核电干式变压器专用温度控制器解决方案

发表时间: 2019-07-09 14:28:17

作 者: 干式变压器专用温度控制器

来源: 福州英诺科技

 干式变压器经过几十年的发展,已广泛应用于各行各业的输变电系统中。它具有耐火性好、免维护、无污染、耐短路、耐热、安装方便、可靠性高等优点。温度控制器作为干式变压器的重要附件之一,得到了广泛的应用。但是市面上低价的干式变压温控器其故障率较高,运行可靠性低,长期以来一直困扰着许多变压器生产厂家和用户。核电行业是一个要求设备高可靠性的行业。福州英诺科技研究了目前干式变压器温度控制器的质量缺陷,根据干式变压器的应用要求,提出了一种核电干式变压器专用温度控制器。核电工业变压器温度控制器。介绍了温控器的可靠性和功能设计方案,并简要介绍了核动力温度控制器的电路设计。

核电温度控制器可靠性设计方案

目前,低价的干式变压温控器温度控制器的常见故障主要包括:

(一)使用一段时间后,温度测量不准确的;

(2)PT100铂电阻传感器易损坏,可靠性不高。

(3)误报和误跳闸会导致安全用电并给用户造成损失。

在综合分析上述温度控制器主要失效机理的基础上,福州英诺科技提出了核电厂干式变压温控器设计的新概念,并通过以下三种设计方法提高了干式变压温控器的可靠性。



干式变压温控器温度采集电路的设计


变压器的三相低压绕组预先嵌有Pt100铂电阻,传感组件线的D型插头连接到干式变压温控器插座。变压器投入运行前或停机后,如果长时间处于潮湿环境中(核电站一般建在海岸,空气相对潮湿多年),即使IP54保护水平干式变压温控器,水分也会侵入。潮湿的空气将在干式变压温控器插座的金属连接器和传感器组件插头的表面上产生氧化层。当氧化物层累积到一定厚度时,插头座的接触电阻将增加,导致干式变压温控器的温度测量不准确。 


核电干式变压温控器可采用由恒流源、多通道模拟开关、运算放大器和A/D转换电路组成的新型温度采集电路]。该电路采用四线制PT100铂电阻传感器进行温度测量,有效地防止了由感测线电阻和插头接触电阻引起的测量误差,实现了远距离、高精度的温度测量。温度测量精度远高于市场上的电流互感器温度控制器(一般采用三线PT100铂电阻进行温度测量)。

一般而言,只要接触电阻超过1欧姆,三线Pt100温度测量电路的温度测量就会过低。对于核电温控器的温度采集电路,即使接触电阻达到数百欧姆,也不会影响其温度测量的精度,确保长期准确测量变压器各相绕组的温度。

选用高可靠性,高保护性Pt100铂电阻传感器,采用Pt100间歇电源寿命延长设计和冗余温度采集方法

PT100铂电阻传感器是温度控制器的核心部件。其稳定性直接决定了温度控制器的可靠性。目前常用的温度控制器用的PT100铂电阻传感器一般封装在不锈钢保护套内,引出三根导线。其外部保护性能差,在变压器安装、运输、调试过程中容易损坏。同时,由于PT100铂电阻传感器长期工作在变压器绕组附近,具有高的电应力和高的电应力。在电场和强磁场的作用下,其寿命将大大缩短。因此,核电干式变压温控器必须采用可靠性高、保护性强的Pt100铂电阻传感器。

高可靠性的pt100铂电阻是具有尺寸小、抗振动寿命长、元件一致性好、热响应时间短、性能稳定、重现性好等特点,pt 100铂电阻芯片密封在防护套内,高强度的屏蔽网包裹在屏蔽线外,大大提高了其保护能力,并有效防止了铂电阻和提高。

为了进一步提高铂电阻的使用寿命,还可以采用间歇向铂电阻供电的方法:即,当需要测量某相绕组的温度时,Pt100铂电阻提供相的相,如果没有测量,则不供电,铂减少。电阻器的工作时间延长了其使用寿命;同时,它通过传感线降低了引入温度控制器的干扰信号强度,有效提高了干式变压温控器运行的可靠性。

当然,高可靠性的铂电阻传感器也会单独损坏。为了保证变压器绕组温度测量的可靠性和连续性,核动力干式变压温控器也可以采用冗余的温度采集设计:在变压器的每个低压绕组中嵌入两个Pt100铂电阻传感器,一个用于主变压器绕组。温度测量和温度测量。备用;PT100铂电阻的主温度测量和备用PT100铂电阻有一套独立的测量电路。一旦主温度测量或其测量电路的PT100铂电阻失效,温度控制器可以通过逻辑判断自动消除故障的PT100铂电阻,并启动备用的PT100铂电阻进行温度测量,因此以确保变压器始终处于温度控制器的保护状态。其次,要保证变压器输配电的连续性。


屏蔽、过滤、内部双逻辑控制等抗干扰措施


干式变压温控器误报和误跳闸的原因很复杂,但可归纳为两类:一类是干式变压温控器受到外部强烈干扰,导致其软件和硬件系统无序,导致干式变压温控器误报。另一种类型是干式变压温控器的温度采样电路或Pt100铂电阻传感器损坏或漂移,导致温度采样失真并导致温度控制器的误报。

对于外部强干扰引起的误报和误跳闸:一方面可以通过屏蔽和滤波从外部减少干扰。核电温控器可以使用铁箱屏蔽内部电路,可以有效降低射频。干扰信号的入侵;由电容器和电感器组成的T型滤波器电路加到核电恒温器的电源电路上,电源上的串联模式和共模干扰信号可以通过地滤波。另一方面,具有高可靠性和强抗干扰能力的AVR芯片可以作为内部电路的主控芯片,可以进行合理的电路板布局,提高电路本身的抗干扰能力。通过上述设计方法,可以大大提高干式变压温控器的抗干扰能力,并且可以防止干式变压温控器由于外部强干扰而运行无序,引起误报警和误跳闸。

针对温度控制器温度采样失真引起的误报警故障,选择高可靠的Pt100铂电阻,采用主、备温度测量方法,可以防止误报警。此外,为了进一步防止误报警的发生,核动力干式变压温控器(广泛应用于电机温度测量和保护)中还可以使用另一个PTC热敏电阻传感器来测量报警点和跳闸点的温度。该传感器还嵌入在具有Pt100铂电阻的低压绕组中。核电恒温器结合了PT100主、备用和PTC测量点的信息。通过一系列逻辑算法,有效地防止了误报警和误跳闸的发生,实现了变压器PT100和PTC的双重温度保护。


核电温度控制器湿度控制功能设计


由于核电站一般建在沿海地区,周围空气相对潮湿。变压器投入运行前后,应控制变压器外壳内的环境湿度,防止变压器受潮。核电干式变压温控器通过专用的环境温湿度模块采集变压器外壳内的温湿度,实时显示在面板上,并根据用户预设的湿度控制值启动加热器调节变压器外壳内的湿度。

一些核电厂不提供独立的外部电源,其变压器电源直接设计用于从变压器的低压侧汲取电力。因此,一旦变压器停止工作,干式变压温控器也会停止工作,这将直接导致关闭变压器的湿度失控,变压器变湿。针对上述问题,核电干式变压温控器专门设计了双电源开关电路。主电源从变压器的低压侧供电,辅助电源从变压器室的插座供电(干式变压温控器的最大功率用于湿度控制不超过600W,典型容量电源插座是完全可以实现的)。当变压器停止运行时,核电温控器电源自动切换到室内电源,温控器继续工作,控制湿度,防止变压器被弄湿;一旦变压器被激活,电源会自动切断变压器的低压侧,以确保变压器始终处于干式变压温控器的监控和保护之下。


核电温控器电路系统的设计


核电干式变压温控器由双电源开关电路、电源滤波器/整流器/调节器电路、主/备PT100铂电阻采集电路、PTC热敏电阻采集电路、单片机及存储电路、液晶显示及键盘电路、环境温度等组成。由E/湿度采集电路、继电器输出驱动电路等组成,温度4~20米A模拟输出电路和RS-485计算机接口电路。

双电源切换电路

核动力控制器的双功率开关电路由多个交流接触器组成,具有电路联锁保护和主、辅助电源的可靠开关,同时为了电力安全,在主、二次电源输入处提供开放式保护。

电源滤波器/变压器/整流器/稳压电路

(1)核电恒温器在电源输入端有一个由金属膜安全电容器、陶瓷电容器和电感组成的T型滤波电路。

(2)专门设置接地入口,确保可靠接地。同时,电源变压器用于隔离电压降,电源变压器外壳接地。

(3)由高耐压和大功率二极管组成的整流电路用于将电源变压器的交流电输出整流为直流,然后由稳压模块稳定,为主板上的功能模块提供稳定的直流电源。 。

主/备PT100铂电阻温度采集电路

(1)采用四线Pt100铂电阻温度测量技术,通过恒流源和模拟开关实现Pt100铂电阻电源和温度采样。

(2)使用高精度A / D转换器对温度信号进行高精度模数转换。

PTC热敏电阻温度采集电路

它由电阻和运算放大器等元件组成。利用PTC140和PTC150热敏电阻在超温报警温度点和超温跳闸温度点突变中的特性,有效捕获超温报警温度点和超温跳闸温度点。并结合Pt100的温度测量结果,实现变压器的双温保护。

单片机和存储电路

新型核动力干式变压温控器的主控芯片抗干扰能力强,内置功能强。它具有转换器、通信端口、发生器、程序存储器、数据存储器等。该芯片广泛应用于工业控制领域。

液晶显示器和键盘电路

(1)显示电路采用大屏幕液晶显示,可同时显示每个绕组的温度和环境湿度。显示界面清晰,直观,使用寿命长,稳定性高。

(2)通过轻轻触摸按键,可以方便地设置和搜索按键。

环境温湿度采集电路

专用的环境温度/湿度测量模块可精确测量周围环境的温度和湿度。

继电器输出驱动电路

(1)继电器驱动电路由总线控制器和继电器电源驱动芯片组成,具有较强的抗干扰能力。

(2)继电器电源芯片有输出,每个通道的最大驱动容量可实现过温报警,超温跳闸,故障等无源触点输出。触

(3)输出风扇和加热器有源触点,控制风扇和加热器启动和停止,达到冷却或除湿的目的。


RS-485计算机接口电路和温度4~20mA模拟输出电路


光耦合器和芯片用于构成计算机接口电路。温度控制器可以通过该接口将每相的温度值和继电器状态上传到用户的主控制计算机,并与外部通信电路光学隔离。

采用由高精度D/A转换器、运算放大器和三级晶体管组成的4-20毫安模拟输出电路。每个4-20 mA输出电路的最大负载大于300_uuu。

在常规温度控制电路设计的基础上,核动力温度控制器采用了新型的高精度温度采集电路,选择了具有较强抗干扰能力的控制芯片,增加了湿度测量/控制和ptc温度测量电路。与传统的干式变压温控器相比,大大提高了它的功能、性能和可靠性。


核电干式变压器的温度控制器是在对传统干式变压器温控器可靠性薄弱环节的分析和总结的基础上进行的。严格遵循机械工业部JB/ T7631-2016“变压器电子温度控制器”和电磁兼容标准JB / T17626“电磁兼容测试技术”的要求。核电干式变压温控器采用全新的设计理念,选用新材料,扩展新功能,有效提高其性能和运行可靠性。

当然,本质上,核温度控制器只是一个带有湿度控制的变压器温度控制器。为了满足未来智能、网络化、无线等仪器发展的要求,可以开发以下扩展功能,进一步提高其整体性能:

(一)对变压器的高、低电压侧进行电压、电流测量,进行电力管理,计算变压器效率,计算变压器的负荷曲线,为用户高效使用变压器提供技术解决方案;

(2)记录变压器温度数据,并根据变压器负载指南的要求计算变压器的剩余使用寿命,方便用户搜索;

(3)根据变压器检修的要求,提醒用户按时进行变压器检修。

(4)采用成熟的互联网技术,增加以太网接口和无线网络接口,实现仪器组网。

通过上述功能的扩展,核电干式变压温控器最终可以转化为一个综合而强大的变压器智能控制器,从而实现智能化,网络化的干式变压器。


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