СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТОВ МАСЛЯНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2019 года по МПК H01H33/68 H01H51/00 G01R31/00 

Область техники

Изобретение относится к системе контроля параметров масляного выключателя среднего напряжения с открытым расположением рабочих контактов, в частности контроля температуры рабочих контактов выключателей МГУ-20 или аналогичных.

Уровень техники

Рабочие контакты масляных выключателей марки МГУ-20 или аналогичных представляют собой медные ножи, соединенные ламелями с медными токоведущими шинами, и расположены на открытом воздухе. Из-за этого они подвергаются воздействию пыли из воздуха, которая приводит к ухудшению электропроводящих свойств контактов, вследствие чего происходит сверхнормативный нагрев контактной группы, токопроводящих элементов и баков выключателя, приводящий, как правило, к аварийным последствиям в случае несвоевременного обнаружения оперативным персоналом и непринятия мер по разгрузке выключателя.

В системе электроснабжения алюминиевых заводов и других промышленных предприятий выключатели среднего напряжения являются важным элементом для обеспечения надежного и стабильного питания потребителей электроэнергии. В условиях высоких значений тока и напряжения надежность электроснабжения связана с нагревом контактов коммутационного оборудования. При работе электрооборудования высокая запыленность, частые коммутации и длительный срок эксплуатации могут увеличить контактное сопротивление, вызвать повышение температуры контакта выключателя и окисление контактной поверхности. Это вызывает лавинообразное увеличение переходного сопротивления контакта выключателя и, в конечном итоге, приводит к повреждению оборудования пожарам и перерывам в электроснабжении.

В настоящее время нет эффективного способа непрерывного мониторинга температуры контактов выключателя. Одна из причин заключается в том, что контакты выключателя находятся под высоким напряжением, и контактный метод измерения температуры (например, с помощью термопары) не может быть использован. Во-вторых, существующий способ измерения температуры с помощью периодического тепловизионного контроля персоналом имеет свои недостатки: для контроля доступны только рабочие контакты с лицевой стороны выключателя, а также данный контроль не позволяет оценить состояние контактов выключателя. В-третьих, в ячейке выключателя при коммутации возникают электромагнитные помехи, которые отрицательно влияют на работу оборудования. В-четвертых, объект измерения (рабочие контакты выключателя) выполнены из меди и имеют очень низкий коэффициент поглощения, что затрудняет измерение температуры пирометром или тепловизором. В-пятых, при капитальном ремонте выключателя происходит практически полная его разборка и, соответственно, система контроля температуры должна обладать простотой монтажа и демонтажа измерительных датчиков.

Известна система мониторинга бесконтактного контроля температуры инфракрасного диапазона для контакта переключателя высокого напряжения (патент CN 20142683056, опубл. 2015-07-22), состоящая из инфракрасного датчика температуры, микропроцессорного блока, клавиатуры, дисплея, звукового и светового блока сигнализации, блока преобразования уровня, контроллера шины CAN, блока изоляции оптопары.

Инфракрасный датчик температурной матрицы выполняет бесконтактное измерение температуры высоковольтного контакта выключателя в шкафу высокого напряжения, а измеренный сигнал отправляется в микропроцессорный блок, результат анализируется, и температура отображается на экране дисплея в режиме реального времени; с другой стороны, блок преобразования уровня выполняет преобразование уровня, а преобразованный уровень вводится в контроллер шины CAN и контроллер приемопередатчика CAN через блок изоляции оптопары, и его вывод отправляется на CAN-шину, что позволяет подключать и обрабатывать эти данные в режиме реального времени на удаленной рабочей станции или компьютерном оборудовании центра управления на CAN-шине. Когда температура контакта выключателя высокого напряжения превышает установленную температуру, звуковой и световой сигнализатор подает звук и свет. Клавиатурный блок и микропроцессор выполняют диалог человек-машина, а параметры, подлежащие обнаружению, устанавливаются в соответствии с конкретными условиями.

По назначению, по технической сущности и наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком известной системы является то, что при использовании неэкранированных линий связи инфракрасных датчиков с микропроцессорным блоком, а также отсутствии устройств защиты от импульсных перенапряжений могут возникать помехи от электромагнитных воздействий энергетического оборудования, влияющие на результат измерения, кроме того, при использовании медных контактов высоковольтных выключателей невозможно добиться требуемой точности измерения за счет воздействия отраженного тепла. Также использование инфракрасных датчиков несъемной конструкции снижает удобство обслуживания выключателей при капитальном ремонте.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности электроснабжения корпусов электролиза, а также других потребителей электроэнергии, исключение аварийной ситуации.

Техническим результатом является решение поставленной задачи, а именно повышение контроля температуры рабочих контактов масляных выключателей среднего напряжения.

Технический результат достигается тем, что система непрерывного контроля температуры рабочих контактов масляных трехполюсных выключателей, содержащая информационно-техническую сеть, пирометрические датчики, размещенные на токоведущих шинах рабочих контактов выключателей и соединенные посредством модуля ввода-вывода сигналов с контроллером для обработки сигнала, сервером базы данных и панелью визуализации, размещенных в шкафу сбора данных, выполненного с возможностью сбора, обработки и передачи данных температуры с пирометрических датчиков в информационно-техническую сеть, согласно заявляемому изобретению, дополнительно снабжена устройством защиты от импульсных перенапряжений, выполненным в виде модуля защиты интерфейсов передачи данных, и размещенным на линиях между пирометрическими датчиками и модулем ввода-вывода сигналов, при этом линии связи выполнены в виде экранированного кабеля для защиты от электромагнитных полей, а токоведущие шины рабочих контактов масляных выключателей покрыты высокотемпературным теплоотражающим средством.

Предложенная автоматизированная система мониторинга температуры рабочих контактов масляных выключателей содержит пирометрические датчики, соединенные с контроллером для обработки сигнала, сервер и панель визуализации, расположенные в шкафу сбора данных. Шкаф сбора данных, обеспечивает сбор, обработку и передачу на верхний уровень информации с пирометрических датчиков, установленных на каждом полюсе трехполюсного выключателя и фиксирующих температуру нагрева рабочих контактов. Количество пирометрических датчиков определяется количеством разрывов электрической цепи выключателя, т.е. на каждый разрыв (отдельное место контроля температуры) требуется свой датчик. Например, для трехполюсного выключателя с двумя параллельными контурами и двумя разрывами на полюс необходимо 12 датчиков.

Предпочтительно, чтобы система содержала устройства для защиты от импульсных помех на линиях связи пирометров и шкафа сбора данных, а также эти линии были выполнены экранированным кабелем для защиты от электромагнитных полей электрооборудования.

Система может содержать планку для крепления пирометров на выключателе для удобства монтажа и демонтажа при капитальном ремонте выключателя.

Также контролируемые поверхности рабочих контактов масляных выключателей могут быть окрашены высокотемпературным матовым пленкообразующим веществом, например матовой краской, для повышения точности измерения температуры за счет защиты от отраженного тепла.

Изобретение поясняется чертежами:

На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемой системы; на фиг. 2 размещена схема расположения пирометрических датчиков на выключателе; на фиг. 3 показано крепление датчиков на планке, а также планки к верхнему швеллеру выключателя; на фиг. 4 представлен общий вид выключателя с указанием места установки датчиков; на фиг. 5 показан главный токоведущий контур выключателя с токоведущими шинами и ламелями.

Система содержит следующие конструктивные элементы:

1 - Пирометрические датчики;

2 - Выключатель;

3 - Устройство защиты от импульсных перенапряжений;

4 - Контроллер;

5 - Модуль ввода-вывода сигналов;

6 - Сервер базы данных;

7 - Сетевой коммутатор;

8 - Контроллер панели визуализации;

9 - Панель визуализации;

10 - Источник бесперебойного питания;

11 - Шкаф сбора данных;

12 - Витая пара;

13 - Информационно-Техническая Сеть (ИТС) завода Ethernet;

14 - Автоматизированное Рабочее Место (АРМ) оперативно-диспетчерского персонала;

15 - Рабочие контакты выключателя;

16 - Металлическая планка;

17 - Верхний швеллер выключателя;

18 - Кронштейн;

19 - Токоведущая шина выключателя;

20 - Ламели.

В качестве решения предложена автоматизированная система непрерывного контроля температуры рабочих контактов масляных выключателей типа МГУ-20.

Контроль температуры рабочих контактов масляных выключателей производится бесконтактным способом при помощи инфракрасных пирометрических датчиков 1. Датчики устанавливаются над каждым из 12-ти рабочих контактов 15 выключателя 2 с помощью кронштейнов 18 на металлическую, предпочтительно алюминиевую, планку 16, смонтированную на верхние швеллеры 17 выключателя 2.

Сигналы с датчиков 1 передаются по витой паре 12, экранированной и заземленной для защиты от электромагнитных помех, на контроллер 4 посредством модулей ввода-вывода сигналов 5 через устройства для защиты от импульсных перенапряжений 3, выполненные в виде модулей защиты интерфейсов передачи данных, которые состоят из каскадов на трехэлектродных двухкамерных разрядниках и каскадов на защитных диодах (супрессорах). Контроллер 4 производит прием, буферное хранение и передачу данных на сервер базы данных 6. Коммутация сигналов осуществляется через сетевой коммутатор 7. Все вышеупомянутое оборудование располагается в шкафу сбора данных 11, устанавливаемом в помещении электроустановки с контролируемыми выключателями. Оборудование шкафа сбора данных электрически запитано от источника бесперебойного питания 10 для обеспечения непрерывности контроля температуры контактов.

На сервере базы данных 6 производится обработка, выборка и хранение данных. Температура рабочих контактов 15 введенных в работу масляных выключателей 2 записывается в базу данных с периодичностью 1 мин. Данные на сервере базы данных 6 архивируются с глубиной 6 месяцев.

На двери шкафа сбора данных 11 располагается панель визуализации 9 для отображения текущей температуры рабочих контактов, состояния системы на базе контроллера 4 панели визуализации 9.

Данные с сервера базы данных 6 поступают на существующие Автоматизированные Рабочие Места (АРМы) оперативно-диспетчерского персонала 14.

Программное обеспечение автоматизированной системы непрерывного контроля температуры, устанавливаемое на АРМ, является автономным, без взаимодействия с существующим программным обеспечением (ПО). С ПО автоматизированной системы мониторинга температуры производится дистанционный мониторинг всей системы: визуализация температур на экране, аварийная и предупредительная сигнализация, настройка системы, просмотр истории событий, накопленных данных, формирование отчетов.

Связь контроллера 4, сервера базы данных 6 и АРМ 14 производится по заводской информационной сети Ethernet 13.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам контроля параметров масляных выключателей среднего напряжения. Технический результат заключается в повышении контроля температуры рабочих контактов масляных выключателей среднего напряжения. Достигается тем, что система непрерывного контроля температуры рабочих контактов масляных трехполюсных выключателей, содержащая информационно-техническую сеть, пирометрические датчики, размещенные на токоведущих шинах рабочих контактов выключателей и соединенные посредством модуля ввода-вывода сигналов с контроллером для обработки сигнала, сервером базы данных и панелью визуализации, размещенных в шкафу сбора данных, выполненном с возможностью сбора, обработки и передачи данных температуры с пирометрических датчиков в информационно-техническую сеть, согласно заявляемому изобретению дополнительно снабжена устройством защиты от импульсных перенапряжений, выполненным в виде модуля защиты интерфейсов передачи данных и размещенным на линиях между пирометрическими датчиками и модулем ввода-вывода сигналов, при этом линии связи выполнены в виде экранированного кабеля для защиты от электромагнитных полей, а токоведущие шины рабочих контактов масляных выключателей покрыты высокотемпературным теплоотражающим средством. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система непрерывного контроля температуры рабочих контактов масляных трехполюсных выключателей, содержащая информационно-техническую сеть, пирометрические датчики, размещенные на токоведущих шинах рабочих контактов выключателей и соединенные посредством модуля ввода-вывода сигналов с контроллером для обработки сигнала, сервером базы данных и панелью визуализации, размещенных в шкафу сбора данных, выполненном с возможностью сбора, обработки и передачи данных температуры с пирометрических датчиков в информационно-техническую сеть, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена устройством защиты от импульсных перенапряжений, выполненным в виде модуля защиты интерфейсов передачи данных и размещенным на линиях связи между пирометрическими датчиками и модулем ввода-вывода сигналов, при этом линии связи выполнены в виде экранированного кабеля для защиты от электромагнитных полей, а токоведущие шины рабочих контактов масляных выключателей покрыты высокотемпературным теплоотражающим средством.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что датчики, размещенные на токоведущих шинах рабочих контактов, закреплены на них посредством кронштейнов, соединенных с металлической планкой, расположенной на верхнем швеллере выключателя, посредством винтового соединения.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве теплоотражающего покрытия используют матовый пленкообразующий материал.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью обработки и хранения данных за период не менее 6 месяцев.