АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАБОЧЕГО СРЕДСТВА Российский патент 2023 года по МПК G01R31/08 

Изобретение касается способа анализа состояния электрического рабочего средства и испытательного устройства для анализа состояния электрического рабочего средства.

Частичным разрядом, ЧР, называются локально ограниченный электрический разряд, который только частично перекрывает изоляцию между проводами и который может, но не обязательно должен возникать на границе с проводом. Частичные разряды могут обуславливаться источниками погрешностей, в частности местами неисправности или неравномерностями в электрической изоляции. Частичные разряды способствуют старению электрической изоляции и поэтому отрицательно сказываются на ее диэлектрическом качестве, в частности пробивной прочности. Для обеспечения диэлектрического качества электрических рабочих средств проводятся измерения частичных разрядов, чтобы проверить наличие частичных разрядов и при необходимости определить их специфические свойства.

Естественно, сигнал, который генерируется каким-либо ЧР (TE) в ответ на испытательное напряжение, будет проходить определенный путь передачи между местом ЧР и местом измерения. В зависимости от распределения индуктивных, емкостных и резистивных элементов рабочего средства (кабели, трансформаторы и пр.) первоначальный импульс ЧР демпфируется и деформируется. В точке измерения, как правило, может измеряться только некоторая дробная часть преобразуемой в месте неисправности энергии разряда. В связи с этим говорят о так называемом кажущемся заряде. Поэтому при известных способах измерения достигаются только низкие чувствительности. Чем больше расстояние между местом ЧР и местом измерения, тем больше погрешность при определении кажущегося заряда. Для гарантии и контроля качества рабочих средств, как правило, задаются значения ЧР, которые не разрешается превышать. Их задание относится при этом к измеряемому в точке измерения кажущемуся заряду, который, в свою очередь, является только некоторой дробной частью собственно энергии разряда. Из-за этого возможна только ограниченная гарантия качества рабочего средства.

Для локализации возможной погрешности (дефекта, ошибки, повреждения) в рабочем средстве может применяться способ рефлектометрии во временной области. При этом сдвиг во времени между запитанным испытательным импульсом и измеренным отражением соответствует двойному пути до места погрешности. В измерительной технологии это значительно затрудняется демпфированием и дисперсией сигнала, так как локализация этим способом возможна только при достаточной амплитуде сигнала. Кроме того, этот способ предполагает отражение от места погрешности, что происходит не всегда в связи с волновым импедансом в месте погрешности. При работе в сети определенных рабочих средств, например, газоизолированных распределительных установок, GIS, или газоизолированных линий, GIL, локализация погрешностей вышеописанным образом часто невозможна, так как множество разрядов перекрывает, возможно, имеющееся отражение, или амплитуда локализуемого разряда слишком мала, чтобы ее еще можно было измерять по отражению.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить улучшенную концепцию для измерения ЧР электрического рабочего средства, которая сделает возможной более высокую точность анализа ЧР.

Эта задача решается с помощью предмета каждого из независимых пунктов формулы изобретения. Другие варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Улучшенная концепция основывается на идее, идентифицировать из измерительного сигнала, который, в частности, регистрируется в ответ на подаваемое испытательное напряжение, влияние пути передачи на сигнал. Это влияние описывается параметрами передачи, которые характерны для частичного разряда или, соответственно, источника погрешности или источников погрешностей. Поэтому параметры передачи позволяют делать заключения о характеристических величинах частичного разряда.

В соответствии с улучшенной концепцией предлагается способ анализа состояния электрического рабочего средства. В соответствии с этим способом на рабочее средство подается испытательное напряжение, например, вводится в рабочее средство, в частности, в некотором месте ввода рабочего средства. После этого регистрируется измерительный сигнал в месте подключения рабочего средства. В зависимости от этого измерительного сигнала находятся параметры передачи, которые характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда в рабочем средстве к месту подключения. В зависимости от этих параметров передачи определяется по меньшей мере один показатель частичного разряда.

Измерительный сигнал может пониматься как ответ на испытательное напряжение частичным разрядом. В качестве ответа на испытательное напряжение этот измерительный сигнал могут также вызывать несколько частичных разрядов вместе, например, в разных местах рабочего средства. Это включено в формулировку «место частичного разряда» и при необходимости должно пониматься как «места частичных разрядов» или соответственно.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способа нахождение параметров передачи содержит дискретизацию и/или оцифровывание измерительного сигнала, вследствие которой создается дискретный измерительный сигнал.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способа параметры передачи представляют собой параметры передаточной функции, которые характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда к месту подключения. При этом измерительный сигнал или дискретный измерительный сигнал может пониматься как отображение входного сигнала в месте частичного разряда, или в случае нескольких частичных разрядов в месте кажущегося частичного разряда, при этом передаточная функция выполняет функцию оператора отображения. Передаточная функция здесь и далее может всегда представлять собой также аппроксимацию точной передаточной функции.

Испытательное напряжение представляет собой, в частности, переменное напряжение, например, имеющее частоту в пределах 0-500 Гц. Однако в разных вариантах осуществления в качестве испытательного напряжения может альтернативно применяться постоянное напряжение. Испытательное напряжение предоставляется, в частности, источником высокого напряжения, который непосредственно или опосредованно, в частности по меньшей мере через один запирающий импеданс и/или через входной фильтр, соединяется с местом ввода. Этот запирающий импеданс и/или входной фильтр могут служить для отсоединения источника высокого напряжения от остальной испытательной конструкции.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления параметры передачи находятся посредством способа линейного предиктивного кодирования (англ. „linear predictive coding“), LPC, или частей какого-либо способа LPC. Способы LPC в настоящее время применяются в обработке аудиосигналов и речи. При этом значение сигнала в определенный момент времени определяется из линейной комбинации значения сигналов в более ранние дискретные моменты времени и таким образом в известной степени предсказывается.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления нахождение параметров передачи, в частности способ LPC, содержит нахождение коэффициентов фильтрации виртуального фильтра, причем этот фильтр приближенно воспроизводит передачу сигнала.

Виртуальным здесь называется фильтр, так как он не имеет физического соответствия в смысле специального конструктивного элемента фильтра, а эффективно образуется рабочим средством, измерительным контуром и при необходимости источником погрешности или источниками погрешности.

Например, фильтр в соответствии с LPC описывается рекурсивным уравнением, например, следующим образом:

(1)

При этом k является дискретной переменной времени, то есть натуральны числом больше нуля, y(k) является значением дискретного измерительного сигнала в дискретный момент k времени, а N представляет собой порядок аппроксимации. При этом y(k-i) = 0 задается, в случае если (k-i) меньше или равно нулю. При этом a_k являются так называемыми линейными предиктоторами N-го порядка, а e(k) представляет собой погрешность прогноза.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления предикторы a_k представляют собой параметры передачи.

Так как значения дискретного измерительного сигнала известны, параметры передачи могут определяться, когда минимизируется общая квадратная погрешность. Общая квадратная погрешность задана qE в соответствии с уравнением

(2).

Для этого общая квадратная погрешность указанных a_i может дифференцироваться, соответствующий результат приравниваться к нулю, и решаться результирующая система уравнений из N линейных уравнений.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления рабочее средство имеет равномерную структуру, в частности, элементы сопротивления, индуктивные и/или емкостные элементы рабочего средства распределены равномерно. Это рабочее средство равномерной структуры может представлять собой, например, кабель, в частности экранированный кабель, например, экранированный кабель высокого напряжения, GIS или GIL.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления рабочее средство имеет неравномерную структуру, в частности, элементы сопротивления, индуктивные и/или емкостные элементы рабочего средства распределены неравномерно. Это рабочее средство неравномерной структуры может представлять собой, например, силовой трансформатор, переключатель ступеней или какой-либо другой компонент силового трансформатора. Рабочее средство неравномерной структуры может представлять собой также силовой выключатель, разъединитель, разъединительный выключатель для применения в GIS или изолированные воздухом распределительные установки, измерительный преобразователь, разрядник для защиты от перенапряжений.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления указанный по меньшей мере один показатель содержит один или несколько источников погрешности, результатом которых является частичный разряд. Это может быть предпочтительно для рабочих средств как равномерной структуры, так и неравномерной структуры.

В частности, такой вариант осуществления может быть предпочтителен в случаях применения с постоянным током (DC) или случаях применения для непрерывного контроля или, соответственно, мониторинга рабочего средства.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления указанный по меньшей мере один показатель одного или нескольких источников погрешности содержит некоторое количество источников погрешности или относительный вклад одного из источников погрешности в частичный разряд, в частности в общее значение заряда частичного разряда.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления указанный по меньшей мере один показатель источников погрешности применяется для идентификации картины погрешности.

При известных способах измерения ЧР такая идентификация невозможна, то есть улучшенная концепция позволяет оценивать частичный разряд. В зависимости от оценки может, например, приниматься решение, необходимо ли какое-либо действие, такое как, например, техническое обслуживание, ремонт, останов или замена рабочего средства или какой-либо его части. В частности, можно избежать ненужных действий.

Идентификация может осуществляться, в частности, путем распределения параметров передачи. Картина погрешности может рассматриваться как своего рода «отпечаток пальцев» источников погрешности.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления картина погрешности сопоставляется с какой-либо известной характерной картиной погрешности.

Эта известная характерная картина погрешности может браться, например, из каталога погрешностей или создаваться путем машинного обучения.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления способ содержит, кроме того, генерирование ответного сигнала в зависимости от теоретического входного сигнала, который, в частности, дискретирован во времени, и параметров передачи.

Этот ответный сигнал соответствует при этом теоретическому измерительному сигналу, как если бы этот теоретический входной сигнал имелся в месте частичного разряда.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления теоретический входной сигнал представляет собой импульсный сигнал, который аппроксимирует импульс частичного разряда. Например, теоретический входной сигнал может отличаться от нуля только в некоторый дискретный момент времени. Это соответствует обычно очень короткому времени возрастания импульса частичного разряда.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления генерирование ответного сигнала содержит определение передаточной функции из параметров передачи и применение передаточной функции к теоретическому входному сигналу.

При этом «применение» следует понимать в смысле применения математического оператора. Например, применение передаточной функции к теоретическому входному сигналу может осуществляться в некотором z-пространстве. Это значит, может создаваться z-преобразование теоретического входного сигнала и перемножаться с передаточной функцией на соответствующем изображении z-пространства. Опционально результат путем обратного z-преобразования может преобразовываться обратно в дискретное временное пространство для получения ответного сигнала в дискретном временном пространстве. Альтернативно расчет может осуществляться в дискретном временном пространстве или в частотном пространстве.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления указанный по меньшей мере один показатель частичного разряда содержит значение кажущегося заряда частичного разряда. В частности, этот кажущийся разряд представляет собой кажущийся разряд в месте частичного разряда.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления значение кажущегося заряда частичного разряда определяется в зависимости от ответного сигнала.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение значения кажущегося заряда содержит интеграцию ответного сигнала или сигнала, зависящего от ответного сигнала, в частности в дискретном временном пространстве. Этот зависящий от ответного сигнала сигнал может создаваться, например, путем фильтрации ответного сигнала. При этом фильтрация может соответствовать полосовой фильтрации, в частности при полосе частот по международному стандарту IEC 60270:2000, содержание которого настоящим включается сюда путем ссылки. Эта полоса частот может, например, лежать в диапазоне 100-900 кГц или соответствовать, например, 100-400 кГц.

Благодаря тому, что ответный сигнал не подвергается воздействию существенных шумов или влияниям других помех, несмотря на демпфирование сигнала, может определяться надежное значение кажущегося заряда в месте ЧР. То есть в соответствии с улучшенной концепцией кажущийся заряд может находиться с повышенной скоростью и независимо от удаленности места подключения от места частичного разряда.

Найденное таким образом значение заряда может ставиться в соотношение с теоретическим входным сигналом. Отсюда может находиться, какая доля входного сигнала еще может измеряться в качестве выходного сигнала. Это позволяет определять преобразуемую в месте разряда энергию независимо от удаленности точки измерения от места неисправности. Для оценки состояния электрических рабочих средств это является значительным преимуществом, так как при этом может оцениваться исходящая от этого места погрешности угроза.

Значение кажущегося заряда в месте ЧР по улучшенной концепции может определяться для рабочих средств как равномерной конструкции, так и неравномерной конструкции.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления указанный по меньшей мере один показатель частичного разряда содержит место погрешности частичного разряда. Это место погрешности частичного разряда находится при этом в зависимости от ответного сигнала.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления нахождение места погрешности частичного разряда содержит согласование эталонной функции с ответным сигналом, причем это согласование осуществляется путем согласования по меньшей мере одного параметра эталонной функции.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления это согласование осуществляется с применением численного алгоритма оптимизации, например, алгоритма Левенберга-Марквардта.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления эталонная функция представляет собой решение дифференциального уравнения для описания электрического колебательного контура. Это обосновывается тем, что частичный разряд возбуждает электрический колебательный контур между местом погрешности частичного разряда и местом подключения.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления определение места погрешности осуществляется в зависимости от емкости и/или индуктивности рабочего средства, причем эта емкость и/или индуктивность представляют собой, в частности, соответствующее приближенное значение.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления емкость и/или индуктивность находятся путем согласования эталонной функции с ответным сигналом. В частности, емкость и/или индуктивность представляют собой параметры эталонной функции, которые согласуются.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления из указанного по меньшей мере одного согласованного параметра эталонной функции и геометрии рабочего средства определяется место частичного разряда.

Место частичного разряда может определяться по улучшенной концепции, в частности, для рабочих средств равномерной структуры. Благодаря тому, что ответный сигнал не подвергается воздействию существенных шумов или влияниям других помех, несмотря на демпфирование сигнала, может достигаться очень точная локализация источника погрешности, независимо от удаленности места подключения от места погрешности. Испытания позволяют ожидать точность по меньшей мере 5% относительно длины рабочего средства.

Для рабочих средств неравномерной структуры могут находиться по меньшей мере параметры эталонной функции, в частности емкость и/или индуктивность, благодаря чему даже без детального учета геометрии рабочего средства может осуществляться качественная оценка, например, может находиться относительное положение разных источников погрешностей друг относительно друга и относительно места подключения.

В соответствии с улучшенной концепцией предлагается также испытательное устройство для анализа состояния электрического рабочего средства. Испытательное устройство имеет анализирующее устройство, которое предназначено для того, чтобы регистрировать измерительный сигнал в месте подключения рабочего средства. Этот анализирующий блок предназначен также для того, чтобы в зависимости от измерительного сигнала находить параметры передачи, которые характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда в рабочем средстве к месту подключения. Кроме того, этот анализирующий блок предназначен для того, чтобы определять по меньшей мере один показатель частичного разряда в зависимости от параметров передачи.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления испытательного устройства оно содержит также источник высокого напряжения для подачи испытательного напряжения на рабочее средство.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления испытательное устройство содержит блок связи, который может связываться с местом подключения и с анализирующим блоком, в частности может электрически непосредственно или опосредованно соединяться, и предназначен для того, чтобы предоставлять анализирующему блоку измерительный сигнал.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления блок связи содержит измерительный импеданс, в частности индуктивный элемент, имеющий настраиваемую индуктивность.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления блок связи содержит подключенный к индуктивному элементу фильтрующий элемент или фильтрующую схему. Фильтрующий элемент имеет при этом, например, характеристику пропускания верхних частот или полосного пропускания.

Возможными предельными частотами для пропускания верхних частот могут быть, например, 30 кГц или 100 кГц. Для полосного пропускания, в свою очередь, возможна, например, 100 кГц в качестве нижней предельной частоты или 400 кГц или 500 кГц в качестве верхней предельной частоты. Другие предельные частоты возможны или необходимы соответственно конкретным требованиям. В случаях применения для мониторинга могут быть необходимы, например, характеристики полосного пропускания, которые требуют верхней предельной частоты от нескольких МГц до нескольких 10 МГц.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления блок связи предназначен для того, чтобы преобразовывать сигнал, в частности сигнал тока, на своем входе в измерительный сигнал, в частности сигнал напряжения, на своем сигнальном выходе.

По меньшей мере по одному из вариантов осуществления испытательное устройство содержит конденсатор связи, который может включаться между блоком связи и местом подключения, в частности может электрически непосредственно или опосредованно соединяться с местом подключения и может электрически непосредственно или опосредованно соединяться или соединен с блоком связи. Этот конденсатор связи представляет собой, например, конденсатор высокого напряжения. Конденсатор связи может, например, служить для дозарядки источника погрешности или, соответственно, поддержания электрического поля в месте неисправности.

Другие варианты осуществления и реализации испытательного устройства вытекают непосредственно из разных вариантов осуществления способа по улучшенной концепции, и наоборот. В частности, отдельные или несколько описанных в связи с испытательным устройством компонентов и/или систем могут быть соответственно реализованы для осуществления способа.

Далее изобретение поясняется в деталях на примерных вариантах осуществления со ссылкой на чертежи. Компоненты, которые являются идентичными или функционально идентичными или имеют идентичное действие, могут быть снабжены идентичными ссылочными обозначениями. Идентичные компоненты или компоненты, имеющие идентичную функцию, пояснены в каждом случае со ссылкой на фигуру, на которой они появляются впервые. Это пояснение не обязательно повторяется на последующих фигурах.

Показано:

фиг.1: схематичное изображение одного из примерных вариантов осуществления испытательного устройства в соответствии с улучшенной концепцией и примерного рабочего средства;

фиг.2a, 2b: изображения примерной передаточной функции по одному из примерных вариантов осуществления способа по улучшенной концепции;

фиг.3a, 3b, 3c: изображения измерительного сигнала, теоретического входного сигнала и ответного сигнала по другому примерному варианту осуществления способа по улучшенной концепции; и

фиг.4: изображения эталонной функции и ответного сигнала по другому примерному варианту осуществления способа по улучшенной концепции.

На фиг.1 показано схематичное изображение одного из примерных вариантов осуществления испытательного устройства в соответствии с улучшенной концепцией и примерного рабочего средства. Это рабочее средство в качестве примера изображено в виде экранированного кабеля, имеющего экран SC и сердечник SE. Однако рабочее средство может быть любым электрическим рабочим средством равномерной или неравномерной структуры, имеющим электрически изолированные друг от друга компоненты.

Сердечник SE и экран SC могут заменяться соответственно электрически изолированными друг от друга компонентами рабочего средства. В случае GIS или GIL это были бы, например, один из изолированных проводов и напорный резервуар указанной GIS/GIL. В случае трансформаторов это были бы, например, обмотка трансформатора и бак трансформатора. В принципе, вывод возможен всегда, если имеется соответствующая емкость, чтобы можно было дозаряжать и таким образом регистрировать по меньшей мере некоторую часть ЧР.

Испытательное устройство может иметь источник HV высокого напряжения, например, генератор высокого напряжения, который может подключаться к месту AS подключения рабочего средства, например, сердечнику SE. Испытательное устройство может, кроме того, иметь конденсатор KK связи и блок KE связи, которые включены последовательно друг другу. Конденсатор KK связи может подключаться, например, к месту AS подключения. Альтернативно источник HV высокого напряжения и конденсатор KK связи могут подключаться к различным местам рабочего средства, в частности источник HV высокого напряжения к месту ввода рабочего средства, в частности сердечнику SE, а конденсатор KK связи к месту AS подключения.

Альтернативно источник высокого напряжения может представлять собой также компоненты, так или иначе необходимые для выработки или распределения энергии, такие как, например, генератор или сетевой трансформатор.

В соответствии с улучшенной концепцией испытательное устройство имеет анализирующий блок AE, который, например, электрически соединен с блоком KE связи.

При испытании предоставляемое источником HV высокого напряжения испытательное напряжение может вводиться в рабочее средство в месте AS подключения. После этого сигнал, который создается, например, частичным разрядом в изоляции рабочего средства, может регистрироваться посредством конденсатора KK связи и блока KE связи и выдаваться в виде измерительного сигнала в анализирующий блок AE.

Анализирующий блок AE может, например, оцифровывать измерительный сигнал и таким образом создавать дискретный измерительный сигнал. Примерный дискретный измерительный сигнал показан на фиг.3a.

Затем анализирующий блок AE по измерительному сигналу, в частности дискретному измерительному сигналу, может находить параметры передачи, которые характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда в рабочем средстве к месту AE подключения, и определять один или несколько показателей частичного разряда в зависимости от параметров передачи.

Параметры передачи могут при этом представлять собой предикторы a_i виртуального фильтра, заданного рекурсивным уравнением (1). Поэтому анализирующий блок AE может определять параметры передачи при минимизации общей квадратной погрешности qE в соответствии с уравнением (2).

Параметры передачи могут пониматься как параметры передаточной функции, которая связывает теоретический входной сигнал от частичного разряда с дискретным измерительным сигналом. В частности, параметры передачи могут соответствовать местам полюсов передаточной функции в комплексном z-пространстве.

На фиг.2a показан результат примерного определения параметров передачи. При этом каждый крестик изображает место полюса функции передачи.

На фиг.2b показана амплитуда (сплошная линия) и фазовый угол (штриховая линия) передаточной функции с фиг.2a в частотном пространстве. Для этого передаточная функция может преобразовываться из z-пространства путем обратного z-преобразования и преобразования Фурье в частотное пространство.

По параметрам передачи и их распределению, в частности по расстоянию до расположения мест полюсов передаточной функции, можно уже непосредственно делать характеристику источника погрешности или источников погрешности, которые явились причиной частичного разряда или нескольких частичных разрядов. Например, по параметрам передачи может создаваться своего рода отпечаток пальцев источников погрешности, и этот отпечаток пальцев сравниваться, например, с известными характеристическими картинами погрешностей. В частности, таким образом может определяться количество источников погрешностей и их относительный вклад в общий частичный разряд.

На фиг.3b показан теоретический, в частности сознанный цифровым способом входной сигнал (сплошная линия). Так как импульс частичного разряда имеет очень быстрое время возрастания, например, в пределах наносекунд или одной наносекунды, этот теоретический входной сигнал может соответствовать, например, цифровому импульсу минимальной ширины. Площадь теоретического входного сигнала, например, равна 1.

На фиг.3b показан, кроме того, ответный сигнал (штриховая линия), который соответствует отображению теоретического входного сигнала посредством передаточной функции. На фиг.3с показан уменьшенный фрагмент фиг.3b.

Ответный сигнал подобен дискретному измерительному сигналу с фиг.3a, однако почти без шумов. Оценочный сигнал AE может фильтровать и интегрировать ответный сигнал, например, в определенных, например, в указанных в IEC 60270:2000 пределах, к примеру, в пределах 100-400 кГц. Результат этой интеграции является мерой кажущегося заряда частичного разряда в месте ЧР. В примере фиг.3b и 3c цифровой входной сигнал имеет площадь 1, а интеграция фильтрованного ответного сигнала дает, например, 0,55. При сравнении этого значения с эталонным значением, которое может определяться, например, при запитывании заданного заряда калибратором ЧР, может определяться значение кажущегося заряда.

Этим частичным разрядом может возбуждаться колебательный контур от места погрешности к месту AS подключения. Это колебание может описываться в общем, например, дифференциальным уравнением

(3)

При этом U представляет собой электрическое напряжение, R сопротивление, L индуктивность, а C емкость в колебательном контуре. Дифференциальное уравнение для соответствующего электрического тока имеет такой же вид и может применяться аналогично.

Тогда решения уравнения (3) могут служить эталонной функцией и имеют в случае колебаний известный вид

в случае если (4)

При этом U₀ и φ представляют собой параметры, зависящие от начальных условий колебания. Для случая скользящего разряда и непериодического пограничного случая известны соответствующие решения уравнения (3). При согласовании или, соответственно, приведении в соответствие эталонной функции с ответным сигналом может, в частности, определяться емкость C или индуктивность L. На фиг.4 в качестве примера показан ответный сигнал (штриховая линия) и эталонная функция (сплошная линия). Для ясности изображения эти две кривые изображены со сдвигом во времени друг относительно друга.

В случае рабочего средства равномерной структуры, например, кабеля, GIS или GIL, по геометрии рабочего средства, например, длине, поперечному сечению кабеля, поперечному сечению сердечника и при необходимости по применяемому изолирующему материалу может определяться расстояние от места погрешности до места AS подключения. То есть таким образом может определяться место погрешности.

У рабочего средства неравномерной структуры на основе индуктивности L и/или емкости C может осуществляться качественная характеристика источника погрешности или нескольких источников погрешности. Например, могут определяться или локализироваться относительные расстояния между местами погрешностей разных источников погрешности и местом AS подключения.

С помощью способа или испытательного устройства в соответствии с улучшенной концепцией становится возможен более точный анализ ЧР электрических рабочих средств. Преобразованный заряд в месте погрешности может находиться у всех видов электрических рабочих средств, в частности у кабелей, что позволяет значительно улучшить оценку состояния. При способе по улучшенной концепции становится нужным только одно единственное возбуждение, например, импульс ЧР в месте погрешности. Тем самым создается колебательный контур из индуктивных, емкостных и резистивных элементов рабочего средства и измерительного контура. Ток или, соответственно, напряжение в этом контура полностью описано. Поэтому место погрешности, в частности у кабелей, может также определяться без осуществления отражения сигнала от места погрешности. Поэтому погрешности могут распознаваться даже при низких уровнях частичного разряда, то есть низких преобразованных зарядах, и поэтому особенно заблаговременно. Кроме того, улучшенная концепция позволяет разделять разные источники частичного разряда на основе найденных параметров передачи («отпечатка пальцев»).

Улучшенная концепция использует тот обнаруженный факт, что рабочее средство может рассматриваться как фильтр, например, как фильтр низких частот. Поэтому для нахождения параметров передачи может применяться способ LPC. При этом точность параметров передачи зависит, в частности, от порядка инвольвированного приближения, а также от имеющихся в распоряжении данных, например, от скорости считывания или отношения сигнал-шум дискретного измерительного сигнала.

Способ по улучшенной концепции может также применяться для оценки состояния компонентов передачи электрической энергии, например, в рамках длительного или непрерывного контроля во время нормальной работы компонентов (мониторинг).

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

HV Источник высокого напряжения

AE Анализирующий блок

KK Конденсатор связи

KE Блок связи

AS Место подключения

SC Экран

SE Сердечник

В соответствии со способом анализа состояния электрического рабочего средства на рабочее средство подается испытательное напряжение. После этого в месте (AS) подключения рабочего средства регистрируется измерительный сигнал. В зависимости от этого измерительного сигнала находятся параметры передачи, которые характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда в рабочем средстве к месту (AS) подключения. В зависимости от этих параметров передачи определяется по меньшей мере одна характеристическая величина частичного разряда. Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений является повышение точности анализа частичного разряда благодаря тому, что предлагается улучшенная концепция для измерения частичного разряда электрического рабочего средства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ анализа состояния электрического рабочего средства, причем способ содержит:

- подачу на рабочее средство испытательного напряжения;

- регистрацию измерительного сигнала в месте (AS) подключения рабочего средства;

- нахождение параметров передачи, которые представляют собой параметры передаточной функции и характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда в рабочем средстве к месту (AS) подключения, в зависимости от измерительного сигнала;

- определение по меньшей мере одного показателя частичного разряда в зависимости от параметров передачи.

2. Способ по п. 1, при этом нахождение параметров передачи содержит обработку измерительного сигнала в соответствии со способом линейного предиктивного кодирования.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, при этом нахождение параметров передачи содержит нахождение коэффициентов фильтрации виртуального фильтра, причем фильтр приближенно воспроизводит передачу сигнала.

4. Способ по любому из пп. 1-3, при этом нахождение параметров передачи содержит дискретизацию и/или оцифровывание измерительного сигнала.

5. Способ по любому из пп. 1-4, при этом упомянутый по меньшей мере один показатель частичного разряда содержит один или несколько источников погрешности, результатом которых является частичный разряд.

6. Способ по п. 5, при этом упомянутый по меньшей мере один показатель одного или нескольких источников погрешности содержит некоторое количество источников погрешности или относительный вклад одного из источников погрешности в частичный разряд.

7. Способ по любому из пп. 1-6, при этом способ содержит, кроме того, генерирование ответного сигнала в зависимости от теоретического входного сигнала и параметров передачи.

8. Способ по п. 7, при этом упомянутый по меньшей мере один показатель частичного разряда содержит значение для кажущегося заряда частичного разряда.

9. Способ по любому из пп. 7 или 8, при этом упомянутый по меньшей мере один показатель частичного разряда содержит место погрешности частичного разряда.

10. Способ по п. 9, при этом определение места погрешности осуществляют в зависимости от емкости и/или индуктивности рабочего средства.

11. Способ по любому из пп. 1-10, при этом рабочее средство является

- кабелем, в частности экранированным кабелем, например кабелем высокого напряжения;

- газоизолированной распределительной установкой, GIS;

- газоизолированной линией, GIL;

- силовым трансформатором или

- переключателем ступеней или другим компонентом силового трансформатора.

12. Испытательное устройство для анализа состояния электрического рабочего средства; испытательное устройство, содержащее анализирующее устройство (AE), которое выполнено для того, чтобы

- регистрировать измерительный сигнал в месте (AS) подключения рабочего средства;

- в зависимости от измерительного сигнала находить параметры передачи, которые представляют собой параметры передаточной функции и характеризуют передачу сигнала от места частичного разряда в рабочем средстве к месту (AS) подключения; и

- определять по меньшей мере один показатель частичного разряда в зависимости от параметров передачи.

13. Испытательное устройство по п. 12, содержащее, кроме того, источник (HV) высокого напряжения для подачи испытательного напряжения на рабочее средство.

14. Испытательное устройство по любому из пп. 12 или 13, содержащее, кроме того, блок (KE) связи, который выполнен с возможностью связываться с местом (AS) подключения и с анализирующим блоком (AE) и выполнен для того, чтобы предоставлять анализирующему блоку (AE) измерительный сигнал.

15. Испытательное устройство по любому из пп. 12-14, включающее в себя, кроме того, конденсатор (KK) связи, который выполнен с возможностью включаться между блоком (KE) связи и местом (AS) подключения.