Устройство для контроля состояния оборудования с бумажно- масляной изоляцией конденсаторного типа
Владельцы патента RU 2265861:
Закрытое акционерное общество "Саратовское предприятие промышленной электроники и энергетики" (ЗАО "Промэлектроника") (RU)
Изобретение относится к технике диагностирования электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с номинальным напряжением 110 кВ и выше. Техническим результатом изобретения является обнаружение утечек в изоляторах на ранней стадии без отключения оборудования конденсаторного типа. Сущность: устройство содержит соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор. Блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз с возможностью подключения к блоку измерения, содержащим первичные преобразователи, соединенные с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки. В измерительный блок введен интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит персональный компьютер и блок сбора информации на основе промышленного компьютера, один выход которого подключен к ПК, второй - к сигнализатору, а вход соединен с блоком предварительной обработки сигнала по линии связи. В качестве первичных преобразователей использованы резисторы, при этом блок оцифровки выполнен многоканальным и содержит аналогово-цифровые преобразователи для соответствующих фаз, выходы которых подключены к микроконтроллеру. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к технике диагностирования электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с номинальным напряжением 110 кВ и выше.
Известно устройство автоматического контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования (а.с №296062, МПК G 01 R 31/02, G 01 R 31/08,) содержащее блок входного сумматора из двух сумматоров, производящих суммирование токов двух контролируемых объектов, измерительный и сигнальный блоки, которые включены на разность выходных токов сумматоров. Для контроля двух не однотипных трехфазных объектов сумматоры снабжены настраиваемыми при наладке регуляторами.
Известно также устройство для автоматического контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования (а.с N 384080, МПК G 01 R 31/12), которое дополнительно к устройству по а.с N 296062 содержит три сопротивления, каждое из которых включено между сумматором и соответствующей фазой контролируемой сети через трансформатор напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому решению является система контроля изоляции высоковольтных вводов (патент РФ №2145420, МПК G 01 R 31/08, G 01 R 31/12), содержащая устройства присоединения к высоковольтным вводам трех фаз, выходы которых подключены ко входам соответствующих приборных трансформаторов тока, трансформатор напряжения трехфазной системы высоковольтных шин, выходы которого подключены ко входам соответствующих приборных трансформаторов напряжения, сигнализатор, два фазовращателя, подключенные к выходам двух из трех приборных трансформаторов тока, АЦП и микропроцессор.
Недостатком данных устройств является невозможность централизованного контроля с архивацией данных, невозможность определения ложных срабатываний, а также применение в этих устройствах измерительного трансформатора тока, что усложняет эксплуатацию их из-за необходимости периодической поверки.
Задачей предлагаемого решения является непрерывный централизованный контроль бумажно-масляного оборудования конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с целью обнаружения утечек в изоляторах на ранней (предаварийной) стадии без отключения данного оборудования.
Поставленная задача решается тем, что устройство для контроля состояния оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа, содержащее соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз с возможностью подключения к блоку измерения, первичный преобразователь для каждой фазы, каждый из которых соединен с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, согласно предлагаемому решению в блок измерения введен интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит персональный компьютер и блок сбора информации на основе промышленного компьютера, один выход которого подключен к ПК, второй - к сигнализатору, а вход соединен с блоком предварительной обработки сигнала по линии связи, при этом блок оцифровки выполнен многоканальным и содержит аналогово-цифровые преобразователи для соответствующих фаз, выходы которых подключены к микроконтроллеру.
Устройство дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи.
Устройство дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, элементы присоединения подключены к блоку измерений через блок коммутации и аварийной защиты, который содержит подключенные к каждой фазе перемычки подключения входного сигнала с параллельно включенными и заземленными газовым разрядником, резистором и замыкателем, а каждый первичный преобразователь выполнен в виде двух параллельно включенных резисторов, один из которых находится в блоке коммутации и аварийной защиты, а второй - в блоке предварительной обработки аналогового сигнала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства в целом, на фиг.2, на фиг.3 - векторные диаграммы, на фиг.4 - эквивалентная схема высоковольтного ввода, фиг.5 - принципиальная схема одного канала БКАЗ, ФИГ.6 - блок схема блока измерений, где:
1 - блок предварительной обработки сигнала (БПОС)
2 - блок окончательной обработки сигнала (БООС)
3 - сигнализатор
4 - элементы присоединения объекта (ЭПО)
5 - блок измерения (БИ)
6 - блок сбора информации (БСИ)
7 - персональный компьютер (ПК) оператора
8 - блок коммутации и аварийной защиты (БКАЗ)
9 - перемычка
10 - газовый разрядник
11 - резистор
12 - замыкатель
13 - резистор
14 - блок предварительной обработки аналогового сигнала (БПОАС)
15 - блок оцифровки (БО)
16 - интерфейс связи (ИС)
С д1, Сд 2 - эквивалентные емкости ввода
Rут - сопротивление утечки
В каждый комплект БПОС 1 входят элементы присоединения объекта ЭПО 4, блок коммутации и аварийной защиты БКАЗ 8 и блок измерения БИ 5.
Элементы присоединения объекта ЭПО 4 осуществляет функцию присоединения измерительных выводов высоковольтных вводов к входным зажимам БКАЗ 8.
Блок коммутации и аварийной защиты БКАЗ 8 предназначен для подключения измерительного тракта комплекта БПОС 1 к элементам присоединения ЭПО 4, осуществления первой ступени аварийной защиты, выделения входных напряжений на элементах первичных преобразователей - резисторах 11 и подаче входных напряжений на блок измерения БИ 5 через соединительный кабель. Кроме того, БКАЗ 8 обеспечивает заземление входных линий фаз для обеспечения безопасности при работе с БИ 5
Блок измерения БИ 5 осуществляет функции выделения входных напряжений на вторых элементах первичных преобразователей - резисторах 13 (включая 2-ю и 3-ю ступени защиты измерительного тракта), обработки аналоговых сигналов до необходимого уровня, оцифровку сигналов, выдачу информации в виде кодовых посылок в линию связи с БСИ 6. БСИ 6 производит двухсторонний обмен информацией с БИ 5, осуществляя управление режимами работы БИ 5 и чтение оцифрованных значений сигналов.
Устройство работает следующим образом.
Напряжения с измерительных обкладок вводов контролируемого оборудования подаются через элементы присоединения ЭПО 4 на вход БКАЗ 8. Затем они проходят в измерительный тракт через соответствующие каждой фазе перемычки 9. Газовые разрядники 10 образуют первую ступень защиты измерительного тракта. Замыкатель 12 в рабочем положении разомкнут, но замыкает на землю линии фаз для обеспечения безопасности при проведении профилактических работ с БИ 5.
Резистор, являющийся первичным преобразователем, конструктивно разделен на 2 параллельно включенных резистора 11 и 13, один из которых находится в БИ 5, а другой (11) вынесен в БКАЗ 8, для повышения надежности и безопасности. Выделение БКАЗ 8 в отдельный блок позволяет, отключив перемычку 9, подключать измерительные приборы к измерительному выводу высоковольтного ввода при профилактике высоковольтного оборудования без подъема персонала на высоко расположенные высоковольтные вводы, либо производить профилактику БПОС, подавая тестовые сигналы на входы измерительных каналов фаз после перемычки 9.
Напряжения с БКАЗ 8 через 4-х проводной кабель (фазы А, В, С и 0) подводятся к БИ 5, на вход блока предварительной обработки аналогового сигнала, состоящего, по тракту напряжения каждой фазы, из второго элемента первичного преобразователя - резистора 13, коммутируемого делителя напряжения и 2-й и 3-й ступеней защиты, предотвращающих попадание на входы электронных устройств напряжений помех и наводок опасного уровня.
Далее напряжения фаз с блока предварительной обработки аналогового сигнала 14 поступают на аналогово-цифровые преобразователи БО 15, управляемые с микроконтроллера БО 15. В фиксированные моменты времени производятся измерения, результаты которых преобразуют в цифровую форму. Далее, микроконтроллер БО 15 накапливает полученные данные в оперативном запоминающем устройстве БО 15, и по запросу передает их в БСИ 6.
Обработка полученных данных и вычисление параметров исходных сигналов осуществляется программным способом в БСИ 6, где программа преобразует полученные данные в удобную для чтения и хранения форму.
Между контроллером и линией связи находится двунаправленный интерфейс связи 16, который осуществляет гальваническую развязку и согласование уровней сигнала между контроллером и линией связи.
Управление режимом работы БСИ 6 осуществляется с ПК оператора 7 через установленную на нем программу.
БСИ 6 обрабатывает данные со всех комплектов БПОС 1, сохраняет их в базе данных и осуществляет связь с персональным компьютером оператора 7. Кроме того, БСИ 6 выдает сигнал на срабатывание внешнего устройства световой или звуковой сигнализации 3 по заданному критерию.
Вся обработка сигналов ведется после их оцифровки программным способом с помощью программного обеспечения промышленного компьютера, входящего в состав БСИ 6.
При хорошем качестве высоковольтного ввода (ток утечки через Rут пренебрежимо мал) и равенстве модулей векторов фаз сумма трех фаз равна 0 (фиг.2).
При появлении заметной величины Rуг фазовый угол изменяется и, соответственно сумма векторов Uсум становится отличной от нуля (фиг.3).
Совокупность данных, представляющих собой мгновенные значения напряжений анализируемого сигнала, измеренные через фиксированные промежутки времени, обрабатывается математическим аппаратом программы промышленного компьютера БСИ 6, которая обрабатывает необходимые параметры входного сигнала, и, таким образом, определяет параметры изменения комплексной проводимости емкостного делителя (фиг.4), на основе чего, согласно заложенным в память компьютера критериям на нормы утечки, определяется пригодность данного ввода к дальнейшей эксплуатации.
Для того чтобы обнаружить отличие «просадки» напряжения одной фазы из-за неравномерной нагрузки от изменения модуля вектора фазы вследствие возникшей в данном вводе утечки, компьютер сравнивает показания разных комплектов БПОС, подключенных к одной и той же фазе, вырабатывая таким образом критерий нормировки напряжения этой фазы.
Для повышения надежности и поддержания метрологической стабильности блоки измерения, работающие на открытом воздухе, снабжены устройством подогрева, автоматически поддерживающем положительную температуру в корпусе БИ в холодное время года.
БСИ 6 данного устройства позволяет, кроме основного устройства сигнализации, подключить еще дополнительно до 7 сигнальных устройств.
Данное устройство позволяет, кроме того, используя локальную вычислительную сеть (ЛВС) предприятия, подключать к БСИ 6, кроме ПК оператора, персональные компьютеры ответственных лиц предприятия.
Опции пользовательского ПО, ведущие к изменению параметров устройства, защищены паролями.
1. Устройство для контроля состояния оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа, содержащее соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз с возможностью подключения к блоку измерения, первичный преобразователь для каждой фазы, каждый из которых соединен с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, отличающееся тем, что в блок измерения введен интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит персональный компьютер (ПК) и блок сбора информации на основе промышленного компьютера, один выход которого подключен к ПК, второй - к сигнализатору, а вход соединен с блоком предварительной обработки сигнала по линии связи, при этом блок оцифровки выполнен многоканальным и содержит аналого-цифровые преобразователи для соответствующих фаз, выходы которых подключены к микроконтроллеру.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, элементы присоединения подключены к блоку измерений через блок коммутации и аварийной защиты, который содержит подключенные к каждой фазе перемычки подключения входного сигнала с параллельно включенными и заземленными газовым разрядником, резистором и замыкателем, а каждый преобразователь выполнен в виде двух параллельно включенных резисторов, один из которых находится в блоке коммутации и аварийной защиты, а второй - в блоке предварительной обработки аналогового сигнала.
