УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С БУМАЖНО-МАСЛЯНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ КОНДЕНСАТОРНОГО ТИПА Российский патент 2005 года по МПК G01R31/02 G01R29/16 H02H3/353 

Изобретение относится к технике диагностирования электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

Известно устройство автоматического контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования (АС №296062, МПК G 01 R 31/02, G 01 R 31/08,) содержащее блок входного сумматора из двух сумматоров, производящих суммирование токов двух контролируемых объектов, измерительный и сигнальный блоки, которые включены на разность выходных токов сумматоров. Для контроля двух неоднотипных трехфазных объектов сумматоры снабжены настраиваемыми при наладке регуляторами.

Известно также устройство для автоматического контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования (АС N 384080, МПК G 01 R 31/12), которое дополнительно к устройству по AC N 296062 содержит три сопротивления, каждое из которых включено между сумматором и соответствующей фазой контролируемой сети через трансформатор напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому решению является система контроля изоляции высоковольтных вводов (патент РФ №2145420, МПК G 01 R 31/08, G 01 R 31/12), содержащая устройства присоединения к высоковольтным вводам трех фаз, выходы которых подключены ко входам соответствующих приборных трансформаторов тока, трансформатор напряжения трехфазной системы высоковольтных шин, выходы которого подключены ко входам соответствующих приборных трансформаторов напряжения, сигнализатор, два фазовращателя, подключенные к выходам двух из трех приборных трансформаторов тока, АЦП и микропроцессор.

Недостатком данных устройств является невозможность централизованного контроля с архивацией данных, невозможность определения ложных срабатываний, а также применение в этих устройствах измерительного трансформатора тока, что усложняет эксплуатацию их из-за необходимости периодической поверки.

Задачей предлагаемого решения является непрерывный централизованный контроль бумажно-масляного оборудования конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с целью обнаружения утечек в изоляторах на ранней (предаварийной) стадии без отключения данного оборудования.

Поставленная задача решается тем, что устройство для контроля состояния бумажно-масляных вводов высоковольтного трехфазного оборудования, содержащее соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз, соединенные с измерительным блоком, содержащим первичные преобразователи, соединенные с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, согласно решению, содержит в измерительном блоке интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит персональный компьютер и блок сбора информации на основе промышленного компьютера, один выход блока сбора информации подключен к персональному компьютеру, а второй - к сигнализатору, при этом вход соединен с устройством предварительной обработки сигнала по линии связи, а в качестве первичных преобразователей использованы прецизионные резисторы.

Устройство содержит основной блок обработки аналогового сигнала, включенный между блоком предварительной обработки блоком оцифровки, при этом он состоит из трех регулируемых усилителей с раздельной регулировкой усиления по каждой фазе, соединенных с последовательно включенными коммутируемым сумматором и нормирующим усилителем. Блок оцифровки выполнен в этом случае одноканальным. Такое выполнение позволяет минимизировать цифровой поток по линии связи.

Устройство дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи.

Устройство дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, содержащий в цепи каждой фазы перемычки подключения входного сигнала, параллельно включенные и заземленные газовые разрядники, резисторы и замыкатели, расположенный между элементами присоединения и измерительным блоком.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства в целом, на фиг.2, на фиг.3 - векторные диаграммы, на фиг.4 -эквивалентная схема высоковольтного ввода, фиг.5 - принципиальная схема одного канала БКАЗ, фиг.6 - функциональная схема блока измерения, фиг.7 - блок-схема основного блока обработки аналогового согнала, где:

1 - блок предварительной обработки сигнала (БПОС)

2 - блок окончательной обработки сигнала (БООС)

3 - сигнализатор

4 - элементы присоединения объекта (ЭПО)

5 - блок измерения (БИ)

6 - устройство сбора информации (УСИ)

7 - персональный компьютер (ПК) оператора

8 - блок коммутации и аварийной защиты (БКАЗ)

9 - перемычка

10 - газовый разрядник

11 - резистор

12 - замыкатель

13 - прецизионный резистор

14 - блок предварительной обработки аналогового сигнала (БПОАС)

15 - основной блок обработки аналогового сигнала (ОБОАС)

16 - блок оцифровки (БО)

17 - интерфейс связи (ИС)

18 - регулируемые усилители

19 - коммутируемый сумматор

20 - нормирующий усилитель

21- цифровой фильтр

Сд1, Сд 2- эквивалентные емкости ввода

R_ут - сопротивление утечки

В каждый комплект БПОС 1 входят элементы присоединения объекта ЭПО 4, блок коммутации и аварийной защиты БКАЗ 8 и блок измерения БИ 5.

Элементы присоединения объекта ЭПО 4 осуществляет функцию присоединения измерительных выводов высоковольтных вводов к входньм зажимам БКАЗ 8.

Блок коммутации и аварийной защиты БКАЗ 8 предназначен для подключения измерительного тракта комплекта БПОС 1 к элементам присоединения ЭПО 4, осуществления первой ступени аварийной защиты, выделения входного напряжения на элементе измерительного резистора 11 (который в этом случае является частью измерительного резистора 13 БИ 5) и подаче входных напряжений на блок измерения БИ 5. Кроме того, БКАЗ 8 обеспечивает заземление входных линий фаз для обеспечения безопасности при работе с БИ 5. Элементы ЭПО 4 могут быть подключены к блоку БИ 5 напрямую, однако в этом случае исключаются перечисленные выше функции.

Блок измерения БИ 5 осуществляет функции окончательного выделения измеряемого напряжения на измерительном резисторе блока БИ 5 (включая 2-ю и 3-ю ступени защиты измерительного тракта), обработки аналогового сигнала до необходимого уровня, коммутацию сигналов фаз в соответствии с заданным режимом измерения, подавление третьей гармоники сетевой частоты, оцифровку сигнала в кодовые посылки и выдачу информации в линию связи с УСИ 6. БИ 5 производит двухсторонний обмен информацией с УСИ 6, осуществляя управление режимами работы БИ 5 по команде с УСИ 6 или с ПК 7 через УСИ 6 и выдавая в линию связи необходимую информацию.

Устройство работает следующим образом:

Напряжения с измерительных обкладок вводов контролируемого оборудования подаются через элементы присоединения ЭПО 4 на вход БКАЗ 8. Затем они проходят в измерительный тракт через соответствующие каждой фазе перемычки 9. Газовые разрядники 10 образуют первую ступень защиты измерительного тракта. Замыкатель 12 в рабочем положении разомкнут, но замыкает на землю линии фаз для обеспечения безопасности при проведении профилактических работ с БИ 5. Прецизионный измерительный резистор, являющийся первичным измерительным преобразователем, конструктивно разделен на 2 параллельно включенных резистора 11 и 13, один из которых находится в БИ 5, а другой (11) вынесен в БКАЗ 8, для повышения надежности и безопасности. Выделение БКАЗ 8 в отдельный блок позволяет, отключив перемычку 9, подключать измерительные приборы к измерительному выводу высоковольтного ввода при профилактике высоковольтного оборудования без подъема персонала на высоко расположенные высоковольтные вводы, либо производить профилактику БПОС, подавая тестовые сигналы на входы измерительных каналов фаз после перемычки 9. Напряжения с БКАЗ 8 через 4-проводной кабель (фазы А, В, С и 0) подводятся к БИ 5, на вход блока предварительной обработки аналогового сигнала 14, состоящего, по тракту напряжения каждой фазы, из второго элемента измерительного резистора 13, коммутируемого делителя напряжения и оконечных ступеней защиты (не показаны), предотвращающих попадание на измерительные входы электронных устройств напряжений помех и наводок опасного уровня.

Напряжения фаз, приходящие с блока предварительной обработки аналогового сигнала 14, подаются на основной блок обработки аналогового сигнала 15, где они поступают на регулируемые усилители (на чертеже не показаны), коэффициенты передачи которых устанавливаются по команде с ПК оператора 7. Эти регулируемые усилители служат для начальной балансировки фазовых напряжений. Далее с выходов регулируемых усилителей фаз А, В, С через коммутаторы, управляемые с контроллера блока оцифровки 16, напряжение проходит на выход коммутируемого сумматора 19. Напряжение сигнала сумматора поступает на нормирующий усилитель 20, коэффициент передачи которого определяется командами с контроллера в зависимости от режима измерения. Усиленный или ослабленный до необходимого уровня сигнал проходит через цифровой фильтр 21, ослабляющий 3-ю гармонику сетевой частоты не менее чем в 1000 раз и исключающий ее влияние на результат измерения.

Далее сигнал с основного блока обработки аналогового сигнала 15 подается на одноканальный блок оцифровки 16, содержащий модуль преобразования аналогового сигнала в цифровой и микроконтроллер.

Между контроллером и линией связи находится двунаправленный интерфейс связи 17, который осуществляет гальваническую развязку и согласование уровней сигнала контроллера с уровнем протокола обмена в линии связи.

Управление режимом работы осуществляется с ПК оператора 7 через программу верхнего уровня.

УСИ 6 обрабатывает данные со всех комплектов БПОС 1, сохраняет их в базе данных и осуществляет связь с персональным компьютером оператора 7. Кроме того, УСИ 6 выдает сигнал на срабатывание внешнего устройства световой или звуковой сигнализации 3 по критерию, задаваемому с клавиатуры ПК оператора 7.

В данном устройстве программно и аппаратно реализовано непрерывное отслеживание данных с точек контроля неравновесно-компенсационным методом, основанным на измерении изменения во времени предварительно (на начальном этапе) сбалансированных комплексных токов утечки. Основная часть алгоритма обработки аналогового сигнала реализована аппаратно в основном блоке обработки аналогового сигнала 15.

При хорошем качестве высоковольтного ввода (ток утечки через R_ут пренебрежимо мал) и равенстве модулей векторов фаз сумма трех фаз равна 0 (фиг.2).

При появлении заметной величины R_ут фазовый угол изменяется и, соответственно сумма векторов U_сум становится отличной от нуля (фиг.3).

Измеряя по очереди модули единичных векторов, модули сумм двух векторов и модуль суммы трех векторов фаз, устройство с помощью программного обеспечения УСИ определяет изменение комплексной проводимости измерительного емкостного делителя и согласно заложенным в память компьютера критериям на нормы утечки определяется пригодность данного ввода к дальнейшей эксплуатации.

Для того чтобы обнаружить отличие «просадки» напряжения одной фазы из-за неравномерной нагрузки от изменения модуля вектора фазы вследствие возникшей в данном вводе утечки, компьютер сравнивает показания разных комплектов БПОС, подключенных к одной и той же фазе, вырабатывая, таким образом, критерий нормировки напряжения этой фазы.

Для повышения надежности и поддержания метрологической стабильности блоки измерения, работающие на открытом воздухе, снабжены устройством подогрева, автоматически поддерживающем положительную температуру в корпусе БИ в холодное время года.

УСИ данного устройства позволяет, кроме основного устройства сигнализации, подключить еще дополнительно до 7 сигнальных устройств.

Данное устройство позволяет, кроме того, используя локальную вычислительную сеть (ЛВС) предприятия, подключать к УСИ, кроме ПК оператора, персональные компьютеры ответственных лиц предприятия.

Опции пользовательского ПО, ведущие к изменению параметров устройства, защищены паролями.

Устройство содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных по линии связи к блоку окончательной обработки сигнала, и сигнализатор. Блок окончательной обработки сигнала содержит персональный компьютер оператора и блок сбора информации на основе промышленного компьютера. Блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз, блок коммутации и аварийной защиты и измерительный блок. Измерительный блок содержит блоки предварительной обработки аналогового сигнала с первичными преобразователями на основе прецизионных резисторов, основной блок обработки аналогового сигнала, блок оцифровки и интерфейс связи. Устройство решает задачу непрерывного централизованного контроля бумажно-масляного оборудования конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с целью обнаружения утечек в изоляторах на ранней стадии без отключения данного оборудования. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для контроля состояния трехфазного оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа, содержащее соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз, соединенные с измерительным блоком, содержащим первичные преобразователи, соединенные с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, отличающееся тем, что оно содержит в измерительном блоке интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит персональный компьютер и блок сбора информации на основе промышленного компьютера, один выход блока сбора информации подключен к персональному компьютеру, а второй - к сигнализатору, при этом вход соединен с устройством предварительной обработки сигнала по линии связи, а в качестве первичных преобразователей использованы прецизионные резисторы.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит основной блок обработки аналогового сигнала, включенный между блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, при этом он состоит из трех регулируемых усилителей с раздельной регулировкой усиления по каждой фазе, соединенных с последовательно включенными коммутируемым сумматором и нормирующим усилителем, при этом блок оцифровки выполнен одноканальным.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, расположенный между устройством присоединения и измерительным блоком, при этом блок содержит подключенные к каждой фазе перемычки подключения входного сигнала с параллельно включенными и заземленными газовым разрядником, резистором и замыкателем.