СПОСОБ И СИСТЕМА ТЕСТИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В УСТАНОВКАХ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
METHOD AND SYSTEM OF SWITCHGEAR TESTING FOR USE IN ELECTRIC POWER TRANSMISSION EQUIPMENT

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и системе тестирования распределительного устройства, предназначенного для использования в установках для передачи электроэнергии или сетях передачи электроэнергии.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Электрические переключатели, в частности переключатели нагрузки или силовые переключатели, используются в электрических распределительных устройствах с газовой изоляцией, применяемых, в частности, в установках для передачи электроэнергии. При этом под «переключателем нагрузки» или «силовым переключателем» следует понимать особый переключатель, рассчитанный на большие токи (>1 кА). Силовой переключатель может не только переключать рабочие токи и слабые токи перегрузки - в случае неисправности он также может обеспечить эффективное отключение сильных токов перегрузки и токов короткого замыкания (до 800 кА). Переключатели нагрузки или силовые переключатели могут быть представлены в однополюсном и трехполюсном исполнении. При тестировании этих распределительных устройств (в частности, переключателей этих распределительных устройств), которое должно проводиться периодически, выполняются различные тесты и измерения, например измерение времени коммутации или измерение сопротивления.
Поскольку в случае использования распределительного устройства с газовой изоляцией доступ к рабочим токопроводящим частям или выводам обычно закрыт, согласно предшествующему уровню техники электрическое соединение с проверяемым переключателем устанавливается через так называемые заземляющие переключатели. В ходе тестирования заземляющий переключатель обычно соединяет проводник или вывод проверяемого переключателя с землей, например, с заземленной наружной стенкой распределительного устройства с целью перенаправления опасных токов или напряжений. Однако манипулирование заземляющими переключателями, что необходимо согласно предшествующему уровню техники, является недостатком с точки зрения безопасности.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить такой вариант тестирования распределительного устройства в составе установки для передачи электроэнергии, который не предусматривал бы необходимость манипулирования заземляющими переключателями.
Согласно заявленному изобретению эта цель достигается с помощью способа тестирования распределительного устройства в составе установки для передачи электроэнергии по п. 1 формулы изобретения, с помощью системы тестирования распределительного устройства в составе установки для передачи электроэнергии по п. 15 формулы изобретения и с помощью распределительного устройства в составе установки для передачи электроэнергии по п. 18 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные и наиболее эффективные варианты осуществления настоящего изобретения.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
В рамках объема настоящего изобретения предложен способ тестирования распределительного устройства (в частности, распределительного устройства с газовой изоляцией), предназначенного для использования в установках для передачи электроэнергии или сетях передачи электроэнергии. При этом распределительное устройство содержит переключатель (в частности, переключатель нагрузки или силовой переключатель), который или соединяет первую сторону или первый вывод переключателя со второй стороной или вторым выводом переключателя, или отключает ее, в зависимости от положения переключателя; а также содержит два заземляющих переключателя. При этом каждый из двух заземляющих переключателей выполнен с возможностью или соединения одного из двух выводов (одной из двух сторон) с землей, в зависимости от состояния заземляющего переключателя, или отключения его от земли. Способ согласно настоящему изобретению предусматривает выполнение следующий стадий:
- генерирования тока, проходящего через переключатель; и
- определения величины тока, проходящего через переключатель.
При выполнении указанных стадий оба заземляющих переключателя постоянно находятся в замкнутом состоянии и не размыкаются в ходе тестирования, т.е. во время выполнения стадий генерирования тока и определения его величины.
Так как способ тестирования согласно настоящему изобретению не предусматривает изменение состояния, то есть размыкания, хотя бы одного из двух заземляющих переключателей для генерирования тока, проходящего через переключатель, или определения величины тока, проходящего через переключатель, обеспечивается отсутствие какого-либо воздействия на заземляющие переключатели для тестирования распределительного устройства, что является несомненным преимуществом. Таким образом, тестирование распределительного устройства согласно заявленному изобретению может быть выполнено эффективнее и с более высокой степенью безопасности, чем тестирование согласно предшествующему уровню техники.
Способ тестирования согласно настоящему изобретению может предусматривать измерение времени коммутации, т.е. измерение времени коммутации переключателя и/или определение электрического сопротивления замкнутого переключателя, которое также называется микроомным измерением. В ходе измерения времени коммутации на переключатель подаются команды в виде электрических сигналов на установление соединения и разъединение. Затем на основе установленной величины тока, проходящего через переключатель, замеряются интервалы времени, которые необходимы переключателю для осуществления размыкания и замыкания с учетом времени передачи соответствующего электрического сигнала. После этого, в зависимости от установленных интервалов времени, можно определить, находится ли переключатель или распределительное устройство в исправном состоянии, или распределительное устройство требует проведения технического обслуживания или даже повреждено. Иными словами, в ходе тестирования согласно заявленному изобретению можно проверить динамическую реакцию переключателя при размыкании и замыкании абсолютно безопасным и надежным способом. Электрическое сопротивление можно установить путем измерения напряжения на переключателе четырехзажимным методом, при котором выводы вольтметра напрямую подключаются к заземляющим переключателям.
Существует два варианта определения величины тока, проходящего через переключатель.
- Первый вариант предусматривает генерирование тока, поступающего с первого вывода переключателя на второй вывод переключателя. Поскольку оба заземляющих переключателя замкнуты, при замкнутом переключателе этот ток разделяется на ток, проходящий через переключатель, и на ток, проходящий через соединение на землю. Поскольку ток, который разряжается через заземление или землю распределительного устройства, измеряется при известном полном токе, величину тока, проходящего через переключатель, можно определить эффективным непрямым способом путем установления, в частности, разницы между полным током и током, который разряжается через заземление.
Иначе говоря, генерирование тока, проходящего через переключатель, согласно первому варианту предусматривает, например, соединение устройства для генерирования тока, проходящего через переключатель, с точкой разветвления, к которой подключен один из концов одного из заземляющих переключателей и заземление распределительного устройства. Определение величины тока может предусматривать последующее измерение дополнительного тока, протекающего между точкой разветвления и заземлением. Если известен полный ток, то по измеренному дополнительному току можно установить величину тока, проходящего через переключатель.
- Второй вариант предусматривает прямое измерение тока, проходящего через переключатель, и поэтому для установления величины тока, проходящего через переключатель, никаких вычислений не требуется.
Во втором варианте генерирование тока, проходящего через переключатель, также может предусматривать соединение устройства для генерирования тока, проходящего через переключатель, с точкой разветвления, к которой подключен один из концов одного из заземляющих переключателей и заземление распределительного устройства. Определение величины тока, проходящего через переключатель, также может предусматривать измерение дополнительного тока, который - однако - во втором варианте протекает между точкой разветвления и землей заземляющего переключателя и, соответственно, проходит через переключатель (если переключатель замкнут). Таким образом, этот дополнительный ток соответствует току, проходящему через переключатель (если тот замкнут), вследствие чего измеренная величина дополнительного тока будет соответствовать величине тока, проходящего через переключатель.
В обоих случаях величину тока, проходящего через переключатель, можно определить в любой заданный момент времени.
Ток, проходящий через переключатель, может генерироваться или источником тока, или источником напряжения.
Если ток, проходящий через переключатель, генерируется источником напряжения, то этот источник напряжения должен быть соединен с переключателем по параллельной схеме.
Электрический ток, проходящий через переключатель, может генерироваться в виде постоянного тока, переменного тока или комбинации постоянного и переменного тока. Кроме того, электрический ток, проходящий через переключатель, может нарастать и/или спадать в скоротечном режиме, т.е. очень быстро (например, скачкообразно).
Для измерения тока (дополнительного) может быть эффективно использован трансформатор тока с разъемным сердечником, который монтируется рядом с соответствующей линией, в которой должен измеряться ток. Благодаря этому, трансформатор тока может быть впоследствии с успехом включен в распределительное устройство без необходимости, например, проведения каких-либо манипуляций с заземляющими переключателями. При этом под «трансформатором тока» следует понимать тип измерительного преобразователя, который выполнен с возможностью выполнения функций трансформатора, или который работает в качестве трансформатора.
Кроме того, в предпочтительном варианте может быть предусмотрено подсоединение разъемного ферритового стержня для повышения индуктивности токовой цепи, ведущей к земле или заземлению распределительного устройства, в результате чего через переключатель (замкнутый) будет проходить больше сгенерированного тока. Разъемный ферритовый стержень или ферритовый материал может располагаться рядом с соединением одного из заземляющих переключателей с землей или рядом с обоими соединениями соответствующего заземляющего переключателя с землей.
Как и разъемный сердечник трансформатора тока, разъемный ферритовый стержень представляет собой разъемный ферритовый сердечник, который может быть впоследствии смонтирован рядом с линией внутри распределительного устройства. Воздействие ферромагнитного материала усиливается по мере повышения частоты генерируемого тока таким образом, что чем больше будет частота генерируемого переменного тока, тем больше будет доля генерируемого тока, принудительно проходящего через переключатель (замкнутый).
Если сгенерированный ток, проходящий через переключатель, представляет собой постоянный ток, то для определения его величины может быть использовано измерительное устройство, принцип действия которого основан на эффекте Нееля. При этом постоянный ток, подлежащий измерению, измеряется по напряжению, которое наводится постоянным током, после чего, исходя из измеренного напряжения, определяется величина тока, проходящего через переключатель.
Для получения эффекта Нееля в катушке размещается суперпарамагнетик. За счет нелинейности суперпарамагнетика напряжение, которое падает при прохождении через катушку, характеризуется наличием множества частотных составляющих. Затем по частотному сдвигу этих частотных составляющих может быть определена величина постоянного тока. Постоянный ток может быть также измерен с помощью датчика Холла.
Поскольку в этом варианте осуществления настоящего изобретения ток, проходящий через переключатель, может определяться или измеряться напрямую на основе эффекта Нееля, может быть также эффективно вычислено или установлено электрическое сопротивление замкнутого переключателя, если известно или измерено напряжение постоянного тока, падающее при прохождении через переключатель.
Исходя из определения величины тока, проходящего через переключатель (замкнутый), можно также установить моменты времени, когда наблюдается резкое изменение в протекании тока через переключатель, с целью определения на основе этих данных промежутков времени, в течение которых происходит включение и/или выключение переключателя.
За счет определения времени коммутации переключателя, т.е. определения промежутков времени, в течение которых происходит включение и/или отключение переключателя, можно эффективно реализовать вышеупомянутое измерение времени коммутации.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения распределительное устройство содержит множество переключателей, каждый из которых или подключает, или отключает два вывода соответствующего переключателя. Распределительное устройство этого типа выполнено с возможностью размыкания многофазного (например, трехфазного) тока. При этом с каждым выводом переключателя сопряжен соответствующий заземляющий переключатель, посредством которого соответствующий вывод обычно соединяется с землей или заземлением во время тестирования, и может быть отключен от земли во время работы распределительного устройства в нормальном режиме. Величина тока, проходящего через соответствующий переключатель, может быть измерена напрямую или установлена посредством измерения токов, которые разряжаются на землю распределительного устройства, что возможно в тех случаях, когда известен полный ток, представляющий собой сумму токов, проходящих через переключатели, и токов, разряжаемых на землю.
Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает, помимо прочего, определение соответствующих промежутков времени, в течение которых соответствующий переключатель размыкается и/или замыкается, и электрического сопротивления соответствующего замкнутого переключателя. При этом значения тока могут быть измерены или установлены одновременно или последовательно в любой заданный момент времени.
В объеме заявленного изобретения также предложена система тестирования распределительного устройства, используемого в установках для передачи электроэнергии. Как и в случае со способом согласно настоящему изобретению, распределительное устройство содержит переключатель, который или соединяет первую сторону переключателя с его второй стороной или отключает ее, а также содержит два заземляющих переключателя. Указанная система включает в себя первое устройство для генерирования тока и второе устройство для измерения измеряемой переменной (например, тока или напряжения) распределительного устройства, а также содержит управляющее устройство. Эта система выполнена с возможностью генерирования тока, проходящего через переключатель, указанным первым устройством при постоянно замкнутых заземляющих переключателях и определения величины тока, проходящего через переключатель, с помощью управляющего устройства, по измеренной переменной, величина которой была установлена с помощью второго устройства, соответственно, без размыкания какого-либо из двух заземляющих переключателей.
Преимущества системы согласно заявленному изобретению практически совпадают с преимуществами способа согласно заявленному изобретению, которые были подробно описаны выше, и поэтому нет необходимости в их повторении.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения второе устройство представляет собой амперметр с катушкой Роговского.
В принципе, катушка Роговского рассчитана только на измерение переменных токов. Однако используя катушку Роговского, можно также выявлять изменения в прохождении электрического тока, которые имеют место, например, при размыкании и/или замыкании переключателя. При прохождении тока через катушку Роговского напряжение падает; при этом указанное напряжение практически соответствует первой производной тока, проходящего через катушку Роговского.
Таким образом, система согласно настоящему изобретению выполнена, в частности, с возможностью обнаружения пиков тока, которые имеют место при включении или отключении переключателя в момент протекания через него тока, с помощью катушки Роговского.
Таким образом, посредством катушки Роговского генерируются пики напряжения, по которым может быть сравнительно точно установлено время срабатывания и/или замыкания переключателя, благодаря чему может быть реализовано вышеупомянутое измерение времени коммутации. При этом, когда переключатель находится в замкнутом состоянии, пики напряжения обращены в одном направлении (т.е. характеризуются одной полярностью), а когда переключатель находится в разомкнутом состоянии, пики напряжения обращены в противоположном направлении (т.е. характеризуются противоположной полярностью), что может быть использовано для определения времени подключения или отключения переключателя.
И наконец, в объеме настоящего изобретения предложено распределительное устройство, используемое в установках для передачи электроэнергии или сетях передачи электроэнергии. При этом распределительное устройство согласно заявленному изобретению содержит по меньшей мере один переключатель, который или соединяет первую сторону переключателя с его второй стороной, или отключает его от указанной стороны; а также содержит по меньшей мере два упомянутых выше заземляющих переключателя. Кроме того, распределительное устройство содержит описанную выше систему согласно заявленному изобретению.
Настоящее изобретение может быть использовано, в частности, для тестирования распределительных устройств в составе установок для передачи электроэнергии. Разумеется, заявленное изобретение не ограничено этой предпочтительной сферой применения, поскольку настоящее изобретение может быть использовано, например, в распределительных устройствах иного рода, которые используются за пределами установок для передачи электроэнергии.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет подробно описано ниже на примере вариантов своего осуществления в привязке к чертежам, где:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение распределительного устройства с газовой изоляцией;
на фиг. 2 схематически проиллюстрировано тестирование согласно настоящему изобретению распределительного устройства с газовой изоляцией, снабженного устройством для генерирования тока и амперметром;
на фиг. 3 представлено схематическое изображение распределительного устройства согласно настоящему изобретению, которое содержит систему согласно настоящему изобретению;
на фиг. 4 схематически проиллюстрировано тестирование согласно настоящему изобретению трехфазного распределительного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 схематически проиллюстрировано тестирование согласно настоящему изобретению трехфазного распределительного устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1 представлено схематическое изображение распределительного устройства (30) с газовой изоляцией, которое содержит газопровод (1), в котором располагается переключатель нагрузки или силовой переключатель (2) распределительного устройства (30). В предпочтительном варианте газопровод (1) наполняется газом SF6 (5), который находится под высоким давлением, обеспечивая высокую изолирующую способность даже при относительно небольших размерах. Соответствующий заземляющий переключатель (10) или (11) распределительного устройства (30) соединяется с выводом (6) или (7) переключателя (2) для заземления соответствующего вывода (6) или (7) в ходе тестирования распределительного устройства (30). С этой целью заземляющие переключатели (10) и (11) часто подключаются к газопроводу (1) распределительного устройства (30) с возможностью последующего съема с помощью винтового соединения (12) и (13), обеспечивая соединение с землей или заземлением.
На фиг. 2 схематически показано, как реализуется тестирование согласно настоящему изобретению распределительного устройства (30) по фиг. 1.
С этой целью источник (22) тока подает электрический сигнал или ток в точку (14) разветвления. Если заземляющие переключатели (10) и (11) и переключатель (2) находятся в замкнутом состоянии, то ток, поданный источником (22) тока, будет частично проходить через заземляющий переключатель (10), переключатель (2) и заземляющий переключатель (11) от точки (14) разветвления до второй точки (15) разветвления; и частично проходить через амперметр (20) от точки (14) разветвления до заземления (1), а оттуда - ко второй точке (15) разветвления. Если величина полного тока, сгенерированного источником (22) тока, известна, то величина тока, проходящего через переключатель (2), может быть установлена по току, измеренному амперметром (20), путем определения разницы между полным током и измеренным током.
Кроме того, напряжение, генерируемое между точками (14) и (15) разветвления, может опционально измеряться вольтметром (21) четырехзажимным способом (т.е. вольтметр (21) подключается к точкам (14) и (15) разветвления напрямую). Если известна величина тока, проходящего через переключатель (2), и напряжения, падающего при прохождении тока через переключатель (20), то можно определить величину электрического сопротивления переключателя, в том числе двух заземляющих переключателей.
На фиг. 3 представлен еще один из вариантов осуществления настоящего изобретения для тестирования распределительного устройства (30) по фиг. 1.
В отличие от варианта осуществления настоящего изобретения, показанного на фиг. 2, в варианте по фиг. 3 измеряется ток, проходящий через заземляющий переключатель (10) между точкой (14) разветвления и переключателем (2). Иначе говоря, в варианте реализации заявленного изобретения по фиг. 3 ток, проходящий через переключатель (2) (замкнутый), измеряется напрямую, тогда как в варианте по фиг. 2 он измеряется опосредованно, после чего его величина рассчитывается или определяется с помощью вычислений в зависимости от величины полного тока.
Кроме того, на фиг. 3 представлено схематическое изображение системы (9) согласно настоящему изобретению, предназначенной для тестирования распределительного устройства (30). Помимо источника (22) тока и амперметра (20), система (9) согласно заявленному изобретению содержит управляющее устройство (8), предназначенное для координирования и управления процессом тестирования распределительного устройства (30).
Как и в варианте, проиллюстрированном на фиг. 2, в варианте осуществления настоящего изобретения по фиг. 3 напряжение, генерируемое между точками (14) и (15) разветвления, может опционально измеряться вольтметром (21), в частности, четырехзажимным методом, в результате чего можно установить величину электрического сопротивления переключателя (2).
На фиг. 4 показано распределительное устройство (30), способное размыкать трехфазный ток. Для этого распределительное устройство (30), показанное на фиг. 4, содержит три переключателя (2), (3) и (4) вместо всего одного переключателя (2). Выводы (6) и (7) каждого из переключателей (2), (3) и (4) опционально подключены к заземлению (1) через отдельные заземляющие переключатели (10) и (11) таким образом, чтобы на каждый переключатель (2), (3) и (4) приходилось, соответственно, два заземляющих переключателя (10) и (11), что в итоге дает шесть заземляющих переключателей (10) и (11) для распределительного устройства (30), как это показано на фиг. 4.
По меньшей мере один источник (22) тока подает ток в точку (14) разветвления, после чего указанный ток проходит через одно из трех последовательных соединений, которые соответственно состоят из заземляющего переключателя (10), за которыми следует переключатель (2), (3) или (4), и последующего заземляющего переключателя, и поступает в точку (15) разветвления; или же он разряжается на землю (1) через три амперметра (20). Поскольку с помощью амперметров (20) можно измерить ток, идущий от точки (14) разветвления к точке (16) разветвления, от точки (16) разветвления к точке (17) разветвления и от точки (1?) разветвления до заземления, то можно также вычислить ток, проходящий через соответствующий (замкнутый) переключатель (2), (3) или (4), если известен полный ток, сгенерированный источником (22) тока.
Повторим еще раз, что напряжение, генерируемое между точками (14) и (15) разветвления, может опционально измеряться вольтметром (21), в частности, четырехзажимным способом.
Еще один вариант реализации заявленного изобретения, проиллюстрированный на фиг. 5, отличается от варианта по фиг. 4 таким же образом, что и вариант осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг. 3, отличается от варианта по фиг. 2. В варианте реализации настоящего изобретения, который представлен на фиг. 5, токи, проходящие через соответствующий переключатель (2), (3) или (4) (замкнутый), измеряются напрямую амперметрами (20). Прочие признаки варианта осуществления заявленного изобретения по фиг. 5 соответствуют признакам варианта по фиг. 4.
Амперметры (20), показанные на фиг. 2-5, могут быть реализованы, в частности, с использованием трансформаторов тока, содержащих разъемные сердечники, или с помощью датчиков на эффекте Нееля или катушек Роговского. Амперметр (20) устанавливается у соответствующего участка линии в точке, показанной на фиг. 2 - 5, с целью фиксации тока, протекающего через этот участок. В результате ток, проходящий через этот участок линии, может быть эффективно измерен без необходимости выполнения каких-либо манипуляций с заземляющими переключателями (10) и (11) или винтовыми соединениями (12) и (13) (например, ослабления винтов), как это часто происходит на предшествующем уровне техники.
Перечень ссылочных позиций
1 - газопровод
2 - переключатель
3 - переключатель
4 - переключатель
5 - газ
6, 7 - вывод
8 - управляющее устройство
9 - система
10, 11 - заземляющий переключатель
12, 13 - винтовое соединение
14-17 - точка разветвления
20 - измерительное устройство
21 - вольтметр
22 - источник тока
30 - распределительное устройство