенных пунктов и далеко от главного офиса.And these costs are significant (travel expenses, fuel, etc.), since basically the power equipment is located outside the settlements and far from the main office.

Задачей изобретения является разработка простого и точного способа уменьшения погрешности и увеличения диапазона точного определения первичного сигнала трансформаторов. Современное оборудование, устанавливаемое на предприятиях электроэнергетического комплекса, является цифровым (есть документ, запрещающий установку не цифрового оборудования на вновь возводимых и реконструируемых сооружениях). Это означает, что не требуется дополнительных устройств, реализующего новые способы уменьшения погрешности первичного сигнала трансформаторов, так как все необходимые цифровые данные уже есть и доступны на серверах в системе управления, то есть уже оцифрованные и зафиксированные в виде массивов данных. Поэтому способ ориентирован на получение данных от обычных цифровых измерительных приборов, используемых для текущего измерения токов и/или напряжений, или цифровых аварийных регистраторов процессов, без использования дополнительного энергозатратного и дорогостоящего оборудования. Это позволяет в эксплуатации получить следующие результаты:The objective of the invention is to develop a simple and accurate way to reduce the error and increase the range of accurate determination of the primary signal of transformers. Modern equipment installed at the enterprises of the electric power complex is digital (there is a document prohibiting the installation of non-digital equipment in newly constructed and reconstructed structures). This means that no additional devices are required that implement new ways to reduce the error of the primary signal of transformers, since all the necessary digital data is already available and available on the servers in the control system, that is, already digitized and recorded as data arrays. Therefore, the method is focused on obtaining data from conventional digital measuring instruments used for current measurement of currents and / or voltages, or digital emergency process recorders, without the use of additional energy-consuming and expensive equipment. This allows the operation to obtain the following results:

- увеличить точность определения первичного сигнала трансформаторов при любом текущем значении сигнала в номинальных условиях;- increase the accuracy of determining the primary signal of transformers at any current signal value in nominal conditions;

- увеличить диапазон точного определения первичного сигнала, тем самым обеспечить точные значения первичного сигнала не только в номинальных условиях, но и по всему диапазону изменения первичных сигналов в аварийных условиях. Это особенно важно для получения информации о текущем состоянии электроэнергетического объекта, используемой для целей измерения, управления, релейной защиты этого объекта и определения точного места короткого замыкания или обрыва фазного провода линии электропередачи;- increase the range of accurate determination of the primary signal, thereby ensuring accurate values of the primary signal, not only in nominal conditions, but throughout the entire range of primary signals in emergency conditions. This is especially important for obtaining information about the current state of an electric power facility, used for the purposes of measuring, controlling, relaying this facility and determining the exact location of a short circuit or a broken phase wire of a power line;

- не увеличивать число элементов системы, тем самым улучшить показатели надежности и сократить возможные затраты.- not to increase the number of system elements, thereby improving reliability indicators and reduce possible costs.

Достигаемый технический результат заявляемого изобретения выражается в следующем:Achievable technical result of the claimed invention is expressed in the following:

- уменьшение погрешности и повышение точности определения первичного сигнала трансформатора, что, как следствие, способствует повышению качества управления электроэнергетическим объектом;- reducing the error and improving the accuracy of determining the primary signal of the transformer, which, as a result, improves the quality of control of the electric power facility;

- увеличение диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора за счет использования дополнительной информации как при его установке и периодических поверках путем записи в память прибора функции, обратной реальной кривой намагничивания трансформатора, так и в эксплуатации за счет использования вторичных сигналов от любой одной или одновременно от двух вторичных обмоток трансформатора;- increasing the range of accurate determination of the primary signal of the transformer by using additional information both during installation and periodic verification by writing to the instrument memory a function that is inverse to the real magnetization curve of the transformer, and in operation by using secondary signals from any one or simultaneously from two secondary transformer windings;

- повышение точности определения в эксплуатации достигается также за счет использования оцифрованной мгновенной информации, так как это позволяет в течение доли периода многократно определять значение первичного сигнала трансформатора одним или несколькими способами, что также путем осреднения позволяет уточнять значение первичного сигнала трансформатора, уменьшая его дисперсию (разброс мгновенных значений);- improving the accuracy of determination in operation is also achieved through the use of digitized instantaneous information, as this allows you to repeatedly determine the value of the transformer primary signal in one or more ways over a fraction of the period, which also allows you to refine the value of the transformer primary signal by averaging, reducing its dispersion (spread instantaneous values);

- увеличение быстродействия способа, так как, во-первых, результаты измерения и расчетов не нужно преобразовывать в цифровой вид, передавать по линиям связи и вводить в систему управления объектом, так как они там уже есть, и, во-вторых, при цифровой обработке информации действующие значения вторичных сигналов определяются с частотой дискретизации, то есть k раз в течение периода, что позволяет столько же раз вычислить значение первичного сигнала.- increasing the speed of the method, since, firstly, the results of measurements and calculations do not need to be converted to digital form, transmitted via communication lines and entered into the object management system, since they already exist there, and secondly, when digitally processed of information, the effective values of the secondary signals are determined with a sampling frequency, that is, k times during the period, which allows the value of the primary signal to be calculated as many times.

Технической целью изобретения является уменьшение погрешности и увеличение диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора, имеющего одну или несколько вторичных обмоток расположенных на магнитопроводах разного сечения, путем учета нелинейного характера кривой намагничивания, обусловленной насыщением магнитопровода трансформатора, что и является причиной искажения выходного сигнала трансформатора.The technical purpose of the invention is to reduce the error and increase the range of accurate determination of the primary signal of the transformer having one or more secondary windings located on the magnetic cores of different sections, by taking into account the nonlinear nature of the magnetization curve due to saturation of the transformer magnetic circuit, which is the reason for the distortion of the transformer output signal.

Поставленная цель достигается путем предварительного измерения и сохранения в памяти прибора зависимости первичного сигнала от значений вторичных сигналов одной или обеих обмоток трансформатора, и использования в эксплуатации мгновенной информации оцифрованных сигналов, полученных от одной или одновременно от двух вторичных обмоток этого трансформатора.This goal is achieved by preliminary measuring and storing in the memory of the device the dependence of the primary signal on the values of the secondary signals of one or both windings of the transformer, and using in operation instant information of digitized signals received from one or simultaneously from two secondary windings of this transformer.

Техническая сущность способа уменьшения погрешности и увеличения диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора, имеющего одну или несколько вторичных обмоток расположенных на магнитопроводах разного сечения, включающего предварительное измерение и запись в память прибора зависимостей, построенных по n измерениям, действующего значения первичного сигнала I либо от действующего значения вторичного сигнала A_д1 обмотки, расположенной на магнитопроводе одного сечения, либо от действующего значения вторичного сигнала Ад₂, обмотки, расположенной на магнитопроводе другого сечения, либо от некоторой функции одновременно обоих вторичного сигналов A_д1 и A_д2, а определение реальных значений первичного сигнала I трансформатора в эксплуатации осуществляют по текущей оцифрованной мгновенной информации от любой одной или одновременно от двух вторичных обмоток трансформатора с использованием записанной в памяти прибора взаимных зависимостей первичного сигнала от любого вторичного сигнала или от их некоторой функции.The technical essence of the method of reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of the transformer, having one or more secondary windings located on the magnetic cores of different sections, including preliminary measurement and recording in the memory of the device of dependences constructed from n measurements, the actual value of the primary signal I or the actual value secondary signal A _{d1 of the} winding located on the magnetic circuit of one section, or from the effective value of the secondary signal Hell ₂ , windings located on a magnetic circuit of a different cross section, or from a function of both secondary signals A _d1 and A _d2 simultaneously, and the actual values of the primary signal I of the transformer in operation are determined from the current digitized instantaneous information from any one or simultaneously from two secondary windings transformer using recorded in the memory of the device of the mutual dependencies of the primary signal from any secondary signal or from some function.

Во втором зависимом пункте формулы изобретения раскрыта техническая сущность способа по п. 1 в случае, когда определение с высокой точностью реальных значений первичного сигнала трансформатора в эксплуатации осуществляют путем фиксации k раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени t_i, i=1, 2, …, k, t_i=t_i-1+Δt, где Δt - интервал дискретизации, Δt=T/k, мгновенного значения выходного сигнала a _j(t_i) от одной, при j=l, или от другой, при j=2, вторичных обмоток трансформатора, изменяющихся во времени и по гармонической зависимостиIn the second dependent claim, the technical essence of the method according to claim 1 is disclosed in the case where the determination of the real values of the primary signal of the transformer in operation with high accuracy is carried out by fixing k times during the period T and at each current time t _i , i = 1 , 2, ..., k, t _i = t _i-1 + Δt, where Δt is the sampling interval, Δt = T / k, of the instantaneous value of the output signal a _j (t _i ) from one, for j = l, or from another , for j = 2, the secondary windings of the transformer, varying in time and in harmonic dependence

a _j(t_i)=A_mjisin(ω(t_i-δt_j)), a _j (t _i ) = A _mji sin (ω (t _i -δt _j )),

где a _j(t_i) - значение выходного гармонического сигнала для j-й вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;where a _j (t _i ) is the value of the output harmonic signal for the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

A_mji - амплитудное значение выходного гармонического сигнала a _j(t_i) для j-й вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;A _mji is the amplitude value of the output harmonic signal a _j (t _i ) for the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

ω - угловая частота, рад/с, определяемая по выражению ω=2πƒ,ω is the angular frequency, rad / s, determined by the expression ω = 2πƒ,

где ƒ - промышленная частота гармонического сигнала, Гц;where ƒ is the industrial frequency of the harmonic signal, Hz;

δt_j - величина несовпадения точки дискретизации с началом периода для j-го вторичного сигнала, с;δt _j - discrepancy value of the sampling point with the beginning of the period for the j-th secondary signal, s;

вычисляют текущее действующее значение A_дji выходного сигнала j-й вторичной обмотки по математическому выражениюcalculate the current effective value A _{dji of the} output signal of the j-th secondary winding according to the mathematical expression

А_дji=2^-0,5А_mji=2^-0,5 a _j(t_i)/sin(ω (t_i-δt_j)),And _dji = 2 ^-0.5 A _mji = 2 ^-0.5 a _j (t _i ) / sin (ω (t _i -δt _j )),

где А_дji - текущее действующее значение выходного сигнала j-й вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;where And _dji - the current effective value of the output signal of the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

A_mji - амплитудное значение выходного гармонического сигнала a _j(t_i)) для j-й вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;A _mji is the amplitude value of the output harmonic signal a _j (t _i )) for the j-th secondary winding at time t _i , the signal unit;

а точное значение первичного сигнала I_i, трансформатора в момент времени t_i, необходимое для целей измерения, управления и релейной защиты, находят по предварительно записанной в памяти прибора зависимости действующего значения первичного сигнала I от текущего действующего значения вторичного сигнала A_дj соответствующей j-й вторичной обмотки.and the exact value of the primary signal I _i , the transformer at time t _i , necessary for the purposes of measurement, control and relay protection, is found from the dependence of the effective value of the primary signal I on the current effective value of the secondary signal A _dj corresponding to the jth secondary winding.

В третьем зависимом пункте формулы изобретения раскрыта техническая сущность способа по пп. 1 и 2 в случае, когда для полученных в момент времени t_i текущих действующих значений сигналов А_д1i и A_д2i от обеих вторичных обмоток вычисляют их разность x_i In the third dependent claim, the technical nature of the method according to paragraphs is disclosed. 1 and 2 in the case where for the obtained at time t _i the current operating values of the signals A and A _d1i i _d2 from both secondary windings calculating their difference x _i

x_i=А_д1i - A_d2i,x _i = A _d1i - A _d2i ,

где А_д1i - текущее действующее значение выходного сигнала одной вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;where And _d1i is the current effective value of the output signal of one secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

А_д2i - текущее действующее значение выходного сигнала другой вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала; и/или вычисляют их отношение y_i And _d2i is the current effective value of the output signal of the other secondary winding at time t _i , the signal unit; and / or calculate their ratio y _i

y_i=А_д1i / А_д2i,y _i = A _d1i / A _d2i ,

А_д2i - текущее действующее значение выходного сигнала другой вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;And _d2i is the current effective value of the output signal of the other secondary winding at time t _i , the signal unit;

а точное значение первичного сигнала I_i, трансформатора в момент времени t_i, необходимое для целей измерения, управления и релейной защиты, находят по предварительно записанной в памяти прибора зависимости действующего значения первичного сигнала I_i от разности x_i и/или отношения y_i; текущих действующих значений вторичных сигналов А_д1i и А_д2i.and the exact value of the primary signal I _i , the transformer at time t _i , necessary for the purposes of measurement, control and relay protection, is found from the dependence of the effective value of the primary signal I _i on the difference x _i and / or ratio y _i , previously recorded in the device memory; the current effective values of the secondary signals A _d1i and A _d2i .

Отличия от аналогов доказывают новизну технического решения, охарактеризованного в формуле изобретения.Differences from analogues prove the novelty of the technical solution described in the claims.

Новый подход позволяет уменьшить погрешность и увеличить диапазон точного определения первичного сигнала трансформатора за счет использования предварительной и текущей информации, получаемой от уже имеющихся обмоток расположенных на нескольких магнитопроводов, что подтверждает соответствие заявляемых технических решений условию патентоспособности «промышленная применимость».The new approach allows to reduce the error and increase the range of accurate determination of the primary signal of the transformer through the use of preliminary and current information received from existing windings located on several magnetic cores, which confirms the compliance of the claimed technical solutions with the patentability condition “industrial applicability”.

Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемого способа, охарактеризованного в формуле изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».From the prior art, the distinctive essential features of the proposed method, described in the claims, are unknown, which confirms their compliance with the condition of patentability "inventive step".

Изобретение поясняется графическими материалами, где приведены:The invention is illustrated in graphic materials, which show:

на фиг. 1 - зависимости изменения действующего значения первичного сигнала трансформатора тока от вторичного действующего значения напряжения обеих обмоток. Зависимости построены на основе измерения реальных данных для трансформатора тока ТПЛ-10кВ-0,5/10Р-50/5. Правая кривая относится к вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе большего сечения, левая кривая - к обмотке, расположенной на магнитопроводе меньшего сечения;in FIG. 1 - dependence of changes in the effective value of the primary signal of the current transformer from the secondary effective voltage value of both windings. The dependencies are built on the basis of measuring real data for a current transformer TPL-10kV-0.5 / 10R-50/5. The right curve refers to the secondary winding located on the magnetic circuit of a larger cross-section, the left curve - to the winding located on the magnetic circuit of a larger cross-section;

на фиг. 2 - зависимость изменения действующего значения первичного сигнала трансформатора тока от разности между действующими значениями напряжения вторичных обмоток. От обмотки, расположенной на магнитопроводе большего сечения, с большим значением напряжения вычитается меньшее напряжение, которое генерирует обмотка, расположенная на магнитопроводе меньшего сечения;in FIG. 2 - dependence of the change in the effective value of the primary signal of the current transformer on the difference between the effective values of the voltage of the secondary windings. From the winding located on the magnetic circuit of a larger cross section, with a larger voltage value, the lower voltage is subtracted, which generates a winding located on the magnetic circuit of a smaller cross section;

на фиг. 3 - зависимость изменения действующего значения первичного сигнала трансформатора тока от отношения действующих значений напряжений вторичных обмоток. Большее значение напряжения относится к меньшему значению (делится на меньшее значение) напряжения.in FIG. 3 - dependence of the change in the effective value of the primary signal of the current transformer on the ratio of the effective values of the voltage of the secondary windings. A higher voltage value refers to a lower voltage value (divided by a lower value).

Описанные варианты расчетов и тип трансформатора приведены в качестве примеров, характеризующих предмет изобретения, поясняющими как согласно предлагаемому способу оперировать с реальными данными, и не являются ограничительными.The described calculation options and the type of transformer are given as examples characterizing the subject of the invention, explaining how to operate with real data according to the proposed method, and are not restrictive.

Способ осуществляется следующим образом (порядок действия на примере трансформатора тока для первых двух пунктов предлагаемой формулы изобретения):The method is as follows (the operating procedure for an example of a current transformer for the first two points of the proposed claims):

1. На основной промышленной частоте, например ƒ=50 Гц, n раз измеряют и записывают в память прибора (в виде таблиц или функций, полученной путем аппроксимации по n измерениям) зависимостей действующего значения первичного сигнала от действующего значения вторичного сигнала любой одной или последовательно от двух вторичных обмоток для конкретного трансформатора во всем диапазоне первичных токов, включая токи номинальной предельной кратности. То есть измеряют, строят и сохраняют в памяти прибора зависимость действующего значения первичного сигнала I от величины действующего значения вторичного сигнала трансформатора А_д, например обмотки, используемой в релейной защите. Для конкретного трансформатора эта процедура выполняется один раз перед его установкой в эксплуатацию или при очередной периодической поверке.1. At the main industrial frequency, for example, ƒ = 50 Hz, the dependences of the effective value of the primary signal on the effective value of the secondary signal, any one or sequentially, are measured and recorded n the device’s memory (in the form of tables or functions obtained by approximating n measurements) two secondary windings for a particular transformer in the entire range of primary currents, including currents of nominal maximum multiplicity. That is, the dependence of the effective value of the primary signal I on the value of the effective value of the secondary signal of the transformer A _d , for example the winding used in relay protection, is measured, built and stored in the device memory. For a specific transformer, this procedure is performed once before it is put into operation or during the next periodic calibration.

2. В процессе измерения для этого сигнала при каждом пересечении оси абсцисс вычисляют значение δt - величины несовпадения точки дискретизации с началом периода. Это необходимо потому, что кривая изменения тока случайным образом перемещается вдоль оси абсцисс на величину ±Т/4 из-за изменения характера нагрузки, то есть в эксплуатации ток постоянно смещается от напряжения на некоторый угол ϕ, а точки дискретизации аналого-цифрового преобразователя стабилизированы кварцевым генератором и не зависят от нагрузки в цепи. Не учет значения St может приводить к увеличению случайной погрешности в эксплуатации, так как построение и запись в память прибора зависимости действующего значения первичного сигнала I от величины действующего значения вторичного сигнала трансформатора осуществляется в условиях, когда угол ϕ постоянен.2. During the measurement process, for this signal, at each intersection of the abscissa axis, the value of δt is calculated - the discrepancy value of the sampling point with the beginning of the period. This is necessary because the current change curve randomly moves along the abscissa axis by ± T / 4 due to a change in the nature of the load, that is, in operation the current is constantly shifted from the voltage by a certain angle ϕ, and the sampling points of the analog-to-digital converter are stabilized by quartz generator and are independent of the load in the circuit. Failure to take into account the value of St can lead to an increase in random error in operation, since the construction and recording in the device memory of the dependence of the effective value of the primary signal I on the value of the effective value of the secondary signal of the transformer is carried out under conditions when the angle ϕ is constant.

3. В каждый текущий момент времени t_i, i=, 2, …, k, t_i=ti_-1+Δt, где k - количество измерений в течение периода Т, Δt - интервал дискретизации, Δt=Т/k, осуществляют фиксацию мгновенного значения вторичного сигнала a(t_i), изменяющегося во времени t_i по гармонической зависимости3. At each current point in time t _i , i =, 2, ..., k, t _i = ti _-1 + Δt, where k is the number of measurements during the period T, Δt is the sampling interval, Δt = T / k, fixing the instantaneous value of the secondary signal a (t _i ), which varies in time t _i according to the harmonic dependence

где A_mi - амплитудное значение выходного гармонического сигнала a(t_i) в момент времени t_i, единицы измерения сигнала.where A _mi is the amplitude value of the output harmonic signal a (t _i ) at time t _i , the unit of measurement of the signal.

4. Из выражения (1) вычисляют текущее действующее значение А_дi вторичного сигнала по известному выражению А_дi=2^-0,5A_mi, по которому, с использованием ранее записанной в памяти прибора таблицы или функциональной зависимости, определяют точное значение первичного сигнала I. Для ликвидации случайных колебаний выходного сигнала и увеличения точности определения значения первичного сигнала можно использовать несколько подряд вычисленных текущих значений А_дi для вычисления среднего значения А_д, которое также позволяет определить точное значение первичного сигнала I с помощью ранее записанной в памяти прибора таблицы или функциональной зависимости.4. From expression (1), the current effective value A _{di of the} secondary signal is calculated from the well-known expression A _di = 2 ^-0.5 A _mi , according to which, using the table previously recorded in the device memory or a functional dependence, the exact value of the primary signal I is determined To eliminate random fluctuations in the output signal and increase the accuracy of determining the value of the primary signal, several successively calculated current values A _di can be used to calculate the average value of A _d , which also allows you to determine the exact the value of the primary signal I using a table previously recorded in the device memory or a functional dependence.

Для увеличения точности определения действующего значения первичного сигнала аналогичным образом можно использовать текущее действующее значение сигнала другой, ранее не используемой обмотки. В качестве точного значения первичного сигнала можно использовать его среднее значение, вычисленное по вторичным сигналам обеих обмоток.To increase the accuracy of determining the effective value of the primary signal in a similar way, you can use the current effective value of the signal of another, previously unused winding. As an exact value of the primary signal, one can use its average value calculated from the secondary signals of both windings.

Для третьего пункта предлагаемой формулы изобретения способ осуществляется следующим образом (порядок действия на примере трансформатора тока):For the third paragraph of the proposed claims, the method is as follows (the procedure for the example of a current transformer):

1. На основной промышленной частоте, например ƒ=50 Гц, измеряют и записывают в память прибора в виде таблиц или функций две зависимости действующего значения первичного сигнала I соответственно от разности и отношения действующих значений вторичных сигналов обеих обмоток А_д1 и А_д2 конкретного трансформатора тока во всем диапазоне первичных токов, включая токи номинальной предельной кратности. Эта процедура выполняется один раз перед установкой в эксплуатацию конкретного трансформатора или при его очередной периодической поверке.1. At the main industrial frequency, for example, ƒ = 50 Hz, two dependences of the effective value of the primary signal I, respectively, on the difference and the ratio of the effective values of the secondary signals of both windings A _d1 and A _{d2 of a} specific current transformer are measured and recorded in the device memory in the form of tables or functions over the entire range of primary currents, including currents of nominal maximum multiplicity. This procedure is performed once before the installation of a particular transformer or during its next periodic calibration.

2. В процессе измерения в каждый текущий момент времени t_i, i=1, 2, …, k, t_i=t_i-1+Δt, где k - количество измерений в течение периода T, Δt - интервал дискретизации, Δt=Т/k, осуществляют фиксацию мгновенных значений вторичных сигналов a ₁(t_i) и а ₂(t_i), изменяющихся во времени t_i по гармонической зависимости аналогичной (1), которая для обоих сигналов имеет вид2. During the measurement process at each current time moment t _i , i = 1, 2, ..., k, t _i = t _i-1 + Δt, where k is the number of measurements during the period T, Δt is the sampling interval, Δt = T / k, fix the instantaneous values of the secondary signals a ₁ (t _i ) and a ₂ (t _i ), varying in time t _i in a harmonic dependence similar to (1), which for both signals has the form

3. Аналогично п. 2 осуществления способа для первых двух пунктов предлагаемой формулы изобретения, в процессе измерения сигналов при любом пересечении ими оси абсцисс вычисляют значение величины несовпадения точки дискретизации с началом периода, то есть δt₁ и δt₂ для каждого сигнала. Это необходимо потому, что кривая изменения тока постоянно перемещается вдоль оси абсцисс на величину ±Т/4 из-за изменения характера нагрузки, а точки дискретизации стабилизированы кварцевым генератором, и не зависят от нагрузки.3. Similarly to p. 2 of the method for the first two claims, in the process of measuring signals at any intersection of the abscissa axis they calculate the value of the discrepancy of the sampling point with the beginning of the period, that is, δt ₁ and δt ₂ for each signal. This is necessary because the current variation curve is constantly moving along the abscissa axis by ± T / 4 due to changes in the nature of the load, and the sampling points are stabilized by a crystal oscillator, and are independent of the load.

4. Из выражений (2)-(3) для обоих сигналов a ₁(t_i) и а ₂(t_i) вычисляют текущее действующие значения А_д1i=2^-0,5А_m1i и A_д2i=2^-0,5A_m2i, затем, используя их разность и/или отношение, с помощью ранее записанных в памяти прибора соответствующих таблиц или функциональных зависимостей, определяют точное значение первичного сигнала I.4. From the expressions (2) - (3) for both signals a ₁ (t _i ) and a ₂ (t _i ), the current effective values A _d1i = 2 ^-0.5 A _m1i and A _d2i = 2 ^-0.5 are calculated A _m2i , then, using their difference and / or ratio, using the corresponding tables or functional dependences previously recorded in the device memory, determine the exact value of the primary signal I.

Для ликвидации случайных колебаний вторичного сигнала и увеличения точности определения значения первичного сигнала можно использовать несколько подряд вычисленных разностей и/или отношений для вычисления их средних значений с последующим использованием их для определения первичного сигнала I с помощью ранее записанных в памяти прибора соответствующих таблиц или функциональных зависимостей.To eliminate random fluctuations of the secondary signal and increase the accuracy of determining the value of the primary signal, one can use several consecutively calculated differences and / or ratios to calculate their average values and then use them to determine the primary signal I using the corresponding tables or functional dependences previously recorded in the device memory.

Теоретическое обоснование способа. Обычно трансформаторы тока представляют собой два и более гальванически не связанных между собой источников тока, у которых разные уровни насыщения трансформаторного железа. Конструктивно это выполнено как два или более независимых магнитопроводов с общей первичной обмоткой, в качестве которой используется толстая медная шина. Вторичные обмотки, расположенные на магнитопроводах с разным сечением трансформаторного железа, служат либо для подключения аналоговых измерительных приборов, либо для целей релейной защиты и автоматики. Магнитопровод с обмоткой для подключения аналоговых измерительных приборов имеет более тонкое сечение трансформаторного железа, предназначенное для целей измерения. Согласно ГОСТ 7746-2001 измерения осуществляются в диапазоне 100-120%, от номинального значения первичного тока, чем достигается высокая степень точности измерения, то есть класс точности 0,5. Однако в аварийных режимах при больших токах кратности быстро происходит насыщение трансформаторного железа, и аналоговые измерительные приборы будут давать неверные показания. А поскольку аналоговый сигнал, во-первых, сложно сохранить для последующего анализа, во-вторых, его значения усреднены за период, то есть малоинформативные, то текущие показания аналоговых измерительных приборов в момент аварии раньше ни кого не интересовали. Второй магнитопровод класса Р имеет более толстое сечение трансформаторного железа и обмотка расположенная на нем используется для релейной защиты и автоматики. Большой объем стали трансформатора тока позволяет обеспечить погрешность, не превышающую допускаемую при больших кратностях аварийного тока. Обмотка, расположенная на втором магнитопроводе, используется также для питания оперативных цепей в схемах релейной защиты на переменном и выпрямленном оперативном токе и для подключения цифровых регистраторов аварийных процессов для записи и сохранения мгновенных данных об аварийной ситуации, которые интересуют всех. Интересуют потому, что именно на основании выходного сигнала с этой обмотки трансформатора устройствами релейной защиты и автоматики осуществляются принятие всех решений о наличии или отсутствии аварийной ситуации. Именно на основании выходного сигнала с этой обмотки трансформатора, например, решается задача определения места повреждения на линии электропередачи, то есть место обрыва фазного провода, или место короткого замыкания. И погрешность в ±10%, которую обеспечивают находящиеся в эксплуатации трансформаторы тока класса точности 10Р, для стокилометровой линии электропередачи означает, что диапазон поиска повреждения составит не менее десяти километров в любое время суток, в любой сезон года и любую погоду. Поэтому уменьшение погрешности и увеличение диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора является актуальной задачей.The theoretical basis of the method. Typically, current transformers are two or more galvanically unconnected current sources that have different levels of saturation of transformer iron. Structurally, this is performed as two or more independent magnetic circuits with a common primary winding, which is used as a thick copper bus. Secondary windings located on magnetic cores with different sections of transformer iron serve either to connect analog measuring instruments, or for relay protection and automation. The magnetic core with a winding for connecting analog measuring instruments has a thinner section of transformer iron, designed for measurement purposes. According to GOST 7746-2001, measurements are carried out in the range of 100-120% of the nominal value of the primary current, thereby achieving a high degree of measurement accuracy, that is, an accuracy class of 0.5. However, in emergency conditions, at high multiplicity currents, transformer iron quickly saturates, and analog measuring instruments will give incorrect readings. And since the analog signal, firstly, it is difficult to save for subsequent analysis, and secondly, its values are averaged over a period, that is, uninformative, then the current readings of analog measuring instruments at the time of the accident did not interest anyone before. The second class P magnetic circuit has a thicker section of transformer iron and the winding located on it is used for relay protection and automation. The large volume of steel of the current transformer makes it possible to ensure an error not exceeding the allowable for large multiples of emergency current. The winding located on the second magnetic circuit is also used to supply operational circuits in relay protection circuits with alternating and rectified operational currents and for connecting digital emergency process recorders to record and save instant emergency data that interests everyone. They are interested in because it is on the basis of the output signal from this transformer winding that the relay protection and automation devices make all decisions about the presence or absence of an emergency. It is on the basis of the output signal from this transformer winding, for example, that the problem of determining the place of damage on the power line, that is, the place of phase-wire breakage, or the place of a short circuit, is solved. And the error of ± 10%, which is provided by current transformers of accuracy class 10P, for a hundred-kilometer power line means that the damage search range will be at least ten kilometers at any time of the day, in any season of the year and in any weather. Therefore, reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of the transformer is an urgent task.

Предлагаемый способ обеспечивает уменьшение погрешности и увеличение диапазона точного определения первичного сигнала за счет обработки поступающих потоков оцифрованных мгновенных значений вторичного сигнала от любой одной или одновременно от двух вторичных обмоток трансформаторов тока. Это позволяет повысить точность определения реальных значений во всем диапазоне изменения первичных токов, как в нормальном режиме, так и в условиях аварийного режима, например, короткого замыкания.The proposed method provides a reduction in error and an increase in the range of accurate determination of the primary signal due to the processing of incoming streams of digitized instantaneous values of the secondary signal from any one or simultaneously from two secondary windings of current transformers. This allows you to increase the accuracy of determining real values in the entire range of primary currents, both in normal mode and in emergency mode, for example, short circuit.

Определение с высокой точностью реальных значений первичного сигнала трансформатора осуществляется путем фиксации k раз в течение периода T и в каждый текущий момент времени t_i, i=1, 2, …, k, t_i=t_i-1+Δt, где Δt - интервал дискретизации, Δt=Т/k, мгновенного значения выходного сигнала а _j(t_i) от одной, при j=l, или от другой, при j=2, вторичных обмоток трансформатора, изменяющихся во времени t_i по гармонической зависимостиThe real values of the primary signal of the transformer are determined with high accuracy by fixing k times during the period T and at each current time moment t _i , i = 1, 2, ..., k, t _i = t _i-1 + Δt, where Δt - sampling interval, Δt = T / k, of the instantaneous value of the output signal a _j (t _i ) from one, for j = l, or from the other, when j = 2, the secondary windings of the transformer, varying in time t _i in harmonic dependence

A_mji - амплитудное значение выходного гармонического сигнала a_j(t_i) для j-й вторичной обмотки в момент времени t_i, единицы измерения сигнала;A _mji is the amplitude value of the output harmonic signal a _j (t _i ) for the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

ω - угловая частота, рад/с, ω=2 πƒ, ƒ - промышленная частота гармонического сигнала, Гц;ω is the angular frequency, rad / s, ω = 2 πƒ, ƒ is the industrial frequency of the harmonic signal, Hz;

δt_j - величина несовпадения точки дискретизации с началом периода для j-го вторичного сигнала, с.δt _j is the discrepancy value of the sampling point with the beginning of the period for the j-th secondary signal, s.

Определение величины несовпадения точки дискретизации с началом периода осуществляется из следующих соображений. Из математики известно, что гармоническая функция в точке пересечения оси абсцисс имеет почти линейный характер, т.е. в пределе при х стремящемся к нулю имеет место равенство: sin(x)/x=l (замечательный предел). Точка пересечения оси абсцисс определяется по факту изменения знака гармонической функции. Значение δt для начала периода вычисляют, например, согласно [Шмурьев В.Я. Цифровая регистрация и анализ аварийных процессов в электроэнергетических системах. - СПб.: ПЭИПК, 2005], по математическому выражениюThe determination of the discrepancy of the sampling point with the beginning of the period is carried out from the following considerations. It is known from mathematics that the harmonic function at the point of intersection of the abscissa axis is almost linear, i.e. in the limit as x tends to zero, the equality holds: sin (x) / x = l (remarkable limit). The point of intersection of the abscissa axis is determined by the fact that the sign of the harmonic function changes. The value of δt for the beginning of the period is calculated, for example, according to [Shmuryev V.Ya. Digital registration and analysis of emergency processes in electric power systems. - St. Petersburg .: PEIPK, 2005], by mathematical expression

δt_j=Δt a(t_i))/(a(t_i)-a(t_i-1)),δt _j = Δt a (t _i )) / ( a (t _i ) - a (t _i-1 )),

где t_i - текущая точка дискретизации, в которой значение сигнала a _j(t_i), например, положительно;where t _i is the current sampling point at which the signal value a _j (t _i ), for example, is positive;

t_i-1 - предыдущая точка дискретизации, в которой значение сигнала a _j(t_i-1), например, отрицательно;t _i-1 is the previous sampling point at which the signal value a _j (t _i-1 ), for example, is negative;

a _j(t_i-1) - текущее, например положительное значение выходного сигнала j-й вторичной обмотки, j=1, 2; a _j (t _i-1 ) - current, for example, a positive value of the output signal of the j-th secondary winding, j = 1, 2;

a _j(t_i-1) - предыдущее, например отрицательное, значение выходного сигнала j-й вторичной обмотки, j=1, 2. a _j (t _i-1 ) is the previous, for example negative, value of the output signal of the j-th secondary winding, j = 1, 2.

Текущее действующее значение A_дji выходного сигнала j-й вторичной обмотки вычисляют по известному математическому выражению, связывающее амплитудное и действующее значения, которое с учетом (4) имеет видThe current effective value A _{dji of the} output signal of the j-th secondary winding is calculated by a well-known mathematical expression that relates the amplitude and effective values, which, taking into account (4), has the form

А_дji=2^-0,5А_mji=2^-0,5 a _j(t_i) /sin(ω (t_i-δt_j)).And _dji = 2 ^-0.5 A _mji = 2 ^-0.5 a _j (t _i ) / sin (ω (t _i -δt _j )).

Что касается значения функции sin(ω(t_i-δt_j)) в выражении (4), то Международный Стандарт IEEE Std С37.111-1999. «Общий формат обмена данными переходного процесса в энергетических системах (COMTRADE)», с учетом требований которого построены все цифровые измерительные приборы, точно предписывает k - количество измерений мгновенных значений сигнала в течение периода. Количество измерений определяет точность прибора, чем больше измерений, тем точнее прибор. В стандарте приведен ряд значений k, которые можно использовать. Таким образом, угловые значения ωt_i, i=l, 2, …, k для каждого прибора фиксированы, так как они равны t_i=Δt⋅i, i=l, 2, …, k, где Δt=Т/k - шаг дискретизации сигнала x(t_i) по времени, Т - период гармонического сигнала. А это значит, что для каждого конкретного прибора значения гармонической функции sin(ωt_i) фиксированы внутри периода, и могут отличаться только на величину δt, которая нам известна. Этот факт используется в пунктах формулы изобретения для определения текущего амплитудного значения A_mji выходного сигнала j-й вторичной обмотки, j=l , 2, в моменты времени t_i, i=l, 2, …, k, на основании мгновенного значения (4) выходного гармонического сигнала обмотки, то есть A_mji=a_j(t_i) / sin(ω (t_i-δt_j)). Зная амплитудное значение выходного гармонического сигнала легко найти текущее действующее A_дj и, если требуется, текущее среднее A_cpj значения выходного сигнала по известным формулам: A_дj=2^-0.5A_mj и A_cpj=2А_mj/π соответственно.As for the value of the function sin (ω (t _i -δt _j )) in expression (4), the International Standard IEEE Std С37.111-1999. The “Common Transient Data Exchange Format in Energy Systems (COMTRADE)", which takes into account all digital measuring devices, is precisely prescribing k - the number of measurements of the instantaneous signal values over a period. The number of measurements determines the accuracy of the device, the more measurements, the more accurate the device. The standard provides a number of k values that can be used. Thus, the angular values of ωt _i , i = l, 2, ..., k for each device are fixed, since they are equal to t _i = Δt⋅i, i = l, 2, ..., k, where Δt = Т / k - the sampling step of the signal x (t _i ) in time, T is the period of the harmonic signal. And this means that for each particular device the values of the harmonic function sin (ωt _i ) are fixed inside the period, and can differ only by the value of δt, which we know. This fact is used in the claims to determine the current amplitude value A _{mji of the} output signal of the j-th secondary winding, j = l, 2, at times t _i , i = l, 2, ..., k, based on the instantaneous value (4 ) of the harmonic output signal of the winding, i.e., A _mji = a _j (t _i ) / sin (ω (t _i -δt _j )). Knowing the amplitude value of the output harmonic signal, it is easy to find the current effective A _dj and, if required, the current average A _{cpj of} the output signal according to well-known formulas: A _dj = 2 ^-0.5 A _mj and A _cpj = 2А _mj / π, respectively.

Другим достоинством цифровой обработки данных является возможность сохранения и накопления текущих данных для последующей обработки. Это позволяет также хранить в памяти прибора объемные таблицы или сложные функциональные зависимости. В данном случае зависимости искомого первичного сигнала от текущих действующих значений сигналов A_дji, j=l, 2, вычисленных на базе поступающих в каждый момент времени t_i, мгновенных значений выходного сигнала a _j(t_i) от одной, при j=l, от другой, при j=2 или одновременно от обеих вторичных обмоток трансформатора.Another advantage of digital data processing is the ability to save and accumulate current data for subsequent processing. It also allows storing voluminous tables or complex functional dependencies in the memory of the device. In this case, the dependence of the desired primary signal on the current effective values of the signals A _dji , j = l, 2, calculated on the basis of the instantaneous values of the output signal a _j (t _i ) arriving at each time t _i , for j = l, from the other, with j = 2 or simultaneously from both secondary windings of the transformer.

Методы восстановления аналитического выражения функции по таблице ее значений или вычисления значений функции для промежуточных значений, не приведенных в таблице, известны, например, Молчанов И.Н. Машинные методы решения прикладных задач. Алгебра, приближение функций. Киев: 1987. Задача аппроксимации с заданной погрешностью значений функции многочленом заданной степени решается, например, Березин И.С., Жидков Н.П., Методы вычислений, Том 1. М., 1962. Эта же задача решена, и сразу предлагается несколько вариантов решений во многих приложениях персонального компьютера, например: Excel, Matlab и др.Methods for restoring the analytical expression of a function from a table of its values or calculating function values for intermediate values not shown in the table are known, for example, Molchanov I.N. Machine methods for solving applied problems. Algebra, approximation of functions. Kiev: 1987. The problem of approximation with a given error of the function values by a polynomial of a given degree is solved, for example, Berezin IS, Zhidkov NP, Calculation Methods, Volume 1. M., 1962. The same problem is solved, and several solution options in many personal computer applications, for example: Excel, Matlab, etc.

Пример использования способа An example of using the method

Практические измерения и результаты приведены в Таблице 1. В первых трех колонках Таблицы 1 приведены 90 результатов замеров выходных сигналов (напряжения) от обмоток, расположенных на магнитопроводах с разным сечением трансформаторного железа, при изменении первичного тока во всем диапазоне для трансформатора тока марки ТПЛ-10кВ-0,5/10Р-50/5.

The practical measurements and results are shown in Table 1. The first three columns of Table 1 show 90 results of measurements of output signals (voltage) from windings located on magnetic cores with different transformer iron cross-sections, when the primary current changes over the entire range for a TPL-10kV current transformer -0.5 / 10P-50/5.

На Фиг. 1 приведены графики зависимостей изменения действующего значения первичного сигнала трансформатора тока от вторичного действующего значения напряжения обеих обмоток, построенные по результатам изменения выходных сигналов обмоток, приведенных в первых трех колонках Таблицы 1. Правая кривая на Фиг.1 относится к вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе большего сечения, и построена по данным первой и третьей колонок Таблицы 1, левая кривая - к обмотке, расположенной на магнитопроводе меньшего сечения, и построена по данным первых двух колонок Таблицы 1.In FIG. Figure 1 shows graphs of the dependences of the change in the effective value of the primary signal of the current transformer on the secondary effective value of the voltage of both windings, based on the results of the change in the output signals of the windings shown in the first three columns of Table 1. The right curve in Fig. 1 refers to the secondary winding located on the larger magnetic circuit section, and built according to the first and third columns of Table 1, the left curve - to the winding located on the magnetic circuit of a smaller section, and built according to the first two columns of Table 1.

Во время работы, при каждом получении результата измерения мгновенного значения вторичного сигнала от любой одной или обеих вторичных обмоток и вычисления их действующего значения, по первым трем колонкам Таблицы 1 осуществляется определение точного значения первичного сигнала трансформатора один или, для увеличения точности путем усреднения, два раза.During operation, each time the result of measuring the instantaneous value of the secondary signal from any one or both secondary windings is received and their effective value is calculated, the exact first value of the transformer primary signal is determined from the first three columns of Table 1, or twice to increase accuracy by averaging .

В следующих трех колонках Таблицы 1, с номерами 4, 5, 6, приведены результаты использования разности действующих значений вторичных сигналов, расположенных на магнитопроводах разного сечения. График зависимости изменения действующего значения первичного сигнала трансформатора тока от разности действующих значений напряжения обеих обмоток приведен на Фиг. 2.The next three columns of Table 1, with numbers 4, 5, 6, show the results of using the difference between the effective values of the secondary signals located on the magnetic cores of different sections. A graph of the change in the effective value of the primary signal of the current transformer on the difference of the effective voltage values of both windings is shown in FIG. 2.

Точное значение первичного сигнала I_i; трансформатора в момент времени t_i, необходимое для целей измерения, управления и релейной защиты, вычисляют по следующим функциональным зависимостям, предварительно определив диапазон изменения текущего значения разности сигналов х_i.The exact value of the primary signal I _i ; transformer at time t _i , necessary for the purposes of measurement, control and relay protection, is calculated according to the following functional dependencies, having previously determined the range of variation of the current value of the signal difference x _i .

где x_i ∈ [р, q] означает, что текущее значение разности сигналов x_i находится в интервале от р до q включительно. Расчетные значения первичного тока, вычисленные по приведенным функциональным зависимостям для разности вторичных сигналов, сведены в колонку 5. Относительная погрешность (в процентах) вычисления значения первичного тока приведена в колонке 6, из которой видно, что она не превышает одного процента по всему диапазону изменения первичного тока. Это для трансформатора с погрешностью по паспорту равной 10%, как это видно из его марки (обозначение 10Р). Относительную погрешность в процентах здесь и далее определяли согласно требованиям [РМГ 29-99. Метрология. Основные термины и определения. М., 2001], как выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности в точке измерения к точному значению измеряемой величины в этой точке.where x _i ∈ [p, q] means that the current value of the signal difference x _i is in the range from p to q inclusive. The calculated values of the primary current calculated from the given functional dependences for the difference of the secondary signals are summarized in column 5. The relative error (in percent) of the calculation of the value of the primary current is given in column 6, from which it can be seen that it does not exceed one percent over the entire range of the primary current. This is for a transformer with an error in the passport equal to 10%, as can be seen from its brand (designation 10P). The relative error in percent is hereinafter determined according to the requirements of [RMG 29-99. Metrology. Key terms and definitions. M., 2001], as a percentage ratio of the absolute error at the measurement point to the exact value of the measured value at this point.

В следующих трех колонках Таблицы 1, с номерами 7, 8, 9, приведены результаты использования отношения действующих значений вторичных сигналов, расположенных на магнитопроводах разного сечения. График зависимости изменения действующего значения первичного сигнала трансформатора тока от отношения действующих значений напряжения обеих обмоток приведен на Фиг. 3.The next three columns of Table 1, with numbers 7, 8, 9, show the results of using the ratio of the effective values of the secondary signals located on the magnetic cores of different sections. A graph of the change in the effective value of the primary signal of the current transformer on the ratio of the effective voltage values of both windings is shown in FIG. 3.

Точное значение первичного сигнала I_i трансформатора в момент времени t_i, необходимое для целей измерения, управления и релейной защиты, вычисляют по следующим математическим выражениям в зависимости от текущего значения отношения сигналов y_i.The exact value of the primary signal I _{i of the} transformer at time t _i , necessary for the purposes of measurement, control and relay protection, is calculated using the following mathematical expressions depending on the current value of the signal ratio y _i .

где y_i ∈ [р, q] означает, что текущее значение отношения сигналов y_i находится в интервале от р до q включительно. Расчетные значения первичного тока, вычисленные по приведенным математическим выражениям для разности вторичных сигналов, сведены в колонку 8. Относительная погрешность в процентах вычисления значения первичного тока приведена в колонке 9, из которой видно, что она также не превышает одного процента, хотя трансформатор изготовлен с погрешностью по паспорту равной 10%, как это видно из его марки (обозначение 10Р).where y _i ∈ [p, q] means that the current value of the signal ratio y _i is in the range from p to q inclusive. The calculated values of the primary current calculated from the mathematical expressions for the difference of the secondary signals are summarized in column 8. The relative error in the percent calculation of the value of the primary current is given in column 9, from which it can be seen that it does not exceed one percent, although the transformer is made with an error according to the passport equal to 10%, as can be seen from his brand (designation 10P).

Использование разности и/или отношения выходных сигналов от обмоток, расположенных на магнитопроводах с разным сечением магнитопровода, позволяет избавиться от случайных бросков первичного тока, имеющих соответственно аддитивную или мультипликативную природу искажения. Определение типа или природы искажения при цифровой обработке данных занимает не более одного периода и описано, например «Способ идентификации типа искажения гармонических сигналов и определения параметров искажения при мультипликативном воздействии (варианты). Патент №2543934, МПК H03D 1/00, G01R 31/327, №2014113034/08, Муссонов Г.П., заявл. 03.04.14, опубл. 10.03.2015 Бюл. №7» или «Способ идентификации типа искажения гармонических сигналов и определения параметров искажения (варианты). Патент №2567092, МПК G01R 23/20 (2006.01), №2014110563/28, Муссонов Г.П., заявл. 19.03.14, опубл. 27.10.2015. Бюл. №27».Using the difference and / or the ratio of the output signals from the windings located on the magnetic cores with different cross sections of the magnetic circuit allows you to get rid of random surges of the primary current, which have an additive or multiplicative distortion nature, respectively. Determining the type or nature of distortion in digital data processing takes no more than one period and is described, for example, “A method for identifying the type of distortion of harmonic signals and determining distortion parameters under a multiplicative effect (options). Patent No. 2543934, IPC H03D 1/00, G01R 31/327, No. 2014113034/08, G. Monsoon, applicant 04/03/14, publ. 03/10/2015 Bull. No. 7 "or" A method for identifying the type of distortion of harmonic signals and determining distortion parameters (options). Patent No. 2567092, IPC G01R 23/20 (2006.01), No. 2014110563/28, G. Mussonov, applications 03/19/14, publ. 10/27/2015. Bull. No. 27. "

Использование цифровой обработки данных позволяет существенно увеличить число измерений, и тем самым уменьшить статистическую или случайную погрешность путем осреднения результатов определения действующего значения первичного сигнала. Даже при минимальном значении измерений в течение периода k=10, который предписывает выше упоминавшийся Международный Стандарт IEEE Std С37.111-1999, за одну секунду мы получим 500 измерений, что вполне достаточно для любых статистических выводов.Using digital data processing can significantly increase the number of measurements, and thereby reduce the statistical or random error by averaging the results of determining the effective value of the primary signal. Even with the minimum value of measurements during the period k = 10, which is prescribed by the aforementioned International Standard IEEE Std С37.111-1999, in one second we get 500 measurements, which is quite enough for any statistical conclusions.

Предлагаемый «Способ уменьшения погрешности и увеличения диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора» позволяет увеличить быстродействие измерения действующего значения первичного сигнала, так как за один период он позволяет получить к результатов измерения, в то время как традиционный способ - только один результат.The proposed "Method of reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of the transformer" allows you to increase the measurement speed of the effective value of the primary signal, since in one period it allows you to get the measurement results, while the traditional method - only one result.

Приведенные в заявке материалы подтверждают реализуемость и простоту способа для уменьшения погрешности и увеличения диапазона точного определения первичного сигнала трансформатора с одним или несколькими магнитопроводами.The materials presented in the application confirm the feasibility and simplicity of the method to reduce the error and increase the range of accurate determination of the primary signal of a transformer with one or more magnetic circuits.

Claims

1. A method of reducing the error and increasing the range of accurate determination of the primary signal of a transformer having one or more secondary windings located on magnetic cores of different cross-sections, including the preliminary construction and recording in the instrument memory of the dependences of the effective value of the primary signal I, constructed from n measurements or from the actual value A secondary signal _d1 winding disposed on the magnetic core of one section or of the effective value of the secondary signal A _q2, winding location with zhennoy on the yoke of another section, or from existing signal values of the two secondary windings A _g1 and A _g2, and determining the actual values of the primary signal I transformer operation is performed by fixing k times within the period T and at each current instant of time t _{i, i} = 1, 2, ..., k, t _i = t _i-1 + Δt, where Δt is the sampling interval, Δt = T / k, of the instantaneous value of the output signal a _j (t _i ) from one, at j = 1, or from another, with j = 2, the secondary windings of the transformer, changing in time t _i in harmonic dependence:

a _j (t _i ) = A _mji sin (ω (t _i -δt _j )),

where a _j (t _i ) is the value of the output harmonic signal for the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

A _mji is the amplitude value of the output harmonic signal a _j (t _i ) for the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

ω is the angular frequency, rad / s, determined by the expression ω = 2πƒ,

where ƒ is the industrial frequency of the harmonic signal, Hz;

δt _j - discrepancy value of the sampling point with the beginning of the period for the j-th secondary signal, s;

calculate the current effective value A _{dji of the} output signal of the j-th secondary winding according to the mathematical expression

A _dji = 2 ^-0.5 A _mji = 2 ^-0.5 a _j (t _i ) / sin (ω (t _i -δt _j )),

where A _dji is the current effective value of the output signal of the j-th secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

ω is the angular frequency, rad / s, determined by the expression ω = 2πƒ,

where ƒ is the industrial frequency of the harmonic signal, Hz;

δt _j - the discrepancy value of the sampling point with the beginning of the period for the j-th secondary signal, s,

and the exact value of the primary signal I _{i of the} transformer at time t _i , necessary for the purposes of measurement, control and relay protection, is found from the dependence of the effective value of the primary signal I on the current effective value of the secondary signal A _dj corresponding to the j-th secondary windings.

2. The method of claim. 1, characterized in that for the obtained at time t _i the current operating values of signals A and A _d1i _d2i of both secondary windings calculating their difference x _i

x _i = A _d1i -A _d2i ,

where And _d1i is the current effective value of the output signal of one secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

And _d2i is the current effective value of the output signal of the other secondary winding at time t _i , the signal unit;

and / or calculate their ratio y _i

y _i = A _d1i / A _d2i ,

where A _d1i is the current effective value of the output signal of one secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal;

And _d2i is the current effective value of the output signal of the other secondary winding at time t _i , the unit of measurement of the signal,

and the exact value of the primary signal I _{i of the} transformer at time t _i , necessary for the purposes of measurement, control and relay protection, is found from the dependence of the effective value of the primary signal I _i on the difference x _i and / or the ratio y _{i of the} current values of secondary signals A _d1i and A _d2i .