Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий (варианты)

Полезная модель относится к энергетике, преимущественно к электрическим аппаратам, и может быть применена для дистанционного выявления зоны нахождения дефектных изоляторов воздушных линий электропередач по параметрам переходного процесса. Техническим результатом применения устройства является повышение эффективности процесса определения дефектных изоляторов линии независимо от величины остаточной электрической прочности изоляции. Технический результат достигается за счет применения переносного устройства для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий, состоящего из блока формирования зондирующих сигналов, включающего накопительный конденсатор и коммутирующий разрядник, а также измерительной части с делителем напряжения, включающей микропроцессор, блок отображения информации, делитель напряжения или датчик тока. Блок формирования зондирующих сигналов дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, соединенное с высоковольтным накопительным конденсатором и коммутирующим разрядником, и состоит из высокочастотного преобразователя напряжения, высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения и защитного дросселя, 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Полезная модель относится к энергетике, преимущественно к электрическим аппаратам, и может быть применена для дистанционного выявления зоны нахождения дефектных изоляторов воздушных линий электропередач по параметрам переходного процесса.

По первому варианту известно устройство для импульсного выявления мест повреждения силовых линий электропередач (Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных и воздушных линий, www.watson.ru.). позволяющее выявлять на линиях без рабочего напряжения повреждения устойчивого характера, представляющие собой неоднородности волнового сопротивления линий. Устройство состоит из рефлектометра-измерителя, проводов для подключения к линии, может иметь в своем составе приставку для увеличения амплитуды зондирующего импульса до уровня, не превышающего 100 В.

К недостаткам описанного устройства можно отнести: малое напряжение зондирующего импульса, недостаточное для выявления дефектов изоляции; подверженность импульса явлениям затухания и искажения формы; непригодность применения при неустойчивых повреждениях с остаточной электрической прочностью изоляции, высоких значениях переходного сопротивления в месте дефекта и чувствительность к высокочастотным помехам.

По второму варианту известно устройство для импульсного выявления мест повреждения силовых линий электропередач (Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных и воздушных линий, www.watson.ru.). позволяющее выявлять на линиях без рабочего напряжения повреждения устойчивого характера, представляющие собой неоднородности волнового сопротивления линий. Устройство состоит из рефлектометра-измерителя, проводов для подключения к линии, может иметь в своем составе приставку для увеличения амплитуды зондирующего импульса до уровня, не превышающего 100 В.

К недостаткам описанного устройства можно отнести: малое напряжение зондирующего импульса, недостаточное для выявления дефектов изоляции; подверженность импульса явлениям затухания и искажения формы; непригодность применения при неустойчивых повреждениях с остаточной электрической прочностью изоляции, высоких значениях переходного сопротивления в месте дефекта и чувствительность к высокочастотным помехам.

В Мосэнерго разработан генератор высоковольтных импульсов для выявления мест повреждения силовых линий электропередач методом импульсной рефлектометрии (Опыт эксплуатации электрооборудования в системе Мосэнерго. "Энергия", Москва, 1971. - 112 с.), который используется совместно с неавтоматическим локационным искателем (НЛИ) для определения места повреждения изоляции воздушной линии и является прототипом по первому варианту. В состав генератора входит блок формирования зондирующего сигнала напряжения, состоящий из повышающего трансформатора, накопительного конденсатора, тиратронного коммутатора (коммутирующего разрядника), делителя напряжения и двух формирующих линий, создающих прямоугольные импульсы напряжения длительностью 1 мкс и 10 мкс. С помощью таких генераторов амплитуда посылаемых в линию зондирующих импульсов увеличивалась до 2,5-3 кВ. Управление генератором высоковольтных импульсов осуществлялось непосредственно с помощью НЛИ типа ИКЛ-5. Отраженный сигнал подавался на вход НЛИ. Подключение генератора к воздушной линии осуществляется через фильтр присоединения. В качестве источника высокого напряжения в данной установке используется трансформатор напряжения типа НОМ-6. При частоте посылки зондирующих импульсов 30 Гц максимальная амплитуда импульса 3 кВ. Длительность импульсов, вырабатываемых генератором, определяется двумя формирующими линиями и составляет 1 мкс и 10 мкс, форма импульсов близка к прямоугольной. В качестве измерителя неоднородности линии используется прибор Р5-5. Применение генератора высоковольтных импульсов позволило значительно сократить время на определение места повреждения на воздушных линиях электропередач.

К недостаткам описанного устройства можно отнести: непригодность применения при неустойчивых повреждениях линии; недостаточная величина зондирующего напряжения для выявления дефектов изоляции.

В Мосэнерго разработан генератор высоковольтных импульсов для выявления мест повреждения силовых линий электропередач методом импульсной рефлектометрии (Опыт эксплуатации электрооборудования в системе Мосэнерго. "Энергия", Москва, 1971. - 112 с.), который используется совместно с неавтоматическим локационным искателем (НЛИ) для определения места повреждения изоляции воздушной линии и является прототипом по второму варианту. В состав генератора входит блок формирования зондирующего сигнала напряжения, состоящий из повышающего трансформатора, накопительного конденсатора, тиратронного коммутатора (коммутирующего разрядника), делителя напряжения и двух формирующих линий, создающих прямоугольные импульсы напряжения длительностью 1 мкс и 10 мкс. С помощью таких генераторов амплитуда посылаемых в линию зондирующих импульсов увеличивалась до 2,5-3 кВ. Управление генератором высоковольтных импульсов осуществлялось непосредственно с помощью НЛИ типа ИКЛ-5. Отраженный сигнал подавался на вход НЛИ. Подключение генератора к воздушной линии осуществляется через фильтр присоединения. В качестве источника высокого напряжения в данной установке используется трансформатор напряжения типа НОМ-6. При частоте посылки зондирующих импульсов 30 Гц максимальная амплитуда импульса 3 кВ. Длительность импульсов, вырабатываемых генератором, определяется двумя формирующими линиями и составляет 1 мкс и 10 мкс, форма импульсов близка к прямоугольной. В качестве измерителя неоднородности линии используется прибор Р5-5. Применение генератора высоковольтных импульсов позволило значительно сократить время на определение места повреждения на воздушных линиях электропередач.

К недостаткам описанного устройства можно отнести: непригодность применения при неустойчивых повреждениях линии; недостаточная величина зондирующего напряжения для выявления дефектов изоляции.

Задача полезной модели заключается в разработке переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий электропередач, применение которого было бы возможно при любых видах повреждений изоляции, в том числе и изоляторов с высокой остаточной электрической прочностью.

Техническим результатом применения полезной модели по первому варианту является повышение эффективности процесса определения дефектных изоляторов линии независимо от величины остаточной электрической прочности изоляции.

Техническим результатом применения полезной модели по второму варианту является повышение эффективности процесса определения дефектных изоляторов линии независимо от величины остаточной электрической прочности изоляции.

Технический результат по первому варианту достигается за счет применения переносного устройства для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий, состоящего из блока формирования зондирующих сигналов, включающего накопительный конденсатор и коммутатор, а также измерительной части с делителем напряжения. Измерительная часть, дополнительно включает микропроцессор, связанный с делителем напряжения и с блоком отображения информации. Накопительный конденсатор блока формирования зондирующих сигналов выполнен высоковольтным, делитель напряжения включен параллельно высоковольтному накопительному конденсатору, а коммутатор выполнен в виде коммутирующего разрядника. Блок формирования зондирующих сигналов дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, соединенное с высоковольтным накопительным конденсатором и коммутирующим разрядником, и состоит из высокочастотного преобразователя напряжения, высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения и защитного дросселя.

Технический результат по второму варианту достигается за счет применения переносного устройства для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий, состоящего из блока формирования зондирующих сигналов, включающего накопительный конденсатор и коммутатор, а также измерительной части. Измерительная часть, включает микропроцессор, вход которого связан с датчиком тока, а выход соединен с блоком отображения информации. Накопительный конденсатор блока формирования зондирующих сигналов выполнен высоковольтным, датчик тока надет на выход высоковольтного накопительного конденсатора, а коммутатор выполнен в виде коммутирующего разрядника. Блок формирования зондирующих сигналов дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, соединенное с высоковольтным накопительным конденсатором и коммутирующим разрядником, и состоит из высокочастотного преобразователя напряжения, высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения и защитного дросселя.

На фиг.1 представлена структурная схема переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий по первому варианту, на фиг.2 представлена структурная схема переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий по второму варианту, на фиг.3 приведена осциллограмма зондирующего напряжения, полученная в результате компьютерного моделирования для первого варианта, на фиг.4 приведена осциллограмма зондирующего напряжения, полученная в результате натурного эксперимента на реальной линии 10 кВ по первому варианту, на фиг.5 показана осциллограмма тока при высоковольтном зондировании воздушной линии электропередач по второму варианту.

Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий по первому варианту состоит из блока формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) 1, соединенного с измерительной частью (ИЧ) 2. Блок формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) 1 включает в себя высоковольтное зарядное устройство (ВЗУ) 3, выход которого соединен с входом высоковольтного накопительного конденсатора С_н, и входом коммутирующего разрядника FV. Высоковольтное зарядное устройство (ВЗУ) 3 выполнено в переносном исполнении и имеет в своем составе высокочастотный преобразователь напряжения (ПНВ) 4, выход которого последовательно соединен с входом высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения (БВВ) 5, а выход высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения (БВВ) 5 последовательно соединен с входом защитного дросселя (ДЗ) 6.

Измерительная часть (ИЧ) 2 устройства состоит из делителя напряжения R1-R2, включенного параллельно высоковольтному накопительному конденсатору С_н, микропроцессора (МП) 7, вход которого связан делителем напряжения R1-R2, а выход последовательно соединен с блоком отображения информации (БОИ) 8. Блок отображения информации (БОИ) 8 может быть реализован, например, с использованием следующих технических решений: в виде цифрового индикатора, портативной ЭВМ, при совместном использовании цифрового индикатора и портативной ЭВМ.

Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий по второму варианту состоит из блока формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) 1, соединенного с измерительной частью (ИЧ) 2. Блок формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) 1 включает в себя высоковольтное зарядное устройство (ВЗУ) 3, выход которого соединен с входом высоковольтного накопительного конденсатора С_н, и входом коммутирующего разрядника FV. Высоковольтное зарядное устройство (ВЗУ) 3 выполнено в переносном исполнении и имеет в своем составе высокочастотный преобразователь напряжения (ПНВ) 4, выход которого последовательно соединен с входом высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения (БВВ) 5, а выход высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения (БВВ) 5 последовательно соединен с входом защитного дросселя (ДЗ) 6.

Измерительная часть (ИЧ) 2 устройства состоит из датчика тока ТА, надетого на выход высоковольтного накопительного конденсатора С_н, микропроцессора (МП) 7, вход которого связан с датчиком тока ТА, а выход последовательно соединен с блоком отображения информации (БОИ) 8. Блок отображения информации (БОИ) 8 может быть реализован, например, с использованием следующих технических решений: в виде цифрового индикатора, портативной ЭВМ, при совместном использовании цифрового индикатора и портативной ЭВМ.

Рассмотрим работу переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий по первому варианту (фиг.1).

Перед началом измерения на предварительно отключенной силовой линии необходимо заземлить корпус высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ) 3, выходы высоковольтного накопительного конденсатора С_н и делителя напряжения R1-R2. Высоковольтный накопительный конденсатор С_н заряжают от входящего в состав блока формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) 1 высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ) 3 и коммутируют с помощью коммутирующего разрядника FV на линию. Формирование высоковольтного зондирующего напряжения происходит в высоковольтном зарядном устройстве (ВЗУ) 3, состоящем из высокочастотного преобразователя напряжения (ПНВ) 4, высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения (БВВ) 5 и защитного дросселя (ДЗ) 6. При этом в высокочастотном преобразователе напряжения (ПНВ) 4 происходит преобразование напряжения внешнего источника в высокочастотное напряжение с большей амплитудой, после чего в высоковольтном выпрямительном блоке (БВВ) 5 происходит его выпрямление с умножением амплитуды и подача на высоковольтный накопительный конденсатор Сн через защитный дроссель (ДЗ) 6, защищающий высоковольтный выпрямительный блок (БВВ) 5 от большого разрядного тока высоковольтного накопительного конденсатора С _н. В результате разряда высоковольтного накопительного конденсатора С_н при коммутации на силовую линию высоковольтное зондирующее напряжение с максимальной амплитудой от 100% фазного до 50% испытательного напряжения изоляции линии, распространяясь по линии, вызывает электрический пробой изоляции, как с остаточной электрической прочностью, так и с малым переходным сопротивлением («металлическое» замыкание), что позволит выявить повреждения изоляции, в том числе неустойчивого характера и, в свою очередь, позволит повысить эффективность процесса определения дефектных изоляторов линии. При этом, в линии возникает сложный колебательный процесс, включающий «медленный» и «быстрый» волновой процессы и не зависящий от величины переходного сопротивления в месте повреждения. Период «медленного» колебательного процесса зависит от расстояния до места пробоя, так как суммарная индуктивность колебательного контура прямо пропорциональна расстоянию до места расположения дефектных изоляторов, что позволяет дистанционно определить место повреждения дефектных изоляторов. Через делитель напряжения R1-R2 данный колебательный процесс (фиг.3) поступает в измерительную часть (ИЧ) 2, где фиксируется и обрабатывается микропроцессором (МП) 7 и отображается блоком отображения информации (БОИ) 8, состоящем, например, из цифрового индикатора или портативной ЭВМ.

Пример осциллограммы напряжения, смоделированной на ЭВМ, по второму варианту приведен на фиг.3, а также, на фиг.4 для сравнения показана осциллограмма напряжения снятая с реальной линии 10 кВ в результате натурного эксперимента. Колебательные процессы на фиг.3 и фиг.4 незначительно отличаются, что обусловлено небольшим отклонением расчетных параметров линии от экспериментальных.

Рассмотрим работу переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий по второму варианту (фиг.2).

Перед началом измерения на предварительно отключенной силовой линии необходимо заземлить корпус высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ) 3, выходы высоковольтного накопительного конденсатора С_н и делителя напряжения R1-R2. Высоковольтный накопительный конденсатор С_н заряжают от входящего в состав блока формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) 1 высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ) 3 и коммутируют с помощью коммутирующего разрядника FV на линию. Формирование высоковольтного зондирующего напряжения происходит в высоковольтном зарядном устройстве (ВЗУ) 3, состоящем из высокочастотного преобразователя напряжения (ПНВ) 4, высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения (БВВ) 5 и защитного дросселя (ДЗ) 6. При этом в высокочастотном преобразователе напряжения (ПНВ) 4 происходит преобразование напряжения внешнего источника в высокочастотное напряжение с большей амплитудой, после чего в высоковольтном выпрямительном блоке (БВВ) 5 происходит его выпрямление с умножением амплитуды и подача на высоковольтный накопительный конденсатор С_н через защитный дроссель (ДЗ) 6, защищающий высоковольтный выпрямительный блок (БВВ) 5 от большого разрядного тока высоковольтного накопительного конденсатора С_н. В результате разряда высоковольтного накопительного конденсатора С_н при коммутации на силовую линию высоковольтное зондирующее напряжение с максимальной амплитудой от 100% фазного до 50% испытательного напряжения изоляции линии, распространяясь по линии, вызывает электрический пробой изоляции, как с остаточной электрической прочностью, так и с малым переходным сопротивлением («металлическое» замыкание), что позволит выявить повреждения изоляции, в том числе неустойчивого характера и, в свою очередь, позволит повысить эффективность процесса определения дефектных изоляторов линии. При этом, в линии возникает сложный колебательный процесс, включающий «медленный» и «быстрый» волновой процессы и не зависящий от величины переходного сопротивления в месте повреждения. Период «медленного» колебательного процесса зависит от расстояния до места пробоя, так как суммарная индуктивность колебательного контура прямо пропорциональна расстоянию до места расположения дефектных изоляторов, что позволяет дистанционно определить место повреждения дефектных изоляторов. Через трансформатора тока ТА данный колебательный процесс (фиг.5) поступает в измерительную часть (ИЧ) 2, где фиксируется и обрабатывается микропроцессором (МП) 7 и отображается блоком отображения информации (БОИ) 8, состоящем, например, из цифрового индикатора или портативной ЭВМ.

Пример осциллограммы тока, смоделированной на ЭВМ, по второму варианту приведен на фиг.5. Как видно из осциллограммы, колебательный процесс тока более подвержен искажению волновым процессом, что может усложнить определение временного интервала, кратного периоду колебаний и негативно повлиять на точность измерения в целом.

Устройство, в целом, малогабаритно, что позволяет его достаточно легко переносить в процессе эксплуатации.

Определение расстояния до дефектного изолятора производят по периоду колебательного процесса Т_Х напряжения или тока, возникающих при высоковольтном зондировании, с использованием удельных параметров линии и расчетных выражений, полученных на основе исходных соотношений для частоты свободных колебаний колебательного контура. Расчет расстояния в устройстве реализуется в микропроцессоре (МП) 7 с применением различных алгоритмов. Например, для колебательный контур, образованный индуктивностью петли «фазный провод - земля» L_Х емкостью высоковольтного накопительного конденсатора С_н имеет частоту собственных колебаний контура _Х определяемую без учета и с учетом затухания (потерь) по формулам (1) и (2) соответственно:

где _Х = 2f_X или _X = 2/T_X - частота собственных колебаний контура, образованного емкостью высоковольтного накопительного конденсатора С_н и индуктивностью линии;

Т_Х - период колебаний переходного процесса;

L _X = L_0·l_X, r_X = r ₀·l_X - индуктивность и активное сопротивление линии до МП на расстоянии l_Х;

L ₀, r₀ - удельные индуктивность и активное сопротивление линии.

Определение расстояния до дефектного изолятора производят по периоду колебаний переходного процесса Т_Х , с использованием удельных параметров линии и расчетных выражений, полученных на основе исходных соотношений для частоты колебательного контура. Определение расстояния в предлагаемом способе реализуется на основе следующих соотношений:

а) для колебательного контура без потерь и известной удельной индуктивности петли «фазный провод - земля»:

;

б) для колебательного контура с учетом потерь и известных удельных индуктивности и активного сопротивления петли «фазный провод - земля»:

;

где l_Х - расстояние до МП, м;

Т_Х - период колебаний переходного процесса;

L₀ - удельная индуктивность разрядной петли «фазный провод - земля»;

C_H - емкость накопительного конденсатора;

r₀ - активное сопротивление разрядной петли «фазный провод - земля», определяемое с учетом поверхностного эффекта на частоте колебательного процесса.

Определение расстояния до дефектного изолятора можно произвести с использованием отношения периода колебаний переходного процесса Т_Х при пробое дефектной изоляции на расстоянии l_Х и периода колебаний переходного процесса T, предварительно снятого при зондировании неповрежденной фазы линии или используя отношение временных интервалов с одинаковой кратностью указанных периодов колебания переходного процесса. Определение расстояния в этом случае реализуется на основе формулы:

где Т_Х - период колебаний переходного процесса;

T - период колебаний переходного процесса при искусственном пробое в конце ВЛ;

l_Х - расстояние до МП, м;

l - полная длина ВЛ, которую можно упрощенно задать топографической длиной ВЛ или более точно определить с учетом провеса провода, а также путем предварительного замера способом импульсной рефлектометрии или другим способом.

Значение l_Х может быть уточнено с помощью поправочных коэффициентов, полученных расчетным путем. При известной полной физической длине линии возможна реализация других алгоритмов определения расстояния с использованием T - периода колебаний переходного процесса при имитации пробоя изоляции на одной из фаз в конце линии.

Таким образом, применение устройства по первому варианту позволяет выявить дефектные изоляторы, в том числе с остаточной электрической прочностью, которые практически невозможно определить другими известными способами, за исключением проведения комплекса непосредственных испытаний изоляторов ВЛ.

К основным преимуществам устройства можно отнести возможность создания высоковольтного зондирующего напряжения, достаточного для пробоя ослабленной изоляции и возможность применения при повреждениях изоляции, в том числе неустойчивого характера.

Применение предложенного устройства дает возможность создания высоковольтного зондирующего напряжения, достаточного для создания пробоя в месте дефекта изоляции независимо от величины остаточной электрической прочности, что позволяет дистанционно определить расстояние до дефектных изоляторов.

1. Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий, состоящее из блока формирования зондирующих сигналов напряжения, включающего накопительный конденсатор и коммутатор, а также из измерительной части с делителем напряжения, отличающееся тем, что накопительный конденсатор блока формирования зондирующих сигналов напряжения выполнен высоковольтным, а коммутатор выполнен в виде коммутирующего разрядника, измерительная часть дополнительно включает микропроцессор, вход которого связан с делителем напряжения, а выход последовательно соединен с блоком отображения информации, делитель напряжения включен параллельно высоковольтному накопительному конденсатору, блок формирования зондирующих сигналов напряжения дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, выход которого соединен с входом высоковольтного накопительного конденсатора и входом коммутирующего разрядника, и состоит из высокочастотного преобразователя напряжения, выход которого последовательно соединен с входом высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения, а выход высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения последовательно соединен с входом защитного дросселя.

2. Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий, состоящее из блока формирования зондирующих сигналов напряжения, включающего накопительный конденсатор и коммутатор, а также из измерительной части, отличающееся тем, что накопительный конденсатор блока формирования зондирующих сигналов напряжения выполнен высоковольтным, а коммутатор выполнен в виде коммутирующего разрядника, измерительная часть включает микропроцессор, вход которого связан с датчиком тока, а выход последовательно соединен с блоком отображения информации, датчик тока надет на выход высоковольтного накопительного конденсатора, блок формирования зондирующих сигналов напряжения дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, выход которого соединен с входом высоковольтного накопительного конденсатора и входом коммутирующего разрядника, и состоит из высокочастотного преобразователя напряжения, выход которого последовательно соединен с входом высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения, а выход высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения последовательно соединен с входом защитного дросселя.