Способ мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока



Способ мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока

 


Владельцы патента RU 2521745:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике. Технический результат заключается в повышении точности определения остаточного ресурса изоляции и, следовательно, в обеспечении своевременного принятия мер для сохранения работоспособности защищаемого высоковольтного оборудования при перенапряжениях путем ограничения или снижения напряжения или отключения высоковольтного оборудования. Способ оценивает остаточный ресурс изоляции путем вычитания из него части ресурса, определяемой на каждом полупериоде напряжения как отношение продолжительности полупериода к величине допустимого времени нахождения изоляции под напряжением с данным действующим значением. Начальный ресурс изоляции принимается равным 1. Новым в способе являются операции, позволяющие повысить точность определения действующего значения напряжения (в общем случае несинусоидального) по измерениям напряжения в равномерные моменты времени. С указанной целью измерения напряжения преобразуют в отсчеты промежуточного сигнала путем возведения их в квадрат, подвергают промежуточный сигнал дополнительному усреднению, взвешивая с коэффициентом 1/4 сумму его текущего и предыдущих трех отсчетов, сдвинутых относительно текущего отсчета на фиксированные моменты времени, равные 1/6, 1/2, и 2/3 или 1/4, 1/2, и 4/5 от числа отсчетов на периоде измеряемого напряжения номинальной частоты, если упомянутое число отсчетов делится нацело на 6 или 20 соответственно. Действующее значение напряжения определяется путем извлечения квадратного корня из усредненной суммы отсчетов промежуточного сигнала на числе измерений за период электрического напряжения. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике.

В противоаварийной автоматике широкое применение получило электромеханическое устройство, реализующее способ мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока, основанный на измерении действующего значения напряжения [1] и определяющий ресурс изоляции как допустимое время воздействия на изоляцию измеренного напряжения. В качестве пускового органа устройства используется максимальное реле напряжения типа РН-58. Из-за того что реле РН-58 имеет низкий коэффициент возврата, устройство имеет низкую чувствительность.

Известно также микроэлектронное устройство, реализующее способ мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока [2], согласно которому определяют действующее значение напряжения путем измерения средневыпрямленного значения и определяют ресурс изоляции тоже как допустимое время воздействия на изоляцию данного уровня напряжения. Поскольку средневыпрямленное значение пропорционально действующему значению только при синусоидальной форме напряжения, то при искажении формы его кривой, например при появлении в напряжении гармоник, оценка действующего значения будет иметь значительную погрешность. Это снижает точность мониторинга ресурса изоляции.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является способ, реализованный в микропроцессорном устройстве мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока [3]. В этом способе, взятом за прототип, ресурс изоляции определяется как допустимое время воздействия напряжения с данным действующим значением на изоляцию оборудования согласно вольт-секундной характеристике оборудования [4]. Для определения действующего значения в прототипе измеряют электрическое напряжение в равномерно фиксированные моменты времени, преобразуют измерения в отсчеты промежуточного сигнала путем возведения их в квадрат, определяют усредненную сумму отсчетов промежуточного сигнала на числе измерений за период электрического напряжения и извлекают квадратный корень из усредненной суммы. При этом число измерений электрического напряжения за период имеет фиксированное значение и задается для напряжения номинальной частоты. Поэтому при отклонении частоты сети от номинального значения в оценке действующего значения появляется смещение, вызванное недостаточным подавлением оператором усреднения переменной составляющей в промежуточном сигнале, включающей в себя составляющие суммарных частот, появляющиеся из-за гармоник во входном сигнале при возведении его отсчетов в квадрат. Это снижает точность определения ресурса изоляции.

Цель изобретения заключается в повышении точности способа мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока за счет уменьшения погрешности измерения действующего значения напряжения, особенно при искажении формы кривой и отклонении частоты сети от номинальной, за счет дополнительного подавления переменной составляющей в промежуточном сигнале.

Поставленная цель достигается тем, что в способе мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока, согласно которому измеряют электрическое напряжение в равномерно фиксированные моменты времени, преобразуют измерения в отсчеты промежуточного сигнала путем возведения их в квадрат, определяют усредненную сумму отсчетов промежуточного сигнала на числе измерений за период электрического напряжения и определяют действующее значение напряжения посредством извлечения квадратного корня из усредненной суммы и оценивают остаточный ресурс изоляции путем вычитания из него части ресурса, определяемой на каждом полупериоде кривой напряжения как отношение продолжительности полупериода напряжения к величине допустимого времени нахождения изоляции оборудования под напряжением с данным действующим значением, предлагается подвергнуть промежуточный сигнал дополнительному усреднению путем взвешивания с коэффициентом 1/4 суммы его текущего и предыдущих трех отсчетов, сдвинутых относительно текущего отсчета на фиксированные моменты времени, равные 1/6, 1/2, и 2/3 или 1/4, 1/2, и 4/5 от числа отсчетов на периоде измеряемого напряжения номинальной частоты, если упомянутое число отсчетов делится нацело на 6 или 20 соответственно.

На фигуре 1 показаны амплитудно-частотные характеристики операторов усреднения прототипа и предлагаемого способа (при частоте дискретизации fs=1200 Гц основной гармонике соответствует

нормированная частота ω T s = π 12 ).

Способ преобразует входное напряжение в дискретный сигнал, измеряя напряжение в равномерно фиксированные моменты времени kTs, где k - номер дискреты, Ts - период дискретизации, и формирует отсчеты промежуточного сигнала путем возведения измеренных значений в квадрат. Например, для измерений напряжения

u(k)=А1sin(kTsω1)+А2sin(kTs1)

промежуточный сигнал ut(k) будет следующим:

u t ( k ) = u 2 ( k ) = A 1 2 sin 2 ( k T s ω 1 ) + A 2 2 sin 2 ( k T s 2 ω 1 ) + 2 A 1 A 1 sin ( k T s ω 1 ) sin ( k T s 2 ω 1 ) . ( 1 )

Используя известные тригонометрические тождества, несложно показать, что промежуточный сигнал (1)

u t ( k ) = U 2 + u a ( k ) ( 2 )

будет включать в себя постоянную составляющую, равную квадрату действующего значения напряжения

U 2 = ( A 1 2 ) 2 + ( A 2 2 ) 2 ,

и переменную составляющую

u a ( k ) = 1 2 A 1 2 cos ( k T s 2 ω 1 ) 1 2 A 2 2 cos ( k T s 4 ω 1 ) + A 1 A 2 [ cos ( k T s ω 1 ) cos ( k T s 3 ω 1 ) ] ( 3 )

подлежащую удалению. В прототипе это достигается усреднением промежуточного сигнала ut(k) на периоде основной гармоники измеряемого напряжения:

U 2 = 1 N m = k N + 1 k u t ( m ) . ( 4 )

Число отсчетов N выбирается таким образом, чтобы произведение NTs было равно периоду T = 2 π ω 1 n напряжения при номинальной частоте сети, т.е. чтобы N = 2 π / ( ω 1 n T s ) . Тогда при ω11n слагаемые (3) будут подавлены оператором усреднения (4) полностью. Это следует непосредственно из АЧХ прототипа (фиг.1, кривая 1), согласно которой коэффициенты усиления составляющих с нормированными частотами ω1nTs=0.262, 2ω1nTs=0.524, 3ω1nTs=0.785 и 4ω1nTs=1.047 равны нулю. Однако отклонение частоты сети от номинального значения ω1n, например, после ликвидации асинхронного режима значительно ухудшает подавляющие свойства оператора усреднения (4) на указанных частотах, в связи с чем в оценке действующего значения появляется смещение. В силу особенностей АЧХ оператора (4) наибольшая погрешность возникает при снижении частоты. Например, в случае снижения частоты сети до 45 Гц (из-за асинхронного режима дефицитной части электрической системы [5]) и одновременного возникновения параметрического резонанса на второй гармонике [6], погрешность определения прототипом действующего значения напряжения при A1=A2 достигает 11%. Из-за этого прототип имеет недопустимо большую погрешность в оценке ресурса изоляции в этих режимах электрической сети.

В предлагаемом способе отрицательное влияние отклонения частоты на подавление слагаемых переменной составляющей (3) исключается путем дополнительного усреднения промежуточного сигнала (2) путем взвешивания с коэффициентом 1/4 суммы его текущего и предыдущих трех отсчетов, сдвинутых относительно текущего отсчета на фиксированные моменты времени, равные 1/6, 1/2, и 2/3 или 1/4, 1/2, и 4/5 от числа отсчетов на периоде измеряемого напряжения номинальной частоты, если упомянутое число отсчетов делится нацело на 6 или 20 соответственно. То есть оператор дополнительного усреднения us(k) будет равен

u S ( k ) = 1 4 [ u t ( k ) + u t ( k N 6 ) + u t ( k N 2 ) + u t ( k 2 N 3 ) ] ,

если число отсчетов N на периоде делится нацело на 6, или

u S ( k ) = 1 4 [ u t ( k ) + u t ( k N 4 ) + u t ( k N 2 ) + u t ( k 4 N 5 ) ] ,

если N делится нацело на 20.

Квадрат действующего значения определяется аналогично (4), но усреднение производится уже для сигнала us(k) после дополнительного усреднения ut(k):

U 2 = 1 N m = k N + 1 k u s ( m ) .

Дополнительное усреднение усиливает подавление составляющих (3), и, как видно, из АЧХ (фиг.1, кривая 2), на первой и третьей гармониках характеристика имеет седловидный характер. Такое свойство АЧХ предлагаемого способа особенно важно при определении действующего значения напряжения в режиме параметрического резонанса и при отклонении частоты сети от номинального значения, когда, как это видно из (3), амплитуды первой и третьей гармоник имеют в промежуточном сигнале преобладающий характер. Сравнение подавляющих свойств АЧХ прототипа и предлагаемого способа при определении действующего значения напряжения в режиме параметрического резонанса на второй гармонике (частота сети 45 Гц) показывает, что новый способ имеет лучшие подавляющие свойства (табл.1), а значит, и более высокую точность.

Для работы способа не важно, богат ли сигнал высшими гармониками или содержит лишь составляющую основной гармоники. Предпринимаемые способом действия будут инвариантны на множестве предусмотренных в нем операций.

Таблица 1
№ гармоники Частота составляющей, Гц Коэффициент усиления АЧХ прототипа, hп Коэффициент усиления АЧХ предлагаемого способа, hc hп/hc
1 45 0.1096 0.0153 7.16
2 90 0.1049 0.0587 1.79
3 135 0.0974 0.0069 14.12
4 180 0.087 0.022 3.96

Остаточный ресурс изоляции rm на данном полупериоде напряжения определяется путем вычитания из остаточного ресурса предыдущего полупериода rm-1 части ресурса Δrm

rm=rm-1-Δrm

Часть ресурса Δrm, которую теряет изоляция после воздействия напряжения данного полупериода, находится как отношение продолжительности полупериода напряжения Тп=0.01 с к величине допустимого времени Tдоп,m нахождения изоляции оборудования под напряжением с действующим значением Um m-го полупериода, т.е.

Δ r m = T п Т д о п , m .

Величина допустимого времени Tдоп, m определяется по ВСХ (таблицы Б.1 й Б.2 [4]). Например, при повышении действующего значения напряжения на силовых трансформаторах с номинальным напряжением 500 кВ до значения U=603,75 кВ (115% от наибольшего рабочего напряжения 525 кВ) из ВСХ следует, что Tдоп, m=5 мин.

Величина допустимого времени Tдоп, m при напряжении, действующее значение которого находится между двумя табличными значениями, определяется путем интерполирования.

Мониторинг ресурса позволяет принять своевременные меры, направленные на ограничение, снижение напряжения или отключение высоковольтного оборудования при перенапряжениях.

Таким образом, предлагаемый способ мониторинга остаточного ресурса изоляции повышает точность измерения действующего значения напряжения при отклонении частоты от номинального значения и при наличии в напряжении высших гармоник, а значит, повышает точность мониторинга ресурса изоляции.

Литература

1. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. - М: Энергоиздат. 1981 (стр.421).

2. Розенблюм Ф.М., Салова В.Г., Брухис Г.Л., Гладышев В.А., Глускин И.З. Устройство автоматического ограничения повышения напряжения на базе шкафа автоматики ШП 2704 // Электрические станции. №4. 1989 (стр.61-62).

3. Дьяков А.Ф., Овчаренко Н.И. Микропроцессорная автоматика и релейная защита электроэнергетических систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ. 2008 (стр.256).

4. ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1998 (таблицы Б.1, Б.2).

5. Гоник Я.Е., Иглицкий Е.С. Автоматика ликвидации асинхронного режима. - М: Энергоатомиздат. 1988 (стр.71).

6. Левиуш А.И., Катунян В.И. Исследование на математической модели параметрического резонанса на второй гармонике для анализа работы релейной защиты ВЛ // Электричество. №1. 1990. (стр.57-62).

Способ мониторинга ресурса изоляции высоковольтного оборудования переменного тока, согласно которому измеряют электрическое напряжение в равномерно фиксированные моменты времени, преобразуют измерения в отсчеты промежуточного сигнала путем возведения их в квадрат, определяют усредненную сумму отсчетов промежуточного сигнала на числе измерений за период электрического напряжения и определяют действующее значение напряжения, извлекая квадратный корень из усредненной суммы, и оценивают остаточный ресурс изоляции путем вычитания из него части ресурса, определяемой на каждом полупериоде кривой напряжения как отношение продолжительности полупериода напряжения к величине допустимого времени нахождения изоляции оборудования под напряжением с данным действующим значением, отличающийся тем, что промежуточный сигнал подвергается дополнительному усреднению путем взвешивания с коэффициентом 1/4 суммы его текущего и предыдущих трех отсчетов, сдвинутых относительно текущего отсчета на фиксированные моменты времени, равные 1/6, 1/2, и 2/3 или 1/4, 1/2, и 4/5 от числа отсчетов на периоде измеряемого напряжения номинальной частоты, если упомянутое число отсчетов делится нацело на 6 или 20 соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения уровня перенапряжений и тока однофазного замыкания в электросетях. Способ заключается в том, что нейтраль заземляется при помощи конденсаторов и реактора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокочастотных энергосистемах. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, уменьшение затрат и расширение области применения.

Изобретение относится к области электротехники. Способ заключается в том, что нейтраль заземляется через соединенные последовательно друг с другом емкостные и резистивный элементы, а между фазами сети подключаются дополнительные емкости.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к защитной схеме блока электропитания установки постоянного напряжения, дающей экономичную возможность выполнения электронного предохранителя в выходном контуре регулируемого блока электропитания.

Изобретение относится к соединителям для инверторов. .

Изобретение относится к предохранительному устройству для защиты электрической системы. .

Изобретение относится к предохранительному устройству (1), предназначенному для защиты электрической системы. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения соответствия требованиям взрывозащищенности. .

Представлен и описан элемент защиты от перенапряжения с корпусом и по меньшей мере одним установленным в корпусе ограничивающим перенапряжение компонентом, прежде всего газонаполненным разрядником (1), искровым разрядником, защитным диодом (2) или варистором. Согласно изобретению контроль работоспособности и состояния элемента защиты от перенапряжения во время работы является возможным за счет того, что с ограничивающим перенапряжение компонентом соотнесен контролирующий компонент, который регистрирует протекающий через ограничивающий перенапряжение компонент ток (i), и что предусмотрен блок обработки результатов, оценивающий сигнал контролирующего компонента. Технический результат - возможность контроля работоспособности и состояния элемента защиты от перенапряжения во время работы. 2н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности определения остаточного ресурса изоляции. Согласно способу определяют абсолютное максимальное значение на каждом полупериоде кривой напряжения и оценивают остаточный ресурс путем вычитания из него части ресурса, определяемой на каждом полупериоде кривой напряжения как отношение продолжительности полупериода напряжения к величине допустимого времени нахождения изоляции оборудования под напряжением с максимальным значением полупериода. При этом измеряют электрическое напряжение в равномерно фиксированные моменты времени и формируют отсчеты выпрямленного сигнала путем определения абсолютных значений измерений, сравнивают отсчеты выпрямленного сигнала с заданным порогом и выделяют отрезок, расположенный между двумя отсчетами ниже порога и отсчеты которого выше упомянутого порога, находят среди отсчетов выделенного отрезка отсчет с максимальным значением, а затем выбирают заданное число отсчетов слева и справа от него. Через найденные отсчеты проводят интерполяционную кривую с единственным максимумом и принимают ее максимум за абсолютное максимальное значение электрического напряжения на полупериоде. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам контролируемого инициирования молниевых разрядов, которые могут быть использованы при молниезащите важных объектов от грозового электричества и при искусственных воздействиях на облачные процессы с целью регулирования их электрической активности. Молниезащита осуществляется за счет отвода тока молнии в безопасное для защищаемого объекта место. Задачей изобретения способа является упрощение, удешевление, повышение надежности и расширение возможностей применения способа инициирования молниевых разрядов. Поставленная задача решается следующим образом. Способ инициирования молниевых разрядов включает дистанционное определение предразрядного состояния и координат грозовых ячеек, а также создание плазменного токопроводящего канала. При этом плазменный токопроводящий канал создают синхронизированным подрывом серии артиллерийских боеприпасов плазменно-оптического действия. Точки подрыва располагают так, чтобы ионизированные области, возникающие в атмосферном воздухе при срабатывании боеприпасов плазменно-оптического действия, располагались с перекрытием по цепочке в направлении от грозовой ячейки к поверхности земли или к соседней грозовой ячейке. Перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия может быть осуществлено изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего. Перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия также может быть осуществлено изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего. Кроме того, перекрытие ионизированных областей в атмосферном воздухе от срабатывания боеприпасов плазменно-оптического действия может быть осуществлено одновременным изменением направления полета каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего и изменением времени срабатывания каждого последующего боеприпаса в серии относительно предыдущего. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и содержит модуль ограничителей напряжения (МОН), входной, промежуточный и выходной силовые ключи (СК), дроссель, второй диод, модуль контроля и управления (МКУ), входную плавкую вставку, плюсовой и минусовой входы и плюсовой и минусовой выходы. Технический результат - возможность использования в качестве силовых ключей тиристоров. При защите от сбоев и повреждений осуществляется поэтапное гашение избыточной энергии с помощью шунтирующих и рассеивающих энергию средств без отключения нагрузки от сети, а при достижении предельно больших величин рассеиваемой энергии защиту осуществляют путем отключения комбинированного сетевого защитного устройства от сети. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в противоаварийной автоматике для автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН) высоковольтного оборудования. Техническим результатом является повышение эффективности эксплуатации высоковольтного оборудования за счет более точной оценки остаточного ресурса изоляции высоковольтного оборудования и повышения гибкости осуществления технических мероприятий по ликвидации перенапряжения. В способе автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования измеряют электрическое напряжение, делят диапазон возможных перенапряжений на ступени и на каждой из них осуществляют соответствующие технические мероприятия, направленные на ликвидацию перенапряжения. Контролируют признак отказа технических мероприятий ступени и при его появлении приводят в действие технические мероприятия следующей ступени. Оценивают остаточный ресурс изоляции высоковольтного оборудования путем уменьшения его величины с интенсивностью расхода, соответствующей текущему уровню перенапряжения, и формируют упомянутый признак отказа при понижении остаточного ресурса изоляции до пороговой величины, равной произведению времени, отведенного для выполнения технических мероприятий следующих ступеней, и интенсивности расхода ресурса изоляции высоковольтного оборудования, соответствующей текущему уровню перенапряжения. 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности оценки ресурса изоляции высоковольтного оборудования при перенапряжениях. Согласно способу определяют затраченный ресурс изоляции оборудования, накапливая его расход с интенсивностью, соответствующей существующему перенапряжению, и сравнивают его с порогом, при превышении которого формируют сигнал об исчерпании ресурса изоляции. После исчезновения перенапряжения учитывают восполнение ресурса изоляции путем уменьшения затраченного ресурса с заданной интенсивностью восстановления. При этом диапазон возможных перенапряжений делят на ступени восстановления и на каждой из них оценивают затраченный ресурс отдельно, а затраченный ресурс изоляции оборудования определяют как сумму затраченных ресурсов упомянутых ступеней. После исчезновения перенапряжения учитывают восполнение ресурса изоляции для каждой ступени восстановления путем одновременного уменьшения затраченных ресурсов ступеней с интенсивностью восстановления, соответствующей каждой ступени. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в уменьшении токовых нагрузок на питающий источник напряжения постоянного тока и на конденсатор нагрузки, повышение надежности работы и расширение области применения. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ, два блока управления, устройство задания напряжения, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, клеммы для подключения конденсатора нагрузки, реактор и диод. 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение безопасности и надежности кабельных электросетей. Способ заключается в том, что используют разделительные конденсаторы, присоединенные к электросистеме и заземленные через включенные параллельно основной реактор и резистор. При этом на время существования однофазного замыкания подключают между опережающей фазой и землей последовательно соединенные дополнительные реактор и конденсатор. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах для ограничения тока заряда конденсатора нагрузки, применяемых, в частности, для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в уменьшении токовых нагрузок на питающий источник напряжения постоянного тока и на конденсатор нагрузки и защите питающего источника напряжения от токов перегрузки, что повышает надежность работы и расширяет область применения устройства. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ, блок управления, устройство задания тока, блок временной задержки, датчик тока, клеммы для подключения конденсатора нагрузки, а также реактор и диод. 2 ил.
Наверх