УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к высоковольтным электрическим или энергетическим системам, более точно, к способу и устройству мониторинга частичных разрядов, происходящих в электрических или энергетических системах.

Уровень техники

Изоляции высоковольтных, обычно трехфазных электрических или энергетических систем часто испытывает воздействие происходящих в них импульсов. Эти импульсы обычно возникают вследствие разрядов на неоднородных границах внутри высоковольтной электрической или энергетической системы, таких как зазоры в изоляции кабелей и т.п. Следует учитывать, что часто эти разряды представляют собой частичные разряды внутри высоковольтной электрической изоляции.

Соответственно, в основу настоящего изобретения положена задача создания по меньшей мере способа и системы мониторинга или обнаружения частичных разрядов, происходящих в высоковольтных трехфазных электрических или энергетических системах.

Раскрытие изобретения

Согласно первой особенности изобретения предложен способ мониторинга происходящих в электрической системе частичных разрядов, в котором:

определяют нижний порог срабатывания триггера и верхний порог срабатывания триггера, при этом нижний и верхний пороги срабатывания триггера являются уровнями амплитуды электрических импульсов, а верхний порог срабатывания триггера соответствует более высокой амплитуде, чем нижний порог срабатывания триггера,

определяют длительность меньшего временного интервала,

отслеживают по меньшей мере одну фазу электрической системы с целью обнаружения импульса на протяжении меньшего временного интервала,

определяют максимальную амплитуду импульса, возникающего в электрической системе на протяжении меньшего временного интервала,

устанавливают, превышает ли измеренная максимальная амплитуда импульса нижний порог срабатывания триггера и(или) верхний порог срабатывания триггера,

присваивают импульсу коэффициент пульсации, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера и(или) верхний порог срабатывания триггера,

регистрируют импульс или касающуюся его информацию, если коэффициент пульсации, соответствующий импульсу, меньше предварительно заданного порогового коэффициента пульсаций на протяжении меньшего временного интервала,

применяют временной сдвиг подвижного триггера, в результате чего:

если импульс превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а коэффициент пульсации равен предварительно заданному числу пульсаций, регистрируют промежуток во времени на протяжении меньшего временного интервала, в котором это имеет место, и прекращают регистрацию импульсов с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, до наступления этого промежутка во времени на протяжении следующего меньшего временного интервала, и

переустанавливают на ноль промежуток во времени временного сдвига подвижного триггера, и начинают регистрацию на протяжении следующего меньшего временного интервала импульсов с амплитудой, превышающей только нижний порог срабатывания триггера, после того, как величина временного сдвига подвижного триггера становится равной величине меньшего временного интервала, и

сохраняют зарегистрированные импульсы в запоминающем устройстве.

При осуществлении способа может выбираться пороговый коэффициент пульсации, которым является максимальное число импульсов, регистрируемое на протяжении меньшего временного интервала.

Следует учесть, что присвоение импульсу коэффициента пульсации может осуществляться путем увеличения показаний счетчика импульсов, чтобы тем самым вести счет числа импульсов с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера и(или) верхний порог срабатывания триггера на протяжении меньшего временного интервала.

При осуществлении способа импульсы могут регистрироваться на протяжении следующего цикла, начиная с момента прекращения временного сдвига подвижного триггера на протяжении предыдущего цикла.

При осуществлении способа импульсы или касающаяся их информация может регистрироваться как низкоуровневые события или высокоуровневые события, при этом считается, что низкоуровневые события происходят, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а высокоуровневое событие происходит, если максимальная амплитуда импульса превышает как нижний, так и верхний пороги срабатывания триггера, соответственно.

При осуществлении способа может дополнительно:

запускаться таймер и сохраняться максимальная амплитуда и знак предыдущего импульса, если максимальная амплитуда текущего импульса в точке измерения становится ниже амплитуды, измеренной в предыдущей точке, и переустанавливаться таймер и начинаться отсчет длительности новых квантов времени, если на протяжении времени простоя максимальная амплитуда текущего импульса превышает сохраненную максимальную амплитуду предыдущего импульса.

Согласно второй особенности изобретения предложено устройство мониторинга и регистрирования частичных разрядов, происходящих в трехфазной электрической системе, имеющее:

пиковый детектор для определения максимальных амплитуд импульсов, возникающих в электрической системе,

триггерный модуль, предназначенный для того, чтобы:

определять, превышает ли измеренная максимальная амплитуда импульса нижний порог срабатывания триггера и(или) верхний порог срабатывания триггера, при этом нижний и верхний пороги срабатывания триггера являются уровнями амплитуды электрических импульсов, а верхний порог срабатывания триггера соответствует более высокой амплитуде, чем нижний порог срабатывания триггера,

присваивать импульсу коэффициент пульсации, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера и(или) верхний порог срабатывания триггера,

регистрировать импульс или касающуюся его информацию, если коэффициент пульсации, соответствующий импульсу, меньше предварительно заданного порогового коэффициента пульсации на протяжении меньшего временного интервала,

и

базу данных, в которой хранится множество импульсов или касающаяся их информация, зарегистрированная триггерным модулем.

Устройство может содержать процессор, предназначенный для того, чтобы по меньшей мере применять временной сдвиг подвижного триггера. Соответственно, процессор может быть сконфигурирован на;

регистрацию промежутка во времени на протяжении меньшего временного интервала, в котором максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а коэффициент пульсации равен предварительно заданному пороговому коэффициенту пульсации,

прекращение регистрации импульсов или касающейся их информацию для тех импульсов, максимальная амплитуда которых превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, до наступления промежутка во времени на протяжении следующего меньшего временного интервала, и

переустановку на ноль промежутка во времени временного сдвига подвижного триггера и регистрацию импульсов на протяжении следующего меньшего временного интервала, имеющих максимальную амплитуду, превышающую только нижний порог срабатывания триггера после того, как величина временного сдвига подвижного триггера становится равной величине меньшего временного интервала.

Устройство может необязательно содержать модуль преобразования координат для преобразования вектора из прямоугольной системы координат в полярную систему координат.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана блок-схема устройства отслеживания (мониторинга) частичных разрядов (ОЧР) согласно одному из примеров осуществления, взаимодействующего с высоковольтной трехфазной электрической или энергетической системой,

на фиг.2 - наглядное представление стандартного разрядного импульса,

на фиг.3 - функциональная блок-схема устройства ОЧР, предназначенного для взаимодействия с одним из датчиков системы, показанной на фиг.1,

на фиг.4 - более подробная блок-схема показанного на фиг.3 устройства ОЧР,

на фиг.5 - более подробная блок-схема части показанного на фиг.4 устройства ОЧР и

на фиг.6 - высокоуровневая блок-схема способа согласно одному из примеров осуществления

Описание предпочтительных вариантов осуществления

В следующем далее описании в целях пояснения приведено множество конкретных подробностей, обеспечивающих полное понимание вариантов осуществление настоящего изобретения. Тем не менее, для специалистов в данной области техники ясно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без этих конкретных подробностей.

Как показано на фиг.1, устройство 10 отслеживания или мониторинга частичных разрядов (ОЧР) посредством входного мультиплексора 14 коммуникативно связано с высоковольтной электрической или энергораспределительной системой 12, например, трехфазной системой распределения электроэнергии и отслеживает возникающие в системе 12 импульсы частичного разряда, сходные по типу с импульсами, проиллюстрированными на фиг.2. Мультиплексор в свою очередь с помощью множества датчиков 16 соединен с системой 12. Каждый датчик 16 обычно представляет собой заземляющий конденсатор или сопротивление или иными словами однополюсный высокочастотный фильтр. В одном из примеров осуществления предусмотрена пара датчиков 16 для каждой фазы 1, 2 и 3 трехфазной энергетической системы, в результате чего мультиплексор 14 имеет шесть входов. Каждые два датчика 16 фазы разделены известным расстоянием, что позволяет обозначать положение источника путем отслеживания направления прохождения импульса.

На фиг.3 показан один из примеров осуществления устройства 10 отслеживания частичных разрядов (ОЧР) для применения с одной фазой. Следует отметить, что устройство 10 ОЧР является модулем с одним входом, который обычно рассчитан на прием входного сигнала от любого из шести датчиков 16. Устройство 10 не регистрирует все события на протяжении цикла сети, а последовательно накапливает картину всех событий, что будет более подробно описано далее.

Для удобства пояснения в настоящем изобретении определяют два временных интервала: сначала квант времени, а затем меньший временной интервал. Квантом времени является временной интервал длительностью 80 µсек, что соответствует разрешающей способности по времени при отображении данных на диаграмме разброса, которую генерирует приданный компьютер. С другой стороны, меньшим временным интервал является временной интервал длительностью 20 мсек, что соответствует одному циклу при частоте 50 Гц. Следовательно, в меньшем временном интервал обычно содержится 250 квантов времени.

В одном из примеров осуществления импульсные характеристики устройства ОЧР 10 включают максимальную частоту 250 МГц, максимальную длительность импульса 4 µсек и минимальное время нарастания около 10 нсек.

Как показано на фиг.3, устройство 10 ОЧР содержит множество компонентов или модулей, которые соответствуют функциональным задачам, выполняемым устройством 10. В связи с этим подразумевается, что "компонент" или "модуль" в контексте описания содержит идентифицируемую часть кода, вычислительных или выполняемых команд, данных или вычислительного объекта для выполнения конкретной функции, операции, обработки или процедуры. Следовательно, компонент или модуль необязательно должен быть реализован программными средствами; компонент или модуль может быть реализован программными средствами, аппаратными средствами или путем сочетания программных и аппаратных средств. Кроме того, компоненты или модули необязательно должны быть объединены в одно устройство и могут быть распределены среди множества устройств.

В частности, устройство 10 ОЧР содержит пиковый детектор 20 для определения максимальных амплитуд импульсов, возникающих в электрической системе 12. Пиковый детектор 20 определяют максимальную амплитуду импульса, и вместе с достоверным флагом передает ее триггерному модулю 22 устройства ОЧР 10 (подробнее описанному далее).

По существу, пиковый детектор 20 имеет архитектуру слежения за максимумами. Если величина амплитуды в точке измерения становится ниже амплитуды предыдущего измеренного импульса, запускают таймер, и сохраняют величину и знак амплитуды предыдущего измеренного импульса. Если на протяжении времени простоя текущая величина амплитуды превышает сохраненную величину, сохраняют величину и знак амплитуды, переустанавливают таймер и начинают новый отсчет времени простоя. Когда время ожидания таймер истекает, определяют достоверный максимум на основании достоверного флага пика.

Таким образом, пиковый детектор 20 измеряет максимумы импульсов и передает их триггерному модулю 22 устройства ОЧР 10, с которым он коммуникативно связан.

Триггерный модуль 22 рассчитан на то, чтобы сравнивать максимальные амплитуды импульсов, происходящих в электрической системе, с верхним порогом срабатывания триггера и нижним порогом срабатывания триггера. Эти пороги срабатывания триггера устанавливают в устройстве, и они могут время от времени переустанавливаться путем доступа к триггерному модулю 22. В одном из примеров осуществления нижним порогом срабатывания триггера может являться величина 20 мВ, а верхним порогом срабатывания триггера может являться величина 100 мВ.

Устройство 10 рассчитано на регистрацию всех импульсов, которые имеют максимальные амплитуды выше верхнего порога срабатывания триггера, а также регистрацию предварительно заданного числа импульсов, которые имеют максимальные амплитуды выше нижнего порога срабатывания триггера, но ниже верхнего порога срабатывания триггера.

Следует учесть, что регистрация импульса включает регистрацию информации, которая отображает импульс или связана с ним.

Устройство 10 ОЧР также имеет память в форме базы 24 или хранилища данных, в котором хранится множество зарегистрированных импульсов. Устройство 10 рассчитано на применение временного сдвига триггера к нижнему порогу срабатывания триггера. Таким образом, триггерный модуль 22 рассчитан на регистрацию импульсов на протяжении следующего цикла, начиная с момента прекращения временного сдвига подвижного триггера на протяжении предыдущего цикла.

Как показано на фиг.4 и 5, устройство 10 ОЧР обычно имеет процессор 30, как правило, в форме программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA). Следует отметить, что в одном из примеров осуществления пиковый детектор 20 и триггерный модуль 22 являются компонентами или модулями, реализованными в процессоре 30.

Поскольку устройство 10 ОЧР обычно питается от сети, в него входит детектор 32 перехода через нулевой уровень. Детектор 32 перехода через нулевой уровень обеспечивает время начала отсчета меньшего временного интервала. Как правило, регистрируют только переходы от отрицательных величин к положительным величинам.

В одном из примеров осуществления устройство 10 ОЧР реализовано в качестве единой печатной платы (ПП), содержащей все компоненты, как показано на фиг.4. Вместо этого устройство 10 ОЧР может быть распределено между двумя или более ПП, одна из которых, например, содержит входную защиту 34, буферные усилители 36, реле 38 и управляющую цепь 40 реле (все из них описаны далее). В этом случае вторая ПП содержит все аппаратные средства обработки сигналов.

Как упомянуто, устройство 10 ОЧР имеет модули 34 входной защиты. Модули 34 входной защиты обеспечивают защиту электронного оборудования устройства 10 ОЧР как от перенапряжения, так и от сверхтоков при всплесках высокой энергии во входных сигналах, поступающих от датчиков 16. Модули входной защиты обычно рассчитаны на то, чтобы выдерживать быстрое изменение напряжения в переходном процессе до 200 вольт.

Устройство 10 ОЧР дополнительно имеет аналоговый буфер или буферные усилители 36, обеспечивающие высокое входное полное сопротивление на границе с электронным оборудованием.

Поскольку аппаратные средства обработки сигналов имеют только один канал, в качестве входа для аппаратных средств обработки сигналов один должен выбираться из шести входов. Это делается с помощью реле 38 и управляющей цепи 40 реле. В одном из примеров осуществления в качестве переключателей используют ОВЧ реле.

Подразумевается, что управляющая цепь 40 реле преобразует управляющие сигналы процессора 30 в форму, приемлемую для переключения реле 38.

Устройство 10 ОЧР обычно содержит фильтр 42 защиты от наложения спектров, например, со следующими параметрами:

полоса пропускания: 250 МГц

неравномерность в полосе пропускания: ±0,5 дБ

полоса задерживания: ≥375 МГц

затухание в полосе задерживания: 60 дБ.

Устройство 10 ОЧР имеет аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 44. АЦП 44 позволяет осуществлять выборку со скоростью 800 млн. отсчетов/сек.

На практике это означает, что устройство 10 ОЧР является 8-разрядным устройством с частотой выборки 1 млрд. отсчетов/сек. В данном случае необходимо отметить, что скорость выборки должна быть соразмерна максимальной частоте на входе и минимальному времени нарастания. В целом максимальный частотный спектр сигнала не превышает величину 0,4*F_s, в которой F_s означает частоту выборки. Таким образом, минимальная частота выборки для устройства 10 ОЧР будет составлять 625 МГц, что делает упомянутую частоту выборки 800 МГц вполне приемлемой.

Предусмотрена флэш-память 46 с последовательной выборкой, которая представляет собой энергонезависимую память, необходимую для хранения данных аппаратно-программного обеспечения для процессора 30.

В проиллюстрированном варианте осуществления устройство 10 ОЧР имеет выход 48 локальной вычислительной сети (ЛВС) 10/100.

В устройстве 10 ОЧР также может иметься модуль 50 обновления в условиях эксплуатации. Модуль 50 обеспечивает функциональные возможности, позволяющие обновлять аппаратно-программное обеспечение процессора 30 в условиях эксплуатации. Новую программу обычно перемещают в устройство посредством ЛВС 48. Новые данные временно сохраняют в статическом ОЗУ (СОЗУ) 52, а после переноса всех данных сложное устройство 54 с программируемой логикой (CPLD, от английского - complex programmable logic device) осуществляет перепрограммирование флэш-памяти 46 с последовательной выборкой.

Подразумевается, что необходим тактовый генератор 56, при этом тактовый генератор 56 содержит два тактовых генератора, т.е. 800-МГц тактовый генератор для АЦП 44 и 200-МГц системный тактовый генератор для процессора 30.

Предусмотрен блок 58 питания (БП), обеспечивающий регулирование напряжения для подачи всех требуемых напряжений постоянного тока в устройстве 10 ОЧР. БП 58 подключен к стандартной сети переменного тока напряжением 110 В или 230 В. В одном из примеров осуществления БП 58 подает в устройство 10 ОЧР широкополосный сигнал сброса,

Как подробнее показано на фиг.5, процессор 30 также имеет множество описанных выше компонентов или модулей. Помимо пикового детектора 20, триггерного модуля 22 и базы 24 данных процессор 34 также имеет интерфейс 60 АЦП для сопряжения с АЦП 44.

АЦП 44 обеспечивает определенную степень демультиплексирования, чтобы снизить скорость передачи данных процессору 30, Обычно степень демультиплексирования составляет 2:1, т.е. параллельно берутся и передаются процессору 30 две выборки, в результате чего скорость передачи данных процессору 30 составляет половину скорости выборки АЦП. С учетом упомянутой скорости выборки 800 млн. отсчетов/сек, это означает, что процессор 30 будет принимать данные со скоростью 400 млн. отсчетов/сек. Тем не менее, в рассматриваемом примере осуществления частота тактовых импульсов системного тактового генератора процессора 30, вероятно, составляет не 400 МГц, а, как правило, 200 МГц. Таким образом, интерфейс 60 АЦП обеспечивает дополнительную степень демультиплексирования в процессоре 30 с тем, чтобы ввод данных в остальную часть устройства ОЧР 10 соответствовал частоте тактовых импульсов системного тактового генератора.

Процессор 30 также имеет фильтр 62 для удаления элементов постоянного тока. Кроме того, для определения амплитуды и фазы входного сигнала на основе последовательной выборки входные данные обычно преобразуют в аналитический (комплексный) сигнал.

Следует отметить, что выходным сигналом фильтра 62 являются составляющие I и Q комплексного сигнала.

Процессор 30 имеет модуль 64 преобразования координат (МПК). Модуль 64 преобразования координат 64 рассчитан на преобразование вектора из прямоугольной системы координат в форму полярных (амплитудных и фазовых) координат.

Имеющийся в процессоре 30 пиковый детектор 20 был подробно описан выше. В тоже время, триггерный модуль 22 требует дополнительного пояснения.

В связи с этим следует отметить, что, хотя пороги срабатывания триггера могут устанавливаться пользователем посредством компьютера, обычно используются их значения по умолчанию. В одном из примеров осуществления может использоваться низкоуровневый триггер, позволяющий регистрировать все события на протяжении меньшего временного интервала. Следует отметить, что в контексте настоящего описания подразумевается, что "событием" является возникновение импульса. Соответственно, считается, что, если амплитуда импульса превысила нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, произошло низкоуровневое событие, а, если амплитуда импульса превысила оба порога срабатывания триггера, произошло высокоуровневое событие.

Как отмечалось ранее, на протяжении одного меньшего временного интервала регистрируются не все события, а их предварительно заданное число. В частности, регистрируется максимальная величина. Ей может являться любое число от единицы и более. В этом случае регистрируются десять низкоуровневых событий и десять высокоуровневых событий за цикл. Как только на протяжении меньшего временного интервала превышается максимальная величина, регистрация высокоуровневых событий прекращается до начала следующего меньшего временного интервала. Следующая регистрация начинается в начале следующего меньшего временного интервала.

Для низкоуровневых событий обычно предусмотрено время задержки срабатывания триггера, чтобы гарантировать возобновление регистрации на протяжении цикла в случае прекращения регистрации на протяжении предыдущего цикла после того, как было зарегистрировано десять событий.

Предполагается, что регистрация как высокоуровневых, так и низкоуровневых событий на протяжении меньшего временного интервала окончательно прекращается в конце меньшего временного интервала независимо от того, было ли зарегистрировано десять импульсов.

Далее приведен один из примеров вышесказанного. В начале меньшего временного интервала (20 мсек) запускают таймер. Регистрируют любые обнаруживаемые после запуска таймера низкоуровневые импульсы, которые превышают порог срабатывания низкоуровневого триггера и не превышают порог срабатывания высокоуровневого триггера и которые возникают на протяжении этого меньшего временного интервала, пока не будет зарегистрировано максимальное число импульсов (например, 10 импульсов).

Если максимальное число импульсов будет зарегистрировано быстро, скажем, менее чем за 20 мсек, регистрацию прекращают до окончания меньшего временного интервала, и регистрируют относительное время, которое представлено показанием таймера в момент прекращения регистрации в течение цикла.

Регистрацию низкоуровневых импульсов возобновляют только на протяжении следующего меньшего временного интервала в относительное время прекращения регистрации на протяжении предыдущего меньшего временного интервала, то есть время, зарегистрированное таймером. После этого регистрируют следующий возникающий после этого относительного временного сдвига импульс с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера.

Этот процесс повторяют с целью регистрации групп из 10 импульсов, пока показание таймера не станет равным длительности меньшего временного интервала. Это именуется временным сдвигом подвижного триггера.

Иногда к тому моменту, когда показание таймера находится очень близко к длительности меньшего временного интервала, будет зарегистрировано лишь несколько импульсов, скажем, менее 10. Это объясняется тем, что в конце меньшего временного интервала регистрация прекращается, таймер переустанавливается и снова запускается, при этом регистрация импульсов возобновляется только после того, как будет снова превышен нижний порог срабатывания триггера.

В случае импульсов с амплитудой, превышающей нижний и верхний пороги срабатывания триггера, на протяжении заданного меньшего временного интервала регистрируют импульс с амплитудой, превышающей как нижний, так и верхний пороги срабатывания триггера, и многократно сохраняют его, пока не будет превышено максимально число таких импульсов, зарегистрированных на протяжении предварительно заданного меньшего временного интервала (например, 20 мсек). В проиллюстрированном варианте осуществления максимальное число регистрируемых импульсов с амплитудой, превышающей верхний порог срабатывания триггера, составляет 10 импульсов на протяжении меньшего временного интервала. Различие между этим сценарием и описанным выше сценарием состоит в том, что как только будет зарегистрировано 10 импульсов, регистрация импульсов прекращается до следующего меньшего временного интервала. К регистрации импульсов с амплитудой, превышающей как нижний, так и верхний пороги срабатывания триггера, не применяют временной сдвиг подвижного триггера.

В одном из примеров осуществления используемый по умолчанию нижний порог срабатывания триггера может иметь уровень на входе приблизительно 20 мВ, а верхний порог срабатывания триггера может иметь уровень на входе приблизительно 100 мВ.

Триггерный модуль 22 рассчитан на то, чтобы сравнивать достоверный выходной сигнал пикового детектора 20 с двумя упомянутыми порогами срабатывания триггера. Сравнение с нижним порогом срабатывания триггера осуществляется только в случае предположительного разрешающего сигнала низкоуровневого триггера.

Если произошло событие, превышающее пороги срабатывания триггера, базе или хранилищу 24 данных устройства ОЧР 10 передают порядковый номер записи, указатель того, касаются ли данные низкоуровневого триггера или высокоуровневого триггера, и отметку времени. Кроме того, с помощью сигнала сохранения данных начинают сохранение исходных данных в соответствующей области памяти базы 24 данных. В одном из примеров осуществления в базе 24 данных регистрируются исходные данные, описывающие событие, обычно длительностью 4 µсек. Регистрируемые данные предпочтительно также содержат данные до срабатывания триггера для регистрации времени нарастания события. Например, при максимальном времени нарастания 100 нсек регистрируют данные до срабатывания триггера длительностью ~150 нсек.

В конце меньшего временного интервала зарегистрированные данные и сохраненные данные необязательно переносят в хост-компьютер 18. Таким образом, перенесенные данные содержат отметку времени для каждого зарегистрированного события, которой является квант времени, на протяжении которого произошло инициирующее событие. На этом этапе необходимо отметить, что объем данных, переносимых в конце каждого меньшего временного интервала, обычно составляет 64020 байтов, что соответствует скорости передачи данных 25,608 Мбит/сек. В основу этих вычислений положены следующие параметры:

длительность импульса: 4 µсек,

частота выборки: 800 млн. отсчетов/сек,

длительность данных: 1 байт на отсчет,

число событий: 20,

длительность отметки времени: 1 байт.

Таким образом, эта скорость передачи данных входит в диапазон действия ЛВС 48.

В предпочтительных примерах осуществления в базе 24 данных предусмотрено два счетчика записей, один для регистрации высокоуровневых событий, а другой для регистрации низкоуровневых событий. Когда показание счетчика событий определенного типа достигает максимума (в данном случае десяти, но им может являться любое число от одного и более), дальнейшая обработка событий этого типа прекращается. Кроме того, показание счетчика низкоуровневых событий достигает предварительно заданного числа или максимума, обновляют время задержки срабатывания триггера, установленное в управляющей логики и регистрирующем модуле 26 (фиг.5), в результате чего на протяжении следующего меньшего временного интервала обработка низкоуровневых событий может быть возобновлена с момента прекращения обработки на протяжении предыдущего меньшего временного интервала. В начале каждого меньшего временного интервала счетчики записей необязательно переустанавливают на ноль. Следует учесть, что, если событие превышает как нижний, так и верхний пороги срабатывания триггера, событие регистрируется только как высокоуровневое событие.

На этот случай в базе 24 данных предусмотрено достаточное пространство памяти для хранения исходных данных, касающихся двадцати событий, т.е. десяти низкоуровневых событий и десяти высокоуровневых событий. Кроме того, на каждую запись отведен отдельный байт памяти для хранения отметки времени этой записи. В соответствии с приведенными выше пояснениями доступная в базе 24 данных память для хранения исходных данных обычно может составлять 3200 байтов. База 24 данных может являться двухуровневой базой данных, один уровень которой может обновляться на протяжении меньшего временного интервала в то время, как данные, хранящиеся на другом уровне, переносятся в хост-компьютер 18. Это означает, что в общей сложности для двадцати событий доступно 128040 байтов памяти.

Следует отметить, что данные должны вводиться в устройство 10 ОЧР с достаточной задержкой с учетом запаздывания при прохождении через пиковый детектор 20. В действительности, эта задержка обычно несколько меньше запаздывания, чтобы данные до срабатывания триггера могли быть сохранены в базе 24 данных. Для инициации хранилища данных используется нарастающий фронт сигнала сохранения данных, поступающего от триггерного модуля 22.

Имеется множество регистров 66, при этом их установка осуществляется управляющей логикой 66. Используемый набор регистров в целом представлен в таблице 1.

Таблица 1 Набор регистров Номер регистра Название регистра Размер (в битах) Число местоположений Комментарий 0 lo Trigger 7 1 Нижний порог срабатывания триггера 1 hi Trigger 7 1 Верхний порог срабатывания триггера 2 timeSlice 8 1 Число 80-µсек квантов времени 3 Timer 14 1 Время на протяжении кванта времени до достижения разрешения 5 нсек 4 inputSelect 3 1 Выбор входа 5 offset 8 1 Сдвиг фаз 6 Gpr Подлежит определению 1 Регистр общего назначения

В одном из примеров осуществления хост-компьютер 18 способен модифицировать регистры lo Trigger, hi Trigger, inputSelect и offset. Остальные регистры обычно устанавливаются управляющей логикой 66, как указано ранее.

Два триггерных регистра loTrigger и hiTrigger используются для установления порогов срабатывания триггера в случае низкоуровневых и высокоуровневых событий. Они устанавливаются по умолчанию при включении питания устройства ОЧР 10.

Два временных регистра timeSlice и timer служат для фиксации времени, в которое произошло десятое низкоуровневое событие на протяжении текущего меньшего временного интервала, и используются для реализации необходимого времени задержки срабатывания триггера в случае низкоуровневых событий.

В регистре inputSelect содержится номер входа, который должен отслеживаться.

В регистре offset содержится значение сдвига между переходом через нулевой уровень (1, 2 и 3 на фиг.1) фазы, подаваемой в устройство 10 ОЧР, и отслеживаемой фазы. Хранящимся в этом регистре значением обычно является число циклов тактового генератора.

В регистре gpr содержится несколько битов для управления аппаратно-программным обеспечением. Например:

бит 0: срабатывание низкоуровневого триггера - устанавливается для запуска низкоуровневого триггера,

бит 1: запись в статическое ОЗУ - устанавливается при необходимости записи данных конфигурации в статическое ОЗУ 52,

бит 2: запись во флэш-память - устанавливается при необходимости переноса данных конфигурации из статического ОЗУ 52 во флэш-память 46 с последовательной выборкой.

Следует отметить, что управляющая логика 66 содержит или рассчитана на управление двумя таймерами для отсчета квантов времени и меньших временных интервалов. Оба таймера представляют собой счетчики, которые обычно переустанавливают при переходе через нулевой уровень отслеживаемой фазы, т.е. переустановка происходит в момент, обусловленный значением из регистра сдвига при допущении переходящего через нулевой уровень входного сигнала.

Что касается таймера для отсчета квантов времени, при частоте 200 МГц тактовых импульсов системного тактового генератора предусмотрен счетчик по модулю 16000. Следовательно, для таймера меньшего временного интервала предусмотрен 8-разрядный счетчик для отсчета числа квантов времени после предыдущего перехода через нулевой уровень. При каждом превышении меньшего временного интервала счетчиком квантов времени его показания соответствующим образом увеличиваются.

Выходной сигнал этого счетчика обычно поступает в триггерный модуль 22 для обеспечения отметки времени для зарегистрированных данных.

В случае низкоуровневых событий необходимо определенное время задержки срабатывания триггера, чтобы регистрация низкоуровневых событий на протяжении последующих меньших временных интервалов могла осуществляться, начиная с момента прекращения обработки на протяжении предыдущего меньшего временного интервала. Если в управляющую логику 66 введена команда приостановки, текущие показания счетчика квантов времени и счетчика меньших временных интервалов сохраняют в регистре timeSlice и регистре timer, соответственно (которые были описаны выше). Кроме того, в регистре gpr отменяется бит срабатывания низкоуровневого триггера.

Когда на протяжении меньшего временного интервала показания счетчика квантов времени и счетчика меньших временных интервалов становятся равными значениям, хранящимся в регистрах timeSlice и timer, в регистре gpr устанавливается бит срабатывания низкоуровневого триггера.

В одном из примеров осуществления декодируют содержимое регистра inputSelect, чтобы выбрать одну из шести линий выхода muxControl процессора 30.

Как отмечалось ранее, в конце меньшего временного интервала данные, хранящиеся в базе или хранилище 24 данных, переносят в хост-компьютер 18 посредством интерфейса 48 на основе ЛВС.

Процессор 30 также предпочтительно имеет управляющий интерфейс 68. Следовательно, управляющий интерфейс 68 обеспечивает управление доступом к среде (MAC) ЛВС. Перенос данных в компьютер 18 обычно осуществляется в форме пакетов. Соответственно, управляющий интерфейс 68 способен декодировать пакет данных с целью определения соответствующего адреса регистра, к которому осуществляется доступ, и типа доступа, который должен осуществляться.

Как отмечалось ранее со ссылкой на фиг.4, устройство 10 ОЧР также содержит сложное устройство с программируемой логикой (CPLD) 54, которое коммуникативно связано с процессором 30. При этом необходимо отметить, что CPLD 54 рассматривается как регистр только для записи с несколькими адресами. CPLD 54 также содержит компоненты, такие как модули, проиллюстрированные на фиг.5. В частности, CPLD 54 содержит интерфейс 70 процессора для сопряжения CPLD 54 и процессор 30. Посредством интерфейса 70 принимают новые данные для программы процессора 30. Кроме того, посредством этого интерфейса 70 принимают любые необходимые управляющие сигналы, генерируемые в процессоре 30.

CPLD 54 дополнительно содержит интерфейс 72 статического ОЗУ, при этом как отмечалось ранее, статическое ОЗУ 52 (фиг.4) служит временным хранилищем для данных программы. Соответственно, интерфейс 72 статического ОЗУ обеспечивает буферизацию данных для записи или считывания статического ОЗУ 52. Кроме того, интерфейс 72 обеспечивает управление выборкой и записью-считыванием статического ОЗУ.

В CPLD 54 предусмотрен интерфейс 74 флэш-памяти для сопряжения с флэш-памятью 46 с последовательной выборкой (фиг.4), которая используется для хранения данных конфигурации, принимаемых от процессора 30.

Наконец, CPLD 54 содержит конечный автомат 76 для управления потоком данных как при сохранении данных в статическом ОЗУ 52, так и при переносе данных из статического ОЗУ 52 во флэш-память 46 с последовательной выборкой. Обычно конечный автомат 76 находится в состоянии незанятости, когда не требуются какие-либо действия. При необходимости переноса новых данных процессор 30 дает команду начать перенос данных из процессора 30. Во время переноса этих данных из процессора 30 они обычно хранятся в статическом ОЗУ 52.

Следует учесть, что после того, как перенесены все данные, процессор 30 дает команду начать программирование флэш-памяти 46. На стадии программирования последовательно считывают данные из статического ОЗУ 52 и переносят их во флэш-память 46 с использованием необходимого протокола.

Далее будут описаны примеры осуществления со ссылкой на фиг.6. Пример способа, проиллюстрированного на фиг.6, будет описан со ссылкой на фиг.1-5, хотя следует учесть, что примеры способа также применимы к другим (не проиллюстрированным) устройствам.

На фиг.6 показана блок-схема способа согласно одному из примеров осуществления, который в целом обозначен позицией 80.

На шаге 82 способа 80 отслеживают по меньшей мере одну фазу трехфазной электрической системы 12 с целю обнаружения импульса или события импульса. Устройство 10 ОЧР обычно отслеживает систему 12 с помощью датчиков 16, как это описано выше.

На шаге 84 способа 80 определяют максимальные амплитуды импульсов происходящих в электрической системе 12, обычно с помощью пикового детектора 20, как это описано выше.

Соответственно на шаге 86 способа 80 регистрируют все импульсы, которые имеют максимальные амплитуды, превышающие верхний порог срабатывания триггера. Следует учесть, что триггерный модуль 22 регистрирует импульсы, как это описано выше.

Аналогичным образом, На шаге 86 способа 80 посредством триггерного модуля 22 также регистрируют предварительно заданное число импульсов, которые имеют максимальные амплитуды, превышающие нижний порог срабатывания триггера.

Способ 80 обычно включает шаг, на котором посредством триггерного модуля 22 сравнивают измеренные максимальные амплитуды с верхним и нижним порогом срабатывания триггера с целью соответствующей регистрации импульсов.

Наконец способ 80 включает шаг, на котором сохраняют зарегистрированные импульсы в базе или хранилище 24 данных, как это описано выше.

Следует отметить, что согласно примерам осуществления зарегистрированные импульсы в зависимости от обстоятельств обычно могут распознаваться как импульсы частичного разряда. Соответственно, регистрация импульсов на основании их максимальных амплитуд обеспечивает удобный способ обнаружения импульсов частичного разряда, происходящих в электрической системе 12.

В одном из примеров осуществления, при осуществлении способа 80 дополнительно применяют (не показано) временной сдвиг триггера к нижнему порогу срабатывания триггера. Способ 80 может дополнительно включать регистрирование импульсов на протяжении следующего цикла, начиная с момента прекращения временного сдвига подвижного триггера на протяжении предыдущего цикла, как подробнее пояснено выше.

Вместо этого или дополнительно при осуществлении способа 80 применяют временной сдвиг подвижного триггера. При этом может регистрироваться промежуток во времени на протяжении меньшего временного интервала, в течение которого импульс превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а коэффициент пульсации равен предварительно заданному числу пульсаций; прекращаться регистрирование импульсов с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, до наступления этого промежутка во времени на протяжении следующего меньшего временного интервала; и переустанавливаться на ноль промежуток во времени временного сдвига подвижного триггера и начинаться регистрирование на протяжении следующего меньшего временного интервала импульсов с амплитудой, превышающей только нижний порог срабатывания триггера, после того, как величина временного сдвига подвижного триггера становится равной величине меньшего временного интервала

В описанном изобретении предложен удобный способ отслеживания частичных разрядов, происходящих в трехфазных энергетических системах. Путем спектрального анализа с целью обнаружения частичных разрядов могут быть по меньшей мере смягчены или даже предотвращены нежелательные исходы, сопутствующие частичным разрядам.

Изобретение относится к мониторингу частичных разрядов, происходящих в электрических или энергетических системах. Способ заключается в том, что определяют нижний порог срабатывания триггера и верхний порог срабатывания триггера, определяют длительность меньшего временного интервала, отслеживают по меньшей мере одну фазу электрической системы с целью обнаружения импульса на протяжении меньшего временного интервала, определяют максимальную амплитуду импульса, возникающего в электрической системе на протяжении меньшего временного интервала, устанавливают, превышает ли измеренная максимальная амплитуда импульса нижний порог срабатывания триггера и верхний порог срабатывания триггера, присваивают импульсу коэффициент пульсации, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера и верхний порог срабатывания триггера, регистрируют импульс или касающуюся его информацию, если коэффициент пульсации, соответствующий импульсу, меньше предварительно заданного порогового коэффициента пульсаций в меньшем временном интервале, применяют временной сдвиг подвижного триггера, так что: если импульс превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а коэффициент пульсации равен предварительно заданному числу пульсаций, регистрируют промежуток во времени на протяжении меньшего временного интервала, в котором это имеет место, и прекращают регистрацию импульсов с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, до наступления этого промежутка во времени в следующем меньшем временном интервале, и переустанавливают на ноль промежуток во времени временного сдвига подвижного триггера, и начинают регистрацию на протяжении следующего меньшего временного интервала импульсов с амплитудой, превышающей только нижний порог срабатывания триггера, после того, как величина временного сдвига подвижного триггера становится равной величине меньшего временного интервала, и сохраняют зарегистрированные импульсы в запоминающем устройстве. Также заявлено устройство, реализующее указанный способ. Технический результат заключается в повышении точности определения частичных разрядов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ мониторинга частичных разрядов в электрической системе, в котором определяют нижний порог срабатывания триггера и верхний порог срабатывания триггера, при этом нижний и верхний пороги срабатывания триггера являются уровнями амплитуды электрических импульсов, и верхний порог срабатывания триггера соответствует более высокой амплитуде, чем нижний порог срабатывания триггера, определяют длительность меньшего временного интервала, отслеживают по меньшей мере одну фазу электрической системы с целью обнаружения импульса на протяжении меньшего временного интервала, определяют максимальную амплитуду импульса, возникающего в электрической системе на протяжении меньшего временного интервала, устанавливают, превышает ли измеренная максимальная амплитуда импульса нижний порог срабатывания триггера и (или) верхний порог срабатывания триггера, присваивают импульсу коэффициент пульсации, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера и (или) верхний порог срабатывания триггера, регистрируют импульс или касающуюся его информацию, если коэффициент пульсации, соответствующий импульсу, меньше предварительно заданного порогового коэффициента пульсаций в меньшем временном интервале, применяют временной сдвиг подвижного триггера, так что, если импульс превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а коэффициент пульсации равен предварительно заданному числу пульсаций, регистрируют промежуток во времени на протяжении меньшего временного интервала, в котором это имеет место, и прекращают регистрацию импульсов с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, до наступления этого промежутка во времени в следующем меньшем временном интервале, и переустанавливают на ноль промежуток во времени временного сдвига подвижного триггера, и начинают регистрацию на протяжении следующего меньшего временного интервала импульсов с амплитудой, превышающей только нижний порог срабатывания триггера, после того, как величина временного сдвига подвижного триггера становится равной величине меньшего временного интервала, и сохраняют зарегистрированные импульсы в запоминающем устройстве.

2. Способ по п.1, в котором выбирают пороговый коэффициент пульсации, которым является максимальное число импульсов, регистрируемое на протяжении меньшего временного интервала.

3. Способ по п.1, в котором при присвоении импульсу коэффициент пульсации увеличивают показания счетчика импульсов с целью ведения счета числа импульсов с амплитудой, превышающей нижний порог срабатывания триггера и (или) верхний порог срабатывания триггера на протяжении меньшего временного интервала.

4. Способ по п.1, в котором регистрируют импульсы на протяжении следующего цикла, начиная с момента прекращения временного сдвига подвижного триггера в предыдущем цикле.

5. Способ по п.1, в котором регистрируют импульсы или касающуюся их информацию как низкоуровневые события или высокоуровневые события, при этом считается, что низкоуровневые события происходят, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а высокоуровневое событие происходит, если максимальная амплитуда импульса превышает как нижний, так и верхний пороги срабатывания триггера соответственно.

6. Способ по п.1, в котором запускают таймер и сохраняют максимальную амплитуду и знак предыдущего импульса, если максимальная амплитуда текущего импульса в точке измерения становится ниже амплитуды, измеренной в предыдущей точке, и переустанавливают таймер и начинают отсчет длительности новых квантов времени, если на протяжении времени простоя максимальная амплитуда текущего импульса превышает сохраненную максимальную амплитуду предыдущего импульса.

7. Устройство мониторинга частичных разрядов в трехфазной электрической системе, содержащее: пиковый детектор для определения максимальных амплитуд импульсов, возникающих в электрической системе; триггерный модуль, выполненный с возможностью определения, превышает ли измеренная максимальная амплитуда импульса нижний порог срабатывания триггера и (или) верхний порог срабатывания триггера, при этом нижний и верхний пороги срабатывания триггера являются уровнями амплитуды электрических импульсов, и верхний порог срабатывания триггера соответствует более высокой амплитуде, чем нижний порог срабатывания триггера, присваивания импульсу коэффициента пульсации, если максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера и (или) верхний порог срабатывания триггера, регистрации импульса или касающейся его информации, если коэффициент пульсации, соответствующий импульсу, меньше предварительно заданного порогового коэффициента пульсации в меньшем временном интервале; и базу данных, в которой хранится множество импульсов или касающаяся их информация, зарегистрированная триггерным модулем.

8. Устройство по п.7, содержащее процессор, рассчитанный по меньшей мере на применение временного сдвига подвижного триггера.

9. Устройство по п.8, в котором процессор сконфигурирован с возможностью регистрации промежутка во времени на протяжении меньшего временного интервала, в котором максимальная амплитуда импульса превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, а коэффициент пульсации равен предварительно заданному пороговому коэффициенту пульсации, прекращения регистрации импульсов или касающейся их информации для тех импульсов, максимальная амплитуда которых превышает нижний порог срабатывания триггера, но не верхний порог срабатывания триггера, до наступления промежутка во времени в следующем меньшем временном интервале, и переустановку на ноль промежутка во времени временного сдвига подвижного триггера и регистрацию импульсов на протяжении следующего меньшего временного интервала, имеющих максимальную амплитуду, превышающую только нижний порог срабатывания триггера после того, как величина временного сдвига подвижного триггера становится равной величине меньшего временного интервала.

10. Устройство по п.7, содержащее модуль преобразования координат для преобразования вектора из прямоугольной системы координат в полярную систему координат.