Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий Российский патент 2019 года по МПК G01R31/08 

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.

Известен способ определения состояния и ресурса изоляции электроустановки (Таджибаев А.И., Канискин В.А., Сажин Б.И., Костенко Э.М. и др. Способ определения состояния и ресурса изоляции электрической установки // Роспатент, патент № 2044326 по заявке № 93-01 6114/10 от 29.03.93, опубликован 20.09.95), заключающийся в том, что определяют тангенс угла диэлектрических потерь на разных частотах, находят эталонное значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь и градуировочные характеристики при различных температурах для образцовой электроустановки, рабочую температуру изоляции, значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь для контролируемой электроустановки, находят разность упомянутых значений и по градуировочной характеристике определяют выбранный и остаточный ресурс изоляции.

Недостатком данного способа является необходимость использования образцовой электроустановки, что создает значительные трудности при практической реализации такого способа.

Известна 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), содержащая по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, датчики тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, микроконтроллер, персональный компьютер, отличающаяся тем, что в нее введен 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.

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 линиях, 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 позволяет обнаруживать появление и следить за развитием процессов возникновения замыканий 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.

Также данная система не позволяет определить с достаточной точностью место возникновения повреждения, так как снижение электрической прочности изоляции может возникнуть вне линии на небольшом расстоянии от ее конца и в этом случае сложно определить истинное место возникновения повреждения.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 2657290. Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Опубл. 13.06.2018).

Эта система содержит трансформаторы тока нулевой последовательности; датчики тока нулевой последовательности; трансформатор напряжения нулевой последовательности; датчик напряжения нулевой последовательности; микроконтроллер; блок питания; преобразователь интерфейсов; персональный компьютер; трансформаторы тока; фильтр токов обратной последовательности.

Контроль токов и напряжений как обратной, так и нулевой последовательности позволяет определять снижение электрической прочности фазной изоляции относительно земли и междуфазной изоляции, но не может достаточно точно определить место возникновения повреждений.

Техническая задача предполагаемого изобретения заключается в определении возникновения повреждения на защищаемой линии.

Задача достигается тем, что в селективной автоматизированной системе диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий имеется два измерительных комплекта, устанавливаемых в начале и конце защищаемой линии.

Эти комплекты осуществляют измерение токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так и в конце защищаемой линии. Сравнение этих токов позволяет определить возникновение повреждения изоляции только на повреждаемой линии, так как повреждения изоляции вне защищаемой линии (особенно при близких к этой линии повреждениях) будут сопровождаться одинаковыми значениями токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так в конце защищаемой линии. Это позволит четко локализовать элемент электрической сети с поврежденной изоляцией, что сократит время на поиск и устранение дефекта.

Cущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображены два измерительных комплекта, устанавливаемых в начале и конце защищаемой линии. На фиг. 2 приведена схема измерительного комплекта селективной 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. На фиг.3 точками 1 и 2 показаны места повреждений на защищаемой лини и вне защищаемой линии соответственно.

Работает селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий следующим образом. При нормальном состоянии изоляции защищаемой кабельной линии или при возникновении внешнего повреждения (за пределами защищаемой линии) токи в начале и конце линии будут практически одинаковыми. При возникновении повреждения изоляции на защищаемой линии ток в начале линии становится больше, чем ток в конце этой линии.

Постоянное сравнение значений токов обеспечивает непрерывный контроль состояния линии и реагирование только на повреждения фазной и междуфазной изоляции, возникающие на этой линии. Повреждения, появляющиеся вне линии, не приведут к срабатыванию данной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, даже если электрические параметры будут примерно одинаковыми с повреждением на защищаемой линии, как в случае, если точки повреждения находятся, как показано на фиг.3 – точка 1 на защищаемой линии и точка 2 вне защищаемой линии.

Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий позволяет определить место возникновения повреждения изоляции кабельных линий, если повреждение расположено на контролируемой линии, определяется примерное расстояние до места локального дефекта изоляции и сопротивление этого дефекта без отключения оборудования по изменению параметров рабочего режима этой линии.

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. Сущность: селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий содержит два измерительных комплекта. Один комплект установлен в начале контролируемой линии, а другой - в ее конце. Каждый измерительный комплект содержит трансформаторы тока нулевой последовательности по числу присоединений, датчики тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, трансформаторы тока по числу фаз защищаемого присоединения, измерительный трансформатор напряжения, фильтры тока и напряжения обратной последовательности, микроконтроллер, персональный компьютер, преобразователь интерфейсов, блок питания микроконтроллера. 3 ил.

Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий содержит измерительный комплект, содержащий трансформаторы тока нулевой последовательности по числу присоединений, 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, 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, отличающаяся тем, что в систему введен второй измерительный комплект, идентичный первому, причем один измерительный комплект установлен в начале контролируемой линии, а второй – в ее конце.