Измерительно-информационная система для контроля состояния оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа
Полезная модель 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. 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 измерительно-информационная система для контроля состояния оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа, содержащая соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз, соединенные с измерительным блоком, содержащим первичные преобразователи соединенные с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, согласно решению, она дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи, а в измерительный блок введен интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит блок сбора информации, один выход которого подключен к ПК, второй - к сигнализатору, а вход соединен с устройством предварительной обработки сигнала по линии связи, в качестве первичных преобразователей использованы прецизионные резисторы, при этом блок оцифровки выполнен многоканальным и содержит аналогово-цифровые преобразователи для соответствующих фаз, выходы которых подключены к микроконтроллеру. Система дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, расположенный между устройством присоединения и измерительным блоком, при этом блок содержит подключенные к каждой фазе перемычки подключения входного сигнала с параллельно включенными и заземленными газовым разрядником, резистором и замыкателем.
Полезная модель 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 (АС №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 (АС N 384080, МПК G 01 R 31/12), которое дополнительно к устройству по AC 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 измерительно-информационная система для контроля состояния оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа, содержащая соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз, соединенные с измерительным блоком, содержащим первичные преобразователи соединенные с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, согласно решению, она дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи, а в измерительный блок введен интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит блок сбора информации, один выход которого подключен к ПК, второй - к сигнализатору, а вход соединен с устройством предварительной обработки сигнала по линии связи, в качестве первичных преобразователей использованы прецизионные резисторы, при этом блок оцифровки выполнен многоканальным и содержит аналогово-цифровые преобразователи для соответствующих фаз, выходы которых подключены к микроконтроллеру.
Система дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, расположенный между устройством присоединения и измерительным блоком, при этом блок содержит подключенные к каждой фазе перемычки подключения входного сигнала с параллельно включенными и заземленными газовым разрядником, резистором и замыкателем.
Полезная модель поясняется чертежами, где на ФИГ.1 представлена блок-схема системы 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 - устройство сбора информации (УСИ)
7 - персональный компьютер (ПК) оператора
8 - блок коммутации и аварийной защиты (БКАЗ)
9 - перемычка
10 - газовый разрядник
11 - резистор
12 - замыкатель
13 - прецизионный резистор
14 - блок предварительной обработки аналогового сигнала (БПОАС)
15 - блок оцифровки (БО)
16 - интерфейс связи (ИС)
Сд1, Сд2 - эквивалентные емкости ввода
Ryr - 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 входного напряжения на элементе измерительного резистора 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 окончательного выделения измеряемого напряжения на измерительном резисторе (включая 2-ю и 3-ю ступени защиты измерительного тракта), обработки аналогового сигнала до необходимого уровня, коммутацию сигналов фаз в соответствии с заданным режимом измерения, оцифровку сигнала в кодовые посылки и выдачу информации в линию связи с УСИ 6. БИ 5 производит двухсторонний обмен информацией с УСИ 6, осуществляя управление режимами работы БИ 5 по команде с УСИ 6 или с ПК 7 через УСИ 6 и выдавая в линию связи необходимую информацию.
Система 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. Прецизионный измерительный резистор, являющийся первичным измерительным 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 измерительного резистора 13, коммутируемого делителя напряжения и 2-й и 3-й ступеней защиты, предотвращающие попадание на измерительные входы электронных устройств напряжений помех и наводок опасного уровня.
Далее напряжения фаз с блока предварительной обработки аналогового сигнала 14 поступают на быстродействующие 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 УСИ 6.
Обработка полученных данных и вычисление параметров исходных сигналов осуществляется программным способом в УСИ 6, где программа верхнего уровня 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 контроллера с уровнем протокола обмена в линии связи.
Управление режимом работы осуществляется с ПК оператора 7 через программу верхнего уровня.
УСИ 6 обрабатывает данные со всех комплектов БПОС 1, сохраняет их в базе данных и осуществляет связь с персональным компьютером оператора 7. Кроме того, УСИ 6 выдает сигнал на срабатывание внешнего устройства световой или звуковой сигнализации 3 по критерию, задаваемому с клавиатуры ПК оператора 7.
Вся обработка сигнала ведется после его оцифровки программным способом с помощью программного обеспечения промышленного компьютера, входящего в состав УСИ.
При хорошем качестве высоковольтного ввода (ток утечки через R yr пренебрежимо мал) и равенстве модулей векторов фаз сумма трех фаз равна 0 (ФИГ.2).
При появлении заметной величины Ryr фазовый угол изменяется и, соответственно сумма векторов Uсум становится отличной от нуля (ФИГ.3).
Совокупность данных, представляющих собой мгновенные значения напряжений анализируемых сигналов, измеренных через фиксированные промежутки времени, обрабатывается математическим аппаратом программы верхнего уровне в промышленном компьютере УСИ, которая вычисляет необходимые параметры входного сигнала, и таким образом, определяет параметры изменения комплексной проводимости емкостного делителя (ФИГА), на основе чего, согласно заложенным в память компьютера критерия на нормы утечки, определяет 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.
УСИ данной системы позволяет, кроме основного устройства сигнализации, подключить еще дополнительно до 6 сигнальных устройств.
Данная система позволяет, кроме того, используя локальную вычислительную сеть (ЛВС) предприятия, подключать к УСИ, кроме ПК оператора, персональные компьютеры ответственных лиц предприятия.
Опции пользовательского ПО, ведущие к изменению параметров системы, защищены паролями.
1. Измерительно-информационная система для контроля состояния оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа, содержащая соединенные блоки предварительной обработки сигнала, окончательной обработки сигнала и сигнализатор, при этом блок предварительной обработки сигнала включает элементы присоединения объекта к измерительным вводам фаз, соединенные с измерительным блоком, содержащим первичные преобразователи, соединенные с блоком предварительной обработки аналогового сигнала и блоком оцифровки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит несколько блоков предварительной обработки сигнала, параллельно подключенных к линии связи, а в измерительный блок введен интерфейс связи, подключенный к блоку оцифровки, а блок окончательной обработки сигнала содержит блок сбора информации, один выход которого подключен к персональному компьютеру оператора (ПК), второй - к сигнализатору, а вход соединен с устройством предварительной обработки сигнала по линии связи, в качестве первичных преобразователей использованы прецизионные резисторы, при этом блок оцифровки выполнен многоканальным и содержит аналого-цифровые преобразователи для соответствующих фаз, выходы которых подключены к микроконтроллеру.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок коммутации и аварийной защиты, расположенный между устройством присоединения и измерительным блоком, при этом блок содержит подключенные к каждой фазе перемычки подключения входного сигнала с параллельно включенными и заземленными газовым разрядником, резистором и замыкателем.
