СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ С ШУНТИРУЮЩИМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01R27/00 

Область техники

Изобретение относится к области диагностики силовых цепей высоковольтных выключателей (типов У-110, У-220, МКП-110, МКП-220 и т.д.) с шунтирующими сопротивлениями в электроэнергетике, а именно к способу определения целостности шунтирующих сопротивлений, оценки разновременности замыкания и размыкания контактов в каждом полюсе, контроля времени работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, а также выявления характера дребезга контактов, причем без вскрытия бака выключателя со сливом или без слива трансформаторного масла.

Оно может быть использовано в энергетике при комплексных обследованиях и пуско-наладочных работах, а также до и после капитальных ремонтов высоковольтных выключателей.

Предложенный способ и устройство для его осуществления также может найти применение в технике физического эксперимента.

Уровень техники

Известен способ определения величины сопротивления мостовым методом, содержащий источник постоянного напряжения, мост постоянного тока, токоограничивающее сопротивление, соединительные провода и рубильник.

Обычно измерение шунтирующих сопротивлений выключателя с целью определения их целостности с помощью данного способа возможно производить лишь после слива трансформаторного масла и вскрытия бака [Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., с.48 и Раздел 4. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., с.100].

Устройство не позволяет определить разновременность работы контактов, время работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, а также выявить характер дребезга контактов.

Известен также способ определения сопротивления постоянному току по методу "вольтметра-амперметра". Устройство для определения активных сопротивлений по вышеуказанному методу содержит источник постоянного напряжения и однофазный измеритель активного сопротивления, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход - с активным сопротивлением с помощью соединительных проводов через рубильник и токоограничивающее сопротивление [Г.В.Алексенко, А.К.Ашрятов и Е.С.Фрид. Испытание высоковольтных и мощных трансформаторов и автотрансформаторов, часть II, М. - Л, Госэнергоиздат, 1962, 832 с. с черт. (в серии "Трансформаторы", вып.9), Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., с.100]. В качестве измерителя активного сопротивления в этом устройстве применены вольтметр и амперметр.

Для определения активных сопротивлений с помощью данного метода необходим слив трансформаторного масла и вскрытие бака высоковольтного выключателя. Устройство не позволяет определить разновременность работы контактов, время работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, а также выявить характер и определить время дребезга контактов.

Известен способ и устройство для определения разновременности замыкания и размыкания контактов выключателей на основе простой схемы с лампами накаливания. Устройство содержит источник постоянного напряжения и три лампы, включенные последовательно в цепь каждого полюса контактной системы высоковольтного выключателя [Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 4. Методы контроля состояния коммутационных аппаратов. Москва, ОРГРЭС, 1997 г., с.52].

С помощью данного способа разновременность замыкания и размыкания контактов осуществляется косвенно по разнице линейных перемещений подвижных контактов в разных полюсах в камере выключателя и производится медленным ручным включением выключателя с помощью рычага или домкрата. Фиксация касания контактов в каждом полюсе осуществляется оператором по загоранию соответствующих ламп и поэтапной отметкой карандашом положений направляющей трубы на изолирующей штанге. Затем линейкой вручную производятся измерения положений подвижных контактов.

Для определения разновременности касания контактов выключателя с помощью данного способа также необходим предварительный слив диэлектрической жидкости из бака, ручное производство измерений, и при этом создаются крайне неблагоприятные условия труда на рабочем месте в полости выключателя, где высокая концентрация паров масла, а точность измерения во многом зависит от субъективных факторов.

На практике не редки случаи, когда необходимо оперативно и без слива трансформаторного масла определить разновременность касания контактов высоковольтного выключателя, определить состояние его шунтирующих сопротивлений. Если подвижные контакты выключателя всех трех полюсов при включении касаются одновременно неподвижных контактов, а при выключении одновременно размыкаются, а в шунтирующих сопротивлениях отсутствует обрыв, то в ряде случаев отпадает необходимость вскрытия выключателя со сливом диэлектрической жидкости. Известно, что в выключателях типов МКП-220 кВ в баке одного полюса находится около трех тонн трансформаторного масла. Поэтому слив диэлектрической жидкости из баков выключателя и последующая ее заливка после ремонта требует больших трудозатрат, наличия дополнительных механизмов, емкости для слива масла, маслонасоса, шланга для перекачки трансформаторного масла и т.д. При этом возникает угроза загрязнения окружающей среды.

Таким образом, общими недостатками перечисленных способов диагностики силовых цепей высоковольтного выключателя с шунтирующими сопротивлениями являются необходимость значительных материальных ресурсов и трудозатрат, что практически осуществимо лишь при положительных температурах окружающей среды в благоприятных погодных условиях. Кроме того, недостатками известных вышеописанных способов являются невозможность определения времени работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, а также выявления характера и определения времени дребезга контактов. Общими недостатками вышеназванных способов и устройств являются также ручное производство измерений, невозможность автоматизированной регистрации и хранения полученных результатов измерений для последующего архивирования и создания базы данных.

Сущность изобретения

Основная задача изобретения - создание способа всесезонного диагностирования высоковольтных выключателей путем цифровой регистрации работы силовых цепей с шунтирующими сопротивлениями в контактной системе каждого полюса без вскрытия баков выключателей, устраняющего возможность загрязнения окружающей среды, сокращающего трудозатраты при его осуществлении. Дополнительной задачей изобретения является также расширение функциональных возможностей устройства путем одновременного измерения шунтирующих сопротивлений, разновременности работы контактов полюсов, времени работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, выявление характера и времени дребезга контактов высоковольтных выключателей. Способ и устройство для его осуществления позволяет также устранить ручную обработку измеряемых величин и обеспечить возможность автоматизированного формирования базы данных в электронном виде.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемом способе диагностики силовых цепей высоковольтных выключателей с шунтирующими сопротивлениями в контактной системе при питании их от источника постоянного напряжения с целью измерения всех шунтирующих сопротивлений и разновременности замыкания контактов полюсов высоковольтного выключателя осуществляется путем преобразования значения активных сопротивлений фаз выключателя в напряжения либо токи и одновременной цифровой регистрации одних из этих параметров при включении или выключении выключателя без вскрытия его бака с последующим автоматическим анализом осциллограмм, причем дополнительно вычисляется время работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, а также выявляется характер и определяется время дребезга всех контактов.

Для реализации этого способа предлагается устройство, в котором содержится источник постоянного напряжения, измеритель активного сопротивления, блок из трех одинаковых прецизионных активных сопротивлений, четырехпроводный кабель с расцветкой фаз, причем измеритель активного сопротивления выполнен в виде цифрового регистратора и имеет блок аналого-цифрового преобразователя, вычислительный блок, блок запуска, блок энергонезависимой памяти, жидкокристаллический дисплей и порт сопряжения с персональным компьютером, а также трехканальный блок датчиков напряжения, каналы которого присоединяются соответственно к первым выводам блока активных сопротивлений и также соответственно с помощью трех проводов четырехпроводного кабеля ко вторым выводам высоковольтного выключателя, а общий вывод трехканального блока датчиков напряжения одновременно подключен к объединенным вторым выводам блока активного сопротивления и ко второму зажиму источника постоянного напряжения, чей первый зажим подключен к первым объединенным выводам высоковольтного выключателя посредством четвертого провода четырехпроводного кабеля, причем значения каждого резистора блока активного сопротивления выбираются близкими или равными сумме шунтирующих сопротивлений каждого полюса выключателя.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена схема устройства для диагностики силовых цепей с шунтирующими сопротивлениями в контактной системе каждого из полюсов высоковольтного выключателя. Она содержит источник постоянного напряжения - 1, цифровой регистратор - 2, блок прецизионных активных сопротивлений - 3, четырехпроводный кабель - 4, высоковольтный выключатель - 5.

На фиг.2 приведена структурная схема цифрового регистратора.

Цифровой регистратор содержит: 2.1 - блок датчиков напряжения с тремя идентичными измерительными каналами напряжения; 2.2 - блок аналого-цифрового преобразователя; 2.3 - блок запуска; 2.4 - блок энергонезависимой памяти; 2.5 - вычислительный блок; 2.6 - жидкокристаллический дисплей; 2.7 - порт связи с персональным компьютером.

На фиг.3 приведены качественно построенные осциллограммы включения масляного выключателя с шунтирующими сопротивлениями.

На фиг.4 приведены осциллограммы включения масляного выключателя типа МКП-110Б-1000/630-20У1 всех полюсов, причем осциллограмма фазы "С" наглядно демонстрирует последовательность работы главных и дугогасительных контактов.

На фиг.5 приведены осциллограммы отключения масляного выключателя типа МКП-110Б-1000/630-20У1 всех полюсов.

На фиг.6 приведен пример реальной осциллограммы напряжения на добавочном сопротивлении и соответствующая зависимость активного сопротивления полюса выключателя типа МКП-110 при R_доп=1,1 кОм.

Раскрытие изобретения

В основе способа лежит следующая последовательность операций: преобразование скачкообразно изменяющегося при включении или выключении сопротивления полюса выключателя в напряжение (либо в ток), а также скоростная цифровая регистрация напряжения либо тока преобразователя и последующий анализ кусочно-непрерывных зарегистрированных сигналов. Далее по уровням и длительностям этих сигналов диагностируется состояние силовых цепей выключателя. В качестве преобразователя, например, может быть использован делитель постоянного напряжения, в одно из плеч которого включен полюс выключателя, а в другое - дополнительное прецизионное активное сопротивление. Причем для каждого полюса выключателя используется свой преобразователь; цифровая регистрация осуществляется одновременно для всех полюсов; включение или выключение выключателя производится от привода в реальном масштабе времени дистанционно или от кнопки ручного пуска; маслонаполненные баки не вскрываются.

Электрическая схема полюса выключателя изображена на фиг.1. Кинематика выключателя такова, что при его включении вначале замыкаются главные контакты и между выводами полюса выключателя оказываются включенными последовательно два шунтирующих сопротивления. Позже замыкаются дугогасительные контакты и шунтируют оба сопротивления - то есть сопротивление между выводами полюса выключателя становится близким к нулю. Таким образом, при включении выключателя его активное сопротивление скачкообразно изменяется с бесконечности до значений двух шунтирующих сопротивлений и далее близко к нулю, которое определяется лишь переходными значениями контактных соединений.

При отключении выключателя размыкание контактов происходит в обратной последовательности. Сначала размыкаются дугогасительные контакты, после чего шунтирующие сопротивления оказываются включенными последовательно. Далее размыкаются главные контакты. То есть при отключении сопротивления выключателя его активное сопротивление скачкообразно изменяется с наименьшего значения, близкого к нулю, до значений, равных двум шунтирующим сопротивлениям, и далее в бесконечность.

С помощью преобразователя сопротивления в напряжение, в качестве которого может быть использован делитель постоянного напряжения, одним плечом которого является полюс выключателя, а другим - дополнительное прецизионное активное сопротивление, формируется напряжение, подаваемое на вход цифрового регистратора. Процесс начала регистрации цифрового регистратора синхронизирован с включением или отключением выключателя. Получаемые при этом качественные осциллограммы изображены на фиг.3. Там же приведены основные параметры осциллограмм, позволяющие диагностировать силовые цепи выключателя.

Для реализации этого способа диагностики высоковольтных выключателей силовых цепей предложено устройство на фиг.1, ключевым структурным элементом которого является микропроцессорный цифровой регистратор 2, а в качестве преобразователя активного сопротивления полюса в напряжение используется делитель напряжения.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Пусть высоковольтный выключатель 5 находится в отключенном состоянии (все контакты выключателя разомкнуты). Оператор с помощью блока запуска 2.3 переводит цифровой регистратор 2 в режим ожидания пуска (фиг.2). Аналоговые сигналы с датчика напряжения 2.1, поступая в блок аналого-цифрового преобразователя 2.4, подаются в вычислительный блок 2.6. В программном обеспечении вычислительного блока 2.6 имеются адаптивные программные пусковые органы начала регистрации напряжений. Благодаря этому автоматически в блоке 2.6 формируются три уставки по напряжению на срабатывание трех пусковых органов (по числу полюсов выключателя), несколько большие значений фонового (нулевого) уровня установившихся сигналов, поступающих в вычислительный блок 2.6. с каналов датчика напряжения 2.1 цифрового регистратора 2 в режиме разомкнутых контактов выключателя 5.

Во время, например, дистанционного включения высоковольтного выключателя 5 вначале замыкаются его главные контакты К_гк и последовательно с прецизионными активными сопротивлениями блока 3 включаются шунтирующие сопротивления, и на входы цифрового регистратора 2 подается напряжение, меньшее э.д.с. источника постоянного напряжения 1 и равное (см. фиг.3):

u_Rдоп=Е·R_доп/(R_A1+R_A2+R_доп)

При этом аналоговые сигналы с блока датчиков напряжения 2.1 поступают в блок аналого-цифрового преобразователя 2.4, после чего они подаются в вычислительный блок 2.6 и так как они превышают уставки, происходит срабатывание пусковых органов и цифровой регистратор 2 переводится в режим записи: оцифрованные предпусковые и послепусковые значения сигналов со входов напряжения цифрового регистратора 2 записываются в энергонезависимую память 2.5.

Далее замыкаются дугогасительные контакты выключателя и на шунтирующих сопротивлениях напряжение становится равным нулю, а на дополнительных сопротивлениях напряжение резко возрастает до э.д.с. источника постоянного напряжения 1.

Длительность процесса регистрации выбирается так, чтобы вобрать в себя все стадии включения выключателя.

По окончании регистрации вычислительный блок 2.6 строит по данным из энергонезависимой памяти на жидкокристаллическом дисплее осциллограммы для визуального контроля.

Через порт связи с персональным компьютером 2.8 все данные могут быть переданы также в персональный компьютер.

Благодаря тому, что в вычислительном блоке 2.6 цифрового регистратора 2 содержится встроенная программа измерений, в нем автоматически вычисляются следующие параметры, изображенные на фиг.3:

t_АВг, t_ВСг, t_АСг - разновременность включения главных контактов между фазами "АВ", "ВС" и "АС" соответственно;

t_АВд, t_ВСд, t_АСд - разновременность включения дугогасительных контактов между фазами "АВ", "ВС" и "АС" соответственно;

t_Адд, t_Вдд, t_Сдд - время дребезга дугогасительных контактов соответственно фаз "А", "В", "С";

t_Адг, t_Вдг, t_Сдг - время дребезга главных контактов соответственно фаз "А", "В", "С";

t_Ашс, t_Вшс, t_Сшс - время работы цепей с шунтирующими сопротивлениями соответственно фаз "А", "В", "С";

u_ист - напряжение источника постоянного напряжения;

u_Ашс, u_Вшс, u_Сшс - напряжение на шунтирующих сопротивлениях соответственно фаз "А", "В", "С";

u_R - напряжение на активных сопротивлениях.

Кроме этого вычисляется сумма двух шунтирующих сопротивлений каждого из полюсов выключателя по формуле, например для фазы "А":

На фиг.6.а приведена реальная осциллограмма напряжения и построенная по ней осциллограмма сопротивления одного из полюсов высоковольтного выключателя типа МКП-110 (фиг.6 б).

Процесс регистрации в режиме отключения выключателя протекают несколько иначе. В начале режима "отключения" выключателя все его контакты замкнуты, шунтирующие сопротивления закорочены дугогасительными контактами и с блока дополнительных сопротивлений 3 измеряются напряжения, близкие к э.д.с. источника постоянного напряжения 1. В этом режиме пусковые органы автоматически становятся минимального действия, а значения их уставок выбираются несколько меньшими установившегося значения напряжения на дополнительных сопротивлениях. После подачи сигналов управления на электромагнит отключения выключателя (кнопка или дистанционно) первыми размыкаются дугогасительные контакты и в цепь последовательно включаются два шунтирующих сопротивления, при этом напряжение на дополнительных сопротивлениях падает. Срабатывают пусковые органы цифрового регистратора и он переходит в режим записи. Затем размыкаются главные контакты и тем самым выключатель примет отключенное положение.

Наиболее часто уязвимым элементом в силовых цепях выключателей являются его шунтирующие сопротивления. Это может быть их обрыв, уменьшение сопротивления из-за межвиткового замыкания катушек, увеличение сопротивления из-за ухудшения контакта в месте присоединения. Эти изменения сопротивления выявляются при измерении в предложенном способе и устройстве для его реализации. Например, в случае обрыва хотя бы одного шунтирующего сопротивления в одной фазе осциллограмма напряжения будет выглядеть, как показано на фиг.3б.

К основным достоинствам предложенного способа и устройства для его осуществления можно отнести возможность измерения шунтирующих сопротивлений, оценки разновременности работы контактов между фазами, длительности и характера дребезга без вскрытия бака выключателя (без слива или со сливом трансформаторного масла) в любых погодных условиях (см. фиг.4, 5).

Предложенное устройство дополнительно позволяет сократить время для подготовки и осуществления испытательного процесса; избежать крайне неблагоприятных условий проведения измерений в полости бака выключателя, автоматизировать пуск цифрового регистратора и процесс измерения; обеспечить автоматическую обработку измеряемых величин; автоматизировать протоколирование результатов измерений с выводом на печать; создать базу данных в электронном виде.

Пример исполнения

Для диагностики силовых цепей высоковольтного выключателя типа МКП-110Б-1000/630-20 (с R_A1=R_А2=750 Ом) используются: четырехпроводный кабель длиной 12 м с расцветкой фаз, источник постоянного напряжения 12 В, блок дополнительных сопротивлений по 1.1 кОм каждый и цифровой регистратор на 150 записей по 3 осциллограммы. При этом цифровой регистратор содержит быстродействующий микропроцессор, жидкокристаллический дисплей PG320240, энергонезависимую память AT45DB161 и порт RS-232.

Изобретение относится к области диагностики высоковольтных выключателей в электроэнергетике, а именно к способу диагностики силовых цепей с шунтирующими сопротивлениями в контактной системе каждого из полюсов высоковольтного выключателя и устройству для его осуществления без вскрытия бака выключателя. Устройство содержит источник постоянного напряжения, измеритель активного сопротивления, блок из трех одинаковых прецизионных активных сопротивлений, четырехпроводный кабель с расцветкой фаз. Измеритель активного сопротивления выполнен в виде цифрового регистратора и имеет аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, блок запуска, энергонезависимую память, жидкокристаллический дисплей и порт сопряжения с персональным компьютером, а также трехканальный блок датчиков напряжения, каналы напряжения которого присоединяются соответственно к первым выводам блока активных сопротивлений и также соответственно ко вторым выводам высоковольтного выключателя с помощью первых трех проводов четырехпроводного кабеля, а общий вывод блока датчиков напряжения одновременно подключен к объединенным вторым выводам блока прецизионного активного сопротивления и ко второму зажиму источника постоянного напряжения, чей первый зажим подключен к первым выводам высоковольтного выключателя посредством четвертого провода четырехпроводного кабеля, причем значения каждого прецизионного активного сопротивления выбираются близкими или равными сумме шунтирующих сопротивлений каждого полюса выключателя. Техническим результатом является возможность определения исправности шунтирующих сопротивлений без вскрытия бака высоковольтного выключателя, вычисления разновременности работы контактной системы всех фаз, а также выявления характера и определения времени дребезга контактов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ диагностики силовых цепей высоковольтных выключателей с шунтирующими сопротивлениями в контактной системе каждого полюса при питании их от источника постоянного напряжения, в котором выявляется целостность шунтирующих сопротивлений измерителем активного сопротивления и определяется разновременность замыкания контактов, отличающийся тем, что измерение шунтирующих сопротивлений и разновременности замыкания контактов полюса выключателя осуществляются путем преобразования значения активных сопротивлений полюса выключателя в напряжения либо токи и одновременной цифровой регистрации одних из этих параметров при включении или выключении выключателя без вскрытия его бака с последующим автоматическим анализом осциллограмм, причем дополнительно вычисляются времена работы цепей с шунтирующими сопротивлениями, а также выявляется характер и определяется время дребезга контактов.2. Устройство для диагностики силовых цепей высоковольтных выключателей с шунтирующими сопротивлениями в каждом полюсе, содержащее источник постоянного напряжения и однофазный измеритель активного сопротивления, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход с шунтирующим сопротивлением выключателя с помощью соединительных проводов, отличающееся тем, что в него дополнительно включен блок из трех прецизионных одинаковых активных сопротивлений, четырехпроводный кабель, причем измеритель активного сопротивления выполнен в виде цифрового регистратора и имеет блок аналого-цифрового преобразователя, блок запуска, вычислительный блок, блок энергонезависимой памяти, жидкокристаллический дисплей и порт сопряжения с персональным компьютером, а также трехканальный блок датчиков напряжения, каналы которого присоединяются соответственно к первым выводам блока прецизионных активных сопротивлений и также соответственно ко вторым выводам высоковольтного выключателя с помощью трех проводов четырехпроводного кабеля, а общий вывод трехканального блока датчиков напряжения одновременно подключен к объединенным вторым выводам блока прецизионных активных сопротивлений и ко второму зажиму источника постоянного напряжения, чей первый зажим подключен к первым объединенным выводам высоковольтного выключателя посредством четвертого провода четырехпроводного кабеля.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что значение каждого прецизионного сопротивления выбирается близким или равным сумме шунтирующих сопротивлений каждого полюса выключателя.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что четырехпроводный кабель на своих выводах имеет зажимы с цветовой маркировкой.