СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВ В ГРУППЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЕНТИЛЕЙ Российский патент 2006 года по МПК G01R19/00 H02H7/125 

Изобретение относится к технике электроизмерений и может быть использовано при разработке и испытаниях статических преобразователей электроэнергии непосредственно в процессе эксплуатации под рабочим напряжением.

Например, система тиристорного возбуждения типа ТВГ-1000, используемая для питания обмотки возбуждения гидрогенераторов, включает в себя вентильный (тиристорный) преобразователь, выполненный по трехфазной мостовой схеме. В каждое плечо моста включено 6 вентилей, включенных параллельно.

Разработанный способ может быть использован в энергетике.

Известен способ определения неравномерности распределения токов в группе параллельных вентилей, заключающийся в измерении среднего за период тока каждой ветви, в измерении на внекоммутационном интервале времени мгновенного значения тока каждой ветви (А.с. СССР №1644041, кл. G 01 R 19/00, Н 02 Н 3/32, 1989).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в данном способе:

1) не производят контроль параметров вентильных преобразователей непосредственно в процессе эксплуатации вентилей на электрических подстанциях под действием рабочего напряжения;

2) для оценки неравномерности токов необходимо отключать преобразователь,

3) сложно оценивать процесс старения вентилей преобразователя, работающего на подстанции под напряжением в течение многих лет эксплуатации;

4) невозможно оценить техническое состояние совокупности вентилей, работающих на подстанции с целью выявления наиболее состаренных вентилей.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению является принятый за прототип способ дистанционного контроля распределения напряжения на последовательно соединенных элементах высоковольтной установки, например в гирлянде изоляторов линии электропередач высокого напряжения, заключающийся в том, что в процессе эксплуатации элементов высоковольтной установки измеряют интенсивность оптического излучения этих элементов, определяют превышение температуры каждого элемента над температурой окружающей среды и вычисляют величину напряжения на каждом элементе, например изоляторе гирлянды линии электропередач (А.с. СССР, №911345, МПК³ G 01 R1 9/00 «Способ дистанционного контроля распределения напряжения на последовательно соединенных элементах высоковольтной установки», заявл. 03.05.79, опубл. 07.03.82, бюлл. №9, автор Поляков B.C.).

Однако в данном способе на основе дистанционного измерения температуры производят единственно расчет величины напряжения, падающего на отдельных элементах высоковольтной конструкции, что существенно ограничивает эффективность оперативного контроля и диагностических параметров других устройств при подобном методе технической диагностики.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи определения неравномерности распределения токов в группе параллельных вентильных ветвей непосредственно в процессе эксплуатации с целью оперативной диагностики и изъятия из эксплуатации вентилей, имеющих аномальные характеристики, для последующего метрологического анализа.

Поставленная задача достигается тем, что непосредственно в процессе эксплуатации производится дистанционный тепловой контроль характеристик параллельных вентилей, основанный на измерении интенсивности оптического излучения вентилей, находящихся под напряжением в интервале времени, превышающего длительность переходных процессов, на определении температуры их поверхности и на определении превышения температуры каждого вентиля над температурой окружающей среды, отличающийся тем, что температуру окружающей среды определяют в области каждого горизонтального ряда вентилей, величину тока, протекающего в каждом вентиле вычисляют по формуле

а сравнение токов в вентилях осуществляют по формуле

где I_i I_k - сила тока, протекающая в i и k вентилях; I - суммарная сила тока в параллельных вентилях одного плеча; ΔT_i, ΔT_k - превышение температуры поверхности вентилей i и k над температурой окружающей среды горизонтального ряда; ∑ΔT_i - сумма превышений температуры поверхности всех параллельно соединенных вентилей.

Техническим результатом является повышение эффективности и упрощения оперативного контроля при технической диагностике путем оценки силы тока в параллельно соединенных вентилях.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается следующим образом.

Например, система тиристорного возбуждения гидрогенераторов типа ТВГ-1000 выполнена в отдельном металлическом шкафу, в котором расположен тиристорный (вентильный) преобразователь с шестью плечами моста. В каждое плечо моста включено шесть параллельно включенных идентичных вентилей.

Преобразователь, содержащий в целом 36 вентилей, расположен в вертикальной плоскости так, что по 6 вентилей находится каждом ряду. Охлаждение вентилей осуществляют естественным потоком воздуха: вход - через переднюю стенку шкафа, выход - через верхнюю крышку с жалюзями, так что параллельно включенные вентили одного плеча в горизонтальном ряду находятся в одинаковых тепловых условиях.

Путем регистрации оптического инфракрасного излучения с помощью тепловизора определяют температуру параллельно соединенных вентилей и температуру среды каждого горизонтального ряда, превышение температуры поверхности отдельных вентилей над температурой окружающей среды в каждом из горизонтальных рядов.

При параллельно соединенных вентилях превышение температуры поверхности однозначно связано с силой тока, протекающего в отдельном вентиле. Приведенные аналитические соотношения позволяют однозначно вычислить величину силы тока I_i по величине температурного превышения ΔТ_i. каждого вентиля над температурой окружающей среды горизонтального ряда.

Например, в верхнем горизонтальном ряду находятся параллельно соединенные вентили с номерами №1 и №2 с температурами T₁=53,5°С и T₂=56,6°С; температура среды в верхнем горизонтальном ряду равна Т₀=32,1°С. Следовательно, с учетом формулы (2) отношение токов в вентилях равно I₁/I₂=(53,5-32.7)/(56.6-32.7)=0.87, что свидетельствует об относительно равномерном распределении токов в вентилях №1 и №2.

В то же время, в нижнем горизонтальном ряду параллельно соединенные вентили с номерами №31 и №32 имеют температуры T₃₁=40,9°C, T₃₂=26,8°С при температуре среды в нижнем горизонтальном ряду 26,7°С. Следовательно, с учетом формулы (2) отношение токов в вентилях равно I₃₁/I₃₂=(40,9-26,7)/(26,8-26,7)=142. Это показывает, что токи в параллельных вентилях №31 и №32 значительно отличаются по величине, и вентиль №32 электрически не нагружен по сравнению с вентилем №31.

При практической реализации предлагаемого способа анализируемые конструкции, например параллельно соединенные вентили одного плеча, должны находиться под напряжением в течение интервала времени, достаточного для окончания возможных переходных процессов и наступления на каждом из них установившегося температурного режима.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества.

Во-первых, возможно сравнение силы тока в параллельно соединенных вентилях, а также силы тока в вентилях различных фаз.

Во-вторых, можно выявить дефектные вентили с аномально большими токами или с отсутствием тока непосредственно в процессе эксплуатации.

В-третьих, возможно обнаруживать аномальные температурные режимы отдельных вентилей даже при отсутствии сигналов штатной аварийной сигнализации.

Способ может быть использован при разработке и испытаниях статических преобразователей электроэнергии с параллельно соединенными вентилями непосредственно в процессе эксплуатации. Регистрируют температуру каждого вентиля и температуру окружающей среды дистанционно с помощью тепловизора. Температуру окружающей среды определяют в области каждого горизонтального ряда вентилей. Рассчитывают превышение температуры поверхности вентиля над температурой окружающей среды. Рассчитывают силу тока в каждом из параллельных вентилей по величине рассчитанного превышения температуры и суммарной силе тока в параллельных вентилях одного плеча. Способ позволяет сравнивать силу тока в параллельно соединенных вентилях и силу тока в вентилях различных фаз, выявлять дефектные вентили непосредственно в процессе эксплуатации и обнаруживать аномальные температурные режимы отдельных вентилей даже при отсутствии сигналов штатной аварийной сигнализации.

Способ определения неравномерности распределения токов в группе параллельных вентилей, основанный на измерении интенсивности оптического излучения вентилей, находящихся под напряжением в интервале времени, превышающего длительность переходных процессов, на определении температуры их поверхности и на определении превышения температуры каждого вентиля над температурой окружающей среды, отличающийся тем, что температуру окружающей среды определяют в области каждого горизонтального ряда вентилей, величину тока, протекающего в каждом вентиле, вычисляют по формуле

I_i=I·ΔT_i/Σ(ΔT_i),

а сравнение токов в вентилях осуществляют по формуле

I_i=I_k·ΔT_i/ΔT_k,

где I_i, I_k - сила тока, протекающего в i и k вентилях;

I - суммарная сила тока в параллельных вентилях одного плеча;

ΔT_i, ΔT_k - превышение температуры поверхности вентилей i и k над температурой окружающей среды горизонтального ряда;

ΣΔT_i - сумма превышений температуры поверхности всех параллельно соединенных вентилей.