СПОСОБ ПОИСКА ПРИСОЕДИНЕНИЙ С ПОНИЖЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИИ НА ЗЕМЛЮ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ
METHOD OF SEARCHING ACCESSIONS WITH REDUCED INSULATION RESISTANCE TO EARTH IN DC CONTROL CURRENT POWER PLANTS AND SUBSTATIONS

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для поиска присоединений щита постоянного тока с пониженным сопротивлением изоляции на землю без отключения. Способ основан на наложении на шины щита внешнего опорного напряжения, выделении активной составляющей тока присоединения от наложенного опорного напряжения в сравнении с интегралом квадрата мгновенного значения переменной составляющей потенциала шин. Для повышения устойчивости работы устройства при низких значениях сопротивления утечки на землю предусмотрено вычисление интеграла произведения мгновенных значений переменных составляющих полного опорного тока щита и тока контролируемого присоединения.
Изобретение относится к электротехнике и может быть предназначено для поиска участка с пониженным сопротивлением изоляции на землю в цепях постоянного оперативного тока электрических станций и подстанций.
Известен способ контроля, основанный на методе наложения на контролируемый щит постоянного тока переменного внешнего напряжения, фиксации переменной составляющей потенциала шин относительно земли, выделении активной составляющей тока в контролируемом присоединении [А.с. СССР, Овсянников А.А., Файбисович В.А., Шлык В.В. Свидетельство 978082. Устройство для оперативного контроля изоляции цепей постоянного тока, опубл. 1982].
Недостатком данного способа является зависимость выделенной активной составляющей мощности от изменения параметров сети постоянного тока. Еще одним недостатком описанного способа является невозможность селективной работы при металлическом замыкании одного полюса щита постоянного тока на землю.
Известен также способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления [патент РФ №2411526 С2, опубл. 27.02.2010]. В данном устройстве способ наложения внешнего тестового сигнала проводится непосредственно на полюс щита постоянного тока.
Недостатками данного способа являются: наличие гальванической связи по постоянному току цепей щита постоянного тока и внешнего источника тестового сигнала, что может привести к ложному срабатыванию устройств релейной защиты, а так же как и в предыдущем способе, невозможность селективной работы при металлическом замыкании одного полюса щита постоянного тока на землю.
В патенте способ поиска элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока [РФ №2310211, опубл. 10.11.2007, бюл. №31] предлагается наложение на контролируемую сеть тестового сигнала двух частот через резистивную развилку на оба полюса щита постоянного тока. В патенте предложен способ контроля фазы высокочастотной составляющей потенциала шин щита относительно низкочастотной составляющей тока фидера от тестового источника. Этот патент взят за прототип.
Недостатками данного способа являются: наличие резистивной развилки, приводящей к тепловыделению и снижению чувствительности устройства, а также зависимость фазовой погрешности от параметров сети.
Техническим результатом является повышение чувствительности, уменьшение влияния параметров сети на работу устройства, увеличение диапазона селективно обнаруживаемых сопротивлений утечки.
Технический результат достигается тем, что в способе поиска присоединения щита постоянного тока с пониженным сопротивлением изоляции, основанном на выделении активной составляющей тока фидера от внешнего наложенного напряжения, согласно изобретению производится наложение внешнего низкочастотного напряжения, вычисляется отношение интеграла квадрата мгновенного значения переменной составляющей потенциала шин и активной составляющей мощности, а также вычисляется интеграл произведения мгновенных значений переменных составляющих полного опорного тока щита и тока контролируемого присоединения.
На фиг. 1 приведена функциональная схема прибора, на которой имеются следующие элементы: 1 - источник опорного напряжения; 2 - емкостная развилка; 3 - балластный резистор; 4 - датчик тока; 5 - усилитель; 6 - емкостная развилка; 7 - дополнительный резистор; 8 - датчик потенциала шин; 9, 13, 15 - фильтр; 10 - коммутатор; 11 - усилитель; 12 - датчик тока; 14 - умножитель; 16 - интегратор; 17 - емкость контролируемого фидера относительно земли; 18 - сопротивление утечки на землю контролируемого фидера; 19 - измеритель активной составляющей опорного тока фидера; 20 - делитель; 21 - умножитель; 22 - интегратор; 23 - дисплей; 24 - контролируемый фидер; 25 - шины щита постоянного тока;
Датчики тока, устанавливаемые на каждый фидер, представляют собой кольцо феррита М2000, имеют 3 обмотки - первичную, представляющую цепи щита постоянного тока, сигнальную и компенсационную. Находятся датчики 12 в непосредственной близости от усилителей 13, выполненных на микросхемах LM358. Аналоговый коммутатор выполнен на микросхеме 74НС4051, усилители 5, фильтры 9, 13, 15 могут быть построены на микросхемах LM324. Блоки умножитель 14 и 21, интеграторы 16 и 22, измеритель активной составляющей тока 19 описаны программно и могут быть реализованы с помощью микроконтроллера с внутренним АЦП, например MSP430F149. Дисплей 23 - DV1602 с микроконтроллером HD44780 фирмы Hitachi.
Работа прибора основана на выделении из опорного тока в контролируемом фидере активной составляющей и сравнении последней с квадратом интеграла переменной составляющей потенциала шин. Одновременно контролируется 3 величины - полный налагаемый переменный опорный ток, переменная составляющая опорного тока в контролируемом фидере, переменная составляющая потенциала шин щита.
Внешнее опорное напряжение подается на обе шины 25 одновременно через емкостную развилку 2, которая отделяет цепи постоянного тока щита от источника опорного напряжения 1 через балластный резистор 3. С датчика тока 4 контролируется полный опорный ток, налагаемый на щит постоянного тока. Данный сигнал подвергается необходимому усилению 5, фильтрации 13.
Потенциал шин 25 контролируется с помощью датчика потенциала шин 8, подключенному к шинам постоянного тока через емкостную развилку 6, через дополнительный резистор 7. Сигнал обрабатывается фильтром 9.
Переменная составляющая опорного тока фидера выделяется с помощью датчика тока 12, усиливается усилителем 11, затем поступает на коммутатор 10. С выхода коммутатора сигнал проходит через фильтр 15.
Обрабатываются измерительные сигналы следующим образом. С помощью измерителя активной составляющей выделяется активная составляющая в переменной составляющей тока фидера с выхода фильтра 15 по выражению:
,
1
s
где T - период наблюдения, кратный частоте опорного напряжения; ϕ - переменная составляющая потенциала шин;  - переменная составляющая тока фидера от источника опорного напряжения; P - активная составляющая тока контролируемого фидера.
С выхода фильтра 9 сигнал переменной составляющей потенциала шин возводится в квадрат умножителем 14, интегратором 16 формируется сигнал среднего значения квадрата потенциала. В делителе 20 сигнал интегратора 16 делится на сигнал с измерителя активной составляющей опорного тока. Сигнал с выхода делителя 20 пропорционален активному сопротивлению утечки на землю 18 контролируемого фидера 24 и отстроен от паразитной емкости контролируемого фидера 17 относительно земли.
,
lek
где R - значение сопротивления утечки контролируемого фидера 18.
Сигнал с выхода делителя 20 отображается на дисплее 23.
При низком сопротивлении утечки контролируемого фидера 18 сигнал с выхода датчика потенциала шин 8 может оказаться недостаточным для измерения. В этом случае производится перемножение сигналов с фильтра 15 и с фильтра 13 в умножителе 20. Интеграл данного сигнала с выхода интегратора 22 отображается на дисплее 23. Так же на дисплее 23 отображается диспетчерское наименование контролируемого фидера.
,
1
где i - полный ток от опорного источника, налагаемый на шины щита.
2
Данный сигнал I характеризует совпадение полного переменного налагаемого тока щита и переменной составляющей тока фидера.
С помощью коммутатора 10 производится переключение каналов, подключенных к измерительным датчикам тока фидеров. На дисплее 23 формируется номер канала или его диспетчерское наименование, величина вычисленного сопротивления 18, или интеграл произведения полного налагаемого тока щита и тока контролируемого в данный момент фидера. В случае повреждения сопротивление будет минимальным, интеграл тока максимальным.
Например, пусть сигнал от опорного источника распространяется в сети постоянного оперативного тока, имеющей емкость на землю 50 мкФ.
Первый случай - емкость контролируемого присоединения относительно земли 2 мкФ. Сопротивление утечки на землю 40 кОм.
Второй случай - емкость контролируемого присоединения относительно земли 0.1 мкФ. Сопротивление утечки на землю 40 кОм.
Тогда при работе встроенного АЦП с опорным напряжением 3.3 В значения сигнальной мощности Ps 450 ед., значения квадрата потенциала 30 ед. Значения сопротивлений, рассчитанных устройством для первого случая - 38 кОм, для второго - 40 кОм. Погрешность прибора, обусловленная паразитной емкостью присоединения на землю, составила 5%.