Способ диагностики кабельной линии электропередачи и устройство для его реализации Российский патент 2024 года по МПК G01R31/08 G01R31/58 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к вопросам мониторинга и диагностики изоляции кабельной линии электропередачи (КЛЭП), с целью оценки остаточного ресурса, обнаружения повреждения и предупреждению возможных пробоев, возникновения замыкания на землю и коротких замыканиях.

Известен способ для диагностики высоковольтного оборудования по параметрам частичных разрядов (аналог) [Пат. №2536795 РФ, МПК G01R 31/12; Способ диагностики высоковольтного оборудования по параметрам частичных разрядов / Шахнин В. А, Мироненко Я. В., Чебрякова Ю. С.], сущность которого заключается в том, что электромагнитное поле частичных разрядов в изоляции воспринимают индуктивным и емкостным датчиками, выходные сигналы которых фильтруют, усиливают и умножают один на другой. Однако высокочастотные сигналы частичных разрядов интегрируются индуктивным датчиком и значительно уменьшают их амплитуду.

Известен способ и устройство для измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля (прототип) [Пат. №2762249 РФ, МПК G01R 31/12, G01R 31/08, G01R 31/14; Способ и контрольное устройство для измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля / Винкельманн, Э.], в котором сигнал о частичных разрядах снимают с экрана начала и конца кабеля. Однако такой способ неприемлем, так как кабель заземляется и снять сигнал с заземленного экрана не представляется возможным.

Технической задачей предлагаемого изобретения является простое и надежное получение сигнала о частичных разрядах для дальнейшей обработки и своевременного выявления зарождающегося критического дефекта за счет введения емкостных и резистивного датчиков.

Способ диагностики кабельной линии электропередачи заключается в том, что производится измерение, сравнение и анализ частичных разрядов от нескольких емкостных датчиков 8, 9, 10, расположенных вдоль кабельной линии электропередачи (включающей в себя токоведущую жилу 1, фазную изоляцию 2, бронепокров или проволочный экран 3, наружный покров 4) и на её разделанном конце (емкостной датчик 7). Также измерение, сравнение и анализ тока утечки производится с резистивного датчика 5, который устанавливается между бронепокровом или проволочным экраном 3 и заземлением 6. Полученные сигналы частичных разрядов от емкостных датчиков 7, 8, 9, 10 сравниваются между собой и по самой большой величине сигнала частичного разряда от емкостного датчика определяется место его возникновения. Дополнительно производится измерение тока утечки изоляции кабельной линии электропередачи, полученное от падения напряжения его на резистивном датчике 5. При превышении тока утечки критической величины, подаётся сигнал эксплуатационному персоналу.

На фиг. 1 изображена кабельная линия электропередачи с емкостными и резистивным датчиками и диагностическим устройством, где 1 - токоведущая жила; 2 - фазная изоляция; 3 - бронепокров или проволочный экран; 4 - наружный покров; 5 - резистивный датчик; 6 - заземление; 7, 8, 9, 10 - емкостные датчики; 11 - диагностическое устройство; 12, 13, 14, 15, 16, 17 - входы диагностического устройства.

На фиг. 2 представлена структурная схема диагностического устройства, где 11 - диагностическое устройство; 12, 13 - входы диагностического устройства для подключения, резистивного датчика 5; 14, 15, 16, 17 - входы диагностического устройства для подключения емкостных датчиков; 18 - преобразователь напряжения; 19 - блок уставок; 20 - схема сравнения; 21 - преобразователь-фильтр для выделения частичных разрядов; 22 - вычислитель; 23 - дисплей; 24 - сигнальный орган.

Устройство диагностики кабельной линии электропередачи, состоит из нескольких емкостных датчиков 7, 8, 9, 10, резистивного датчика 5 и диагностического устройства 11. Емкостной датчик 7 установлен на разделанном конце фазной изоляции 2 кабельной линии электропередачи. Дополнительно устанавливаются несколько емкостных датчиков 8, 9, 10 вдоль всей кабельной линии электропередачи, каждый из которых подключен к соответствующему преобразователю-фильтру 21 диагностического устройства 11. Резистивный датчик 5 подключен одним концом к бронепокрову или проволочному экрану 3, а другим концом к заземлению 6. Сигналы с обоих концов резистивного датчика 5 подаются на входы 12 и 13 преобразователя напряжения 18 диагностического устройства 11. Выход преобразователя напряжения 18 подключается к первому входу схемы сравнения 20, ко второму входу которого подключен первый выход блока уставок 19 (на нём устанавливается уставка по критическому значению тока утечки). Второй выход блока уставок 19 (на нём устанавливается уставка по критическому значению интегральной величине частичного разряда) подключен к первому входу вычислителя 22, к остальным входам которого подключены соответствующие выходы преобразователей-фильтров 21, первый выход вычислителя 22 подключен к первому входу дисплея 23, а второй его выход - к первому входу сигнального органа 24, ко второму входу которого подключен первый выход схемы сравнения 20, а второй выход схемы сравнения 20 подключен ко второму входу дисплея 23.

Устройство при различных режимах работает следующим образом.

В нормальном режиме частичные разряды в изоляции кабельной линии электропередачи, находящейся под рабочим напряжением, возникают постоянно. В новой кабельной линии электропередачи они малы по величине и редки во времени. Чем дольше кабельная линия электропередачи находится под напряжением, тем больше накапливаются дефекты, тем больше по величине и чаще в единицу времени возникают частичные разряды. Возникая в определенном месте, напряжение частичного разряда имеет максимальную амплитуду, и чем дальше от места возникновения частичного разряда, тем больше затухает величина его сигнала. Поэтому располагая емкостные датчики 8, 9, 10 вдоль всего кабеля и 7 на его конце, и подавая сигналы о частичных разрядах с этих датчиков через преобразователь-фильтр 21 для выделения частичных разрядов на вычислитель 22, по наибольшему сигналу определяется место возникновения частичного разряда. В вычислителе накапливается суммарная информация о величинах, количестве и месте возникновений частичных разрядов. С первого выхода вычислителя 22 сигнал о наибольшей интегральной величине частичного разряда определенного места поступает на первый вход дисплея 23, который отображает данную информацию для эксплуатационного персонала. Дисплей 23 также отображает величину тока утечки, возникающей в изоляции, снимаемой в виде падения напряжения с резистивного датчика 5 и поступающей через преобразователь напряжения 18.

В нормальном режиме ток утечки меньше критической величины, соответственно, ток не превышает уставки, диагностическое устройство 11 не срабатывает и сигнал не поступает эксплуатационному персоналу от диагностического устройства 11.

В режиме ухудшения состояния изоляции происходит превышение уставки (по интегральной величине частичного разряда), вычислитель 22 определяет место в кабельной линии электропередачи появление частичного разряда с критически большой величиной. Информация о месте возникновения этого частичного разряда подается на первый вход дисплея 23, а со второго выхода вычислителя 22 сигнал подается к первому входу сигнального органа 24, который оповещает эксплуатационный персонал.

Ещё одним фактором ухудшения состояния изоляции является повышенный ток утечки, который снимается с заземленного резистивного датчика. При этом возникает падение напряжения, которое подается на преобразователь напряжения 18 через входы 12 и 13 диагностического устройства 11. В преобразователе напряжения 18 напряжение масштабируется до удобной величины и подается на первый вход схемы сравнения 20. На второй вход схемы сравнения 20 подается от первого входа блока уставок 19 уставка по критической величине тока утечки. При превышении уставки с первого выхода блока сравнения 20 подается на второй вход сигнального органа 24 сигнал, оповещающий эксплуатационный персонал о повышении тока утечки свыше допустимой величины, а со второго выхода схемы сравнения 20 величина тока утечки передается на второй вход дисплея 23, который отображает эту величину для эксплуатационного персонала.

Таким образом, осуществляется постоянный контроль изоляции по току утечки на начальной стадии ее ухудшения и своевременной сигнализации, а также определяется ориентировочно место возникновения наибольших частичных разрядов, в котором потенциально наиболее вероятен в будущем пробой изоляции.

Изобретение относится к измерениям в электроэнергетике, а именно к мониторингу и диагностике изоляции кабельной линии электропередачи, с целью оценки остаточного ресурса, обнаружения повреждения и предупреждения возможных пробоев, возникновения замыкания на землю и коротких замыканиях. Сущность: производится измерение, сравнение и анализ частичных разрядов от нескольких емкостных датчиков, расположенных вдоль кабельной линии электропередачи. Каждый из датчиков подключен к соответствующему преобразователю-фильтру диагностического устройства. По самой большой величине сигнала частичного разряда от емкостного датчика определяется место его возникновения. Дополнительно производится измерение тока утечки изоляции кабельной линии электропередачи, которое получено от падения напряжения на резистивном датчике. Резистивный датчик подключен одним концом к бронепокрову или проволочному экрану кабеля, а другой конец заземлен. Сигналы с обоих концов резистивного датчика подаются на входы преобразователя напряжения диагностического устройства. Выход преобразователя напряжения подключен к первому входу схемы сравнения, ко второму входу которой подключен первый выход блока уставок, второй его выход подключен к первому входу вычислителя. К остальным входам вычислителя подключены соответствующие выходы преобразователей-фильтров. Первый выход вычислителя подключен к первому входу дисплея, а второй его выход - к первому входу сигнального органа, ко второму входу которого подключен первый выход схемы сравнения. Второй выход схемы сравнения подключен ко второму входу дисплея. Технический результат: простое и надежное получение сигнала о частичных разрядах для своевременного выявления и точного определения места зарождающегося критического дефекта за счет введения емкостных и резистивного датчиков. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ диагностики кабельной линии электропередачи, включающий измерение и анализ сигналов частичных разрядов от емкостного датчика, отличающийся тем, что производится измерение, сравнение и анализ частичных разрядов от нескольких емкостных датчиков, расположенных вдоль кабельной линии электропередачи, и по самой большой величине сигнала частичного разряда от емкостного датчика определяется место его возникновения, дополнительно производится измерение тока утечки изоляции кабельной линии электропередачи, которое получено от падения напряжения на резистивном датчике, и при превышении тока утечки критической величины подаётся сигнал эксплуатационному персоналу.

2. Устройство диагностики кабельной линии электропередачи, содержащее емкостной датчик, установленный на фазной изоляции кабельной линии электропередачи, вычислитель, отличающееся тем, что дополнительно устанавливаются несколько емкостных датчиков вдоль всей кабельной линии электропередачи, каждый из которых подключен к соответствующему преобразователю-фильтру диагностического устройства, резистивный датчик, подключенный одним концом к бронепокрову или проволочному экрану, а другой конец заземляется, сигналы с обоих концов резистивного датчика подаются на входы преобразователя напряжения диагностического устройства, выход преобразователя напряжения подключается к первому входу схемы сравнения, ко второму входу которой подключен первый выход блока уставок, второй его выход подключен к первому входу вычислителя, к остальным входам которого подключены соответствующие выходы преобразователей-фильтров, первый выход вычислителя подключен к первому входу дисплея, а второй его выход - к первому входу сигнального органа, ко второму входу которого подключен первый выход схемы сравнения, а второй выход схемы сравнения подключен ко второму входу дисплея.