Способ контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока Российский патент 2024 года по МПК G01D18/00 G01D3/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области контроля метрологических характеристик измерительных каналов тока или частей измерительных каналов в электроэнергетике, на электростанциях, подстанциях, в электрических сетях всех уровней напряжений, а именно к способу контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока.

Уровень техники

Метрологическое обеспечение средств измерений включает периодическую поверку - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим характеристикам (проверка погрешности измерения в разных условиях). Периодичность поверки для каждого средства измерения устанавливается при утверждении типа средства измерения. Между поверками подтверждение метрологических характеристик не требуется. В случае необходимости внеочередной проверки средства измерения для подтверждения метрологических характеристик выполняется вывод средства измерения из работы (отключение), измерение тестовой величины проверяемым и эталонным измерителем и сравнение абсолютной величины полученной разности результатов измерений с допустимой погрешностью. Этот способ связан с выводом проверяемого средства измерения из работы, иногда с нарушением электроснабжения, трудоемкостью, использованием эталонов.

Известен способ контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока (http://oek.digitalbeetl.ru/upload/iblock/863/d3414pw8ppwy5hct3mkijmq4g7xuho3r/balans_podstancii_i_sistem_shin.pdf. 2012 г., далее Д1) на примере автоматизированного расчета баланса подстанции и систем шин.

На практике между поверками применяются способы косвенного контроля метрологических характеристик на основе балансовых уравнений. Для этого широко применяется способ сведения балансов по электрической мощности и энергии. Он основан на законе сохранения энергии. Для области сети сгенерированная внутри энергия должна быть равна энергии потребления с учетом потерь внутри области, а также перетоков энергии в другие системы или сети. Величина, полученная алгебраическим суммированием результатов одновременных измерений энергий на интервале времени, считанных со счетчиков электроэнергии с учетом потерь, а также перетоков, не должна по абсолютной величине превосходить суммарную допустимую абсолютную погрешность измерительных каналов, состоящих в общем случае из трансформаторов напряжения (далее ТН), трансформаторов тока (далее ТТ), и счетчиков электроэнергии (далее СЧ). Если неравенство выполняется и баланс «сходится», то высока вероятность, что все средства измерения не превышают свою допустимую погрешность и их показания могут служить основанием для коммерческих расчетов. Если неравенство не выполняется и баланс не «сходится», значит какое-то средство измерения вносит недопустимую погрешность в мощность/энергию балансового уравнения. Тогда выполняется вывод из работы и проверка каждого средства измерения всех каналов измерения, входящих в балансовое уравнение. Этот способ косвенного контроля применим в измерительных каналах измерения электроэнергии, поскольку именно эта величина образует балансовое уравнение. Однако на энергетических объектах выполняются измерения токов и для других систем: АСУ ТП - Автоматизированная система управления технологическим процессом, ССПТИ - Система сбора и передачи неоперативной технологической информации, ССПИ - система сбора и передачи информации диспетчерского и оперативного управления, ТМ - телемеханика, РЗА - Релейная защита и автоматика, СМиУКЭ - Система мониторинга и управления качеством электроэнергии, СМПР - Система мониторинга переходных режимов. Для измерительных каналов этих систем балансовые уравнения по закону сохранения энергии неприменимы, поскольку их выходные результаты измерений не являются мощностью/энергией и из результатов таких измерений невозможно составить балансовое уравнение. Предлагаемый заявленный способ отличается от аналога из Д1 тем, что позволяет автоматически контролировать метрологическую погрешность измерительных ТТ, используемых в любых измерительных системах и обладает более высокой точностью, поскольку сравниваются результаты совокупных единообразных измерений, выполненных единым дополнительным устройством.

Известен также способ контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока (Статья «Новые тенденции контроля средств измерения на подстанциях ПАО «ФСК ЕЭС»», А.С. Шеметов, О.В. Большаков. Релейщик 02 (26) 2016 г., далее Д2)

На подстанциях ОАО «ФСК ЕЭС» измерения одной и той же величины могут выполнять до десятка приборов разного функционального назначения. Это терминалы АСУ ТП, терминалы различных релейных защит, приборы учета, измерения качества электроэнергии щитовые приборы и т.д. Величины результатов измерений всех этих средств измерения, как правило, не совпадают.

С помощью алгоритмов основанных на законе Кирхгофа и законе сохранения энергии можно диагностировать различные виды небалансов в узле, хотя эти методы не определяют конкретный прибор, а указывают группу, где не правильно выполняют измерение не менее одного прибора. Применение закона Кирхгофа на практике оказывается проблематичным, поскольку требует измерения векторных величин токов, что выполняют немногие средства измерения. Проверку по закону сохранения энергии (мощности) для терминалов АСУ ТП возможно реализовать повсеместно, так как все терминалы АСУ ТП выполняют измерение энергии или мощности.

Учитывая их повышенную точность (класс 0,2 - 0,5) и точность измерительных обмоток ТТ и ТН, а также дополнительную проверку по балансу мощности, измерительные каналы АСУ ТП принимаем в системе за «эталонные» (аналог поверки в рабочем режиме).

Для реализации алгоритмов сравнения и балансов всех СИ используется терминал (сервер) АСУ ТП подстанции, на который поступают все результаты измерений для всех точек измерения и со всех типов приборов.

Алгоритм обработки измерений каждой величины в каждой точке состоит из нескольких отдельных действий, а именно:

1. Определение пригодности «эталона» проверяется балансами измерений мощности терминалами АСУ ТП в узлах.

2. Вычисление относительного отклонения каждого измерения от эталонного значения величины и сигнализация при превышении допустимой уставки.

3. Вычисление резкого изменения относительного отклонения коэффициента передачи каждого канала от среднего значения коэффициента передачи и сигнализация при превышении допустимой уставки.

Детально и подробно алгоритм внедренной в ПАО «ФСК ЕЭС» подсистемы автоматического мониторинга измерений (ПАМИ) описан в СТО 56947007-29.240.10.303-2020 Методические указания по реализации мониторинга работоспособности измерительной части терминалов РЗА, АСУ ТП и других средств измерений вторичных цепей средствами АСУ ТП на объектах ПАО «ФСК ЕЭС» (https://rosseti.ru/upload/iblock/42c/yydnl2jlxok0cdovhlr8fjgcxw8v3nj.pdf?yscli d=lvaw77omwd181613927). Таким образом в аналоге из Д2 проводится автоматический сбор результатов измерений и автоматическое сравнение результатов измерения одной величины (с последовательным перебором входных величин, в том числе токов) выполняемых разными средствами измерения, имеющими разные алгоритмы измерения и разные измерительные интервалы с эталоном (как при поверке), при этом роль эталона выполняет наиболее точное из измеряющих данную величину средство измерения. Кроме того, алгоритм аналога из Д2 не захватывает в область контроля трансформаторы тока, а только средства измерения, измеряющие этот ток. Предлагаемый заявленный способ отличается тем, что позволяет автоматически контролировать метрологическую погрешность именно измерительных трансформаторов тока (ТТ) и обладает более высокой точностью, поскольку сравниваются результаты совокупных единообразных измерений, выполняемых дополнительным устройством.

Раскрытие изобретения

Технический результат заключается в повышении надежности работы всех систем измерений, конструктивных средств (в том числе управления и защиты на объектах электроэнергетики и в сетях, где используются и являются критически важными измерения тока), за счет блока контроля (выполняющего измерительные суммирующее и сравнивающее функции и автоматический контроль метрологической погрешности измерительных трансформаторов тока) подключенного к измерительным трансформаторам тока, установленным на всех линиях, составляющих узел тока электрической сети.

Результат достигается заявленным способом контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока, включающим подключение к измерительным трансформаторам тока, установленным на всех линиях, составляющих узел тока электрической сети, блока контроля, выполненного с возможностью получения значений токов со всех подключенных к нему измерительных трансформаторов тока и совокупного измерения токов для нахождения баланса токов в узле согласно правилу Кирхгофа, а именно подсчета алгебраической суммы результатов одновременных измерений всех токов в узле, и ее сравнения с вычисляемой суммарной допустимой абсолютной погрешностью измерительных каналов тока на всех линиях, составляющих данный узел, и если алгебраическая сумма результатов одновременных измерений по абсолютной величине больше суммарной допустимой абсолютной погрешности измерительных каналов, то формирования сигнала о превышении допустимой погрешности.

Как следствие основного результата достигаются такие результаты как выявление неполадок измерителей токов или их частей на ранней стадии отказа функции измерений посредством автоматического контроля без вывода оборудования из работы (в рабочем режиме).

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется: Фиг. 1, на которой приведена схема примера осуществления заявленного способа с узлами электрической сети оборудованными аналоговыми измерительными каналами учета электроэнергии; Фиг. 2, на которой приведена схема примера осуществления заявленного способа с узлами сети оборудованными составными измерительными каналами тока, состоящими из аналоговых ТТ и цифровых измерителей тока с выдачей результата измерения в цифровом формате с указанием времени измерения; Фиг. 3, на которой приведена схема примера осуществления заявленного способа с узлами сети оборудованными цифровыми ТТ с выдачей результата измерения в цифровом формате с указанием времени измерения.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ отличается от поверки и калибровки тем, что не использует эталоны измеряемой величины и поверочное оборудование и не требует вывода проверяемых каналов измерения тока из работы. От способа контроля с помощью баланса электроэнергии предлагаемый способ отличается тем, что использует баланс токов, что позволяет контролировать погрешность каналов измерения тока или их частей.

Согласно первому закону (правилу) Кирхгофа алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи, равна нулю. Следовательно, алгебраическая сумма результатов синхронных измерений таких токов также должна быть равна нулю с учетом допустимой погрешности каналов измерения. Если все линии сети, образующие узел, оборудованы каналами измерения тока, то периодическая проверка величины измеренного суммарного тока в узле может служить способом для контроля суммарной погрешности измерительных каналов тока. Сумма измерений токов узла отличная от нуля (при правильном охвате всех ветвей узла) обусловлена погрешностью каналов измерения тока и ее величина говорит о суммарной абсолютной ошибке измерений.

Предлагается способ косвенного контроля метрологической погрешности каналов измерения тока на основе цифровых ТТ или их эквивалентов, состоящих из аналоговых ТТ и преобразователей аналоговых сигналов, или аналоговых ТТ с дополнением устройством блока контроля для измерения токов, заключающийся в периодической проверке баланса токов согласно первому закону Кирхгофа в ветвях узла сети путем алгебраического суммирования результатов одновременных измерений мгновенных значений токов во всех ветвях узла сети, и полученная сумма по абсолютной величине не должна превосходить суммарную допустимую абсолютную погрешность всех каналов измерения тока ветвей рассматриваемого узла. В предлагаемом способе контроль осуществляется без вывода каналов измерения тока из работы (в рабочем режиме) и может выполняться полностью автоматически.

Кроме того, предлагаемым способом можно контролировать часть измерительного канала электроэнергии или любых других каналов измерений, включающих измерение тока, как одну из составляющих. Измерительный канал электроэнергии в общем случае состоит из ТН (2), ТТ (1) (см. Фиг. 1) и счетчика электроэнергии (3). Все эти составляющие обладают своими метрологическими характеристиками, которые могут изменяться со временем и требуют периодической поверки. Для косвенного метрологического контроля ТТ (1), входящих в любой измерительный канал, предлагаемым способом следует выделить узлы тока, организовать дополнительное синхронное измерение токов во всех ветвях узла и вычислить алгебраическую сумму токов, которая не должна превосходить по абсолютной величине суммарную допустимую метрологическую погрешность всех ТТ (1) и добавляемого измерителя токов. Это позволит для каналов учета электроэнергии при не сходимости баланса по мощности/энергии определить является ли причиной увеличения погрешности метрологическое нарушение в части ТТ (составляющих измерительного канала мощности/энергии).

Ниже приведены примеры возможного применения.

Способ применим на аналоговых и цифровых электростанциях и подстанциях с разными архитектурами измерительных каналов тока, для чего используются различные решения, описанные ниже:

Пример 1. Типовая схема учета электроэнергии в узле тока изображена на Фиг. 1, содержащая отходящие силовые линии тока (4) N штук и точки измерения электроэнергии (5), состоит из аналоговых ТТ (1), ТН (2), счетчиков электроэнергии (3), измеряющих количество электроэнергии по масштабированным с помощью ТН (2) и ТТ (1) величинам напряжения и токов. Обычно используется один ТН (2) для всех точек одного напряжения. Приведенный узел электрической сети оборудован аналоговыми измерительными каналами тока, состоящими из аналоговых ТТ (1) и счетчиков электроэнергии (3), не позволяющих выполнять синхронизованные измерения мгновенных токов. Предлагаемый способ позволяет контролировать метрологические характеристики аналоговых ТТ (1) созданием измерительных каналов тока путем добавления блока контроля (6) (измерительное суммирующее и сравнивающее средство) реализующего функции: 1. Совокупные измерения мгновенных выходных токов (при этом измеритель вносит свою погрешность измерения) для всех ТТ (1) узла; 2. Суммирование результатов измерения всех токов с учетом коэффициентов трансформации ТТ (1) и вычисление абсолютной величины измеренного небаланса тока в узле; 3. Вычисление суммарной допустимой абсолютной погрешности измерений тока в узле исходя из коэффициентов трансформации ТТ (1), величин измеренных токов, предельно допустимой погрешности ТТ (1) при измеренном токе и погрешности добавляемого измерителя при измерении тока и погрешности алгоритма вычислений при измеренном токе; 4. Сравнение абсолютной величины измеренного небаланса токов в узле и предельно допустимой суммарной абсолютной погрешности измерения токов в узле; 5. При измеренном небалансе более предельно допустимой погрешности формирование сигнала - «ошибка» (9). Добавляемый измерительный блок контроля (6) должен иметь нормированную погрешность измерения тока и вычислительных алгоритмов (см. Фиг. 1).

Пример 2. Узел сети, изображенный на Фиг. 2, где отходящие силовые линии тока (4), N штук, и точки измерения тока (5), оборудован составными измерительными каналами тока, состоящими из аналоговых ТТ (1) и цифровых измерителей тока (7) с выдачей результата измерения в цифровом формате с указанием времени измерения (например, согласно МЭК 61850-9.2). Предлагаемый способ позволяет контролировать метрологические характеристики всего измерительного канала тока ТТ (1) и измерителя тока (7) путем добавления блока контроля (6) (измерительное суммирующее и сравнивающее средство) реализующего функции:1. Считывание цифровых значений результатов измерения одновременных мгновенных значений токов всех ветвей узла с цифровых измерителей (7); 2. Суммирование результатов измерения всех токов с учетом коэффициентов трансформации ТТ (1) и вычисление величины измеренного небаланса тока в узле; 3. Вычисление суммарной допустимой абсолютной погрешности измерений тока в узле исходя из коэффициентов трансформации ТТ (1), величин измеренных токов, предельно допустимой погрешности ТТ (1) и цифровых измерителей (7) и алгоритма вычислений добавляемого блока контроля (6) при измеренном токе; 4. Сравнение измеренного небаланса токов в узле и предельно допустимой абсолютной погрешности измерения токов в узле; 5. При измеренном небалансе более предельно допустимой погрешности формирование сигнала - «ошибка» (9). Добавляемое устройство блока контроля (6) должно иметь нормированную погрешность вычислительного алгоритма (см. Фиг. 2).

Пример 3. Узел сети, изображенный на Фиг. 3, где отходящие силовые линии тока (4), N штук, и точки измерения тока (5), оборудован цифровыми ТТ (8) с выдачей результата измерения в цифровом формате с указанием времени измерения (например, согласно МЭК 61850-9.2). Предлагаемый способ позволяет контролировать метрологическую погрешность цифровых ТТ (8) путем добавления блока контроля (6) (измерительное суммирующее и сравнивающее средство) реализующего функции:1. Считывание цифровых значений результатов измерения одновременных мгновенных значений токов всех ветвей узла с цифровых ТТ (8); 2. Суммирование результатов измерения всех токов ТТ (8) и вычисление величины измеренного небаланса тока в узле; 3. Вычисление суммарной допустимой абсолютной погрешности измерений тока в узле исходя из масштабных коэффициентов цифровых ТТ (8), величин измеренных токов, предельно допустимой погрешности цифровых ТТ (8) и алгоритма вычислений добавляемого блока контроля (6) при измеренном токе; 4. Сравнение измеренного небаланса токов в узле и предельно допустимой абсолютной погрешности измерения токов в узле; 5. При измеренном небалансе тока более предельно допустимой погрешности формирование сигнала - «ошибка» (9). Добавляемое устройство блока контроля (6) должно иметь нормированную погрешность вычислительного алгоритма (см. Фиг. 3).

Изобретение относится к способу контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока. Заявленный способ контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока включает в себя подключение к измерительным трансформаторам тока, установленным на всех линиях, составляющих узел тока электрической сети, блока контроля, выполненного с возможностью получения значений токов со всех подключенных к нему измерительных трансформаторов тока и совокупного измерения токов для нахождения баланса токов в узле согласно правилу Кирхгофа, а именно подсчета алгебраической суммы результатов одновременных измерений всех токов в узле и ее сравнения с вычисляемой суммарной допустимой абсолютной погрешностью измерительных каналов тока на всех линиях, составляющих данный узел, и, если алгебраическая сумма результатов одновременных измерений по абсолютной величине больше суммарной допустимой абсолютной погрешности измерительных каналов, формирования сигнала о превышении допустимой погрешности. Технический результат - повышение надежности работы всех систем измерений, конструктивных средств за счет автоматического контроля метрологической погрешности измерительных трансформаторов тока, составляющих узел тока электрической сети. 3 ил.

Способ контроля метрологической погрешности измерительных каналов тока, включающий подключение к измерительным трансформаторам тока, установленным на всех линиях, составляющих узел тока электрической сети, блока контроля, выполненного с возможностью получения значений токов со всех подключенных к нему измерительных трансформаторов тока и совокупного измерения токов для нахождения баланса токов в узле согласно правилу Кирхгофа, а именно подсчета алгебраической суммы результатов одновременных измерений всех токов в узле и ее сравнения с вычисляемой суммарной допустимой абсолютной погрешностью измерительных каналов тока на всех линиях, составляющих данный узел, и, если алгебраическая сумма результатов одновременных измерений по абсолютной величине больше суммарной допустимой абсолютной погрешности измерительных каналов, формирования сигнала о превышении допустимой погрешности.