КОМПЛЕКС ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК H02J13/00 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного контроля токов и напряжений в высоковольтных электрических сетях.

Уровень техники

Известно устройство контроля тока и напряжения в высоковольтных электрических сетях, содержащее датчики тока и напряжения, размещенные на опорном изоляторе, предназначенном для установки в контролируемой точке электрической сети как на станциях и подстанциях, так и вдоль трасс линий электропередачи [патент US 4823022]. Устройство не содержит средств первичной обработки измерительной информации и обеспечивает возможность проводной связи датчиков, выполненных в виде измерительных трансформаторов, со средствами измерения, расположенными на потенциале земли. Недостаток устройства - низкая надежность и ограниченная сетями среднего напряжения область применения.

Известно принятое в качестве прототипа устройство для контроля тока и напряжения в высоковольтных сетях, содержащее датчики тока и напряжения, подключенные к блоку первичного преобразования, в экранирующем корпусе которого, гальванически связанном с контролируемой точкой цепи, размещены источник питания, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), сопряженный входом с датчиками тока и напряжения, и блок управления, снабженный беспроводным передатчиком [RU 2143165].

Блок управления поочередно с помощью коммутатора подключает аналоговый вход АЦП к датчику тока и к датчику напряжения и через беспроводный передатчик посылает измерительную информацию удаленному наземному терминалу.

Недостаток прототипа - большая погрешность при определении фазового угла между током и напряжением, измеряемыми в одной контролируемой точке сети, и ограниченность функциональных возможностей по контролю фазовых соотношений между параметрами, измеряемыми в различных точках сети. Этот недостаток обусловлен несинхронностью измерений тока и напряжения, выполняемыми как одним устройством контроля, так и несколькими устройствами, размещенными в различных точках электрической сети, а также невозможностью оперативного изменения режима выполняемых измерений.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат изобретения - высокая точность определения фазового угла между током и напряжением, измеряемыми в одной контролируемой точке высоковольтной сети, синхронность измерений, выполняемых в различных контролируемых точках сети, и расширенные функциональные возможности.

Предметом изобретения является комплекс дистанционного контроля токов и напряжений высоковольтной сети, содержащий управляющий терминал, связанный каналом передачи данных с группой регистраторов, каждый из которых содержит датчик тока в виде резисторного шунта, установленного в разрыв фазного провода высоковольтной сети, датчик напряжения в виде делителя напряжения, низкоомное плечо которого подключено к соответствующему резисторному шунту, а высокоомное - встроено в полый изолятор и заземлено, и модуль первичной обработки, в экранирующем корпусе которого, гальванически связанном с контролируемой точкой сети, размещены источник питания, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, сопряженные с датчиками тока и напряжения соответственно, блок управления, к которому подключены входы запуска и выходы аналого-цифровых преобразователей, при этом блок управления каждого регистратора снабжен датчиком точного времени, беспроводным приемопередатчиком, подключенным к указанному каналу передачи данных, и выполнен с возможностью одновременного запуска аналого-цифровых преобразователей, сопровождения метками точного времени измеренных цифровых значений тока и напряжения, хранения полученных данных и их передачи через беспроводный приемопередатчик, терминал выполнен с возможностью приема и совместной обработки данных, полученных от регистраторов, а комплекс - с возможностью смены режима работы регистраторов по командам управляющего терминала.

В отличие от прототипа в каждом регистраторе заявляемого комплекса датчик тока выполнен в виде резисторного шунта, установленного в разрыв фазного провода высоковольтной сети (а не в виде трансформатора тока), имеющего общую точку с низкоомным плечом делителя напряжения (который служит датчиком напряжения), содержится два (а не один) аналого-цифровых преобразователя, которые подключены своими входами запуска и выходами к блоку управления, снабженному датчиком точного времени, беспроводным приемопередатчиком (а не передатчиком) и выполненному с возможностью одновременного запуска аналого-цифровых преобразователей и сопровождения метками точного времени цифровых значений тока и напряжения, передаваемых через беспроводный приемопередатчик, а комплекс - с возможностью смены режима работы регистраторов по командам управляющего терминала.

Это позволяет получить вышеуказанный технический результат.

Изобретение имеет уточняющие развития, состоящие в том, что:

- канал передачи данных выполнен радиочастотным или оптоволоконным;

- гальваническая связь экранирующего корпуса модуля первичной обработки с контролируемой точкой сети выполнена в виде параллельной активно-индуктивной цепи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведена структурная схема регистратора, входящего в состав комплекса дистанционного контроля, а на фиг. 2 представлен фрагмент этого комплекса.

Осуществление изобретения с учетом его развитий

Каждый регистратор, входящий в состав заявляемого комплекса, размещается в контролируемой точке высоковольтной сети и содержит датчик 1 тока и датчик 2 напряжения, подключенные к модулю 3 первичной обработки. В экранирующем корпусе 4 модуля 3 размещены источник питания 5, первый АЦП 6, второй АЦП 7 и блок 8 управления, снабженный датчиком точного времени и беспроводным приемопередатчиком 9.

АЦП 6 и 7 связаны аналоговыми входами с датчиками 1 и 2 через элементы 10 и 11 сопряжения соответственно и подключены к блоку 8 своими входами запуска и цифровыми выходами.

Блок 8 управления выполнен с возможностью одновременного запуска АЦП 6 и 7, сопровождения метками точного времени измеренных цифровых значений тока и напряжения, хранения полученных данных и их передачи через беспроводный приемопередатчик 9.

Датчик 1 тока выполнен в виде резисторного шунта, установленного в разрыв провода высоковольтной цепи. Датчик 2 выполнен в виде делителя напряжения, подключенного низкоомным плечом 12 к шунту 1. При этом плечо 12 размещено внутри экранирующего корпуса 4 модуля 3 и через элемент 11 (функционально аналогичный элементу 10) подключено параллельно входу АЦП 7. Высокоомное плечо 13 делителя встроено в полость изолятора 14, показанного на фиг. 2, и заземлено.

Источник 5 обеспечивает автономное электропитание блока 3 от сети через трансформатор 15 тока или от встроенных аккумуляторов. Корпус 4 модуля 3 гальванически связан с контролируемой точкой сети через параллельную активно-индуктивную цепь 16, которая служит для снижения влияния помех промышленного и атмосферного происхождения.

На фиг. 2 показано, что модуль 3 связан измерительным кабелем с датчиком 1 тока и установлен на верхнем фланце изолятора 14, в полость которого встроено нижнее высокоомное плечо 13 делителя датчика 2 напряжения. Нижним фланцем изолятор 14 устанавливается на металлической опоре, размещаемой под контролируемой точкой. Через приемопередатчик 9 каждый автономный регистратор связан радиочастотным или оптическим беспроводным каналом 17 передачи данных с управляющим терминалом 18, который представляет собой рабочую станцию оператора с пакетом соответствующего программного обеспечения. Терминал 18 выполнен с возможностью приема и совместной обработки данных, полученных от регистраторов. Комплекс выполнен с возможностью смены режима работы регистраторов по командам терминала 18.

Комплекс работает следующим образом.

Терминал 18 через беспроводный канал 17 связан с группой (в трехфазной сети, по меньшей мере, с тремя) регистраторов, которые контролируют токи и напряжения в одной или нескольких точках высоковольтной сети. Терминал 18 управляет режимами работы всех регистраторов, подключенных к каналу 17, и производит совместную вторичную обработку получаемых от них данных.

Датчики 1 и 2 каждого автономного регистратора формируют аналоговые измерительные сигналы, поступающие на входы АЦП 6 и 7 через элементы 10 и 11 соответственно, обеспечивающие необходимые согласование, масштабирование, защиту от помех и перенапряжений.

Поскольку датчик тока выполнен в виде резисторного шунта, установлен в разрыв фазного провода высоковольтной сети и имеет общую точку с низкоомным плечом делителя напряжения, к которой через блоки сопряжения подключены одновременно запускаемые АЦП 6 и 7, в результаты измерений тока и напряжения практически не вносятся фазовые искажения. В результате при определении фазового угла между током и напряжением (в ходе вторичной обработки) соответствующая погрешность исключается.

Блок 8 принимает через приемопередатчик 9 команды терминала 18, устанавливает по ним требуемый режим работы регистратора и запускает АЦП 6 и 7. АЦП преобразуют соответствующие аналоговые измерительные сигналы в цифровые данные. Каждой паре оцифрованных результатов измерений тока и напряжения блок 8 присваивает идентификатор, включающий обозначение данного регистратора и точное время регистрации параметров, получаемое в блоке 8 от датчика точного времени, который периодически принимает корректирующие сигналы от спутниковой системы навигации. Массивы измерительных данных, сопровождаемых метками точного времени, хранятся во внутренней памяти блока 8 и по соответствующей управляющей команде передаются через приемопередатчик 9 терминалу 18.

Когда терминал 18 получает измерительные данные, сопровождаемые идентификатором, он определяет выдавший их регистратор и метку времени для совместного анализа данных, получаемых от других регистраторов, входящих в состав комплекса.

Заявляемый комплекс позволяет одновременно измерять ток и напряжение в одной контролируемой точке высоковольтной электрической сети и получать на терминале 18 результаты измерений, синхронно выполненных регистраторами, установленными в различных точках этой сети. При этом регистраторы, управляемые командами терминала 18, поступающими через их приемопередатчики 9, могут функционировать в нескольких режимах: в режиме самотестирования с выдачей терминалу 18 сообщений о состоянии своих элементов, в режиме периодических измерений в заданные моменты времени с хранением и выдачей по запросу терминала минимально необходимых измерительных данных или в режиме фиксации переходных процессов. В последнем режиме терминалу 18 через канал 17 передаются большие массивы измерительной информации, полученной с максимальной частотой дискретизации, позволяющие наглядно воспроизводить и достоверно оценивать переходные процессы, происходящие в контролируемой сети, и оперативно принимать адекватные решения по недопущению или устранению аварийных ситуаций.

Это повышает достоверность и эффективность дистанционного контроля, осуществляемого заявляемым комплексом, существенно расширяет его функциональные возможности, позволяя с высокой точностью определять емкостные и индуктивные составляющие токов и напряжений, комплексные сопротивления, передаточные функции и потери аппаратов, линий электропередачи и других элементов электроэнергетических систем.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности измерения фазовых углов между векторами тока и напряжения в контролируемой точке высоковольтной сети и расширенные функциональные возможности. Комплекс содержит программируемый управляющий терминал (18), связанный каналом (17) передачи данных с группой автономных регистраторов тока и напряжения. Каждый регистратор содержит датчик (1) тока, датчик (2) напряжения и модуль (3) первичной обработки. Датчики (1) выполнены в виде резисторных шунтов, установленных в разрыв фазных проводов высоковольтной сети. Датчики (2) выполнены в виде делителей напряжения. Низкоомные плечи (12) делителей подключены к соответствующему резисторному шунту, а высокоомные (13) встроены в полый изолятор (14) и заземлены. В экранирующем корпусе (4) модуля (3), гальванически связанном с контролируемой точкой сети, размещены источник питания (5), первый АЦП (6), второй АЦП (7) и блок (8) управления, снабженный беспроводным приемопередатчиком (9). АЦП (6) и (7) связаны аналоговыми входами с датчиками (1) и (2) через элементы (10) и (11) сопряжения соответственно и подключены к блоку (8) своими входами запуска и цифровыми выходами. Блок (8) выполнен с возможностью одновременного запуска АЦП (6) и (7), сопровождения метками точного времени измеренных цифровых значений тока и напряжения, хранения полученных данных и их передачи через беспроводный приемопередатчик (9). Управляющий терминал (18) выполнен с возможностью приема и совместной обработки данных, полученных от регистраторов. Комплекс выполнен с возможностью смены режима работы регистраторов по командам управляющего терминала (18). 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Комплекс дистанционного контроля токов и напряжений высоковольтной сети, содержащий управляющий терминал, связанный каналом передачи данных с группой регистраторов, каждый из которых содержит датчик тока в виде резисторного шунта, установленного в разрыв фазного провода высоковольтной сети, датчик напряжения в виде делителя напряжения, низкоомное плечо которого подключено к соответствующему резисторному шунту, а высокоомное - встроено в полый изолятор и заземлено, и модуль первичной обработки, в экранирующем корпусе которого, гальванически связанном с контролируемой точкой сети, размещены источник питания, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, сопряженные с датчиками тока и напряжения соответственно, блок управления, к которому подключены входы запуска и выходы аналого-цифровых преобразователей, при этом блок управления каждого регистратора снабжен датчиком точного времени, беспроводным приемопередатчиком, подключенным к указанному каналу передачи данных, и выполнен с возможностью одновременного запуска аналого-цифровых преобразователей, сопровождения метками точного времени измеренных цифровых значений тока и напряжения, хранения полученных данных и их передачи через беспроводный приемопередатчик, терминал выполнен с возможностью приема и совместной обработки данных, полученных от регистраторов, а комплекс - с возможностью смены режима работы регистраторов по командам управляющего терминала.

2. Комплекс по п. 1, в котором канал передачи данных выполнен радиочастотным или оптоволоконным.

3. Комплекс по п. 1, в котором гальваническая связь экранирующего корпуса модуля первичной обработки с контролируемой точкой сети выполнена в виде параллельной активно-индуктивной цепи.