Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий Российский патент 2018 года по МПК G01R31/08 H02H3/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроустановках, на электрических станциях и подстанциях, электрических сетях и сетях связи для определения состояния изоляции и прогнозирования ресурса изоляции.

Известны устройства контроля состояния изоляции различных электроустановок, основанные на определении активного сопротивления изоляции, тангенса угла диэлектрических потерь (Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. – 128 с.). Общим недостатком данных устройств является сложность получения обоснованной оценки состояния изоляции, так как ее параметры при нормальной работе могут меняться в широких пределах в зависимости от температуры, влажности и других факторов. Также на основе применения этих способов сложно прогнозировать ресурс изоляции.

Наиболее близкой к устройству по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 112525. Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Полуянович Н.К., Стульнева А.В., Дубяго М.Н. Опубл. 10.01.2012 Бюл. №1).

Работа устройства основана на измерении уровня тока нулевой последовательности (ТНП) в контролируемом присоединении и напряжения нулевой последовательности в кабельной линии. При ослаблении фазной изоляции увеличивается ток нулевой последовательности (амплитуда и фаза тока нулевой последовательности). Данные о состоянии кабельной линии обрабатываются микроконтроллером, в нем же полученные данные сравниваются с допустимой амплитудой вектора ТНП и, если имеет место превышение ее значения, определяется угол между вектором ТНП и вектором межфазного напряжения, в результате чего определяется, соответствует ли возникший ток дефекту изоляции и, если не соответствует, то произошло замыкание на землю.

По значению этого угла с заданными диапазонами определяется, в какой из фаз произошел дефект. Полученные данные проходят обработку в математической модели, и система определяет расстояние до дефекта и сопротивление дефекта или, если дефект только намечается, система прогнозирует время, через которое случится пробой.

Данная система обеспечивает отыскание повреждений, оценку состояния силовых кабельных линий благодаря определению сопротивления дефекта и расстояния до дефекта, прогнозирование намечающегося повреждения кабельной линии.

Недостаток данной системы состоит в том, что она контролирует только фазную изоляцию, что обеспечивает обнаруживать появление и следить за развитием процессов возникновения замыкания фазы на землю. Но в электрических сетях нередко возникают процессы снижения электрической прочности межфазной изоляции, что приводит в итоге к возникновению коротких замыканий между фазами и нарушению электроснабжения. Замыкания между фазами (двухфазные и трехфазные) не сопровождаются появлением токов нулевой последовательности, поэтому данное устройство не обеспечивает заблаговременного выявления таких повреждений и прогнозирования ресурса междуфазной изоляции.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей автоматизированной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий – осуществлении контроля как фазной изоляции, так и междуфазной.

Задача решается тем, что в автоматизированную систему диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий вводятся трансформаторы тока и фильтры тока и напряжения обратной последовательности. Применение данных фильтров обеспечивает контроль значений тока и напряжения обратной последовательности. Ток обратной последовательности начинает увеличиваться при снижении сопротивления межфазной изоляции, при его возрастании свыше допустимых значений формируется предупредительный сигнал о снижении уровня изоляции и прогнозируется срок до возникновения межфазного КЗ.

На фиг.1 приведена схема автоматизированной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, на которой обозначены: 1, 3, 5 – трансформаторы тока нулевой последовательности; 2, 4, 6 – датчики тока нулевой последовательности; 7 – трансформатор напряжения нулевой последовательности; 8 – датчик напряжения нулевой последовательности; 9 – микроконтроллер; 10 – блок питания; 11 – преобразователь интерфейсов; 12 – персональный компьютер; 13 – трансформаторы тока; 14 – фильтр токов обратной последовательности.

Работает устройство следующим образом. Трансформаторы тока нулевой последовательности 1, 2, 3 измеряют уровень тока нулевой последовательности (ТНП) в контролируемой линии, датчики тока нулевой последовательности 2, 4, 6 считывают информацию о состоянии изоляции силовой кабельной линии (ток и фаза тока нулевой последовательности), трансформатор напряжения нулевой последовательности 7 передает информацию датчику напряжения нулевой последовательности 8 о напряжении в кабельной линии, трансформаторы тока 13 измеряют токи фаз защищаемой линии, на выходе фильтра тока обратной последовательности 14 образуется сигнал тока обратной последовательности.

Данные о состоянии кабельной линии предаются в микроконтроллер 9, который запитывается от блока питания 10, в микроконтроллере полученные данные по ТНП сравниваются с допустимой амплитудой вектора ТНП (для контроля фазной изоляции) и, если имеет место превышение ее значения, определяется угол между вектором ТНП и вектором межфазного напряжения, в результате чего определяется, соответствует ли возникший ток дефекту изоляции, и если соответствует, то произошло замыкание на землю. По значению этого угла с заданными диапазонами определяется, в какой из фаз возник дефект. Аналогичным образом контролируется уровень тока обратной последовательности. Если он больше допустимого значения, то определяется, соответствует ли возникший ток дефекту изоляции, и если соответствует, то произошло замыкание между фазами линии.

Полученные данные проходят обработку в математической модели, и система определяет расстояние до дефекта и сопротивление дефекта, или, если дефект только намечается, система прогнозирует время, через которое возникнет пробой либо фазной, либо межфазной изоляции. Данные через преобразователь интерфейсов 11 передаются на персональный компьютер 12, на котором они отображаются в виде зависимости амплитуды векторов токов нулевой и обратной последовательности от времени с окном прогнозирования дефекта, а также в виде таблицы данных (расстояние до дефекта, сопротивление дефекта, амплитуды векторов токов нулевой и обратной последовательности, тип дефекта, фаза дефекта).

Устройство позволяет определять расстояние до места локального дефекта изоляции и сопротивление этого дефекта без отключения оборудования по изменению параметров рабочего режима электрооборудования, а также прогнозировать появление дефектов в силовых кабельных линиях.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей автоматизированной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий и достигается благодаря тому, что в систему вводятся трансформаторы тока и фильтры тока и напряжения обратной последовательности. Применение данных фильтров обеспечивает контроль значений тока и напряжения обратной последовательности. Ток обратной последовательности начинает увеличиваться при снижении сопротивления межфазной изоляции, при его возрастании свыше допустимых значений формируется предупредительный сигнал о снижении уровня изоляции и прогнозируется срок до возникновения межфазного КЗ. 1 ил.

Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, содержащая по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, датчики тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, микроконтроллер, персональный компьютер, преобразователь интерфейсов, блок питания микроконтроллера, выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с первыми входами микроконтроллера, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен со входом датчика напряжения нулевой последовательности, выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со вторыми входами микроконтроллера, преобразователь интерфейсов соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с блоком питания, вход персонального компьютера соединен с выходом преобразователя интерфейсов, отличающаяся тем, что в нее введены трансформаторы тока по числу фаз защищаемого присоединения, измерительный трансформатор напряжения, фильтры тока и напряжения обратной последовательности, выходы трансформаторов тока и измерительного трансформатора напряжения соединены с входами соответствующих фильтров обратной последовательности, выходы фильтров соединены с входами микроконтроллера.