Система диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН), применяемых для защиты электрооборудования сетей и подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений. Сущность: система включает датчик тока, проходящего через ОПН, подсоединенный к заземляющей шине, датчик напряжения на ОПН, соединенный с высоковольтной шиной через высоковольтный измерительный трансформатор напряжения, и измерительно-вычислительный блок, выполненный в виде двух модулей обработки соответственно данных тока и напряжения. Модуль обработки данных тока содержит усилитель. Каждый модуль содержит выполненные в виде отдельных блоков аналого-цифровой преобразователь, буфер данных, блок преобразования данных в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник. Оба модуля также содержат соединенный с буфером данных блок вычисления квадратов мгновенных значений соответственно тока через ОПН и напряжения на ОПН, блок вычисления действующих значений гармоник, соединенный с блоком преобразования данных в ряды Фурье, блок вычисления действующего значения соответственно тока через ОПН и напряжения на ОПН, соединенный с выходом соответственно блока вычисления квадратов мгновенных значений тока и напряжения. Модуль обработки данных тока, кроме того, содержит блок вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, блок вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, и блок вычисления действующего значения активной составляющей тока, вызывающей выделение активной мощности в ОПН. Система дополнительно содержит блок отображения данных вычисления действующего значения тока и данных вычисления действующего значения активной составляющей тока, по величине которой диагностируют состояние ОПН. Технический результат: повышение точности и достоверности диагностики. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейных ограничителей перенапряжений, применяемых для защиты электрооборудования сетей и подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений.

При защите оборудования подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений с использованием оксидно-цинковых нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) важное значение имеет стабильность нелинейной вольт-амперной характеристики ОПН. В процессе эксплуатации ОПН может происходить деградация материала резистора ОПН в результате многократного протекания больших импульсных токов через ОПН, нарушение герметичности корпуса ОПН с увлажнением резистора и т.п., что ведет к изменению его вольт-амперной характеристики, увеличению активной составляющей тока через ОПН и росту в нем активных потерь мощности. Все это может привести к выходу ОПН из строя и развитию аварии в сети, где он установлен. В связи с этим большое значение придается (приобретает) непрерывному или периодическому контролю параметров ОПН в процессе их эксплуатации под рабочим напряжением. Известные системы диагностики ОПН, использующие в качестве диагностического параметра активную составляющую тока через ОПН, не обеспечивают достаточно полную информацию об их состоянии, имеют относительно низкую точность измерений и по результатам диагностики возможна ошибочная оценка состояния ОПН.

Известна система диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (см. патент США №7005863, МПК G01R 31/02, 31/28, Н02Н 3/22 (2006.01), 2006) на основе анализа тока через ОПН по третьей гармонике тока проводимости через ОПН, включающая подсоединенный к заземляющей шине датчик тока через ОПН, выполненный в виде регистрирующего модуля, содержащего индукционный датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, блок формирования массива данных тока с буфером хранения данных и коммуникационный элемент, например радиопередающее устройство, для передачи данных из буфера регистрирующего модуля в буфер данных считывающего модуля. Считывающий модуль имеет интерфейс для передачи данных из его буфера в компьютер, в котором производится анализ данных тока, в частности Фурье-анализ для выделения третьей гармоники тока через ОПН. По величине третьей гармоники, которая пропорциональна значению активной составляющей тока через ОПН, определяют величину активного тока и его изменение в процессе эксплуатации ОПН, т.е. производят диагностику состояния ОПН.

Основным недостатком данной системы диагностики является то, что она базируется на анализе третьей гармоники тока проводимости через ОПН. Поскольку для ОПН разных классов напряжения и различной пропускной способности вольт-амперные характеристики не одинаковы, то различаются и значения токов третьих гармоник. При наличии деградационных процессов в ОПН, выражающихся, в частности, в изменении его вольт-амперной характеристики, которая становится более пологой, резко изменяется зависимость амплитуды тока третьей гармоники от полной амплитуды активной составляющей тока. Эта зависимость нелинейная и различается для ОПН различных классов напряжения и их пропускных способностей. В итоге снижается точность и достоверность диагностики состояния ОПН. Необходимость установки регистрирующих модулей для каждого ОПН подстанции делает систему диагностики сложной и ненадежной.

Наиболее близкой к заявленной является система диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (см. заявку Японии №2051075, МПК⁵ G01R 31/00, 19/00; 1990), размещенного между высоковольтной шиной и заземляющим контуром подстанции и соединенного с контуром посредством заземляющей шины, включающая датчик тока через ОПН, подсоединенный входом к заземляющей шине, датчик напряжения на ОПН, подключенный входом к вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения, первичная обмотка которого подсоединена между высоковольтной шиной и заземляющим контуром подстанции, измерительно-вычислительный блок, соединенный с датчиком напряжения и содержащий соединенные последовательно усилитель, блок настройки фазы, аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, блок формирования массивов данных тока и напряжения с первым буфером для хранения данных тока и вторым буфером для хранения данных напряжения и вычислительный модуль для обработки данных первого и второго буферов, имеющий блок преобразования данных буферов в ряды Фурье и первый элемент для вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения, при этом вход усилителя соединен с выходом датчика тока.

Диагностическим параметром данной системы является пиковое значение активной составляющей тока через ОПН. Поэтому токи и напряжения представляют в виде сумм гармоник, в которых определены их амплитуды и начальные фазы относительно начала выборки, которая производится за один период промышленной частоты. Отсюда определяют амплитуды первых гармоник косинусной составляющей тока и синусной составляющей напряжения, по которым вычисляют емкостной коэффициент, позволяющий определить текущее значение суммы гармоник емкостной составляющей тока. Текущее значение суммы гармоник активной составляющей тока находят как разность полного тока и его емкостной составляющей. Далее путем расчета определяют пиковое значение суммы гармоник активной составляющей тока, которое сравнивают с заданным пороговым значением. Превышение пиковой величины порогового значения является свидетельством неисправного состояния ОПН. С учетом сказанного известная система диагностики состояния ОПН имеет следующие недостатки. Диагностика состояния ОПН по пиковой величине активной составляющей тока недостаточно объективна по той причине, что пиковые значения активного тока не строго пропорциональны его действующему значению и могут иметь значительный разброс у диагностируемых ОПН. Результатом этого может быть неверная команда о состоянии ОПН или ее пропуск. Кроме того, в состав активной составляющей тока ОПН, являющейся суммой гармоник, по пиковой величине которой ведется диагностика ОПН, входят все высшие гармоники, порождаемые как нелинейностью резистора ОПН, так и высшими гармониками сети, при этом далеко не все из них вызывают выделение активной мощности в ОПН и его разогрев. Поэтому предложенный способ диагностики недостаточно достоверен. И, наконец, предложенная система имеет низкую точность измерения активной составляющей тока ОПН, поскольку в ней использован компенсационный метод. Величину активной составляющей тока определяют как разность сигналов полного и емкостного токов, поэтому даже небольшая неточность в измерении фазового угла между током и напряжением приводит к многократно возрастающей ошибке.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении точности и достоверности диагностики состояния ОПН под рабочим напряжением за счет использования в качестве диагностического параметра только той части активной составляющей тока через ОПН, которая вызывает в нем потери активной мощности и является прямым следствием деградационных процессов в нелинейных резисторах ОПН.

Технический результат достигается тем, что в системе диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (ОПН), размещенного между высоковольтной и заземляющей шинами, включающей датчик тока, проходящего через ОПН, подсоединенный входом к заземляющей шине, датчик напряжения на ОПН, соединенный с высоковольтной шиной через высоковольтный измерительный трансформатор напряжения, измерительно-вычислительный блок, содержащий соединенные последовательно усилитель, аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, буфер данных тока и напряжения, блок преобразования данных тока и напряжения в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения, при этом выход датчика тока соединен с входом усилителя, а выход датчика напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя напряжения, согласно изобретению измерительно-вычислительный блок выполнен в виде двух модулей обработки соответственно данных тока и напряжения, при этом усилитель входит в состав только модуля обработки данных тока, а аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, буфер данных тока и напряжения, блок преобразования данных тока и напряжения в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения выполнены в виде отдельных блоков обработки соответственно данных тока и напряжения и их содержат соответствующие модули, модуль обработки данных тока и модуль обработки данных напряжения дополнительно содержат соответственно блок вычисления квадратов мгновенных значений тока через ОПН и блок вычисления квадратов мгновенных значений напряжения на ОПН, соединенные соответственно с буфером данных тока и буфером данных напряжения, блок вычисления действующих значений гармоник тока и блок вычисления действующих значений гармоник напряжения, соединенные соответственно с блоком преобразования данных тока в ряды Фурье и с блоком преобразования данных напряжения в ряды Фурье, блок вычисления действующего значения тока через ОПН и блок вычисления действующего значения напряжения на ОПН, соединенные соответственно с выходом блока вычисления квадратов мгновенных значений тока и с выходом блока вычисления квадратов мгновенных значений напряжения, причем модуль обработки данных тока содержит также блок вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, блок вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, и блок вычисления действующего значения активной составляющей тока, вызывающей выделение активной мощности в ОПН, при этом первый вход блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения соединен с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник тока, а второй вход - с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения, первый вход блока вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, соединен с выходом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, а второй и третий входы этого блока соединены с выходами соответственно блока вычисления действующих значений гармоник тока и блока вычисления действующих значений гармоник напряжения, первый вход блока вычисления действующего значения активной составляющей тока соединен с выходом блока вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения напряжения, причем система дополнительно содержит блок отображения информации, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления действующего значения активной составляющей тока, по величине которой диагностируют состояние ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения тока.

Достижению технического результата способствует то, что модули обработки данных тока и напряжения выполнены в виде микроконтроллеров.

Достижению технического результата способствует также то, что датчик тока выполнен в виде соединенных параллельно ножевого рубильника и защитного резистора.

Достижению технического результата способствует также то, что датчик тока выполнен в виде токоизмерительных клещей, при этом система дополнительно содержит блок настройки фазы, а выход датчик тока соединен с входом усилителя через блок настройки фазы.

Достижению технического результата способствует и то, что выходы блоков вычисления начальных фаз гармоник напряжения, вычисления действующих значений гармоник напряжения и вычисления действующего значения напряжения модуля обработки данных напряжения соединены с входами соответственно блоков вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН и вычисления действующего значения активной составляющей тока модуля обработки данных тока посредством кабельной связи или радиосвязи.

Сущность заявленной системы диагностики ОПН заключается в определении активной составляющей тока, проходящего через ОПН, путем определения угла сдвига фаз φ между током и напряжением. Известно, что ток через ОПН является суммой нечетных гармонических составляющих. Величина активных потерь P₁ в ОПН при отсутствии в напряжении сети высших гармоник определяется уравнением:

где u₁(t), i₁(t) - мгновенные значения напряжений и токов первой гармоники,

U_1d, I_1d - действующие значения напряжений и токов первой гармоник,

Т - период напряжения промышленной частоты.

С другой стороны, величина активных потерь, определяемая как сумма интегралов произведения первой гармоники напряжения сети на высшие гармоники тока, равна нулю, то есть:

где n - натуральный ряд чисел (1, 2, 3…n);

Следовательно, при отсутствии в напряжении сети высших гармоник основным диагностическим параметром ОПН является величина активного тока первой гармоники, которая вызывает в нем активные потери. Деградационные процессы в ОПН проявляются в росте активных потерь, вызываемых ростом первой гармоники. При этом растут также токи высших гармоник тока через ОПН. Но, как показано выше, при отсутствии высших гармоник в напряжении сети возрастание высших гармоник тока не оказывает влияния на величину активных потерь.

При наличии высших гармоник в напряжении сети через ОПН протекают токи высших гармоник, создаваемые высшими гармониками напряжения, которые создают дополнительные активные потери в ОПН. В предлагаемой системе диагностирование состояния ОПН осуществляется по величине суммы действующих значений гармоник тока, вызывающих потери активной мощности в ОПН, его разогрев и соответственно деградацию, что обеспечивает более точную и достоверную оценку текущего состояния ОПН.

Более глубокая диагностика ОПН достигается путем регистрации и анализа соотношений высших гармоник тока и первой гармоники активной составляющей тока. По этим соотношениям можно судить о причине изменения параметров ОПН. При пропорциональном росте всех гармоник активной составляющей тока имеет место изменение вольт-амперной характеристики нелинейного резистора ОПН, т.е. его деградация. Рост только первой гармоники активной составляющей тока свидетельствует о разгерметизации корпуса ОПН и увлажнении его резистора.

Сущность изобретения и его преимущества могут быть более детально пояснены нижеследующими рисунками, на которых изображены:

Фиг.1 - блок-схема системы диагностики ОПН;

Фиг.2 - блок-схема системы диагностики ОПН с подсоединением датчика тока в разрыв заземляющей шины ОПН;

Фиг.3 - блок-схема системы диагностики ОПН с бесконтактным подсоединением датчика тока к заземляющей шине ОПН.

Система диагностики (см. Фиг.1-3) под рабочим напряжением состояния ОПН 1, который размещен между высоковольтной шиной 2 и заземляющей шиной 3, включает датчик тока 4, проходящего через ОПН, подсоединенный своим входом к заземляющей шине 3, датчик напряжения 5 на ОПН, соединенный с высоковольтной шиной 2 через высоковольтный измерительный трансформатор напряжения 6 и измерительно-вычислительный блок 7. Измерительно-вычислительный блок 7 выполнен в виде двух модулей обработки данных соответственно тока 8 и напряжения 9.

Модуль обработки данных тока 8 содержит усилитель 10, на вход которого поступает сигнал с датчика тока 4, и соединенные с ним последовательно аналого-цифровой преобразователь тока 11 и буфер данных тока 12, а также блоки преобразования данных тока в ряды Фурье 13 и вычисления квадратов мгновенных значений тока 14, входы которых соединены с выходом буфера данных тока 12. Выход блока преобразования данных тока в ряды Фурье 13 соединен с входами блоков вычисления начальных фаз гармоник тока 15 и вычисления действующих значений гармоник тока 16, а выход блока вычисления квадратов мгновенных значений тока 14 соединен с входом блока вычисления действующего значения тока 17. Выход блока вычисления начальных фаз гармоник тока 15 соединен с первым входом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения 18. Второй вход блока 18 соединен с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения 19, первый вход блока вычисления и суммирования активной мощности 20, выделяемой в ОПН, соединен с выходом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения 18, а второй и третий входы блока 20 соединены с выходами блока вычисления действующих значений гармоник тока 16 и блока вычисления действующих значений гармоник напряжения 21, первый вход блока вычисления действующего значения активной составляющей тока 22 соединен с выходом блока вычисления и суммирования активной мощности 20, выделяемой в ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения напряжения 23. Система диагностики дополнительно содержит блок отображения информации 24, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления действующего значения активной составляющей тока 22, по величине которой диагностируют состояние ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения тока 17.

Модуль обработки данных напряжения 9 содержит аналого-цифровой преобразователь напряжения 25, на вход которого поступает сигнал с датчика напряжения 5, и соединенный с ним последовательно буфер данных напряжения 26. Модуль также содержит блоки преобразования данных напряжения в ряды Фурье 27 и вычисления квадратов мгновенных значений напряжения 28, входы которых соединены с выходом буфера данных напряжения 26. Выход блока преобразования данных напряжения в ряды Фурье 27 соединен с входом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения 19 и входом блока вычисления действующих значений гармоник напряжения 21, а выход блока вычисления квадратов мгновенных значений напряжения 28 соединен с входом блока вычисления действующего значения напряжения 23.

Датчик тока 4 может быть выполнен (см. Фиг.2) в виде соединенных параллельно ножевого рубильника 31 и защитного резистора 32 или в виде токоизмерительных клещей 33 (см. Фиг.3). Во втором случае система диагностики дополнительно содержит блок настройки фазы 34, включенный таким образом, что выход датчик тока 4 соединен с входом усилителя 10 через блок 34. Такие варианты выполнения делают систему диагностики универсальной в отношении различных типов датчиков тока.

Модуль обработки данных тока 8 и модуль обработки данных напряжения 9 могут быть выполнены в виде микроконтроллеров, что делает их компактными, повышает мобильность, обеспечивает удобство в эксплуатации и пониженное энергопотребление.

Выходы блоков вычисления начальных фаз гармоник напряжения 19 (см. Фиг.1), вычисления действующих значений гармоник напряжения 21 и вычисления действующего значения напряжения 23 модуля 9 соединены соответственно с входами блоков вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения 18, вычисления и суммирования активной мощности 20, выделяемой в ОПН, и вычисления действующего значения активной составляющей тока 22 модуля обработки данных тока 8 посредством кабельной связи 29 или радиосвязи 30 (см. Фиг.2, 3). Кабельную связь 29 между модулями 8 и 9 наиболее целесообразно использовать на крупных подстанциях с большим числом ОПН в качестве стационарного элемента автоматизированной системы управления и контроля. Радиосвязь 30 между модулями 8 и 9 делает систему диагностики мобильной и позволяет использовать ее на сетевых участках с большим числом подстанций и защитных аппаратов ОПН.

Работа системы диагностики осуществляется следующим образом. Для проведения измерений модуль обработки данных тока 8 подключают к выходу датчика тока 4 и включают электрическое питание модуля от автономного источника, например аккумулятора или щелочной батареи, которые могут быть встроены в корпус модуля (на Фиг.1-3 не показан). Модуль обработки данных напряжения 9 подключают к выходу датчика напряжения 5, в качестве которого может служить высокоомный делитель напряжения. После подключения на модуль 9 подают электрическое питание от автономного источника или от электрической сети.

В варианте подсоединения датчика тока в разрыв заземляющей шины 3 (см. Фиг.2) модуль обработки данных тока 8 подключают к защитному резистору 32 и размыкают ножевой рубильник 31. В варианте осуществления изобретения с бесконтактным подсоединением датчика тока к заземляющей шине 3 (см. Фиг.3) модуль обработки данных тока 8 подключают к токоизмерительным клещам 33 через блок настройки фазы 34.

Затем осуществляют измерение активной составляющей тока через ОПН 1, вызывающей в нем выделение активной мощности. Процесс измерения протекает следующим образом. Тактовые генераторы частоты и делители частоты, встроенные в модули 8 и 9 (на Фиг.1-3 не показаны), задают частоту дискретизации измеряемых напряжения и тока, которая поступает на аналого-цифровые преобразователи 11, 25 указанных модулей. При этом задают цикл измерений t_изм, по времени равный произведению заданного числа периодов частоты сети N на период частоты сети Т:

Выбор числа периодов N частоты сети осуществляют исходя из оптимального соотношения точности и длительности измерения. Большая величина N обеспечивает высокую точность, но увеличивает длительность измерения. Достаточная для практики точность измерения может быть обеспечена при N≥10.

Данные измерений за каждый цикл сохраняются в буферах данных тока 12 и напряжения 26. Соответствующие блоки 13 и 27 обоих модулей обеспечивают математическую обработку данных буферов 12, 26 путем преобразования измеренных данных тока и напряжения в ряды Фурье, представляющие собой ряд гармоник тока и напряжения, которые также сохраняются в этих буферах данных. Одновременно в блоках 14 и 28 производят вычисления квадратов мгновенных значений тока и напряжения. Далее в блоках 15, 19 производят вычисление начальных фаз гармоник тока и напряжения, а в блоках 16 и 21 - вычисление действующих значений гармоник тока и напряжения. На основе вычисленных в блоках 14 и 28 величин квадратов мгновенных значений тока и напряжения определяют действующие значения тока и напряжения в соответствующих блоках 17 и 23.

Для измеряемого тока эти операции математически можно записать следующим образом:

где A_Sn - коэффициенты гармоник синусных составляющих ряда Фурье;

А_Cn - коэффициенты гармоник косинусных составляющих ряда Фурье;

Т и ω - период и круговая частота напряжения сети (ω=2·π·50);

n - натуральный ряд чисел (1, 2, 3…n);

i(t) - мгновенное значение тока через ОПН;

I_d - действующее значение полного тока через ОПН;

I_n - действующие значения гармоник тока через ОПН.

По результатам вычисления кэффициентов A_Sn и A_Cn вычисляют начальную фазу n-й гармоники тока относительно начала цикла измерения. Порядок вычисления действующих значений гармоник напряжения, их начальных фаз и накопление квадратов мгновенных значений измеряемых напряжения и его действующего значения в модуле обработки данных напряжения 9 аналогичен.

По окончании измерения напряжения и обработки данных в модуле обработки данных напряжения 9 результаты вычислений передают в случае кабельной связи 29 между модулями 8 и 9 в блок приема сигнала (на Фиг.1-3 не приведен) модуля обработки данных тока 8 посредством любого из существующих интерфейсов передачи информации.

В случае радиосвязи результаты вычислений в модуле обработки данных напряжения 9 передают в блок формирования сигнала модуля обработки данных напряжения 9 (на Фиг.1-3 не приведен), где в цифровом виде формируется сигнал универсального асинхронного приемопередающего протокола. Далее цифровой сигнал передают на радиопередатчик модуля 9, с которого сигнал поступает на радиоприемник модуля обработки данных тока 8 и далее в блок приема сигнала этого модуля.

Цикл измерения начинается с начала приема начальных фаз гармоник напряжения, поступивших в блок приема сигнала модуля обработки данных тока 8. Принятые данные напряжения, как и данные тока, используют для вычисления разности фаз между гармониками напряжения и тока в блоке 18:

Разность фаз первой гармоники Δφ₁ приводят к диапазону (-30°; 90°] путем циклического вычитания или прибавления 120° и одновременно с этим к разности фаз высших гармоник Δφ_n соответственно прибавляют или вычитают n·120°.

Полученные таким образом исходные данные поступают в блок 20 вычисления и суммирования активной мощности Р, выделяемой в ОПН, и далее в блок 22 вычисления действующего значения активной составляющей тока I_акт, вызывающего выделение активной мощности в ОПН согласно формулам:

В результате измерений определяют соотношение величины активной составляющей тока I_акт, вызывающего выделение активной мощности в ОПН, и действующего значения полного тока I_d через ОПН.

Полученный нормативный коэффициент К является диагностическим фактором заявленной системы диагностики. При нормальном состоянии ОПН величина К лежит в пределах 4-7%. В том случае, если величина К превышает 10%, можно констатировать, что в ОПН началась деградация материала резистора ОПН или произошла разгеметизация ОПН. В этом случае для оценки динамики деградационного процесса необходимо увеличить частоту диагностических измерений. Когда величина К превышает 40%, необходим срочный вывод ОПН из эксплуатации, поскольку возможно лавинообразное нарастание тока и аварийное разрушение ОПН.

Предлагаемая система диагностики позволяет также определить причину недопустимого увеличения активной составляющей тока I_акт, вызывающего выделение активной мощности в ОПН. Это осуществляется путем сравнения активной составляющей тока I_акт и процентного отношения действующих значений токов ряда высших гармоник полного тока к действующему значению первой гармоники полного тока. При пропорциональном возрастании этих параметров причиной возрастания активной составляющей тока является деградация материала резистора ОПН. В том случае, если с ростом активной составляющей тока возрастание процентного отношения действующих значений токов ряда гармоник к действующему значению первой гармоники полного тока не наблюдается, причиной роста активной составляющей тока является разгерметизация корпуса ОПН и увлажнение внутренних компонентов ОПН.

С периодичностью t_изм измеренные величины поступают в блок отображения информации 24, в качестве которого может быть использован, например, жидкокристаллический индикатор.

На индикатор, кроме действующего значения полного тока, протекающего через ОПН, и действующего значения активной составляющей тока, вызывающей выделение активной мощности в ОПН, может быть также выведена следующая информация:

- процентное отношение действующего значения активной составляющей тока к действующему значению полного тока, протекающего через ОПН (нормативный коэффициент К);

- процентное отношение действующих значений токов ряда высших гармоник полного тока к действующему значению первой гармоники полного тока;

- фазовый угол сдвига между приложенным к ОПН напряжением и током первой гармоники полного тока, протекающего через ОПН.

Кроме этого, пиктограммами на жидкокристаллическом индикаторе может быть отображена информация об уровне разряда автономного источника питания модуля обработки данных тока 8, а также уровень радиосигнала, поступающего с модуля обработки данных напряжения 9.

При выполнении модулей обработки данных тока 8 и напряжения 9 на базе микроконтроллеров все указанные выше математические операции (формулы 3-11) выполняются программами микроконтроллеров.

Использование в предлагаемой системе диагностики в качестве диагностического параметра только той части активной составляющей тока через ОПН, которая вызывает в нем потери активной мощности и является прямым следствием деградационных процессов в нелинейных резисторах ОПН или разгерметизации ОПН, позволяет повысить точность и достоверность диагностики состояния ОПН под рабочим напряжением. Оценка состояния ОПН по величине нормативного коэффициента К обеспечивает высокую промышленную применимость и универсальность системы диагностики, поскольку она может использоваться для оценки состояния ОПН различных классов напряжения и пропускной способности.

Достоинством предлагаемой системы диагностики является то, что для ОПН одного класса напряжения подстанции не требуется установки датчиков напряжения на всех фазных измерительных трансформаторах напряжения, поскольку сдвиг фаз автоматически учитывается в измерительно-вычислительном блоке. Система диагностики ОПН согласно изобретению может быть использована на подстанциях в качестве стационарного элемента автоматизированной системы управления и контроля, а также на сетевых участках с большим числом подстанций в качестве мобильного диагностического комплекса. Система диагностики содержит стандартные элементы. Она существенно повышает надежность защитного оборудования подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений.

1. Система диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (ОПН), размещенного между высоковольтной и заземляющей шинами, включающая датчик тока, проходящего через ОПН, подсоединенный входом к заземляющей шине, датчик напряжения на ОПН, соединенный с высоковольтной шиной через высоковольтный измерительный трансформатор напряжения, измерительно-вычислительный блок, содержащий соединенные последовательно усилитель, аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, буфер данных тока и напряжения, блок преобразования данных тока и напряжения в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения, при этом выход датчика тока соединен с входом усилителя, а выход датчика напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя напряжения, отличающаяся тем, что измерительно-вычислительный блок выполнен в виде двух модулей обработки соответственно данных тока и напряжения, при этом усилитель входит в состав только модуля обработки данных тока, а аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, буфер данных тока и напряжения, блок преобразования данных тока и напряжения в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения выполнены в виде отдельных блоков обработки соответственно данных тока и напряжения и их содержат соответствующие модули, модуль обработки данных тока и модуль обработки данных напряжения дополнительно содержат соответственно блок вычисления квадратов мгновенных значений тока через ОПН и блок вычисления квадратов мгновенных значений напряжения на ОПН, соединенные соответственно с буфером данных тока и буфером данных напряжения, блок вычисления действующих значений гармоник тока и блок вычисления действующих значений гармоник напряжения, соединенные соответственно с блоком преобразования данных тока в ряды Фурье и с блоком преобразования данных напряжения в ряды Фурье, блок вычисления действующего значения тока через ОПН и блок вычисления действующего значения напряжения на ОПН, соединенные соответственно с выходом блока вычисления квадратов мгновенных значений тока и с выходом блока вычисления квадратов мгновенных значений напряжения, причем модуль обработки данных тока содержит также блок вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, блок вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН и блок вычисления действующего значения активной составляющей тока, вызывающей выделение активной мощности в ОПН, при этом первый вход блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения соединен с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник тока, а второй вход - с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения, первый вход блока вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, соединен с выходом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, а второй и третий входы этого блока соединены с выходами соответственно блока вычисления действующих значений гармоник тока и блока вычисления действующих значений гармоник напряжения, первый вход блока вычисления действующего значения активной составляющей тока соединен с выходом блока вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения напряжения, причем система дополнительно содержит блок отображения информации, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления действующего значения активной составляющей тока, по величине которой диагностируют состояние ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения тока.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что модули обработки данных тока и напряжения выполнены в виде микроконтроллеров.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик тока выполнен в виде соединенных параллельно ножевого рубильника и защитного резистора.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик тока выполнен в виде токоизмерительных клещей, при этом система дополнительно содержит блок настройки фазы, а выход датчик тока соединен с входом усилителя через блок настройки фазы.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что выходы блоков вычисления начальных фаз гармоник напряжения, вычисления действующих значений гармоник напряжения и вычисления действующего значения напряжения модуля обработки данных напряжения соединены с входами соответственно блоков вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, и вычисления действующего значения активной составляющей тока модуля обработки данных тока посредством кабельной связи или радиосвязи.