СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ВАКУУМА В КАМЕРАХ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО РАЗМЫКАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01R31/327 

Область техники, к которой относится техническое решение

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована для непрерывного контроля основных рабочих параметров высоковольтного электротехнического оборудования (ВЭО), например, трансформаторов (автотрансформаторов, реакторов), измерительных трансформаторов тока и напряжения, высоковольтных вводов, выключателей, кабелей, разъединителей, комплектных распределительных устройств, нелинейных ограничителей перенапряжения и т.д. в различных режимах работы в реальном масштабе времени, в процессе его эксплуатации и управлении его основными системами.

Под непрерывным контролем (мониторингом) подразумевается контроль с периодичностью хотя бы на порядок выше, чем скорость достижения аварийных значений для диагностических параметров, контролируемых системой.

Уровень техники

Из уровня техники известна система мониторинга высоковольтного электротехнического оборудования (патент RU 2554574, МПК G05B 15/00, опубл. 27.06.2015), которая включает: блок обработки, сбора и архивирования данных; блок приема информации от первичных датчиков, и/или устройств измерения, и/или средств контроля, и/или информационных сетей; блок расчета математических моделей; блок ведения журналов состояния ВЭО; блок визуализации параметров, характеризующих состояние ВЭО; блок оповещения обслуживающего персонала о состоянии ВЭО; блок передачи данных и интеграции системы мониторинга в автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ), и/или автоматизированную систему учета электроэнергии (АСУЭ), и/или автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП), и/или автоматизированную систему управления планированием производства (АСУ ПВ), и/или автоматизированную систему управления технического обслуживания и ремонтов, и/или в дополнительные автоматизированные системы управления и планирования, и/или в вычислительные ресурсы с возможностью использования технологий облачных вычислений; блок управления.

Однако данная система усложняет процесс автоматической диагностики.

Известна диагностическая система контроля состояний высоковольтного оборудования под напряжением (патент RU 68704, МПК G01R 31/00, опубл. 27.11.2007), содержащая блок измерения параметров высоковольтного энергетического оборудования, включающий модуль сбора информации, модуль контроля состояний вводов и модуль управления системой охлаждения объекта контроля, модуль регистрации перенапряжений и импульсных токов, протекающих через объект контроля, модуль контроля параметров газомасляной среды, причем все модули подключены к магистрали связи. Система дополнительно содержит в качестве приемника собственного электромагнитного излучения объекта контроля широкополосную антенну и модуль широкополосного спектрального анализа, вход которого присоединен к выходу широкополосной антенны, а выход через магистраль связи присоединен к входу блока обработки информации - классификатору состояний контролируемого высоковольтного энергетического объекта.

Недостатком известной системы является, прежде всего, ограниченность ее функциональных возможностей, которая обусловлена тем, что данное техническое решение обеспечивает только функциональное диагностирование состояния объекта. При этом контроль, который осуществляется через широкополосную антенну и модуль широкополосного спектрального анализа, позволяет диагностировать только состояние контролируемого объекта, то есть сам факт наличия неисправности энергетического оборудования. Невозможно также проконтролировать состояние конкретных выходов и выявить конкретное место повреждения ВЭО. И данная система не подходит для вакуумных размыкателей.

Известен способ диагностирования технического состояния электроэнергетического оборудования по спектру электромагнитного излучения, основанный на построении его аналитической излучающей модели.

Способ основан на измерении спектра излучаемых сигналов в процессе работы электроэнергетического оборудования и затем анализе спектра излучения и сравнении его со спектром аналитической излучающей модели (т.е. с учетом известных априорных данных по связи определенных участков спектральной картины с поведением отдельных элементов конструкции), осуществляют диагностику состояния отдельных элементов конструкции и электротехнического оборудования в целом. Этот процесс диагностирования применим и для определения технического состояния однофазных высоковольтных трансформаторов напряжения, первичная обмотка которых включена между фазным проводом линии высокого напряжения и землей в сети генераторного напряжения электростанции. При этом для осуществления сравнения спектров и выявления причин их различия требует вмешательства персонала, некоторого времени и не может считаться производимым в реальном времени (О способе контроля высоковольтного оборудования на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения / Киншт Н.В., Попович А.Б., Лосев В.Л. и др. Промышленная энергетика, 2007, №5, с.15-20)..

Недостатком способа является необходимость применения аналитической модели, проверка достоверности которой представляет самостоятельную и непростую задачу, сличение опорных и экспериментальных спектров трудоемкий процесс, а с точки зрения контроля работоспособности высоковольтного оборудования и опасности его выхода из строя, алгоритм способа является избыточным.

Известен способ диагностирования технического состояния высоковольтного трансформатора напряжения в сети генераторного напряжения электростанции (патент RU 2522808, МПК G01R31/00, опубл. 20.07.2014), согласно которому в стационарном режиме сети в едином времени измеряют электрические величины, например напряжение, на зажимах вторичных низковольтных обмоток двух однофазных высоковольтных трансформаторов напряжения, подключенных к проводу одной фазы. Сравнивают частные от деления данных с выхода вторичной обмотки одного трансформатора на однотипные данные с выхода вторичной обмотки другого трансформатора в одинаковые моменты времени, например, кратные периоду колебаний напряжения в сети. Выявляют нарушения технического состояния одного из однофазных трансформаторов, если частное от деления в один из моментов времени у сравниваемых трансформаторов достигнет заданного порогового значения. Выбор из двух конкретного трансформатора с нарушением технического состояния осуществляют на основе сравнения частных от деления данных с выхода вторичной обмотки одного трансформатора на однотипные данные с выхода вторичной обмотки того же трансформатора в последовательные моменты времени, соответствующие моментам проведенных измерений, кратных периоду колебаний напряжения в сети. В качестве трансформатора с нарушением технического состояния принимают тот, у которого наблюдается большая производная в частных от деления измеряемых величин в последовательные моменты времени.

Однако данный способ не позволяет предупредить аварийную ситуацию, в случае отсутствия вакуума в размыкателе.

Известен способ контроля технического состояния элементов распределительных устройств электроустановки в эксплуатации (патент RU 2788327, МПК G01R 31/00, G01N 25/72, опубл. 17.01.2023), в котором перед вводом комплектного распределительного устройства (КРУ) в эксплуатацию внутрь его корпуса устанавливают калибровочный источник тепловыделения с температурой, равной максимально допустимой температуре рабочего элемента КРУ. После стабилизации теплового режима КРУ производят определение температурного поля поверхности фрагмента корпуса. После удаления калибровочного источника из корпуса устройства и ввода его в эксплуатацию при стабилизации теплового режима регистрируется температурное распределение по поверхности фрагмента корпуса устройства. По наиболее вероятным значениям температур поверхности фрагмента контролируемого устройства в режиме калибровки и в эксплуатации судят о появлении дефекта и степени его развития.

Однако способ требует изменения существующей конструкции размыкателя, что увеличивает стоимость размыкателя и не позволяет модернизировать существующую систему размыкателей.

Наиболее близким к заявляемому является устройство онлайн-контроля степени вакуума вакуумного выключателя на основе обнаружения импульсного разряда (см. CN201885852, МПК G01L21/30; G01R31/327, опубл. 29.06.2011). Устройство состоит из датчика измерения электрического поля передающего сигналы обнаружения на интеллектуальный блок обработки сигналов, блока микропроцессорного сетевого интерфейса и компьютера. Сигнал обнаружения датчика измерения электрического поля поступает на интеллектуальный блок обработки сигналов, а данные после обработки отправляются на компьютер через блок микропроцессорного сетевого интерфейса.

Однако устройство имеет недостаток в части необходимости цепи утечки потенциала (дополнительно в системе необходим монтаж конденсатора на высоковольтный размыкатель), что снижает надежность такого размыкателя и требует доработки конструкции существующих камер. Кроме того устройству необходимо питание 12 вольт, что осложняет установку и применение такого решение.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема группы изобретений заключается в создании способа и устройства позволяющих предупредить натекание вакуума в камере размыкателя задолго до момента замыкания или разъединения электродов размыкателя.

Технический результат заключается в снижении аварийных ситуаций на прерывателях и повышении эффективности работы за счет повышения контроля основных рабочих параметров.

Технический результат достигается тем, что в способе неразрушающего контроля вакуума в камере высоковольтного размыкателя, содержащем дугогасительные экраны, расположенные с противоположных сторон размыкателя, имеющие проводящие части, выведенные за пределы камеры, согласно решению, контролируют разгерметизацию размыкателя путем измерения электрической емкости и сопротивления между дугогасительным экраном и размыкателем, выполненным в виде двух параллельно установленных контактных площадок со штоками, при появлении электрического потенциала на дугогасительном экране делают вывод об аварийной ситуации.

Устройство для осуществления способа включает заземленную цепь из электрической емкости и электрического сопротивления, между которыми подключено индикаторное устройство для измерения электрической емкости и сопротивления между дугогасительным экраном и размыкателем, при этом емкость подключена к проводящей части дугогасительного экрана, выведенной за пределы камеры.

Краткое описание чертежей

Группа изобретений поясняется чертежом, на котором показан вакуумный выключатель с присоединенным индикатором.

Позициями на чертеже обозначено:

1 – вакуумный размыкатель,

2 – вакуум внутри камеры размыкателя,

3 – контактные площадки размыкателя,

4 – дугогасительный экран,

5 – электрическая емкость,

6 – электрическое сопротивление,

7 - заземление,

8 – индикаторное устройство.

Осуществление изобретения.

Способ неразрушающего контроля вакуума в камерах высоковольтного размыкателя осуществляется с помощью следующего устройства. К дугогасительному экрану 4 размыкателя 1, имеющему технологический вывод на поверхность камеры размыкателя, присоединяется индикаторное устройство 8 (устройство индикации электрического поля). В момент утечки вакуума 2 из камеры происходит изменение состава атмосферы внутри камеры и, как следствие, изменение электрического сопротивления между контактными площадками размыкателя 3 и дугогасительным экраном 4. Это означает, что при определенных условиях возникает частичный разряд на емкости 5 и ток утечки через цепь 4, 5, 6, 7. Задачей устройства индикации 8 выявить факт изменения электрического поля на экране 4 или непосредственно тока в цепи 4-7, после чего устройство 8 подает сигнал о натекании вакуума на серверную часть. Детекторная часть устройства выполнена на основе тиратрона МТХ 90 подключаемого одним электродом к емкости 5. Сигнал с индикатора передается на сервер через готовый сетевой модуль системы Интернета-вещей, например, Zigbee. В качестве системы индикации используется оптический метод и датчик освещенности.

Способ предусматривает контроль потенциала, в целях измерения тока. Натекание вакуума в камере высоковольтного прерывателя приводит к уменьшению сопротивления размыкания и появление дуги во время размыкания, как следствие возможному разрушению прерывателя, аварийной ситуации на подстанции и линии электропередачи.

Потенциал на дугогасительном экране появляется вследствие появления воздуха и его ионизации высоким потенциалом токопроводящей линии. Ионы, в свою очередь, изменяют потенциал дугогасительного экрана и приводят к частичному электростатическому разряду. Появление свечения тиратрона детектируется датчиком освещенности, который, в свою очередь, отправляет сигнал на серверную часть.

Таким образом, важно предупредительно сигнализировать при вакууме в камере более 20 мм рт.ст. Этого давления достаточно для появления ионов атмосферных газов и изменении потенциала дугогасительного экрана.

Анализ аварийных ситуаций на прерывателях показал, что медленные натекания вакуума встречаются реже и зачастую не приводят к аварии. Важнее контролировать факт разгерметизации размыкателя и появления в нем атмосферы. Для этого достаточно выполнять контроль появления электрического потенциала на дугогасительном экране, который обычно имеет выход на наружную стенку камеры, что удобно и не требует внесение изменений в конструкцию существующих прерывателей.

Важно, что все работы должны выполняться специалистами, на полностью обесточенной системе, выполняя все соответствующие положениям техники безопасности. Затем настраивают модуль приема диагностического сигнала на сервере или в приложении контроля состояния размыкателя. После включения сети выполняют тестовую проверку при включенном и разомкнутом размыкателе.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что анализ аварийных ситуаций на прерывателях показал, что медленные натекания вакуума встречаются реже и зачастую не приводят к аварии. Важнее контролировать факт разгерметизации размыкателя и появления в нём атмосферы. Для этого достаточно выполнять контроль появления электрического потенциала на дугогасительном экране, который обычно имеет выход на наружную стенку камеры, что удобно и не требует внесение изменений в конструкцию существующих прерывателей.

Использование: для неразрушающего контроля вакуума в камере высоковольтного размыкателя, содержащей дугогасительные экраны. Сущность изобретения заключается в том, что контролируют разгерметизацию размыкателя путем измерения электрической емкости и сопротивления между дугогасительным экраном и размыкателем, выполненным в виде двух параллельно установленных контактных площадок со штоками, при появлении электрического потенциала на дугогасительном экране делают вывод об аварийной ситуации. Технический результат: повышение достоверности контроля вакуума в камере высоковольтного размыкателя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ неразрушающего контроля вакуума в камере высоковольтного размыкателя, содержащей дугогасительные экраны, расположенные с противоположных сторон размыкателя, имеющие проводящие части, выведенные за пределы камеры, характеризующийся тем, что контролируют разгерметизацию размыкателя путем измерения электрической емкости и сопротивления между дугогасительным экраном и размыкателем, выполненным в виде двух параллельно установленных контактных площадок со штоками, при появлении электрического потенциала на дугогасительном экране делают вывод об аварийной ситуации.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее заземленную цепь из электрической емкости и электрического сопротивления, между которыми подключено индикаторное устройство для измерения электрической емкости и сопротивления между дугогасительным экраном и размыкателем, при этом емкость подключена к проводящей части дугогасительного экрана, выведенной за пределы камеры.