АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2004 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам контроля и учета электроэнергии на высоковольтных входных и выходных порталах электрических подстанций и присоединений высоковольтных линий электропередачи.

Известно устройство для измерения электрической мощности и энергии, используемое в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии, описанное в патенте РФ № 2138827, МПК⁶ G 01 R 24/133, опубл. 27.09.1999 г. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, мультиплексоры, входы которых соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения и тока соответственно. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока обработки информации. К аналоговому входу интерфейсного блока параллельно друг другу подключены выходы мультиплексоров. Аналоговый выход интерфейсного блока соединен с входом блока обработки информации, который считывает мгновенные значения тока и напряжения, по которым за период вычисляются значения активной, полной и реактивной мощностей.

Однако в качестве первичных датчиков тока и напряжения используются традиционные громоздкие и дорогостоящие системы высоковольтных трансформаторов тока и напряжения. Это ограничивает возможность повышения точности измерения мощности и электроэнергии, при этом последнее связано с тем, что поверка высоковольтных трансформаторов тока и напряжения весьма трудоемкая процедуры и требует дорогостоящего оборудования.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии является система (АСКУЭ “СПРУТ”), разработанная Научно-производственным объединением “САБ-система”, описанная в статье: Алексейчик В.В., Болгов В.Т. Проблемы учета, контроля и управления энергоресурсами на промышленном предприятии и пути их решения. “Энергосбережение в Поволжье”, 2001, вып.1, с.58-67. В состав известной системы входят датчики тока (трансформаторы тока) и напряжения (трансформаторы напряжения), транспортная сеть (специализированная локальная сеть передачи аналоговых данных в виде формы кривой тока и формы кривой напряжения от соответствующих датчиков), измерительная система-контроллер, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь сигналов, поступающих от транспортной сети, и микропроцессор с общим и специальным программным и информационным обеспечением, поддерживающий работу транспортной сети и осуществляющий первичную обработку и хранение информации от датчиков, а также радио- или телефонные модемы для сопряжения с приборами учета энергоресурсов, реализующими соответствующие ГОСТ протоколы сбора и обработки информации.

Однако данная система имеет недостатки, связанные с применением громоздкого и дорогостоящего оборудования первичных датчиков - стандартных измерительных трансформаторов тока и напряжения, сложной и дорогостоящей процедурой поверки, а кроме того, требует решения сложной технической задачи обеспечения изоляции слаботочного цифрового оборудования от высокого напряжения, так как измерительная система находится под потенциалом земли.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкций системы, упрощение процессов поверки измерительных трансформаторов тока и напряжения при одновременном повышении их точности, обеспечивающих возможность простого алгоритма ее периодического проведения, а также упрощение обеспечения нормального функционирования при повышении надежности и точности измерительной системы первичной и вторичной обработки и передачи данных.

Решение этой задачи достигается тем, что известная автоматизированная система контроля и учета электроэнергии, содержащая измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, например радиопередатчик, с изолированным по напряжению каналом передачи данных измерения на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов и устройство электроснабжения с блоком питания, снабжена корпусом, образованным проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолированной прокладкой, расположенной на одной из внешних сторон корпуса, высоковольтными изоляторами, которыми корпус укреплен в рассечке высоковольтного силового провода, измерительный трансформатор напряжения образован емкостным делителем напряжения, низковольтное плечо которого выполнено в виде сосредоточенного конденсатора, расположенного на внешней поверхности корпуса, при этом одна из его обкладок подключена ко входу устройства первичной обработки данных, измерительный трансформатор тока установлен на внешней стороне корпуса и укреплен на ней через изолирующую прокладку, выходные выводы измерительного трансформатора тока подключены ко входу устройства первичной обработки данных, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней поверхности корпуса, при этом выходные выводы трансформатора тока соединены со входом блока питания, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса.

Кроме того, другая обкладка сосредоточенного конденсатора может быть подключена ко входу устройства первичной обработки данных.

Другая обкладка сосредоточенного конденсатора может быть образована стенкой корпуса.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии может быть дополнительно снабжена электрическим экраном, присоединенным к корпусу и имеющим изолированное отверстие, через которое пропущен высоковольтный силовой провод, а измерительный трансформатор тока и трансформатор тока устройства электроснабжения расположены в электрическом экране.

Кроме того, автоматизированная система контроля и учета электроэнергии дополнительно снабжена выравнивателями поля, расположенными в точках соединения высоковольтного силового провода с корпусом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана предлагаемая автоматизированная система контроля и учета, на фиг.2 приведена конструкция системы с выравнивателями поля.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии содержит корпус 1, выполненный, например, в виде клетки Фарадея и включенный последовательно в рассечку высоковольтного силового провода 2, высоковольтные изоляторы 3 и 4, закрепляющие корпус 1 в рассечке высоковольтного силового провода. Сосредоточенный конденсатор 5 емкостного делителя напряжения размещен на внешней поверхности корпуса 1, первая обкладка конденсатора 5 может быть подключена к проводящей стенке корпуса 1 или образована стенкой корпуса 1, а вторая подключена ко входу устройства первичной обработки данных 6, расположенного внутри корпуса 1. Измерительный трансформатор тока 7 размещен на внешней стороне корпуса 1 и укреплен на ней через изолирующую прокладку 8, выходные выводы его подключены ко входу устройства первичной обработки данных 6 о величине тока в высоковольтном силовом проводе и его напряжения относительно земли. Устройство электроснабжения выполнено в виде трансформатора тока 9, размещенного на внешней поверхности корпуса 1, и блока питания 10, ко входу которого подключены выходные выводы трансформатора тока 9. Система имеет передающее устройство с изолированным по напряжению каналом передачи данных 11, например радиопередатчик, на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов. Система может дополнительно иметь выравниватели поля 12 и электрический экран 13, присоединенный к корпусу 1 и имеющий изолированное отверстие, через которое введен силовой провод 2. Измерительный трансформатор тока 7 размещается непосредственно в электрическом экране 13.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии работает следующим образом.

Информационный сигнал напряжения ТТЛ (т.е. от 0 до 5 В) уровня относительно потенциала корпуса 1, пропорциональный высоковольтному фазному напряжению высоковольтного силового провода 2 относительно земли, снимается с зажимов сосредоточенного конденсатора 5 емкостного делителя напряжения, образующего низковольтное (верхнее) плечо измерительного трансформатора напряжения. Этот информационный сигнал с другого вывода сосредоточенного конденсатора 5 поступает на вход устройства первичной обработки данных 6, размещенного внутри корпуса 1. С выхода устройства 6 сигнал, пропорциональный фазному напряжению, поступает на вход передающего устройства канала передачи данных 11. Информационный сигнал напряжения ТТЛ уровня, пропорциональный силе тока в высоковольтном проводе 2, снимается с выходных зажимов измерительного трансформатора тока 7. С выхода устройства первичной обработки 6 сигнал, пропорциональный току, поступает на вход передающего устройства канала передачи данных 11. В устройстве первичной обработки 6 аналоговый информационный сигнал преобразуется в цифровую последовательность с помощью аналого-цифровых преобразователей. Затем цифровой сигнал фильтруется, корректируется и поступает на модулятор передающего устройства канала передачи данных 11. Питание устройства первичной обработки данных 6 и передающего устройства канала передачи данных 11 осуществляется от устройства электроснабжения.

Таким образом, в автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии информационные сигналы, пропорциональные фазному напряжению и току в фазном проводе, снимаются относительно фазного провода и обрабатываются в устройстве первичной обработки данных 6 под высоким потенциалом, а затем с помощью передающего устройства 11 изолированного по напряжению канала передачи данных измерения поступают на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов, подключенным к системе вторичной обработки, хранения и визуализации информации. Выполнение первичной обработки информационных сигналов непосредстенно под потенциалом высоковольтного силового провода исключает проблему обеспечения высоковольтной изоляции устройства первичной обработки данных 6. Работа устройств 6 и 11 обеспечивается устройством электроснабжения, которое также находится под потенциалом высоковольтного силового провода 2. Размещение устройств 6, 11 и блока питания 10 устройства электроснабжения внутри корпуса 1 обеспечивает необходимую для нормального функционирования устройства первичной обработки данных 6 и передающего устройства канала передачи данных 11 защиту от помеховых магнитных полей всех высоковольтных силовах проводов трехфазной цепи, включая высоковольтный силовой провод 2, в рассечку которого включен корпус 1. Кроме того, корпус 1 выполняет также функции электрического экрана.

Первая обкладка сосредоточенного конденсатора 5 автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии может быть образована стенкой корпуса 1. При этом повышается точность измерения фазного напряжения в диапазоне температур окружающей среды за счет более точного подбора ТКЕ сосредоточенного конденсатора 7 в сравнении с имеющейся номенклатурой ТКЕ у стандартных конденсаторов.

Расположение вторичной цепи измерительного трансформатора тока 7 под потенциалом высоковольтного силового провода 2 позволяет использовать трансформатор тока для низкого напряжения (например, 0,66 кВ), что позволяет обеспечить его с классом точности 0,2. Построение трансформатора напряжения в виде емкостного делителя, низковольтное плечо которого размещено на высоковольтной стороне, упрощает конструкцию трансформатора напряжения, исключив проблему, связанную с обеспечением изоляции измерительной цепи.

Наличие электрического экрана 13, присоединенного к корпусу 1 и имеющего изолированное отверстие, через которое введен высоковольтный силовой провод 2, и размещение измерительного трансформатора тока 7 в электрическом экране 13 уменьшает влияние электрических полей высоковольтных силовых проводов (собственного силового провода 2 и соседних фаз) на коэффициент преобразования измерительного трансформатора тока 7.

Использование радиопередатчика в качестве передающего устройства канала передачи данных 11 автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии увеличивает дальность передачи информации на приемник диспетчерского пункта.

Наличие выравнивателей поля 12 в автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии и расположение их в точках соединения высоковольтного силового провода 2 с корпусом 1 уменьшает уровень высокочастотных помех, воздействующих на устройство первичной обработки данных 6, и, соответственно, упрощает требования к его экранированию. В качестве одного из выравнивателей поля может быть использован электрический экран, например электрический экран 13.

Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить возможность периодического контроля и поверки данного типа автоматизированных систем контроля и учета в лабораторных условиях на основе демонтажа корпуса 1 и его транспортировки в испытательную лабораторию.

Таким образом, предлагаемая автоматизированная система контроля и учета электроэнергии имеет простую конструкцию измерительных трансформаторов тока и напряжения при одновременном повышении их точности и упрощении процессов их поверки, с возможностью простого алгоритма ее периодического проведения, а также упрощается решение задачи обеспечения нормального функционирования при повышении надежности и точности измерительной системы.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство имеет корпус, включенный последовательно в рассечку силового провода. Сосредоточенный конденсатор емкостного делителя напряжения размещен на внешней поверхности корпуса. Первая обкладка сосредоточенного конденсатора может быть подключена к стенке корпуса или образована стенкой корпуса. Вторая обкладка сосредоточенного конденсатора может быть подключена к устройству первичной обработки данных, размещенному внутри корпуса. Измерительный трансформатор тока укреплен на внешней стороне корпуса через изолирующую прокладку, и его выходные выводы подключены к входу устройства первичной обработки данных. Система имеет передающее устройство с каналом передачи данных, расположенное внутри корпуса, выравниватели поля и электрический экран. Измерительный трансформатор тока расположен в электрическом экране. Расположение системы под потенциалом силового провода позволило упростить ее конструкцию и повысить надежность системы. Техническим результатом предложенного решения также является упрощение процесса периодического проведения поверки измерительных трансформаторов тока и напряжения. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии, содержащая измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, например радиопередатчик, с изолированным по напряжению каналом передачи данных измерения на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов, и устройство электроснабжения с блоком питания, отличающаяся тем, что она снабжена корпусом, образованным проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолированной прокладкой, расположенной на одной из внешних сторон корпуса, высоковольтными изоляторами, которыми корпус укреплен в рассечке высоковольтного силового провода, измерительный трансформатор напряжения образован емкостным делителем напряжения, низковольтное плечо которого выполнено в виде сосредоточенного конденсатора, расположенного на внешней поверхности корпуса, при этом одна из его обкладок подключена ко входу устройства первичной обработки данных, измерительный трансформатор тока установлен на внешней стороне корпуса и укреплен на ней через изолирующую прокладку, выходные выводы измерительного трансформатора тока подключены ко входу устройства первичной обработки данных, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней поверхности корпуса, при этом выходные выводы трансформатора тока соединены со входом блока питания, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса.2. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что другая обкладка сосредоточенного конденсатора подключена ко входу устройства первичной обработки данных.3. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии по п.1, отличающаяся тем, что другая обкладка сосредоточенного конденсатора образована стенкой корпуса.4. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена электрическим экраном, присоединенным к корпусу и имеющим изолированное отверстие, через которое пропущен высоковольтный силовой провод, а измерительный трансформатор тока и трансформатор тока устройства электроснабжения расположены в электрическом экране.5. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена выравнивателями поля, расположенными в точках соединения высоковольтного силового провода с корпусом.