УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
APPARATUS FOR AUTOMATIC CONTROL AND MONITORING OF ELECTRICAL EQUIPMENT

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технике мониторинга неполадок электрооборудования в электроэнергетических установках, и может быть использовано в системах мониторинга и диагностики электрооборудования и электроэнергетических установок различных классов напряжения, а также в автоматизированных системах управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Из существующего уровня техники известно устройство, реализующее способ защиты и организации противопожарной безопасности электрических кабелей с изоляцией из поливинилхлорида - ПВХ (заявка RU №2013101979, МПК Н02Н 9/00, опубл. 27.07.2014).
Согласно известному способу:
- используют датчики пожарной сигнализации (тепловых и дымовых точечных извещателей);
- осуществляют дополнительные меры визуального контроля (осмотра) при срабатывании датчиков пожарной сигнализации для определения поверхностной целостности пластмассовой изоляции;
- используют датчики-извещатели появления газообразного хлористого водорода, с целью более раннего (превентивного) предотвращения аварийной ситуации за счет предупреждения короткого замыкания и самовозгорания электрического кабеля в результате разрушения его полимерной изоляции под влиянием на нее различных внешних и внутренних тепловых воздействий.
Недостатками аналога являются:
- необходимость осмотра при срабатывании точечных извещателей, что в случае с удаленными объектами, например, электроэнергетические установки (ЭУ), труднореализуемо, и часто экономически нецелесообразно;
- отсутствие текущей информации и архивных данных по уровню и содержанию газов, возникающих в результате нарушения изоляции под влиянием на нее различных внешних и внутренних тепловых воздействий, что не позволяет реализовать непрерывный анализ состояния и мониторинг электропроводки в ЭУ, в том числе при ее длительном тлении без возникновения концентрации газов достаточной для срабатывания тепловых и дымовых точечных извещателей;
- отсутствие возможности контролирования состояния и целостности изоляции электропроводки и электрооборудования, где в качестве основного изоляционного материала используются изоляционные материалы отличные от ПВХ (не генерируют газообразный хлористый водород), например, конденсаторная бумага, стеклоткани и т.п.;
- отсутствие возможности реализовать функции релейной защиты и сигнализации на ЭУ при возникновении опасных или приближающихся к опасным концентрациям газов, свидетельствующих о долговременном сверхнормативном нагреве (выше значений, установленных в соответствии с классом нагревостойкости изоляции) электропроводников и электрооборудования на ЭУ или о нарушении изоляции, а также пожаре в ЭУ.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является устройство релейной защиты и сигнализации в электроэнергетических установках (патент RU №171874, МПК Н02Н 6/00, опубл. 20.06.2017), реализующее алгоритмы релейной защиты и сигнализации в ЭУ при превышении уровня концентрации контролируемых газов внутри защищаемой ЭУ.
Устройство содержит первый газочувствительный сенсор монооксида углерода, второй газочувствительный сенсор диоксида углерода, третий газочувствительный сенсор горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, первую уставку на срабатывание сигнализации по превышению концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в электроэнергетической установке (ЭУ) или в какой либо ее части, вторую уставку на срабатывание сигнализации по превышению концентрации диоксида углерода в ЭУ или в какой либо ее части, третью уставку на срабатывание сигнализации по превышению концентрации монооксида углерода в ЭУ или в какой либо ее части, четвертую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, пятую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации диоксида углерода, шестую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации монооксида углерода, первый пусковой орган, сравнивающий значение концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением шестой уставки, второй пусковой орган, сравнивающий значение концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением пятой уставки, третий пусковой орган, сравнивающий значение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением четвертой уставки, четвертый пусковой орган, сравнивающий значение концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением третьей уставки, пятый пусковой орган, сравнивающий значение концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением второй уставки, шестой пусковой орган, сравнивающий значение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением первой уставки, систему блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, вычислительный блок, первый сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании или первого, и/или второго, и/или третьего пусковых органов, второй сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании или четвертого, и/или пятого, и/или шестого пусковых органов, третий сигнальный орган, сигнализирующий о блокировке работы первого, второго и третьего пусковых органов, первый исполнительный орган, осуществляющий отключение ЭУ или ее части, или ее частей, четвертый сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании релейной защиты на сигнал и/или на отключение ЭУ или ее части, или ее частей, а также о блокировке работы первого, второго и третьего пусковых органов, первый логический элемент «И» первого пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, второй логический элемент «И» второго пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, третий логический элемент «И» третьего пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, первый логический элемент «ИЛИ» первого, второго и третьего пусковых органов, второй логический элемент «ИЛИ» четвертого, пятого и шестого пусковых органов, третий логический элемент «ИЛИ» системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, четвертый логический элемент «ИЛИ», программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), модуль ввода сигналов точного времени, пятый логический элемент «ИЛИ», при этом первая, вторая, третья, четвертая, пятая и шестая уставки соединены со вторыми входами, соответственно, шестого, пятого, четвертого, третьего, второго и первого пускового органа, причем первый газочувствительный сенсор соединен с первыми входами первого и четвертого пусковых органов, а также четвертым входом ППЗУ, второй газочувствительный сенсор соединен с первыми входами второго и пятого пусковых органов, а также с пятым входом ППЗУ, а третий газочувствительный сенсор соединен с первыми входами третьего и шестого пусковых органов, а также с шестым входом программируемого постоянного запоминающего устройства, причем первый пусковой орган соединен с первым входом первого логического элемента «И» и с первым входом первого логического элемента «ИЛИ», второй пусковой орган соединен с первым входом второго логического элемента «И» и со вторым входом первого логического элемента «ИЛИ», третий пусковой орган соединен с первым входом третьего логического элемента «И» и с третьим входом первого логического элемента «ИЛИ», первый выход которого соединен со входом первого сигнального органа, а второй выход - с первым входом пятого логического элемента «ИЛИ», четвертый, пятый и шестой пусковые органы соединены, соответственно с первым, вторым и третьим входом второго логического элемента «ИЛИ», первый выход которого соединен со входом второго сигнального органа, а второй выход - со вторым входом пятого логического элемента «ИЛИ», причем система блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов соединена со вторым, третьим и четвертым входом ППЗУ, а также с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента «ИЛИ», первый выход которого соединен со входом третьего сигнального органа, а второй выход - с третьим входом пятого логического элемента «ИЛИ», причем система блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов соединена, соответственно, со вторыми входами первого, второго и третьего логических элементов «И», выходы первого, второго и третьего логических элементов «И» соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входом четвертого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока, на второй вход которого подключен выход ППЗУ, причем на первый вход вычислительного блока подключен второй выход модуля ввода сигналов точного времени, а на первый выход модуля ввода сигналов точного времени подключен первый вход ППЗУ, причем на вход модуля ввода сигналов точного времени подаются сигналы точного времени GPS/ГЛОНАСС, выход вычислительного модуля подключен  к входу первого исполнительного органа, выходы которого подают сигнал на отключение коммутационных аппаратов всей ЭУ или ее части, или ее частей, а также подает сигнал аварийной сигнализации ЭУ, а также команду на запуск передачи соответствующего сигнала телесигнализации в автоматизированные системы управления в электроэнергетике верхнего уровня, выход пятого логического элемента «ИЛИ» соединен со входом четвертого сигнального органа, первый выход которого соединен с седьмым входом ППЗУ, второй выход - подает сигнал на включение предупредительной и/или аварийной сигнализации ЭУ, третий - запускает передачу соответствующего сигнала телесигнализации в автоматизированные системы управления в электроэнергетике верхнего уровня.
Основным недостатком прототипа является его ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия анализа скорости нарастания концентрации монооксида углерода, диоксида углерода, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в контролируемом электрооборудовании, который сопровождает медленное ухудшение свойств и снижение уровня сопротивления при нагреве изоляции данного электрооборудования.
Задачей изобретения является разработка устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования, в котором устранены указанные недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет реализации функции анализа скорости нарастания концентрации монооксида углерода, диоксида углерода, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в электрооборудовании.
Технический результат достигается тем, что устройство автоматического контроля и мониторинга электрооборудования, содержащее первый газочувствительный сенсор монооксида углерода, второй  газочувствительный сенсор диоксида углерода, третий газочувствительный сенсор горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, первую уставку на срабатывание сигнализации по превышению концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в электроэнергетической установке (ЭУ) или в какой либо ее части, вторую уставку на срабатывание сигнализации по превышению концентрации диоксида углерода в ЭУ или в какой либо ее части, третью уставку на срабатывание сигнализации по превышению концентрации монооксида углерода в ЭУ или в какой либо ее части, четвертую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, пятую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации диоксида углерода, шестую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации монооксида углерода, первый пусковой орган, сравнивающий значение концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением шестой уставки, второй пусковой орган, сравнивающий значение концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением пятой уставки, третий пусковой орган, сравнивающий значение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением четвертой уставки, четвертый пусковой орган, сравнивающий значение концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением третьей уставки, пятый пусковой орган, сравнивающий значение концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением второй уставки, шестой пусковой орган, сравнивающий значение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением первой уставки, систему блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, первый вычислительный блок, первый сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании или первого, и/или второго, и/или третьего пусковых органов, второй сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании или четвертого, и/или пятого, и/или шестого пусковых органов, третий сигнальный орган, сигнализирующий о блокировке работы первого, второго и третьего пусковых органов, четвертый сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании релейной защиты на сигнал и/или на отключение ЭУ, или ее части, или ее частей, а также о блокировке работы первого, второго и третьего пусковых органов, первый исполнительный орган, осуществляющий отключение ЭУ или ее части, или ее частей, вход которого подключен к выходу первого вычислительного блока, первый логический элемент «И» первого пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, второй логический элемент «И» второго пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, третий логический элемент «И» третьего пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, первый логический элемент «ИЛИ» первого, второго и третьего пусковых органов, второй логический элемент «ИЛИ» четвертого, пятого и шестого пусковых органов, третий логический элемент «ИЛИ» системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, четвертый логический элемент «ИЛИ» первого, второго и третьего логических элементов «И», пятый логический элемент «ИЛИ» первого, второго и третьего логических элементов «ИЛИ», программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), модуль ввода сигналов точного времени, осуществляющий прием сигналов точного времени GPS/ГЛОНАСС, первый выход которого соединен с первым входом ППЗУ, а второй выход - с первым входом первого вычислительного блока, при этом первый газочувствительный сенсор соединен с первыми входами первого и четвертого пусковых органов, а также с вторым входом ППЗУ, второй газочувствительный сенсор соединен с первыми входами второго и пятого пусковых органов, а также с третьим входом ППЗУ, третий газочувствительный сенсор соединен с первыми входами третьего и шестого пусковых органов, а также с четвертым входом ППЗУ, первая, вторая, третья, четвертая, пятая и шестая уставки соединены с вторыми входами, соответственно, шестого, пятого, четвертого, третьего, второго и первого пускового органа, причем первый пусковой орган соединен с первым входом первого логического элемента «И» и с первым входом первого логического элемента «ИЛИ», второй пусковой орган соединен с первым входом второго логического элемента «И» и со вторым входом первого логического элемента «ИЛИ», третий пусковой орган соединен с первым входом третьего логического элемента «И» и с третьим входом первого логического элемента «ИЛИ», первый выход которого соединен со входом первого сигнального органа, а второй выход - с первым входом пятого логического элемента «ИЛИ», четвертый, пятый и шестой пусковые органы соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входом второго логического элемента «ИЛИ», первый выход которого соединен с входом второго сигнального органа, а второй выход - со вторым входом пятого логического элемента «ИЛИ», система блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов соединена со пятым, шестым и седьмым входом ППЗУ, а также со вторыми входами первого, второго и третьего логических элементов «И», а также с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента «ИЛИ», первый выход которого соединен с входом третьего сигнального органа, а второй выход - с третьим входом пятого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом четвертого сигнального органа, соединенным с восьмым входом ППЗУ, выходы первого, второго и третьего логических элементов «И» соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входом четвертого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с вторым входом первого вычислительного блока, на третий вход которого подключен первый выход ППЗУ, СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ, дополнительно содержит: второй вычислительный блок, выполненный с возможностью реализации алгоритма вычисления скорости нарастания концентрации контролируемых газов за фиксированный интервал времени, вход которого подключен к второму выходу ППЗУ, седьмую уставку на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в какой-либо ее части, восьмую уставку на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации диоксида углерода в ЭУ или в какой-либо ее части, девятую уставку на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации монооксида углерода в ЭУ или в какой-либо ее части, десятую уставку на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, одиннадцатую уставку на срабатывание релейной зашиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации диоксида углерода, двенадцатую уставку на срабатывание релейной зашиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации монооксида углерода, седьмой пусковой орган, сравнивающий значение скорости нарастания концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением седьмой уставки, восьмой пусковой орган, сравнивающий значение скорости нарастания концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением восьмой уставки, девятый пусковой орган, сравнивающий значение скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением девятой уставки, десятый пусковой орган, сравнивающий значение скорости нарастания концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением десятой уставки, одиннадцатый пусковой орган, сравнивающий значение скорости нарастания концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением одиннадцатой уставки, двенадцатый пусковой орган, сравнивающий значение скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением двенадцатой уставки, четвертый логический элемент «И» десятого пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, пятый логический элемент «И» одиннадцатого пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, шестой логический элемент «И» двенадцатого пускового органа и системы блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов, шестой логический элемент «ИЛИ» седьмого, восьмого и девятого пусковых органов, седьмой логический элемент «ИЛИ» четвертого, пятого и шестого логических элементов «И», восьмой логический элемент «ИЛИ» первого и второго исполнительных органов, пятый сигнальный орган, сигнализирующий о срабатывании или седьмого, или восьмого, или девятого пусковых органов, соединенный с шестым логическим элементом «ИЛИ», третий вычислительный блок, выполненный с возможностью сопоставления последовательности и продолжительности действия десятого, одиннадцатого и двенадцатого пусковых органов, расчета и отключения ЭУ или ее части, или ее частей, второй исполнительный орган, осуществляющий отключение ЭУ или ее части, или ее частей, при этом второй вычислительный блок соединен с седьмым, восьмым, девятым, десятым, одиннадцатым и двенадцатым пусковыми органами, с которыми соединены, соответственно, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая и двенадцатая уставки, а третий вычислительный блок соединен с модулем ввода сигналов точного времени, седьмым логическим элементом «ИЛИ» и вторым исполнительным органом,  причем десятый, одиннадцатый и двенадцатый пусковые органы соединены, соответственно, с четвертым, пятым и шестым логическими элементами «И», которые соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим логическими элементами «И», система блокировки работы первого, второго и третьего пусковых органов соединена, соответственно, с четвертым, пятым и шестым логическими элементами «И», шестой логический элемент «ИЛИ» соединен с седьмым, восьмым и девятым пусковыми органами, седьмой логический элемент «ИЛИ» соединен с четвертым, пятым и шестым логическими элементами «И», а восьмой логический элемент «ИЛИ» соединен с первым и вторым исполнительными органами.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования, содержащая следующие, соединенные между собой, блоки:
первая уставка на срабатывание сигнализации по превышению концентрации горючих газов и газовых смесей (1), а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в какой-либо ее части,
вторая уставка на срабатывание сигнализации по превышению концентрации диоксида углерода в ЭУ или в какой-либо ее части (2),
третья уставка на срабатывание сигнализации по превышению концентрации монооксида углерода в ЭУ или в какой-либо ее части (3),
четвертая уставка на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей (4), или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода,
пятая уставка на срабатывание релейной зашиты на отключение ЭУ или ее частей (5), или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации диоксида углерода,
шестая уставка на срабатывание релейной зашиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение концентрации монооксида углерода (6),
первый газочувствительный сенсор монооксида углерода (7), например, полупроводниковый газочувствительный датчик монооксида углерода,
второй газочувствительный сенсор диоксида углерода (8),
третий газочувствительный сенсор горючих газов и газовых смесей, а также газов образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки (9), например, водорода,
первый пусковой орган (10) (на фиг. 1: а - первый вход функционального блока, b - второй вход функционального блока, а>b - операция сравнения сигналов с первого и второго входов соответствующего функционального блока), сравнивающий значение концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением шестой уставки (6) и подающий сигнал на первый логический элемент «И» (23),
второй пусковой орган (11), сравнивающий значение концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением пятой уставки (5) и подающий сигнал на второй логический элемент «И» (24),
третий пусковой орган (12), сравнивающий значение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением четвертой уставки (4) и подающий сигнал на третий логический элемент «И» (25),
четвертый пусковой орган (13), сравнивающий значение концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением третьей уставки (3) и подающий сигнал на второй логический элемент «ИЛИ» (27),
пятый пусковой орган (14), сравнивающий значение концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением второй уставки (2) и подающий сигнал на второй логический элемент «ИЛИ» (27),
шестой пусковой орган (15), сравнивающий значение концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении
изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением первой уставки (1) и подающий сигнал на второй логический элемент «ИЛИ» (27),
система блокировки (16) работы первого (10), второго (11) и третьего (12) пусковых органов,
первый вычислительный блок (17), запускаемый или первым (23) (на фиг. 1: & - логическая операция «И», выполняемая соответствующим функциональным блоком), и/или вторым (24), и/или третьим (25) логическими элементами «И» через четвертый логический элемент «ИЛИ» (29), сопоставляющий последовательность и продолжительность действия первого (10), второго (11) и третьего (12) пусковых органов, при этом первый вычислительный блок (17) подключен к программируемому постоянному запоминающему устройству (31) и выполнен с возможностью выполнения расчета и отключения ЭУ или ее части, или ее частей,
первый сигнальный орган (18), сигнализирующий о срабатывании или первого 10, и/или второго 11, и/или третьего (12) пусковых органов,
второй сигнальный орган (19), сигнализирующий о срабатывании или четвертого (13), и/или пятого (14), и/или шестого (15) пусковых органов,
третий сигнальный орган (20), сигнализирующий о блокировке работы или первого (10), и/или второго (11), и/или третьего (12) пусковых органов,
четвертый сигнальный орган (21), сигнализирующий о срабатывании релейной защиты на сигнал и/или на отключение ЭУ или ее части, или ее частей, а также о блокировке работы первого, второго и третьего пусковых органов,
первый исполнительный орган (22), осуществляющий отключение ЭУ или ее части, или ее частей, который получает сигнал на срабатывание от первого вычислительного блока (17),
первый логический элемент «И» (23) блока (10) и системы блокировки (16),
второй логический элемент «И» (24) блока (11) и системы блокировки (16),
третий логический элемент «И» (25) блока (12) и системы блокировки (16),
первый логический элемент «ИЛИ» (26) (на фиг. 1: 1 - логическая операция «ИЛИ», выполняемая соответствующим функциональным блоком), первого (10), второго (11) и третьего (12) пусковых органов,
второй логический элемент «ИЛИ» (27) четвертого (13), пятого (14) и шестого (15) пусковых органов,
третий логический элемент «ИЛИ» (28) системы блокировки (16),
четвертый логический элемент «ИЛИ» (29) первого (23), второго (24) и третьего (25) логических элементов «И»,
пятый логический элемент «ИЛИ» (30) первого (26), второго (27) и третьего (28) логических элементов «ИЛИ»,
программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) (31),
модуль ввода сигналов точного времени (таймер) (32).
Первый (18), второй (19) и третий (20) сигнальные органы выполнены с возможностью передачи телесигнализации на удаленные устройства.
Четвертый сигнальный орган (21) выполнен с возможностью подачи сигнала на включение предупредительной и/или аварийной сигнализации ЭУ, передачи соответствующего сигнала телесигнализации в автоматизированные системы управления в электроэнергетике верхнего уровня.
Первый исполнительный орган (22) выполнен с возможностью подачи сигнала на отключение коммутационных аппаратов всей ЭУ, или ее части, или
ее частей, подачи сигнала аварийной сигнализации ЭУ, а также передачи соответствующего сигнала телесигнализации в автоматизированные системы управления в электроэнергетике верхнего уровня.
Отличием предлагаемого устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования является то, что оно дополнительно содержит следующие блоки:
второй вычислительный блок (33), реализующий алгоритм вычисления скорости нарастания концентрации контролируемых газов за фиксированный интервал времени (на фиг. 1: Δррm - разность между показаниями соответствующего газочувствительный сенсора за период Δt),
седьмая уставка на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей (34) (на фиг. 1: δ - значение соответствующей уставки на срабатывание сигнализации или на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ), а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в какой-либо ее части,
восьмая уставка на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации диоксида углерода в ЭУ или в какой-либо ее части (35),
девятая уставка на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации монооксида углерода в ЭУ или в какой-либо ее части (36),
десятая уставка на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей (37), или ее части, в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода,
одиннадцатая уставка на срабатывание релейной зашиты на отключение ЭУ или ее частей (38), или ее части, в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации диоксида углерода,
двенадцатая уставка на срабатывание релейной зашиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части (39), в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации монооксида углерода,
седьмой пусковой орган (40), сравнивающий значение скорости нарастания концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением седьмой уставки (34) и подающий сигнал на шестой логический элемент «ИЛИ» (49),
восьмой пусковой орган (41), сравнивающий значение скорости нарастания концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением восьмой уставки (35) и подающий сигнал на шестой логический элемент «ИЛИ» (49),
девятый пусковой орган (42), сравнивающий значение скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением девятой уставки (36) и подающий сигнал на шестой логический элемент «ИЛИ» (49),
десятый пусковой орган (43), сравнивающий значение скорости нарастания концентрации монооксида углерода в ЭУ или в ее части со значением десятой уставки (37) и подающий сигнал на четвертый логический элемент «И» (46),
одиннадцатый пусковой орган (44), сравнивающий значение скорости нарастания концентрации диоксида углерода в ЭУ или в ее части со значением одиннадцатой уставки (38) и подающий сигнал на пятый логический элемент «И» (47),
двенадцатый пусковой орган (45), сравнивающий значение скорости нарастания концентрации горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в ЭУ или в ее части со значением двенадцатой уставки (39) и подающий сигнал на шестой логический элемент «И» (48),
четвертый логический элемент «И» (46) блока (43) и системы блокировки (16),
пятый логический элемент «И» (47) блока (44) и системы блокировки (16),
шестой логический элемент «И» (48) блока (45) и системы блокировки (16),
шестой логический элемент «ИЛИ» (49) седьмого (40), восьмого (41) и девятого (42) пусковых органов,
седьмой логический элемент «ИЛИ» (50) четвертого (46), пятого (47) и шестого (48) логических элементов «И»,
восьмой логический элемент «ИЛИ» (51) первого (22) и второго (54) исполнительных органов,
пятый сигнальный орган (52), сигнализирующий о срабатывании или седьмого (40), или восьмого (41), или девятого (42) пусковых органов,
третий вычислительный блок (53), запускаемый или четвертым (46), и/или пятым (47), и/или шестым (48) логическими элементами «И» через седьмой логический элемент «ИЛИ» (50), сопоставляющий последовательность и продолжительность действия десятого (43), одиннадцатого (44) и двенадцатого (45) пусковых органов, производящий расчет и отключение ЭУ или ее части, или ее частей,
второй исполнительный орган (54), осуществляющий отключение ЭУ или ее
части, или ее частей, который получает сигнал на срабатывание от третьего вычислительного блока (53).
Восьмой логический элемент «ИЛИ» (51) выполнен с возможностью подачи сигнала на отключение коммутационных аппаратов всей ЭУ или ее части, или ее частей, а также сигнала аварийной сигнализации ЭУ.
Пятый сигнальный орган (52) выполнен с возможностью передачи соответствующего сигнала телесигнализации в автоматизированные системы управления в электроэнергетике верхнего уровня.
Второй исполнительный орган (54) выполнен с возможностью подачи сигнала на отключение коммутационных аппаратов всей ЭУ или ее части, или ее частей, подачи сигнала аварийной сигнализации ЭУ, а также передачи соответствующего сигнала телесигнализации в автоматизированные системы управления в электроэнергетике верхнего уровня.
Таким образом, по сравнению с прототипом, отличием предлагаемого устройства является то, что оно дополнительно содержит двадцать два новых блока (33…54), которые определенным образом электрически соединены между собой и с блоками 22, 23, 24, 31 и 32.
При реализации функции анализа концентраций монооксида углерода, диоксида углерода, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в электрооборудовании, устройство автоматического контроля и мониторинга электрооборудования работает следующим образом.
Устройство, содержащее первый (7), второй (8) и третий (9) газочувствительные сенсоры, соответственно, монооксида углерода, например, комплементарная пара для оптического детектирования в области поглощения монооксида углерода (4,7 мкм), диоксида углерода, например, полупроводниковый сенсор углекислого газа, и/или горючих газов и газовых смесей, газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, находится в контролируемой зоне ЭУ, например, в релейном отсеке закрытого распределительного устройства 6-10 кВ (ячейки КРУ) или в шкафу низкого напряжения комплектной трансформаторной подстанции.
При появлении в зоне расположения газочувствительного сенсора или сенсоров (7), (8), (9) минимально необходимых для срабатывания концентраций контролируемого газа или газов, а также газовых смесей, происходит изменение их выходного сигнала, который может быть, как аналоговым, в виде тока или напряжения, так и цифровым, согласно
внутреннему протоколу обмена информацией, который подается на соответствующие четвертый (13), пятый (14) и шестой (15) пусковые органы.
Четвертый (13), пятый (14) и шестой (15) пусковые органы сравнивают сигналы, полученные с первого (7), второго (8) и третьего (9) газочувствительных сенсоров, с уровнями концентраций газов, задаваемыми третьей (3), второй (2) и первой (1) уставками, которые конструктивно могут быть совмещены с четвертым (13), пятым (14) и шестым (15) пусковыми органами.
Расчет и задание уставок в первом (1), втором (2) и третьем (3) блоках происходит предварительно в ручном или автоматическом режимах.
Первый (1), второй (2) и третий (3) блоки уставок могут быть как отдельными физическими устройствами и элементами, например, подстроечным резистором, так и программными модулями, в которых реализуется соответствующие математические расчеты для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Четвертым (13), пятым (14) и шестым (15) пусковыми органами могут быть как отдельные физические устройства, например, микросхема компаратора, так и программные модули, в которых реализуется соответствующие математические расчеты для устройства автоматического контроля и мониторинга оборудования.
Каждое новое значение концентрации монооксида углерода kj, диоксида углерода mj, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, cj, в паре с синхронизированными метками времени tj, получаемыми от таймера (32), записываются в ППЗУ (31), в соответствующие массивы K(kj tj), M(kj tj), C(kj tj).
При превышении уровня концентрации газов четвертый (13), пятый (14) и шестой (15) пусковые органы подают сигнал на второй сигнальный орган (19) через логику, реализованную с помощью второго логического элемента «ИЛИ» (27).
Второй сигнальный орган (19) может быть как отдельным физическим устройством, например, указательным реле, или, например, светодиодным индикатором, так и программным модулем, в котором реализуется соответствующая программная функция для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Для передачи телесигнализации на удаленные устройства во втором сигнальном органе (19) могут быть предусмотрены соответствующие элементы и устройства, например, сухие контакты или, например, тиристорные ключи, и/или информационный разъем последовательного канала связи, и/или коммуникационный модуль локальной сети (Ethernet).
При появлении в зоне расположения газочувствительного сенсора или сенсоров (7), (8), (9) минимально необходимых для срабатывания концентраций контролируемого газа или газов, а также газовых смесей, происходит изменение их выходного сигнала, который может быть как аналоговым, в виде тока или напряжения, так и цифровым, согласно внутреннему протоколу обмена информацией, который подается на соответствующие первый (10), второй (11) и третий (12) пусковые органы.
Первый (10), второй (11) и третий (12) пусковые органы сравнивают сигналы, полученные с первого (7), второго (8) и третьего (9) газочувствительных сенсоров, с уровнями концентраций газов, задаваемыми, соответственно, шестой (6), пятой (5) и четвертой (4) уставками, которые конструктивно могут быть совмещены с первым (10), вторым (11) и третьим (12) пусковыми органами.
Расчет и задание уставок в четвертом (4), пятом (5) и шестом (6) блоках происходит предварительно в ручном или автоматическом режимах.
Четвертый (4), пятый (5) и шестой (6) блоки уставок могут быть как отдельными физическими устройствами и элементами, например, подстроенным резистором, так и программными модулями, в которых реализуется соответствующие математические расчеты для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Первым (10), вторым (11) и третьим (12) пусковыми органами могут быть как отдельные физические устройства, например, микросхема компаратора, так и программные модули, в которых реализуется соответствующие математические расчеты для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
При превышении уровня концентрации газов первый (10), второй (11) и третий (12) пусковые органы через схему разрешения от системы (16) блокировки работы пусковых органов посредством логики, реализованной первым (23), вторым (24) и третьим (25) логическими элементами «И» и четвертым (29) логическим элементом «ИЛИ», подают сигнал на первый вычислительный блок (17), сопоставляющий последовательность и продолжительность действия первого (10), второго (11) и третьего (12) пусковых органов.
Первый вычислительный блок (17) производит расчет и, по результатам расчета, подает сигнал на первый исполнительный орган (22), осуществляющий отключение ЭУ или ее части, или ее частей через восьмой (51) логический элемент «ИЛИ».
Первый вычислительный блок (17) представляет собой или набор логических схем, или программные модули, в которых реализуется соответствующие расчеты для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Первый исполнительный орган (22) может быть, как отдельным физическим устройством, например, промежуточным реле или, например, тиристорным ключом, или блоком выходных контактов для микроэлектронного устройства и устройств релейной защиты и сигнализации, или информационным разъемом последовательного канала связи, и/или коммуникационным модулем локальной сети (Ethernet).
Параметры (ток включения, напряжение питания, надежность срабатывания) первого исполнительного органа (22), в случае его подключения к приводам (катушкам отключения) выключателей силовой сети, должны быть достаточны для многократных и продолжительных включений катушек отключения силовых выключателей в течение всего времени эксплуатации устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Также при срабатывании первого (10), второго (11) и третьего (12) пусковых органов подается сигнал на первый сигнальный орган (18) посредством логики, реализованной первым логическим элементом «ИЛИ» (26).
Первый сигнальный орган (18) может быть, как отдельным физическим устройством, например, указательным реле или, например, светодиодным индикатором, так и программным модулем, в котором реализуется соответствующая программная функция для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Для передачи телесигнализации на удаленные устройства в первом сигнальном органе (18) могут быть предусмотрены соответствующие элементы и устройства, например, сухие контакты или, например, тиристорные ключи, и/или информационный разъем последовательного канала связи, и/или коммуникационный модуль локальной сети (Ethernet).
Первый сигнальный орган (18) сигнализирует о срабатывании, как минимум одного пускового органа (или первого (10), и/или второго (11), и/или третьего (12) пусковых органов) вне зависимости от разрешений от системы (16) блокировки работы пусковых органов.
При блокировке работы первого (10), второго (11) и третьего (12) пусковых органов от системы (16) блокировки работы пусковых органов подается сигнал на третий сигнальный орган (20) посредством логики, реализованной третьим логическим элементом «ИЛИ» (28).Третий сигнальный орган (20) может быть, как отдельным физическим устройством, например, указательным реле или, например, светодиодным индикатором, так и программным модулем, в котором реализуется соответствующая программная функция для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Для передачи телесигнализации на удаленные устройства в третьем сигнальном органе (20) могут быть предусмотрены соответствующие элементы и устройства, например, сухие контакты или, например, тиристорные ключи, и/или информационный разъем последовательного канала связи, и/или коммуникационный модуль локальной сети (Ethernet).
Третий сигнальный орган (20) сигнализирует о блокировке работы, как минимум, одного пускового органа (или первого (10), и/или второго (11), и/или третьего (12) пусковых органов).
При срабатывании или первого (18), и/или второго (19), и/или третьего (20) сигнальных органов подается сигнал на четвертый сигнальный орган (21) через логику, реализованную на пятом логическом элементе «ИЛИ» (30).
Четвертый сигнальный орган (21) запускает передачу информации (телесигнализации) на удаленные пункты управления.
Четвертый сигнальный орган (21) может быть, как отдельным физическим устройством, например, указательным реле или, например, светодиодным индикатором, так и программным модулем, в котором реализуется соответствующая программная функция для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Для передачи телесигнализации на удаленные устройства в четвертом сигнальном органе (21) предусмотрены соответствующие элементы и устройства, например, сухие контакты, тиристорные ключи и/или информационный разъем последовательного канала связи, и/или коммуникационный модуль локальной сети (Ethernet).
В конструкции устройства предусмотрен ППЗУ (31) для хранения ретроспективной информации по концентрации тех или иных газов или газовых смесей по продолжительности и уровню, для анализа, сопоставления и реализации соответствующих способов релейной защиты и сигнализации в первом вычислительном блоке (17).
Модуль ППЗУ (31) подключен к первому (7), второму (8) и третьему (9) газочувствительным сенсорам для записи значений концентраций газов или газовых смесей, а также к сигналам от системы (16) блокировки работы пусковых органов.
При срабатывании блока (21) также реализуется передача сигнала на запуск модуля ППЗУ (31), содержащего информацию о срабатывании сигнализации, например, времени превышения концентрации соответствующего контролируемого газа.
Для синхронизации и контроля времени в устройстве может быть предусмотрен модуль (32) ввода сигналов точного времени (таймер), синхронизирующийся с астрономическим временем посредством приема сигнала GPS/ГЛОНАСС, подключенный к ППЗУ (31) и первому вычислительному блоку (17).
При реализации функции анализа скорости нарастания концентрации монооксида углерода, диоксида углерода, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в электрооборудовании, устройство автоматического контроля и мониторинга электрооборудования работает следующим образом.
Устройство, содержащее первый (7), второй (8), и третий (9) газочувствительные сенсоры, соответственно, монооксида углерода, например, комплементарная пара для оптического детектирования в области поглощения монооксида углерода (4,7 мкм), диоксида углерода, например, полупроводниковый сенсор углекислого газа, и/или горючих газов и газовых смесей, и газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, находится в контролируемой зоне ЭУ, например, в релейном отсеке закрытого распределительного устройства 6-10 кВ (ячейки КРУ) или в шкафу низкого напряжения комплектной трансформаторной подстанции.
Периодически (например, раз в 10 секунд) первый (7), второй (8), и третий (9) газочувствительные сенсоры передают измеряемые значения скорости нарастания концентрации газов в ППЗУ (31) для хранения ретроспективной информации по продолжительности и уровню, а также для анализа, сопоставления и реализации соответствующих способов контроля и мониторинга электрооборудования в третьем вычислительном блоке (53).
Модуль ППЗУ (31) также подключается к сигналам от системы (16) блокировки работы пусковых органов.
При срабатывании пятого сигнального органа (52) также реализуется передача сигнала на запуск модуля ППЗУ (31), содержащего информацию о срабатывании сигнализации, например, времени превышения скорости нарастания концентрации соответствующего контролируемого газа.
Каждое новое значение концентрации монооксида углерода kj, диоксида углерода mj, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, cj, в паре с синхронизированными метками времени tj, получаемыми от таймера (32), записываются в ППЗУ (31), в соответствующие массивы K(kj tj), M(kj tj), C(kj tj).
Периодически, посредством второго вычислительного блока (33), реализуется алгоритм анализа скорости нарастания концентрации контролируемых газов за фиксированный интервал времени t.
При получении новых значений концентрации контролируемых газов от сенсоров (например, газочувствительного сенсора (7) монооксида углерода), находится первая производная по времени для кратных (например, через каждые 50 выборок) значений концентрации газов.
Аналогичным образом алгоритм анализа скорости нарастания концентрации контролируемых газов за фиксированный интервал времени t реализуется от второго (8) и третьего (9) газочувствительных сенсоров.
При превышении десятой (37), одиннадцатой (38) или двенадцатой (39) уставок на срабатывание релейной защиты на отключение ЭУ или ее частей, или ее части, в зоне которой имеется превышение скорости нарастания концентрации, соответственно десятый (43), одиннадцатый (44) или
двенадцатый (45) пусковые органы через схему разрешения от системы (16) блокировки работы пусковых органов посредством логики, реализованной четвертым (46), пятым (47) и шестым (48) логическими элементами «И» и седьмым (50) логическим элементом «ИЛИ», подают сигнал на третий вычислительный блок (53), сопоставляющий последовательность и продолжительность действия десятого (43), одиннадцатого (44) и двенадцатого (45) пусковых органов.
Третий вычислительный блок (53) производит расчет и, по его результатам, подает сигнал на второй исполнительный орган (54), осуществляющий отключение ЭУ или ее части, или ее частей, через восьмой (51) логический элемент «ИЛИ», а также сигнал телесигнализации на сервер АСУ ТП, содержащий информацию о срабатывании сигнала на отключение.
Третий вычислительный блок (53) представляет собой или набор логических схем, или программные модули, в которых реализуется соответствующие расчеты для устройства автоматического контроля и сигнализации.
При превышении седьмой (34), восьмой (35) или девятой (36) уставок на срабатывание сигнализации по превышению скорости нарастания концентрации газов, соответственно седьмой (40), восьмой (41) или девятый (42) пусковые органы подают сигнал на пятый сигнальный орган (52) через логику, реализованную с помощью шестого логического элемента «ИЛИ» (49).
Пятый сигнальный орган (52) может быть, как отдельным физическим устройством, например, указательным реле, или, например, светодиодным индикатором, так и программным модулем, в котором реализуется соответствующая программная функция для устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования.
Для передачи телесигнализации на удаленные устройства в пятом сигнальном органе (52) могут быть предусмотрены соответствующие элементы и устройства, например, сухие контакты, или, например, тиристорные ключи и/или информационный разъем последовательного канала связи, и/или коммуникационный модуль локальной сети (Ethernet).
Таким образом, использование настоящего изобретения позволяет расширить функциональные возможности устройства автоматического контроля и мониторинга электрооборудования за счет реализации функции анализа скорости нарастания концентрации монооксида углерода, диоксида углерода, горючих газов и газовых смесей, а также газов, образуемых при тлении или горении изоляции электропроводки, например, водорода, в электрооборудовании.
Кроме этого, использование настоящего изобретения позволяет:
- обеспечить автоматизированность процесса контроля и мониторинга изоляции электропроводки и электрооборудования в ЭУ;
- обеспечить постоянный мониторинг, анализ и мониторинг состояния изоляции электропроводки и электрооборудования в ЭУ с учетом текущего состояния и ее состояния в прошлом на основе анализа ретроспективной информации;
- обеспечить контроль состояния и целостности изоляции электропроводки и электрооборудования, где в качестве основного изоляционного материала используется, как ПВХ, так и другие используемые, прежде всего органические, изоляционные материалы, например, конденсаторная бумага;
- обеспечить функцию релейной защиты и сигнализации в ЭУ на основе контроля концентрации газов внутри закрытых частей (корпусов, отсеков) ЭУ.
Заявленное техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий, и прошло апробацию на объектах филиала АО «Сетевая компания» Буинские электрические сети.