Устройство для контроля состояния изоляции обмотки электрооборудования Советский патент 1993 года по МПК G01R31/06 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в устройствах для контроля состояния обмоточной изоляции электрооборудования, например силовых трансформаторах, без отключения их от рабочей сети.

Известно устройство для контроля состояния изоляции силовых трансформаторов без отключения их от сети, содержащий первый и второй соответственно параметрические преобразователи, делители напряжения, резонансные усилители, формирователи импульсов, формирователи длительности импульсов и выпрямители с фильтрами, а также дифференциально-усилительный блок, ключевой элемент, усилитель мощности, двухвходовый элемент И и исполнительный блок.

Однако устройство осуществляет контроль на одной фиксированной частоте, за счет упомянутых резонансных усилителей, что соответствует контролю одного из элементов изоляции силового трансформатора. Это устройство по функции и реализации близко к заявляемому.:

Цель изобретения - повышение достоверности изоляции обмотки электрооборудования за счет производства контроля на диапазоне частот. ....

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для контроля состояния изоляция введены первый и второй блоки перестраиваемых фильтров, генератор, пилообразного напряжения,генератор тактовых импульсов, счетчик тактовых импульсов, блок преобразователя последовательности тактовых импульсов в код, цифроЗналоговый преобразователь, блок коммутатора, управляемого кодом, управляемый делитель напряжения, блок аналого-цифрового преобразователя, блок цифровых индикаторов, компаратор, блок опорного напряжения, третий делитель напряжения, третий параметрический преобразователь и индуктивность, :причем управляющие входы генератора пилообразного напряжения, входы первого и второго блоков перестраиваемых фильтров соответственно подключены к выходам первого и второго блоков делителей напряжения, а выходы - соответственно к входам первого и второго блоков выпрямителей с фильтрами, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам счетчика тактовых импульсов и блока преобразователя последовате/ ности тактовых импульсов. в код, выходы счетчика тактовых импульсов и блока преобразователя последовательности тактовых импульсов в код соответствен- но подключены к входу генератора

пилообразного напряжения и к входам циф- роаналогового преобразователя (ЦАП) и управляющему входу блока коммутатора, управляемого кодом; выход ЦАП подключен

к управляющему входу блока управляемого делителя напряжения, вход последнего соответственно подключен к выходу первого выпрямителя с фильтром и к первому входу дифференциально-усилительного блока,

О вход и выход коммутатора, управляемого кодом, соответственно подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и входу блока цифровых индикаторов, входы АЦП и компаратора подключены к выходу

5 ключевого элемента, управляющий вход и выход компаратора подключены соответст-. i веннр к выходу блока опорного напряжения , и входу исполнительного блока, вход треть- (. его делителя напряжения подключен через

0 третий параметрический преобразователь к электрической сети среднего напряжения контролируемого объекта (автотрансформатор), а выход третьего делителя напряжения подключен к входу второго резонансного

5 усилителя, при этом второй параметрический преобразователь подключен к выводу нейтрали контролируемого объекта, к которому также подключена индуктивность. В контролируемом блоке, например одной фа0 зы группы (авто) трансформатора, находящемся под рабочим напряжением, с ухудшением состояния обмоточной изоляции меняется форма его частотной характеристики за счет изменения электрических

5 емкостей каждого из элементов обмотки катушки слоя и т.д. Диэлектриком этих емко- стей является контролируемая изоляция. Изменение формы, т.е. смещение экстремумов частотной характеристики находится в

0 функциональной зависимости.от степени i ухудшения состояния изоляции. Контроль .за изменением разницы двух уровней импульса входного в контролируемый объект из электрической сети и выходного из конт5 ролируемого объекта того же импульса на каждой из частот диапазона позволяет увеличить количество контролируемых элементов изоляции обмотки объекта, находящегося под рабочим напряжением. .

0 в этом существенная новизна предлагаемого решения. Вне контролируемого объекта, в электрической сети, .в которую включен контролируемый (авто) трансформатор возникают высококачественные им5 пульсы, например от дуги коммутации электрооборудования, аварийных замыканий,дуговых электрических печей и др.

За счет перестраиваемых фильтров устройством фиксируется на цифровых индикаторах разница уровней импульса на вводе

Еысокого напряжения и выводе нейтрали контролируемого (авто) трансформатора по Е сему выбранному диапазону частот, в этом i включаются существенные отличия от прототипа.

На фиг. 1 представлена схема устройст- ЕЭ. . : . . Устройство для контроля состояния 1/золяции обмотки электрооборудования, содержащее первый 1 и второй 3 параметрические преобразователи, входом соединенные с соответствующими клеммами для подключения объекта контроля, выход первого параметрического преобразователя 1 соединен через последовательно соединенные первый делитель 5 напряжения, первый резонансный усилитель 7, первый формирователь 13 импульсов, первый формирова- тзль .14 длительности импульсов с первым входом элемента 15 И, выход второго параметрического преобразователя 3 соединен ч зрез последовательно .соединенные вто- рзй делитель 11 напряжения, второй резонансный усилитель 12, второй, формирователь 16 импульсов, второй фор- мир ователь 17 длительности импульсов со вторым входом элемента 15 И, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента 28, вход которого соединен с выходом дифференциально-усилительно- гс блока 20, первый вход которого соединен с тервым выпрямителем 23 с фильтром, второй выпрямитель 18 с фильтром, счетчик 25 Те ктовых импульсов, исполнительный блок 3. дополнено индуктивностью 10, третьим параметрическим преобразователем 2, Tf етьим делителем 8 напряжения, первым 6 и вторым 9 перестраиваемым фильтром, генератором 24 тактовых импульсов, генератором 21 пилообразного напряжения, уг равляемым-делителем 19 напряжения, цифроаналоговым преобразователем 22, преобразователем 26 последовательности тактовых импульсов в код, аналого-цифро- преобразователем 29, коммутатором 27, блоком индикации 31, компаратором 30, блоком 33 опорного напряжения, при этом вход третьего параметрического преобразователя 2 соединен с клеммой для подклю- че-шя нейтрали объекта контроля и через индуктивность 10с общей шиной устройства , а выход - через последовательно соединенные третий делитель 8 напряжения, второй перестраиваемый фильтр 9 соеди- нe со входом первого выпрямителя 23 с фильтром, выход первого делителя 5 напряжения соединен через последовательно соединенные первый перестраиваемый фи|пьтр 6, второй выпрямитель 18-сфильтром, управляемый делитель 19 напряжения

-с-вторым входом дифференциально-усилительного блока 20, выход генератора 24 так- товых импульсов соединен через преобразователь 26 последовательности

5 тактовых импульсов вход с управляющим входом коммутатора 27 и с входом цифроа- нзлоговрго преобразователя 22, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя 19 напряжения, уп0 равляющие входы первого 6 и второго 9 перестраиваемых фильтров соединены с J выходом генератора 21 пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом счетчика 25 тактовых импульсов, вход

5 которого соединен с выходом генератора 24 тактовых импульсов, выход ключевого элемента 28 соединен с первым входом компаратора 30 и с входом аналого-цифрового преобразователя 29, выход которого со еди0 нен со входом коммутатора 27, выход которого соединен со вторым входом компаратора 30, выход которого соединен со входом исполнительного блока 32.

На фиг. 2 приведены уровни напряже5 ний импульсов на выходах блоков 21, 22, 24

и 25. . у . . .

Устройство работает следующим образом. ; . .. .; Через параметрические преобразовате0 ли 1, 2 и 3 высокочастотный импульс возникает и/электрической сети со стороны высокого напряжения контролируемого объекта 4 и поступает на входы соответст- венно делителей напряжения 5, 8 и 11.

5 В качестве делителей напряжения используются, например, широкополосные фильтры присоединения аппаратуры связи и телемеханики к высоковольтным сетям. С делителя 5 импульс поступает во вхо0 ды первого блока перестраиваемого фильтра 6 и первого резонансного усилителя 7. Перестраиваемые фильтры 6 и 9 выполнены, например, на базе варикапа, при подаче на его управляющий вход, например, одного

5 периода пилообразного напряжения фильтр способен плавно изменять собственную частоту во времени упбмянутого пё- риода, и это изменение определяет выбранный диапазон частот.

0Резонансный усилитель 7, например активный PC фильтр, настроен на одну фиксированную частоту, в результате фильтр пропускает сигнал только другой частоты, Импульс, с выхода второго делителя 8

5 поступает на второй блок перестраиваемого, фильтра 9.

С целью надежного получения высокочастотного импульса в каскаде из блоков нейтрали объекте 4, к которому подключен вход параметрического преобразователя 2,

заземляется через индуктивность 10. например реактор или вольтрдобавочный трансформатор.

Импульс с третьего делителя напряжения 11 поступает на вход второго резонанс- ного усилителя 12, который также пропускает сигнал той же фиксированной частоты, как и первый резонансный усилитель 7.

Импульсы фиксированной одной часто- ты с резонансных усилителей 7и 12 соответственно преобразуются в прямоугольную форму формирователями импульсов 13 и 16 и далее формируются в импульсы длительностью т-1 формирователем длительности0 14 и соответственно, длительностью т-2 формирователем длительности 17 и затем эти .импульсы подаются в первцй и второй . входь двухвхбдового элёМента Й 15.

При этом длительности рассчитываются из соотношения т 2 % 1 +7 , где г - время смещения фаз одного высокочастотного импульса на входах выеокого и среднего напряжения контролируемого (авто) трансформатора.

В случае возникновения высокочастсгг- ного импульса в электрической сети со сторонывысокого напряжения контролируемого объекта И 15 не будет сигнала, поскольку существует смещение появ- ления импульсов на входах элемента 15.

В случае возникновения высокочастотного импульса в электрической сети со стороны среднего напряжения на выходе элемента 15 будет выходной сигнал, по- скольку в течение времени г-2 на входах элемента 15 присутствуют оба импульса.

Импульсы на всём выбранном диапазоне частот с выхода перестраиваемого фильтра б выпрямляются блоком выпрямителя к фильтрам 18, далее автоматически корректируются по у ровню блоком управляемо/о делителя напряжения 19 и поступают на первый вход дифференциально-усилительного блока 20,

Делитель 19 представляет собой управляемый резистор, например выполненный на базе полевого транзистора, у которого сопротивление исток-сток управляется путем изменения напряжения на затворе,

В упомянутых перестраиваемых фильтрах 6 и 9 линейные изменения частоты происходят по зависимости, задающейся блоком генератора пилообразного напряжения 2 1 , а корректировка уровня напряже- ния блока управляемого делителя 19 производится цифроаналоговым преобразователем 22 в соответствии с коэффициентом передачи высокочастотного импульса

обмотки со стороны высокого напряжения на нейтраль при исправном (не ухудшенном) состоянии изоляции контролируемого объекта 4. На второй вход дифференциально-усилительного блока 20 поступают выпрямленные сигналы выпрямителем с фильтром 23 со второго перестраиваемого фильтра.9, -,..,:: ...;...-;:. -. /л ::;. . ; - .- Сигналы, поступившие в дифференциально-усилительный блок 20, сравниваются между собой по уровню. В случае ухудшения состояния всей обмоточной изоляции или одного из её элементов разницы уровней этих сигн-алов усиливаются по всему диапазону частот или на одной из частот, соответствующей элементу обмотки С ухудшенным

СОСТОЯНИеМ ИЗОЛЯЦИИ; -.. :.-. :.:.. :::V;-.

Количественная величина разницы от ражает степень ухудшения состояния изоляции, а само появление этой разницы по крайней мерена одной из частот диапазона указывает на соответствующий элемент об- мотки с ухудшенной изоляцией. ,

Генератор тактовых импульсов 24 выда- ёт последовательность тактовых импульсов с периодом соответствующих поддиапазо ну частот, .на которых производится контроль, а счетчик тактовых импульсов 25 считает эти импульсы и выдает со своего выхода импульс, соответствующий началу и концу диапазона частот, т.е. начало первого и конец последнего поддиапазона.

Эти же тактовые импульсы с выхода блока 24 поступают на вход преобразователя 26 последовательности тактовых импульсов в код. Этими кодами управляется цифроаналоговый преобразователь 22 и коммутатор 27. Импульсы от счетчика тактовых импульсов 25 поступают на вход генератора пилообразного напряжения 21, определяя тем самым период пилообразного напряжения.

ЦАП 2.2 преобразует код в постоянное напряжение, соответствующее коэффициенту передачи объекта 4 с исправной (не ухудшенной) обмоточной изоляцией на соответствующем поддиапазоне частот.

Коммутатор 27 управляемых кодом в соответствии с кодом, поступившим на управляющий его вход, подключает к соответствующей частоте поддиапазона цифровой индикатор.

Сигнал, определяющий состояние обмоточной изоляции путем сравнения с выхода дифференциально-усилительного блока 20 через ключевой элемент 28 и акалого- цифровой преобразователь 29, поступает в упомянутый коммутатор 27. При этом этот сигнал с выхода ключевого элемента 28 поггупает также на первый вход компаратора

30.

Каждый сигнал с выхода коммутатора 27 1рступает в соответствующей частоте подди- эпазона на свой цифровой индикатор блока

31. число цифровых индикаторов в блоке 31 соответствует количеству поддиапазонов, а в делом - всему диапазону частот.

Цифровой индикатор дает текущую информацию о состоянии обмоточной изоля- дии в виде разности двух сигналов на аждой частоте поддиапазонов, а в целом зесь блок цифровых индикаторов на весь диапазон частот, однако информация поступает в-цифровые индикаторы только при нормально закрытом ключевом элементе 8, т.е. при отсутствии выходного сигнала с элемента И-15.

Для возможности-одного предельного состояния обмоточной изоляции, соответствующего отбраковочным нормам объекта контроля 4, подбирают уровень напряжения

обрабатывания компаратора 30, соответствующий этому состоянию. В случае поступления на первый вход компаратора 30 сигнала с этим уровнем он проходит в ис- . полнительный орган 32 (например, реле или

сигнальная лампа).

При этом на второй вход компаратора 30 подается с блока 33 опорное напряжение.

Эффективность устройства состоит в том, что оно позволяет повысить достоверность контроля изоляции электрооборудования и производить диагностику состояния элементов и всей обмоточной изоляции электрооборудования, находящегося при этом под рабочим напряжением.

Ф о р м у л а и з о б р е т е ни я Устройство для контроля состояния изо- 1Яции обмотки электрооборудования, со- 1ержащее первый и второй тараметрические преобразователи, входом соединенные с соответствующими клемма- и для подключения объекта контроля, вы- ад первого параметрического реобразователя соединен через последовательно соединенные первый делитель напряжения, первый резонансный усилитель, первый формирователь импульсов, первый формирователь длительности импульсов с (первым входом элемента И, выход второго Параметрического преобразователя соединен через последовательно соединенные ит орой делитель напряжения, второй резонансный усилитель, второй формирователь длительности импульсов с вторым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, CIXOA которого соединен с выходом дифференциально-усилительного блока, первый ЕХОД которого соединен с первым выпрямителем с фильтром, второй выпрямитель с оильтром, счетчик тактовых импульсов, ис- г олнитёльный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в устройство введены индуктив- h ость, третий параметрический преобразо- Еатель, третий делитель напряжения, гервый и второй перестраиваемые фильт- pV генератор тактовых импульсов, генера- т ор пилообразного напряжения,

управляемый делитель напряжения, цифро- аналоговый преобразователь, преобразователь последовательности тактовых импульсов в код, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, блок индикации, компаратор, блок опорного напряжения, при этом вход третьего параметрического преобразователя соединен с клеммой для подключения нейтрали объекта контроля и через индуктивность - с общей шиной устройства, а выход через последовательно соединенные третий делитель напряжения, второй перестраиваемый фильтр соединен с входом первого выпрямителя с фильтром, выход первого делителя напряжения соединен через последовательно соединенные первый перестраиваемый фильтр, второй выпрямитель с фильтром, управляемый делитель напряжения с вторым входом дифференциально-усилительного блока, выход генератора тактовых импульсов соединен через преобразователь последовательности тактовых-импульсов с управляющим входом коммутатора и с входом цифроана- логового преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя-напряжения, управляющие входы первого и второго перестраиЕ аемых фильтров соединены с выходом.генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом счетчика тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход клю- чевого элемента сЪединен с первым входом

компаратора и входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом коммутатора, выход которого соединен со входом блока индикации, выход

блока опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен с входом исполнительного блока.