DE3786559T2

DE3786559T2 - Elektronische mehrphasen-temperatursteuervorrichtung.

Info

Publication number: DE3786559T2
Application number: DE88900431T
Authority: DE
Inventors: John Bodker; Joseph Foster; Richard Hagerman
Original assignee: Qualitrol Co LLC
Current assignee: Qualitrol Co LLC
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1987-12-07
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2007-12-08
Also published as: EP0335904B1; EP0335904A1; WO1988004488A1; CA1291264C; JP3157820B2; JPH02501883A; US4775245A; ATE91573T1; MX165151B; DE3786559D1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Simulieren, Anzeigen und Steuern der Temperatur von elektrischen Leistungstransformatoren des in öffentlichen Einrichtungen benutzten Typs. Die Transformatorwicklungen dieser Transformatortypen sind üblicherweise in einem flüssigen Kühlmittel eingetaucht. Es ist wichtig, während des Betriebs des Leistungstransformators die Temperatur der heißesten Transformatorwicklung, d. h. die von jeder Wicklung erreichte maximale Temperatur, zu kennen, bei der Kühllüfter und Pumpen ein- und ausgeschaltet und die Leistung des Transformators abgeschaltet werden sollte (siehe beispielsweise US-A-4 148 086).

2. Diskussion des Standes der Technik

Diese Erfindung stellt eine Abänderung des Gegenstands dar, der in den anhängigen Anmeldungen Serial Nr. 772 133 (eingereicht am 30. August 1985, siehe auch EP-A-213 337) und Serial Nr. 829 214 (US-A-4 754 405, eingereicht am 14. Februar 1986) von Joseph F. Foster beschrieben ist. Durch frühere Systeme ist es bekannt, die Wicklungstemperaturen durch Messen der Temperatur des oberseitigen Öls des Transformators und durch Vorspannen bzw. Versetzen der Thermometer-Ablesung für jede Wicklung um einen zur entsprechenden Transformatorlast oder zum Wicklungsstrom proportionalen Betrag zu simulieren, um hierdurch jede Wicklungstemperatur zu simulieren. Bei einem solchen System werden Thermometer mit die Temperatur des oberseitigen Öls messenden Sensorelementen, Stromwandler zur Bereitstellung von zu den Transformatorlasten proportionalen Signalen, Heizspulen zur Bereitstellung der Vorspannung bzw. der Versetzung und Autotransformatoren zur Einstellung des den Heizspulen zugeführten Stroms eingesetzt.
Es ist eine Aufgabe vorliegender Erfindung, anstelle von vorspannenden bzw. versetzenden Heizeinrichtungen zur Modulation der aktuellen Öltemperatur in einem Transformator ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektronischen Bestimmung der Wicklungstemperaturen auf der Grundlage der Öltemperatur im Transformator und der erhöhten, von in den Transformatorwicklungen fließenden Strömen herrührenden Temperaturen bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine verbesserte einstellbare Simulator-, Anzeige- und Steuereinrichtung für die Transformatorwicklungstemperatur zu schaffen, die so eingestellt oder programmiert werden kann, daß variable Temperaturinkremente zur Öltemperatur in Übereinstimmung mit der durch die Mehr-Phasen-Transformator-Hersteller herausgegebenen Spezifikation von Temperaturänderungen bei unterschiedlichen Transormatorlasten oder Wicklungsströmen bereitstellbar sind. Für jeden Relaisausgang wird ein unterschiedliches Temperaturinkrement bereitgestellt, um eine genaue Steuerung zu ermöglichen, sowie eine vollständige separate Simulatorschaltung für jede Transformatorphase.
Hinsichtlich dieses Effekts wird mit der Erfindung das im Anspruch 1 oder 2 beschriebene Verfahren bereitgestellt, wobei durch die Erfindung weiterhin ein System gemäß Anspruch 5 sowie eine Einrichtung gemäß Anspruch 7 geschaffen werden.
Die durch vorliegende Erfindung erzielte Verbesserung besteht im Einsatz einer Zeitkonstantenschaltung zur noch genaueren Simulierung der Flüssigkeitstemperatur zu jedem gegebenen Zeitpunkt und im Einsatz einer derartigen Schaltung bei jeder Phase eines Mehr-Phasen-Transformators. Eine Wähleinrichtung für die höchste Spannung bestimmt dann die heißeste Temperatur aus der Mehrzahl von Signalen von den unterschiedlichen Phasen.
Weder das Verfahren noch die Einrichtung zum Auswählen der höchsten Spannung nach Hinzufügung von öltemperatur- und inkrementalen, lastgenerierten Temperatursignalen für jede Phase eines Mehr-Phasen-Transformators sind allgemein oder in Einzelheiten aus dem bekannten Stand der Technik entnehmbar.
Die Erfindung zielt auf die Schaffung einer neuen Lösung für die vorstehend erwähnten Probleme, d. h. auf eine elektronische Mehr-Phasen-Temperatursimulator-, Überwachungs- und Steuereinrichtung ab. Spezifische Beziehungen für Wicklungsstrom und Temperaturanstieg können für jede Leistungstransformatorklasse programmiert werden. Die Temperatur des oberseitigen Transformatoröls wird kontinuierlich gemessen. Ebenso wird ein Abtastwert jedes Transformator-Laststroms kontinuierlich gemessen. Jedes Laststromsignal wird dann mit einer speziellen Zeitkonstanten derart verarbeitet, daß sein Laststrom-Heizeffekt zeitlich so skaliert ist, daß der Anstieg der aktuellen Wicklungstemperatur aufgrund seines Laststrom angenähert wird. Der Anstieg der Wicklungstemperatur ist proportional zum Wicklungs-Leistungsverlust und der Leistungsverlust ist proportional zum "Quadrat" des Wicklungsstroms. Aufgrund dieser einer quadratischen Funktion folgenden Beziehung wird das Laststromsignal dann an einen Funktionsgenerator angelegt, der eine einer quadratischen Funktion folgende Beziehung zwischen seinen Eingangs- und Ausgangsspannungen erzeugt. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators stellt den Anstieg der Wicklungstemperatur für die Phase dar und dieser Anstieg der Wicklungstemperatur wird dann zur Oberseitenöl-Temperaturanalogie bzw. dem die Temperatur des oberseitigen Öls analogen Wert hinzuaddiert, um die Temperatur dieser Wicklung genau zu simulieren und anzuzeigen. Das die höchste Wicklungstemperatur der verschiedenen Phasen repräsentierende Signal wird automatisch gewählt. Dieser der heißesten Wicklungstemperatur analoge Wert wird dann zum Betätigen von Schaltern eingesetzt, die Transformator-Kühleinrichtungen, Abschalteinrichtungen und Alarme betätigen. Die durch jede Wicklung erreichte heißeste simulierte Temperatur und die gemessene Temperatur der heißesten Flüssigkeit (oberseitiges Öl = top-oil) werden sämtlich in einem elektronischen, nicht flüchtigen Speicher gespeichert und diese gespeicherten Werte können angezeigt werden.
Die elektronische Mehr-Phasen-Temperatursteuereinrichtung ermöglicht eine separate Programmierung von wichtigen Parametern für Wicklungstemperatursimulationen. Der eingegebene Strombereich, der Wicklungsvorspannwert, Zeitkonstanten und Ausgangsrelais-Einstellpunkte können unabhängig derart gewählt werden, daß ein elektrischer Leistungstransformator genauer als früher möglich simuliert werden kann. Der Simulationsprozeß behält seine Genauigkeit auch bei Änderung der Umstände bei.
Ein wichtiges Merkmal gegenüber früheren Einrichtungen besteht im Einsatz einer vollständigen, separaten Simulatorschaltung für jede Phase eines Mehr-Phasen-Transformators, so daß jede Wicklungstemperatur kontinuierlich für die Maximalspeicherschaltung und die entfernten Wicklungstemperatur-Anzeigen über bereitgestellte Konstantstromquellen kontinuierlich zur Verfügung steht.

Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform eines herkömmlichen Wicklungstemperatur-Simulationssystems.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Mehr-Phasen-Temperatursimulator-, Anzeige- und Steuereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Wicklungstemperatur-Simulatoreinrichtung einschließlich einer Widerstandstemperaturdetektor-Schnittstelle.
Fig. 4 repräsentiert die einer quadratischen Funktion folgende Kurve des Funktionsgenerators, bei der Vin gegenüber Vout aufgetragen ist und die Bruch- bzw. Knickpunkte und Liniensegmente zeigt.
Fig. 5 stellt ein Anwendungsbeispiel des Einsatzes der einer quadratischen Funktion folgenden Kurve gemäß Fig. 4 dar.
Fig. 6 zeigt eine Frontansicht der elektronischen Mehr-Phasen-Temperatursteuereinrichtung.
Fig. 7 A zeigt ein Beispiel eines Stromwandler-Stroms.
Fig. 7 B zeigt ein Signal eines Beispiels simulierter Wicklungstemperatur.
Fig. 8 zeigt eine Vorderansicht der Anzeigetafel.

Beschreibung der Erfindung

Da eine direkte Messung der Wicklungstemperaturen des Leistungstransformators nicht wirtschaftlich erreichbar ist, wurden in der Vergangenheit Einrichtungen zur Simulation dieser Temperaturen entwickelt.
Eines dieser herkömmlichen Systeme ist in Fig. 1 gezeigt und arbeitet mit einer Heizspule in dem Transformatoröl, um die Temperatur des Öls nahe beim Wärmesensor um einen Betrag zu erhöhen, der demjenigen angenähert ist, der durch den Strom in der Transformatorwicklung hervorgerufen würde.
Gemäß Fig. 1 besitzt der Leistungstranformator 10 Öl 11 und einen Thermometer-Anzeiger 12, über den ein Beobachter die Wicklungstemperatur des Leistungstransformators ablesen kann. Die Heizspule und ein Meßelement 14 sind zur Erzeugung des Eingangssignals für den Thermometer-Anzeiger 12 über ein kapillares Element 20 vorgesehen. Der Sensorelementabschnitt der Heizspule und des Sensorelements 14 spricht auf die Temperatur des Transformatoröls 11 nahe dem Sensor an, um die Mess- bzw. Anzeigeinformation für das Thermometer 12 bereitzustellen. Über Alarmleitungen 21 wird eine nicht gezeigte Alarmeinrichtung gesteuert. Die Heizspule 14 wird durch den Stromwandler 16 gesteuert, der üblicherweise vom Hersteller des Transformators erhältlich ist, der zusätzlich Kenntnisse über die verschiedenen Temperaturdifferenzen besitzt, die als Ergebnis unterschiedlicher Lastströme, d. h. Wicklungsströme erwartet werden können. Ein strombalancierender Autotransformator 18 spricht auf das Signal des Stromwandlers 16 an, das proportional zum Transformator-Laststrom ist, und speist die Heizspule 14 mit Strom, um das Öl nahe beim Sensor um einen Betrag aufzuheizen, der dem für einen gegebenen Laststrom erwarteten Betrag entspricht. Somit ist ersichtlich, daß herkömmliche Systeme mit einem Sensor zur Erfassung der Temperatur des oberseitigen Öls bzw. der obersten Öltemperatur arbeiteten, der lokal durch eine auf den Transformator-Wicklungsstrom ansprechende Heizspule beeinflußt oder vorgespannt wurde. Beispiele herkömmlicher Systeme, die mit einer Heizspule zur Aufheizung des Öls oder der Flüssigkeit in Abhängigkeit vom Wicklungsstrom arbeiten, sind in den US-Patenten 2 834 920, 3 144 770, 3 148 349 und 4 258 570 gezeigt oder beschrieben. Viele elektrische Leistungstransformatoren weisen drei Wicklungstemperatursimulatoren auf, wobei jeweils einer für jede Wicklungsphase vorgesehen ist.
Es wird nun auf vorliegende Erfindung Bezug genommen. Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Temperatursimulatoren, -anzeige und -steuereinrichtung. Als essentielles Merkmal wird die auf dem durch den Transformatorwicklungsstrom induzierten Heizeffekt beruhende Flüssigöl-Temperatur zur Erzeugung simulierter Wicklungstemperaturwerte hinzuaddiert, die zur Bestimmung der höchsten Wicklungstemperatur und zur Steuerung von Korrektureinrichtungen wie etwa Lüftern, Alarmen, Sicherungen und Wicklungstemperatur- Speichereinrichtungen eingesetzt werden.
Bei einem in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Gleichspannung von 0 bis 3,33 Volt durch eine auf einen Widerstandstemperaturdetektor (RTD) 26 ansprechende Öltemperaturschaltung 24 erzeugt und an einen Leiter 28 angelegt, der damit ein die Flüssigkeitstemperatur repräsentierendes Signal besitzt. Die Anzeige 30 zeigt die Flüssigkeitstemperatur an, wenn der Knopf "Temp" 32 gedrückt wird.
Fig. 3 enthält ein schematisches Blockschaltbild der RTD- Schnittstelle und Verstärkerfunktionen. Das Flüssigkeitstemperatursignal 28 wird weiterhin an den Flüssigkeitstemperaturspeicher 38 angelegt, in dem der heißeste Wert gespeichert wird. Dieser gespeicherte Wert kann ebenfalls auf der Temperaturanzeige 30 angezeigt werden.
Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 übergegangen. Die Stromwandler 36, 38 und 40 für die drei Phasen sind mit einem vollständigen Wicklungstemperatursimulator für jede Phase verbunden. Fig. 3 zeigt das schematische Blockschaltbild für einen Simulator. Jeder Simulator wandelt zunächst den Eingangsstrom von einem geeigneten Stromwandler in eine Gleichspannung um, die den gegenwärtigen Wicklungslaststrom repräsentiert. Dies wird durch die Stromwandler-Schnittstellenschaltung 41 erreicht. Die Amplitude dieses Lastsignals wird dann durch eine Wicklungsvorspanneinstellung 44 programmiert, um die gewünschte Laststrom-zu-Wicklung-Vorspann-Beziehung beim geforderten Laststrom-Datenpunkt zu schaffen. Nachfolgend wird das Laststromsignal in zeitlicher Hinsicht durch seine eigene Zeitkonstantenschaltung (TC.) 46 derart verarbeitet, daß die Rate des Anstiegs und die Rate des Abfalls dieses Lastsignals das Zeitkonstanten- Ansprechverhalten der Laststromheizung der aktuellen Transformatorwicklungen exakt annähert. Dieses in zeitlicher Hinsicht verarbeitete Lastsignal auf dem Leiter 48 wird dann an seine Funktionsgeneratorschaltung 50 angelegt. Dieser Generator nutzt die einer quadratischen Funktion folgende Beziehung zwischen dem Wicklungsstrom und dem Temperaturanstieg aus, um das Wicklungsvorspannungs- oder ΔT- Signal auf dem Leiter 52 zu erzeugen. Das Wicklungsvorspannungssignal 52 wird dann in der Addierschaltung 56 zum Flüssigkeitstemperatursignal 28 hinzuaddiert. Das Ausgangssignal 56 der Addierschaltung 54 repräsentiert die gegenwärtige Wicklungstemperatur für diese Phase.
Ein Simulator für jede Phase erzeugt das Wicklungstemperatursignal für jede Phase. Das höchste Wicklungstemperatursignal 57, das die heißeste Phase anzeigt, wird durch die Hochwert-Wähleinrichtung 58 automatisch gewählt. Dieser höchste Wert wird über eine Anzeigeschalt- und Treibereinrichtung 29 auf der Anzeige-Meßskala 30 angezeigt und zur Ansteuerung von Relais für Kühleinrichtungen, Alarmeinrichtungen und Auslöseschaltungen eingesetzt. Jedes der Relais könnte auch durch das Flüssigkeitstemperatursignal 28 betätigt werden. Die höchste Öltemperatur und die höchste Wicklungstemperatur für jede Phase werden im Maximaltemperatur- Speicher 34 gespeichert und können auf der Anzeige-Meßscala 30 angezeigt werden. Die Speichereinrichtungen behalten den gemessenen Wert der höchsten Wicklungs- und Flüssigkeitstemperaturen während des interessierenden Zeitintervalls bei. Zwischen diesen Zeiten können sie manuell rückgesetzt werden. Diese Speichereinrichtungen sind nicht flüchtige Speicher.
Jedes der an einem Eingangs/Ausgangs-Anschlußmodul 62 angeordneten Ausgangsrelais 60, 61 spricht auf die Wicklungs- oder Flüssigkeitstemperaturspannungen auf den Leitern 28 und 57 an. In jedem Fall vergleicht ein auf dem elektronischen Gebiet gut bekannter Vergleicher 70 das gewählte Temperatursignal mit einer voreingestellten Temperaturgrenze, wobei ein Relaistreiber ein Relais 60 oder 61 in dem Fall aktiviert wird, daß der gewählte Temperaturwert die voreingestellte Grenze überschreitet. Jede Vergleicherschaltung 70 besitzt ein voreingestelltes Differential, d. h. eine Hysterese, derart, daß ein Relais dann, wenn es aktiviert wird (wenn der Einstellpunkt überschritten wird) so lange aktiviert bleibt, bis der Temperaturwert unter den Einstellpunkt um einen der Hysterese entsprechenden Betrag absinkt. Die Hysterese für eine Lüfterschaltung ist typischerweise auf 5ºC eingestellt.
Ein Überschreiten der gegenwärtigen Grenze bzw. eines aktuellen Schwellwerts für einen Vergleicher führt zur Aktivierung oder Deaktivierung seines Relais, je nachdem, wie es für jedes Relais durch eine "Jumper"-Wahl in seiner Relaistreiberschaltung bestimmt ist.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Widerstandstemperaturdetektor-Schaltung (RTD-Schaltung) 24. Die Stromquelle 25 und Verstärkerschaltungen 27 erzeugen eine Gleichspannung auf dem Leiter 28, die die analoge Größe für die durch den Widerstandstemperaturdetektor 26 gemessene Flüssigkeitstemperatur darstellt. Beiin bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt eine Gleichspannung von 0 bis 3,33 V auf dem Leiter 28 Flüssigkeitstemperaturen von 0º C bis 120º C an und repräsentiert diese.
Die Schnittstellenschaltungen 42 für die Stromwandler- Stromeingangssignale der Konstantstromtransformatoren (CT) 36 erzeugen Gleichspannungen, die die Wicklungslastströme repräsentieren. Der Skalierungsfaktor ist für jede Schnittstelle auf eine Gleichspannung von 1,0 V (Gleichspannung) je Wechselstrom-Ampere des Eingangs-Stromwandler-Stroms auf den Leitern 43 eingestellt und dieser Skalierungsfaktor wird dann für jede Wicklung durch Einstellung der Wicklungsvorspann-Einstellung 44 für jeden Wicklingseingang dividiert und individuell eingestellt. In dieser Weise kann ein Eingangsstromwert so eingestellt werden, daß er ein Wicklungsvorspannsignal von 0 V (Gleichspannung) bis zu einem Teil jedes Schnittstellen-Ausgangssignals wird. Der Wicklungsvorspann-Ausgang 45 ist dann mit Zeitkonstantenschaltungen 46 derart verbunden, daß jedes Wicklungslastsignal zeitlich so skaliert wird, daß es exakt die Laststrom-Heizeffekte repräsentiert. Die vorliegenden Einrichtungen sind auf eine Zeitkonstante von 8 Minuten programmiert, d. h. auf eine gesamte Ansprechzeit von 40 Minuten. Der Ausgang jeder Zeitkonstantenschaltung verstärkt seine Wicklungsvorspann-Signaleingabe um einen Faktor von 100 derart, daß das dem Funktionsgenerator 50 zugeführte Gleichspannungs-Ausgangssignal jeden beliebigen Skalenfaktor von 0 bis 1,47 Volt (Gleichspannung) je Wechselstrom- Ampere des Stromwandler-Stroms besitzen kann, wobei dies für jede Wicklung einstellbar ist.
Ein Charakteristikum der Leistungstransformatoren und ihrer Wicklungstemperaturen besteht darin, daß unterschiedliche Transformatoren unterschiedliche Temperaturcharakteristiken besitzen. Für jeden Leistungstransformator existiert eine Kennlinienbeziehung zwischen den inkrementalen Temperaturveränderungen ΔT und den Wicklungsströmen.
Fig. 4 zeigt die Kennlinienkurve des Funktionsgenerators. Die horizontale Achse, die Vin von der Zeitkonstantenschaltung entspricht, stellt das vorspannskalierte, zeitverarbeitete Wicklungsstromsignal dar. Die Vertikalachse, Vout, ist die Ausgangsspannung des Funktionsgenerators. Die Generatorschaltung erzeugt eine "Quadratfunktions"-Beziehung zwischen Vin und Vout. Vout stellt dann das geeignete Wicklungsvorspannungssignal 52 dar, das dann in der Addierschaltung 54 zum Oberseitenöl-Signal 28 hinzuaddiert wird, so daß das Addierer-Ausgangssignal 56 die simulierte Wicklungstemperatur repräsentiert. Die simulierten Wicklungstemperatursignale für alle Phasen werden kontinuierlich durch die Hochwert- Wählschaltung 58 ausgewertet, die das höchste Simulationswicklungstemperatur-Signal für Anzeigeund Steuerzwecke auswählt. Diese ausgewählte höchste Wicklungstemperatur repräsentiert die Wicklungstemperatur des heißesten Punkts, die zur Steuerung der Ausgangsrelais eingesetzt wird. Diese Relais können zur Steuerung von Kühleinrichtungen, Alarmen, Auslöseschaltungen, Meldeschaltungen usw. eingesetzt werden. Jede beliebige Anzahl von Relais kann in dieser Weise gesteuert werden und jedes Relais kann durch Vergleicher aktiviert werden, die entweder auf der Basis jeglicher Flüssigkeitstemperatur oder der heißesten Wicklungstemperatur arbeiten.
Die einer quadratischen Funktion folgende Kurve, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird in einfacher Weise für die Simulation der Transformator-Wicklungstemperatur herangezogen, wie in Fig. 5 demonstriert ist. Die Arbeitslinie (D) ist für einen beispielhaften Transformator ausgelegt, der einen Wicklungstemperaturanstieg von 160º C bei 160% der Nennlast zeigt. Diese einmal aufgebaute Arbeitslinie bestimmt den Wicklungstemperaturanstieg für andere Lastpegel. Da die Zeitkonstantenschaltungen die Wicklungsvorspannungsberechnungen für 5 Zeitkonstanten zurückhalten, ist ein Zeitkonstanten-Umgehungsschalter vorgesehen, um die Zeitkonstante zeitweilig zu eliminieren. Solange der Zeitkonstanten-Umgehungsschalter gedrückt ist, tritt jeglicher Eingangsstrom, der ein Wicklungsvorspannungssignal erzeugt, unmittelbar auf einem Wicklungstemperatur-Leiter auf.
Die Temperatursignale sind derart skaliert, daß 27,78 mV (Gleichspannung) 1º C repräsentiert, und zwar sowohl für die Wicklungs- als auch für die Öltemperatur.
Das folgende Beispiel beschreibt den Betrieb eines Simulators, wie er in Fig. 3A gezeigt ist. Die Wicklungsvorspannung wurde auf VBias = 1 V/A des Stromwandler-Stroms eingestellt. Siehe die Fig. 7A und 7B.
I. Anfängliche "stationäre" Zustände: zum Zeitpunkt T = 0.
1. Öltemperatur = 45º C
2. Stromwandler- (1)- Strom = 1,9 A. : VCurrent (Strom) = 1,9 V (Gleichspannung)
3. VBias = 1,9/100 = 19mV (Gleichspannung)
4. T/C-Signal = 1,9 V (Gleichspannung) = 1 V/A
5. ΔT-Signal = 280 mV (Gleichspannung) = siehe Fig. 4
6. Öltemperatur-Signal = 1,25 V (Gleichspannung)
7. Wicklungstemperatursignal = 1,53 V (Gleichspannung), zeigt eine gegenwärtige Wicklungstemperatur von 55º C an.
II. Zustand ansteigender Temperatur: Zeit > 0
1. bei T = 5 min.
a. Stromwandler-Strom, Fig. 7A, steigt abrupt von 1,9 A auf 3,6 A an und bleibt für 65 Minuten bei 3,6 A: VCurrent wird zu 1,9 V (Gleichspannung).
b. VBias verändert sich sofort auf 36 mV (Gleichspannung) und bleibt dort für 65 Minuten.
c. T/C-Signal beginnt sich exponentiell von 1,9 V (Gleichspannung) bis einem Endwert von 3,6 V (Gleichspannung) aufzuladen bzw. zu verändern.
d. ΔT-Signal beginnt exponentiell von 280 mV (Gleichspannung) bis zu einem Endwert von 970 mV (Gleichspannung) anzusteigen.
2. Bei 5 ≤ T ≤ 45 min.:
a. ΔT-Signal wächst mit einer Zeitkonstante von 8 Minuten bis zu 970 mV (Gleichspannung) an.
b. Wicklungstemperatur-Ausgangssignal wächst exponentiell bis zu einem Endwert bei einem Endwert von 80º C an - siehe Fig. 7B.
III. Bei 45 min. ≤ T ≤ 70 Minuten: alle Signale sind stabilisiert, die simulierte Wicklungstemperatur bleibt konstant bei 80º C.
IV. Zustand abfallender Temperatur: Bei 70 Minuten ≤ T ≤ 110 Minuten:
a. Der Laststrom, Fig. 7A, sinkt schlagartig von 3,6 A auf den ursprünglichen Wert von 1,9 A ab und bleibt für die gesamte restliche Zeit bei 1,9 A.
b. VBias fällt sofort auf 19 mV (Gleichspannung) zurück und verbleibt dort die ganze Zeit.
c. T/C-Signal beginnt mit einer Zeitkonstanten von 8 Minuten exponentiell von 3,6 V auf den ursprünglichen Wert von 1,9 V (Gleichspannung) abzufallen.
d. ΔT-Signal beginnt auf seinen ursprünglichen Wert von 280 mV (Gleichspannung) abzufallen.
e. Simulierte Wicklungstemperatur fällt auf 55º C zurück.
V. Endgültiger stationärer Zustand = Zeit > 110 Minuten
Alle Zustände sind auf dieselben Werte wie diejenigen im Abschnitt 1 zurückgekehrt.
In den Fig. 6 und 8 ist der körperliche Aufbau des elektronischen Mehrphasen-Temperatur-Monitors gezeigt. Die Hauptkomponenten sind ein elektronisches Gehäuse 72, ein Eingabe/Ausgabe-Modul 74 und eine entfernte Fronttafel 76. Alle "Feld"-Verbindungen für die Mehrphasen-Einrichtung sind zu und von dem Eingabe/Ausgabe-Modul-Anschlußblock 78 geführt. Fig. 6 zeigt den modularen Aufbau der Mehr-Phasen-Steuerung. Funktionale Baugruppen sind auf der Montageplatte montiert. Innerhalb dieser Baugruppen sind einzelne elektronische Module zur Durchführung erforderlicher Aufgaben verschaltet. Module können leicht hinzugefügt, entfernt, repariert, ersetzt und/oder überprüft werden. In gleichartiger Weise können Änderungen des Aufbaus auf einer Modul-zu-Modul-oder einer Funktions-zu-Funktions-Basis bewerkstelligt werden.
Es versteht sich, daß das anfängliche Laststromsignal von dem Stromwandler 36 erhalten werden kann, der normalerweise von den Herstellern des Leistungstransformators bereitgestellt wird.
Zusätzlich kann das anfängliche Flüssigkeitstemperatursignal von einem beliebigen Widerstandstemperaturdetektor 26 wie etwa dem im "Transducer Interfacing Handbook" (herausgegeben von Daniel J. Sheingold, Seiten 2 bis 5, 10 und 11) beschriebenen Detektor sowie von anderen thermischen Sensoren wie etwa Thermoelementen, Thermistoren, optischen Sensoren usw. erhalten werden. Das "Tranducer Interfacing Handbook" ist von Analog Devices, Inc, Norwood, Mass. im Jahr 1980 und 1981 veröffentlicht (Library of Congress Catalog Card Nummer 80-65520.
Es versteht sich, daß die Berechnungen und Signaldarstellungen in jeder beliebigen von mehreren Formen oder Parametern vorliegen können. Der beim bevorzugten Ausführungsbeispiel eingesetzte Parameter ist die Gleichspannung und die hier gegebene Beschreibung basiert auf diesem Parameter.

Claims

1. Verfahren zum elektronischen Erzeugen eines Parameters, der die heißeste Temperatur von in einem Fluid untergetauchten Mehrphasen-Leistungstransformator-Wicklungen repräsentiert, mit den Schritten:

Messen der Temperatur des Fluids (24),

Erzeugen eines Parameters, der proportional zur Fluidtemperatur-Messung (28) ist,

Messen der Stärke des Stroms, der durch jede Transformatorwicklung des Mehrphasen-Transformators (36) fließt,

Erzeugen eines Parameters, der proportional zu dem gemessenen, durch jede Transformatorwicklung (45) fließenden Strom ist,

Bereitstellen einer Zeitkonstanten-Antwort auf die Veränderung jedes Wicklungsstrom-Parameters (46), Erzeugen einer einer quadratischen Funktion folgenden Funktion (50) zur Erstellung eines Wicklungs-Vorspannungsparameters für jede Wicklung (52),

Addieren der Parameter, die die Fluidtemperatur (28) und eine erwartete, durch den durch jede Transformatorwicklung (52) fließenden Strom bewirkte Temperaturveränderung repräsentieren, um einen Parameter zu erhalten, der jede Wicklungstemperatur (56) repräsentiert,

Wählen des größten Wicklungstemperatur-Parameterwerts (58) und Heranziehen dieses größten Werts zur Erzeugung eines Parameters, der proportional ist zur heißesten Wicklungstemperatur, die als Ergebnis des gemessenen Stroms (57) erwartet wird.

2. Verfahren zum elektronischen Repräsentieren der Temperatur der heißesten Wicklung eines Leistungstransformators, der in einem Fluid untergetaucht ist, mit den Schritten:

Messen der Temperatur des Fluids (24),

Etablieren der Temperaturdifferential-Kennlinienkurve der Leistungstransformator-Wicklungen für unterschiedliche Stärken des durch die Wicklungen fließenden Stroms,

Messen der Stärke des durch jede Transformatorwicklung (36) fließenden Stroms,

Einstellen einer variablen Schaltung (44) (46) (50) zur Erzeugung eines Parameters, der das Temperaturdifferential für jeden gemessenen Strom, einschließlich einer Zeitkonstanten (46) zum genauen Modellieren von Temperaturveränderungen repräsentiert,

Addieren der Parameter, die die Fluidtemperatur (28) und das Temperaturdifferential (52) repräsentieren, um einen Parameter (56) zu erhalten, der die Wicklungstemperatur jeder Wicklung des Leistungstransformators repräsentiert, und

Wählen des höchsten Wicklungstemperatur-Parameterwerts (58).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem weiteren Schritt des Anlegens des Parameters für die höchste Wicklungstemperatur an eine Anzeigeeinrichtung (30), um die Temperatur der heißesten Leistungstransformatorwicklung anzuzeigen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Parameter eine Spannung ist.

5. Elektronisches Temperatursimulator-, -anzeige-, -steuer- und -warnsystem für flüssigkeitsgefüllte elektrische Leistungstransformatoren, durch deren Wicklungen normalerweise Lastströme fließen, mit einer Einrichtung (24) zum Erzeugen eines elektrischen Signals (28), das die Temperatur der Flüssigkeit im Transformator repräsentiert, einer Einrichtung (36) zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das eine Veränderung der Wicklungstemperatur aufgrund des durch die Transformatorwicklungen fließenden Laststroms repräsentiert, einer Zeitverarbeitungseinrichtung (46) zum zeitlichen Verarbeiten des eine Veränderung der Wicklungstemperatur darstellenden Signals zur Simulation des Zeitintervalls, das normalerweise zwischen dem Zeitpunkt des Fließens von Strom durch eine Wicklung bis zur Aufheizung der Wicklung verstreicht,

einer Einrichtung (50) zum Erzeugen eines einer quadratischen Funktion folgenden, die Veränderung der Wicklungstemperatur repräsentierenden Signals in Übereinstimmung mit der Kennlinie der Transformatorwicklung,

einer Addierschaltungseinrichtung (54), die auf die Ausgangssignale (28) (52) der die Flüssigkeitstemperatur messenden Einrichtung (24) und der Funktionserzeugungseinrichtung (50) zum Erzeugen einer Spannung, die jede Wicklungsteinperatur repräsentiert, wie sie durch die Summe der Flüssigkeitstemperatur und dem besagten Temperaturdifferential repräsentiert ist,

einer Wähleinrichtung (58), die auf die Mehrphasen-Signale zur Auswahl des die höchste Wicklungstemperatur repräsentierenden Signals, das proportional zur heißesten Wicklungstemperatur ist und diese repräsentiert.

6. Gerät nach Anspruch 5, mit einer Anzeigeeinrichtung (30) zum Anzeigen der Wicklungstemperatur und einer Temperatursteuereinrichtung (29) (62) zum Verringern der Temperatur der Transformatorflüssigkeit, wenn die Temperatur eine vorbestimmte Größe überschreitet.

7. Gerät zum elektronischen Überwachen des Temperaturzustands in einem Mehrphasen-Hochspannungstransformator mit Transformatorwicklungen, die in einer Flüssigkeit eingetaucht sind, mit

einer Einrichtung (24) zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit,

einer Einrichtung zum Erzeugen einer Spannung (28), die die gemessene Flüssigkeitstemperatur repräsentiert,

einer alternierenden Anzeigeeinrichtung (30) zum Anzeigen der gemessenen Flüssigkeitstemperatur,

einer Einrichtung (36) zum Messen des durch jede Transformatorwicklung fließenden elektrischen Stroms,

einer Einrichtung (42) (46) (50) zum Erzeugen einer Spannung, die den gemessenen Wicklungsstrom und das aus den Wicklungsströmen resultierene Temperaturdifferential repräsentiert, einschließlich

einer Zeitkonstanten-Einrichtung (46) zum zeitlichen Verarbeiten der Wicklungsstromspannungen zur Simulierung des Zeitdifferentials, das mit der Zeit zwischen einer Stromveränderung und der resultierenden Temperaturveränderung in jeder Wicklung verknüpft ist,

einer Einrichtung (50) zum Erzeugen der einer quadratischen Funktion folgenden Wicklungstemperaturveränderung in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Transformatorwicklung, wobei das Ausgangssignal der Formungseinrichtung (50) das aus dem Transformatorstrom resultierende Temperaturdifferential repräsentiert,

einer Addierschaltungseinrichtung (54), die auf die Ausgangssignale der die Flüssigkeitstemperatur messenden Einrichtung (24) und der Funktionserzeugungseinrichtung (50) anspricht, um eine Spannung (56) zu erzeugen, die die Wicklungstemperatur repräsentiert, wie sie durch die Summe der Flüssigkeitstemperatur und das besagte Temperaturdifferential für jede Wicklung repräsentiert ist,

einer Höchstspannung-Wähleinrichtung (58) zum Wählen der höchsten Wicklungstemperaturspannung aus den verschiedenen Phasen,

einer ersten Anzeigeeinrichtung (30) zum Anzeigen der heißesten Wicklungstemperatur,

einer mehrfach wechselnden Anzeigeeinrichtung für: gemessene Öltemperatur, "gespeicherte" höchste Öltemperatur, simulierte Wicklungstemperatur jeder Phase, "gespeicherte" höchste Wicklungstemperatur für jede Phase, Relais-Einstellpunkt-Temperaturen und Wicklungsvorspan-nungswert für die gegenwärtigen C.T. -bzw. Stromwandler-Stromeingangsgrößen ohne Zeitkonstanten unter Heranziehung von T.C.-bzw. Zeitkonstanten-Umgehungsschaltern,

einer Mehrfachvergleichereinrichtung (70), die auf Einstellpunkt-Wicklungs- oder Öltemperaturwerte, die Ausgangsrelais (60) (61) für Lüfterkühlung, Ölpumpenkühlung, Alarm und/oder Auslöserschaltungen betätigen, anspricht.