УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ

Область техники
Полезная модель относится к электроэнергетике и, в частности, к средствам автоматического контроля ресурса изоляции высоковольтного электрооборудования в процессе его эксплуатации.
Уровень техники
Ресурс изоляции высоковольтного электрооборудования в настоящее время регламентирован межгосударственным стандартом ГОСТ 1516.3-96 «Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции». Стандарт, в частности, устанавливает соответствие между каждым из нескольких фиксированных относительных значений перенапряжений (т.е. значений напряжения, превышающих номинальное значение, принятое за 1,0) и фиксированными величинами максимально-допустимых длительностей воздействия этих перенапряжений на изоляцию электрооборудования и, тем самым, определяет интенсивность, с которой расходуется ресурс изоляции под воздействием перенапряжений различной степени.
Известно устройство для автоматического контроля расхода ресурса изоляции электрооборудования в соответствии с указанным стандартом [патент RU 2145760, МПК Н02Н 9/04, 9/08, 2000 г.], выбранное в качестве прототипа. Устройство-прототип выполнено на дискретных элементах цифровой техники с возможностью определять каждый полупериод промышленной частоты амплитудное (т.е. максимальное за полупериод) значение напряжения на электрооборудовании, сравнивать измеренное напряжение с несколькими фиксированными значениями перенапряжений, по каждому из них подсчитывать расход ресурса, суммируя числа, определяемые допустимой длительностью воздействия большего из превышенных фиксированных значений перенапряжений, и определять общий израсходованный ресурс изоляции, суммируя числа, накопленные отдельно по каждому из превышенных фиксированных значений перенапряжений.
Недостаток прототипа - низкая достоверность контроля расходуемого ресурса изоляции. Это вызвано двумя причинами.
Первая из них состоит в следующем. Согласно таблице Б.2 указанного стандарта, в которой приводится восемь фиксированных значений перенапряжения, допустимая длительность перенапряжения сильно зависит от величины относительных перенапряжений (например, для силовых трансформаторов при изменении относительного перенапряжения от 1,025 до 1,25 его допустимая длительность воздействия меняется от 8 часов до 20 сек. соответственно). Поэтому сравнение измеренных перенапряжений только с несколькими фиксированными перенапряжениями (например, с приведенными в указанной таблице стандарта) и, как следствие, выбор одного значения допустимой длительности воздействия для всех перенапряжений, попадающих в интервал между двумя стандартизованными значениями, сопровождается значительными погрешностями.
Другая причина низкой достоверности контроля, выполняемого согласно прототипу, состоит в том, что в прототипе, измеряют и сравнивают с номинальным амплитудным значением только одно (масимальное за полупериод) значение измеренного напряжения и характеризуют им интенсивность расхода ресурса изоляции за весь полупериод. Перенапряжения часто сопровождаются искажением синусоидальной формы напряжения и появлением кратковременных всплесков, превышающих амплитудное значение синусоидального напряжения. Наличие таких всплесков напряжения необходимо учитывать при определении расходуемого ресурса изоляции, однако, в прототипе учитывается только один (максимальный за полупериод промышленной частоты) всплеск, по величине которого устанавливают интенсивность расхода ресурса изоляции на протяжении целого полупериода.
В результате прототип дает лишь грубую, приблизительную оценку расходуемого ресурса и для того, чтобы гарантировать надежную работу электрооборудования, приходится эксплуатировать его с укороченным межремонтным периодом.
Задача полезной модели - устранить указанный недостаток.
Раскрытие полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение достоверности контроля расходуемого ресурса изоляции и соответственно возможность более полно использовать имеющийся ресурс электрооборудования без снижения эксплуатационной надежности.
Предметом полезной модели является устройство для контроля ресурса изоляции высоковольтного электрооборудования, содержашее подключенные к системной магистрали блок аналого-цифрового преобразования, вход которого предназначен для подключения к датчику напряжения, блок вывода данных и блок цифровой обработки, запрограммированный с возможностью хранения текущего значения израсходованного ресурса изоляции, сравнения модулей мгновенных значений напряжения, отсчитанных блоком аналого-цифрового преобразования через временные интервалы заданной длительности, с номинальной величиной амплитудного напряжения на электрооборудовании, выявления перенапряжений, нахождения величины, обратно зависящей от допустимой длительности воздействия каждого выявленного перенапряжения, и добавления ее к текущему значению израсходованного ресурса изоляции.
Это обеспечивает получение вышеуказанного технического результата.
Полезная модель имеет развитие, которое состоит в том, что устройство выполнено с возможностью отсчета времени отсутствия указанных превышений и последующего периодического вычитания заданной величины ресурса из текущего значения израсходованного ресурса изоляции, если отсчитанное время превысило заданное.
Это позволяет учесть процессы восстановления, идущие в изоляции при длительном отсутствии перенапряжений.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства, выполненного на основе программируемого микропроцессорного контроллера, на фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая выполнение заявляемым устройством функций контроля ресурса изоляции, на фиг.3 -пример зависимости допустимой длительности воздействия перенапряжения от его величины.
Структурная схема на фиг.1 содержит подключенные к системной магистрали 1 («общей шине»):
- блок 2 аналого-цифрового преобразования;
- блок 3 (программируемый) цифровой обработки;
- блок 4 вывода данных;
К входам блока 2 подведены вторичные фазные напряжения от измерительного трансформатора напряжения, установленного на высоковольтном электрооборудовании, например, линии электропередачи.
Устройство работает следующим образом.
Блок 2 осуществляет преобразование каждого из вторичных фазных напряжений в цифровые отсчеты для дальнейшей цифровой обработки в блоке 3.
Блок 3 получает по системной магистрали 1 данные из блока 2 и осуществляет их обработку и хранит в памяти текущее значение израсходованного ресурса изоляции, которое по той же магистрали 1 передает в блок 4.
В ходе обработки данных блок 3 сравнивает с номинальной величиной амплитудного напряжения на контролируемом электрооборудовании модули отсчетов (т.е. измеренных мгновенных значений напряжения), поступающих из блока 2 через временные интервалы заданной длительности. При этом он выявляет превышения мгновенного значения напряжения над номинальной величиной амплитуды, т.е. перенапряжения на контролируемом электрооборудовании.
Для каждого выявленного перенапряжения блок 3 вычисляет величину, обратно зависящую от допустимой длительности его воздействия, и увеличивает на эту величину хранимое в памяти текущее значение израсходованного ресурса изоляции.
С учетом развития полезной модели блок 3 может быть дополнительно запрограммирован для выполнения следующих функций: отсчета времени отсутствия перенапряжений, сравнения этого времени с заданным и последующего периодического вычитания заданной величины из текущего значения израсходованного ресурса, если отсчитанное время превысило заданное.
Блок 4 осуществляет выдачу данных о текущем значении ресурса изоляции для информирования персонала и/или в систему автоматического управления контролируемым электрооборудованием.
Блок-схема на фиг.2 подробно иллюстрирует процесс выполнения заявляемым устройством вышеописанных функций. На фиг.2 показаны блок 2 аналого-цифрового преобразования и функциональные блоки 5-12, отражающие последовательность обработки данных, осуществляемую блоком 3.
Блок 5 на фиг.1 снабжен вертикальной стрелкой, иллюстрирующей его запуск через временные интервалы, длительность которых, как минимум, на порядок меньше периода промышленной частоты.
Через эти временные интервалы блок 5 принимает от блока 2 цифровые отсчеты и сравнивает их модули с номинальной величиной амплитуды синусоидального напряжения на контролируемом электрооборудовании. В случае превышения номинальной амплитуды модуль данного отсчета фиксируется как перенапряжение, а его значение выдается в блок 6. В тех случаях, когда номинальная амплитуда не превышена (т.е. перенапряжения нет), сигнал на выход блока 5 не поступает.
i
Блок 6 определяет относительный расход ресурса изоляции, пропорциональный интенсивности расхода ресурса на интервале Δt заданной длительности (интервал обработки в блоке 5), как величину, обратно зависящую от допустимой длительности Т воздействия перенапряжения, значение которого получено из блока 5 на i-ом интервале обработки, следующим образом.
В памяти микропроцессорного контроллера хранится (в виде подробной таблицы цифровых значений) зависимость допустимой длительности воздействия от величины перенапряжения, полученная путем интерполяции соответствующих данных, приведенных в вышеуказанном стандарте (см. фиг.3). Выбирая из указанной таблицы цифровое значение длительности, соответствующее поступившему из блока 5 значению перенапряжения, блок 6 находит допустимую длительность воздействия данного перенапряжения.
Затем он вычисляет интенсивность расхода ресурса изоляции под воздействием перенапряжения, как величину, обратную найденной допустимой длительности воздействия и выдает ее значение в блок 7.
Поскольку длительность временных интервалов, через которые запускается блок 5, существенно меньше периода промышленной частоты, можно считать, что напряжение на электрооборудовании, а следовательно, и интенсивность расхода ресурса изоляции за один такой интервал практически не меняется. Величина ресурса, израсходованного за этот интервал, пропорциональна вычисленной интенсивности расхода и может быть сразу получена из таблицы, если в ней вместо допустимых длительностей воздействия будут храниться обратные им величины. При этом коэффициент пропорциональности, используемый для вычисления расходуемого ресурса, лишь масштабирует вычисления и может выбираться из соображений удобства.
Полученное блоком 7 значение расходуемого ресурса далее добавляется сумматором 8 к текущему значению израсходованного ресурса Р изоляции, которое храниться в ячейке 9 памяти блока 3.
Вышеописанные операции выполняются над относительными величинами: значения напряжений могут обрабатываться, например, в виде их отношения к номинальной величине амплитудного напряжения, а значения расходуемого ресурса изоляции - в виде долей полного ресурса изоляции, условно принятого за единицу. Таким образом
При отсутствии перенапряжений в течение достаточно длительного времени ресурс изоляции постепенно восстанавливается. Исходя из этого свойства изоляции, полезная модель предусматривает развитие, которое может быть осуществлено следующим образом. Таймер 10 обнуляется при выдаче блоком 5 в блок 6 данных о каждом перенапряжении. При отсутствии таких обнулений (т.е. при отсутствии сигналов о перенапряжении) таймер 10 через заданное время срабатывает и запускает блок 11, который с помощью сумматора 8 обеспечивает периодическое вычитание заранее заданных относительных величин из текущего относительного значения израсходованного ресурса изоляции, хранимого, в ячейке 6 памяти микропроцессорного терминала. Когда это значение достигнет нуля, на выходе дешифратора 12 нулевого значения появляется сигнал, поступающий на инверсный вход блока 11 и останавливающий его.
Данные о текущем значении израсходованного ресурса изоляции, хранимые в ячейке 9, и об исчерпании ресурса изоляции могут быть использованы для автоматического управления рабочим напряжением на контролируемом оборудовании (например, для компенсации емкостных перенапряжений на линии электропередачи путем подключения шунтирующих реакторов и снятия напряжения с оборудования, исчерпавшего ресурс изоляции) и/или для информирования персонала.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить достоверность контроля расходуемого ресурса изоляции и за счет этого продлить межремонтный период обслуживания электрооборудования без снижения его надежности.