УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/333 

Область техники

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям параметров высоковольтных выключателей: времени включения и отключения, определения разновременности замыкания и размыкания контактов, времени и характера дребезга контактов, а также определения исправности цепей электромагнитов включения и отключения.

Оно может быть использовано в электроэнергетике для диагностики высоковольтных выключателей при пусконаладочных, профилактических и периодических испытаниях с целью выявления неисправностей их контактной системы и регулировки приводов.

Уровень техники

Известно устройство для определения разновременности замыкания подвижных контактов выключателей с неподвижными контактами на основе простой схемы с лампами накаливания. Устройство содержит источник постоянного напряжения и три лампы, включенные последовательно в цепь каждой фазы контактной системы высоковольтного выключателя [Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 4 Методы контроля состояния коммутационных аппаратов. М.: ОРГРЭС, 1997 г., С.52].

В этом устройстве разновременность замыкания подвижных контактов с неподвижными контактами осуществляется косвенно по разнице линейных перемещений подвижных контактов в разных фазах в камере выключателя без масла и производится медленно ручным включением выключателя с помощью рычага или домкрата. Фиксация касания контактов в каждой фазе осуществляется оператором по загоранию соответствующих ламп и поэтапной отметкой карандашом положений направляющей трубы на изолирующей штанге. Затем линейкой вручную производятся измерения положений подвижных контактов.

Однако для определения разновременности касания контактов выключателя с помощью данного устройства необходим предварительный слив трансформаторного масла из его бака и ручное производство измерений. Точность измерения во многом зависит от субъективных факторов. Устройство не автоматизировано. Оно не позволяет определять время включения и отключения выключателя, а также выявить дребезг контактов.

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

Известно также устройство для измерения времени включения и отключения высоковольтного выключателя, в котором используются источники постоянного и переменного напряжения, миллисекундомер и трехполюсный автоматический выключатель [Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 4 Методы контроля состояния коммутационных аппаратов. М.: ОРГРЭС, 1997 г.].

Точность измерения времени включения и отключения высоковольтного выключателя с помощью вышеназванного устройства зависит от разновременности срабатывания полюсов автоматического выключателя. Процесс измерения времени не автоматизирован. Устройство не позволяет определить разновременность включения и отключения выключателя, а также выявить отскоки и дребезг контактов.

Общим недостатком вышеназванных устройств является ручное производство измерений, невозможность автоматизированного хранения полученных результатов измерений для последующего архивирования и создания базы данных.

Сущность изобретения

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем одновременного измерения следующих временных характеристик высоковольтных выключателей: времени включения и отключения, определения разновременности касания контактов, выявление характера и времени дребезга контактов, а также контроля исправностей цепей электромагнитов включения и выключения выключателей. Задачей изобретения является также автоматизированная обработка результатов измерения параметров высоковольтных выключателей, возможность обеспечения наглядной оперативной визуализации процессов включения и выключения выключателей, автоматизированного формирования базы данных в электронном виде, а также передачи их в персональный компьютер для использования его многофункциональных возможностей.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройство для определения параметров высоковольтных выключателей, содержащее первый и второй источники напряжения, первый и второй автоматические двухполюсные выключатели и измеритель времени, дополнительно включены цифровой регистратор и блок из трех одинаковых активных сопротивлений, а измеритель времени выполнен в виде встроенного программного модуля измерения времени в цифровом регистраторе, состоящем из аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока со встроенной программой для определения характера и времени дребезга контактов, блока запуска цифрового регистратора, блока энергонезависимой памяти, жидкокристаллического дисплея, порта связи с компьютером, блока датчиков напряжения с двумя каналами и блока токовых датчика, содержащего три входных канала тока с тремя верхними и тремя нижними входными зажимами, причем три нижние токовые зажимы присоединяются соответственно к первым зажимам блока дополнительных активных сопротивлений, а три верхние токовые зажимы присоединяются соответственно к трем выводам первого полюса высоковольтного выключателя с помощью трехпроводного кабеля, вторые зажимы активных сопротивлений объединены в одну общую точку и соединены с одним из полюсов первого источника постоянного напряжения, другой полюс которого подключен к выводам второго полюса высоковольтного выключателя, кроме того, оба канала напряжения цифрового регистратора подключены параллельно один к электромагниту включения, а другой к электромагниту отключения высоковольтного выключателя, которые питаются от второго источника напряжения через соответствующие отдельные двухполюсные автоматические выключатели.

Краткое описание фигур

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства для определения параметров высоковольтного выключателя. Она содержит источник постоянного напряжения - 1, блок активных сопротивлений - 2, цифровой регистратор - 3, трехпроводный кабель - 4, высоковольтный выключатель - 5, содержащий электромагниты включения 5.1 и выключения 5.2, двухполюсные автоматические выключатели 6 и 7, второй источник напряжения - 8.

На фиг.2 приведена структурная схема цифрового регистратора.

На фиг.3 приведены осциллограммы процессов включения высоковольтного выключателя: напряжение на электромагните включения и осциллограммы токов в полюсах.

На фиг.4 приведены осциллограммы процессов отключения высоковольтного выключателя: напряжение на электромагните отключения и осциллограммы токов в полюсах высоковольтного выключателя.

Раскрытие изобретения

Для измерения параметров высоковольтного выключателя собирается схема согласно фиг.1. Первый зажим источника постоянного напряжения 1 соединяется с общей точкой блока активных сопротивлений 2, вторые зажимы которого в свою очередь присоединяются к нижним токовым зажимам ЦР 3. Верхние токовые зажимы ЦР подключаются соответственно трехпроводным кабелем 4 к первым полюсам (A₁, B₁, C₁) высоковольтного выключателя 5. Кроме того, второй зажим источника постоянного напряжения присоединяется к соединенным в одну общую точку вторым полюсам (А₂, B₂, C₂) высоковольтного выключателя. Предложенное устройство работает следующим образом.

Пусть высоковольтный выключатель 5 находится в отключенном состоянии (контакты выключателя разомкнуты). Оператор с помощью блока запуска 3.3 переводит цифровой регистратор 3 в режим ожидания пуска. Аналоговые сигналы с датчика напряжения 3.1 и датчиков тока 3.2, поступая в аналого-цифровой преобразователь 3.4, подаются в вычислительный блок 3.6. Ввиду того что в вычислительном блоке 3.6 заложены программные пусковые органы начала регистрации напряжений, то в нем формируется уставка по напряжению на срабатывание пусковых органов, несколько меньшая значения установившихся сигналов с каналов датчика напряжения 3.1 цифрового регистратора 3.

Во время, например, дистанционного включения высоковольтного выключателя замыкается двухполюсный выключатель 6 и на электромагнит включения 5.1 выключателя и на первый канал датчика напряжения 3.1 цифрового регистратора 3 подается напряжение от второго источника напряжения 8. Аналоговые сигналы с датчика напряжения 3.1 и датчиков тока 3.2 поступают в аналого-цифровой преобразователь 3.4, после чего они подаются в вычислительный блок 3.6 и в случае превышения уставки на срабатывания происходит срабатывание пусковых органов и цифровой регистратор переводится в режим записи: оцифрованные предпусковые и послепусковые значения сигналов со входов напряжения и тока цифрового регистратора записываются в энергонезависимую память 3.5 и передаются на жидкокристаллический дисплей 3.7.

Через порт связи 3.8 все данные могут быть переданы также в персональный компьютер. В вычислительном блоке 3.6 встроенный программный модуль измерения времени рассчитывает время включения выключателя t_вкл, от переднего фронта цифрограммы напряжения, поданного на электромагнит включения, до переднего фронта осциллограммы тока последней включившейся фазы выключателя (фиг.3а, б). Одновременно благодаря высокой разрешающей способности цифрового регистратора (менее одной миллисекунды) рассчитывается время разброса (t_разб) моментов включения разных фаз (t_AB, t_AC, t_BC), разновременность работы t_разн (наибольшее время из t_AB, t_AC, t_BC) контактной системы выключателя. Кроме того, выявляется и рассчитывается время дребезга (t_{дребезг}) контактов фаз выключателя (см. фиг.3в). Для этой цели в вычислительном блоке 3.6 заложена специальная встроенная программа.

Дистанционное отключение высоковольтного выключателя сопровождается замыканием двухполюсного выключателя 7 и на электромагнит включения 5.2 выключателя и на второй канал датчика напряжения 3.1 цифрового регистратора 3 подается напряжение от второго источника напряжения 8. Далее процесс регистрации осциллограмм осуществляется аналогично вышеописанному процессу включения высоковольтного выключателя. А расчет временных параметров (t_откл, t_разн) производится с учетом заднего фронта осциллограмм тока (см. фиг.4).

В качестве основных достоинств предложенного устройства можно выделить увеличение точности при определении разновременности касания подвижных контактов с неподвижными контактами, времени включения и отключения высоковольтного выключателя. Достоинствами устройства также являются сокращение времени для подготовки и осуществления испытательного процесса, автоматизация измерения, автоматическая обработка измеряемых величин. Предложенное устройство дополнительно позволяет автоматизировать протоколирование результатов измерений с выводом на печать и создать базу данных в электронном виде. Кроме этого, по кривой осциллограммы напряжения на электромагнитах отключения 6 и выключения 7 высоковольтного выключателя 5 возможно определить их работоспособность.

Пример исполнения

Для определения автоматизированного определения параметров высоковольтных выключателей используется трехпроводный кабель длиной 10 метров. Цифровой регистратор содержит быстродействующий микропроцессор, энергонезависимую память на микросхеме фирмы «Atmel», графический жидкокристаллический дисплей типа PG320240 производств фирмы «PowerTip», последовательный порт RS-232. Источник постоянного напряжения - 12 В, значение блока активных сопротивлений - 4 Ом. Цифровой регистратор обеспечивает хранение в базе данных около 300 осциллограмм и частоту дискретизации 3 кГц.

Фиг.1 - электрическая схема устройства для определения параметров высоковольтного выключателя

1 - первый источник постоянного напряжения;

2 - блок активных сопротивлений;

3 - цифровой регистратор;

4 - трехпроводный кабель;

5 - высоковольтный выключатель;

5.1 - электромагнит включения;

5.2 - электромагнит отключения;

6 - первый автоматический двухполюсный выключатель;

7 - второй автоматический двухполюсный выключатель;

8 - второй источник напряжения.

Фиг.2 - структурная схема цифрового регистратора

3.1 - датчики напряжения;

3.2 - датчики тока;

3.3 - блок запуска цифровой регистрации;

3.4 - аналого-цифровой преобразователь;

3.5 - блок энергонезависимой памяти;

3.6 - вычислительный блок;

3.7 - жидкокристаллический дисплей;

3.8 - порт связи с компьютером.

Фиг.3 - осциллограммы процессов включения масляного высоковольтного выключателя В-110 кВ типа У-110-2000-40У

а) напряжение на электромагните отключения;

б) фазных токов выключателя в интервале времени от 0-1200 мс;

в) фазных токов выключателя в увеличенном масштабе в интервале времени от 520-600 мс.

Фиг.4 - осциллограммы процессов отключения масляного выключателя В-110 кВ типа У-110-2000-40У

а) напряжение на электромагните отключения;

б) фазных токов выключателя в интервале времени от 0-100 мс;

в) фазных токов выключателя в увеличенном масштабе в интервале времени от 52-60 мс.

Изобретение относится к измерениям параметров высоковольтных выключателей: времени включения и отключения, разновременности замыкания и размыкания контактов, времени и характера дребезга контактов, а также определения исправности цепей электромагнитов включения и отключения. Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и обеспечение автоматизированной обработки результатов измерения параметров высоковольтных выключателей. Устройство для определения параметров высоковольтных выключателей содержит первый и второй источники напряжения, первый и второй автоматические двухполюсные выключатели, цифровой регистратор, измеритель времени в виде встроенного программного модуля измерения времени в цифровом регистраторе и блок из трех одинаковых активных сопротивлений, соответствующим образом соединенных между собой. При этом цифровой регистратор выполнен состоящим из аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока, блока запуска, блока энергонезависимой памяти, жидкокристаллического дисплея, порта связи с компьютером, блока датчиков напряжения с двумя каналами и блока токовых датчиков, содержащего три входных канала тока с тремя верхними и тремя нижними входными зажимами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для определения параметров высоковольтных выключателей, содержащее первый и второй источники напряжения, первый и второй автоматические двухполюсные выключатели и измеритель времени, отличающееся тем, что в него дополнительно включены цифровой регистратор (ЦР), блок из трех одинаковых активных сопротивлений, а измеритель времени выполнен в виде встроенного программного модуля измерения времени в цифровом регистраторе, состоящем из аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока, блока запуска ЦР, блока энергонезависимой памяти, жидкокристаллического дисплея, порта связи с компьютером, блока датчиков напряжения с двумя каналами и блока токовых датчиков, содержащего три входных канала тока с тремя верхними и тремя нижними входными зажимами, причем три нижних токовых зажима присоединяются соответственно к первым зажимам блока дополнительных активных сопротивлений, а три верхних токовых зажима присоединяются соответственно к трем выводам первого полюса высоковольтного выключателя, вторые зажимы активных сопротивлений объединены в одну точку и соединены с одним из полюсов первого источника постоянного напряжения, другой полюс которого подключен к выводам второго полюса высоковольтного выключателя, кроме того, оба канала напряжения цифрового регистратора подключены параллельно один к электромагниту включения, а другой к электромагниту отключения высоковольтного выключателя, которые питаются от второго источника напряжения через соответствующие отдельные двухполюсные автоматические выключатели.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в вычислительном блоке цифрового регистратора заложена встроенная программа для определения характера и времени дребезга контактов.