Комплект автоматизированных испытаний электротехнического оборудования повышенным напряжением
KIT OF AUTOMATED TESTS OF ELECTRICAL EQUIPMENT WITH INCREASED VOLTAGE

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для автоматизированных испытаний повышенным напряжением электроэнергетического оборудования, в частности устройств релейной защиты и автоматики.
В настоящее время известны устройства проверки изоляции оборудования, включающие в свой состав источник высоковольтного испытательного напряжения, коммутаторы, приборы для измерения параметров электрических цепей, жидкокристаллические индикаторы, цепи сигнализации, блок управления процессом, приборы для измерения параметров электрических цепей и жгуты или шины для подключения к испытываемому оборудованию.
Известно программируемое устройство автоматизированного контроля электрической прочности изоляции (RU 166345 U1, опубликовано 20.11.2016). Оно содержит блок управления и контроля в виде микроконтроллера, блок соединителей с коммутирующими элементами, блок внешнего электропитания. Недостатком указанного устройства является фиксированное значение испытательного напряжения 500 В и отсутствие контроля тока утечки.
Известна установка для испытания изоляции объектов электротехнического назначения (RU 2621479 C1, опубликовано 06.06.2017). Она содержит блок питания, оснащенный таймером, блок управления, блок измерения. Недостатком указанного устройства является низкий уровень автоматизации.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является автоматизированное устройство для контроля электрических цепей сложных технических объектов (RU 145063 U1, опубликовано 10.09.2014), состоящее из компьютера, с предварительно установленной программой, источника тестовых воздействий, низковольтного и высоковольтного коммутаторов, измерителя электрических цепей, высоковольтных технологических жгутов.
Недостатком прототипа является техническая сложность, избыточные органы управления и дороговизна. Недостатки обусловлены наличием интерфейсной шины с компьютером, где созданы частные таблицы электрических соединений и параметров проверки, что также дополнительно влияет на скорость готовности установки к работе. Готовые отдельные низковольтный и высоковольтный коммутаторы значительно отражаются на цене. Цена одного высоковольтного коммутатора в несколько раз превышает цену источника высоковольтного испытательного напряжения. Недостаток также обусловлен необходимостью наличия высококвалифицированных программистов разработки и переработки (в случае изменений) программного кода.
Техническим результатом является оптимизация органов управления и эксплуатационных возможностей при типовых испытаниях повышенным напряжением.
Для достижения технического результата предлагается комплект автоматизированных испытаний повышенным напряжением электроэнергетического оборудования, основанного на унифицированном фиксированном алгоритме блока управления в сочетании с многофункциональным пультом управления. Фиксация алгоритма достигается по качественному показателю, без привязки к количественному, что может быть характерно для случая изменения количества независимых групп и создает высокую гибкость при замене испытываемого оборудования на новые модификации.
Количественный показатель в виде независимых групп испытываемого оборудования учитывается подключенным типом высоковольтного жгута, что также освобождает от излишнего выбора типа проверки вручную и повышает уровень автоматизации.
В заявленном комплекте управление источником повышенного напряжения осуществляется от блока управления с дополнительной сигнализацией по низкоуровневым сигналам, без наличия коммуникационной шины. Отказ от глубокого программирования позволяет сосредоточиться на типовых испытаниях оборудования, что свою очередь это позволяет отказаться от конфигурирования индивидуальных таблиц электрических соединений и параметров проверки.
Высокая автоматизация заявленного комплекта достигается в совокупности с автоматизированным источником высоковольтного напряжения, совмещая в себе проверку сопротивления и диэлектрической прочности изоляции, блока управления с фиксированным алгоритмом, сигнализацией процесса проверки и неисправности в случае дефекта испытываемого оборудования, применением разъемов моментального подключения и проведением испытаний оператором по запуску одной кнопки.
Блок управления с дополнительной сигнализацией используется с модулями ввода-вывода и программируется с помощью языка функциональных блоковых диаграмм (язык FBD). Это позволяет программировать блок управления наладочному персоналу.
В заявленном комплекте в высоковольтной коммутационной части используются контакты реле с суммарным воздушным промежутком 10 мм. Так для испытаний переменным напряжением 2000 В частотой 50 Гц диэлектрическая прочность контактов реле в воздухе по напряжению перекрытия составляет четырехкратный запас и по напряжению пробоя – восьмикратный запас, что в свою очередь позволяет обеспечить достаточный запас. Это позволяет отказаться от дорогих зарубежных аналогов высоковольтного коммутатора и совместно с блоком управления снизить цену в несколько раз.
В заявленном комплекте напрямую для испытаний используется только высоковольтная часть. Низковольтная часть используется только для сервисного управления, что в свою очередь отражается на уменьшении габаритов заявляемого комплекта.
Быстрая готовность заявляемого комплекта к высоковольтным испытаниям обеспечивается включением блока управления с дополнительной сигнализацией и источника повышенного напряжения, что в совокупности составляет не более 4 секунд. Заявленному комплекту не требуется ожидание загрузки компьютера, специализированного программного обеспечения, объемного программного кода. Моментальность подключения коммутационной части к проверяемому оборудованию обеспечивается применением в высоковольтном жгуте штыревых или гнездовых разъемов в одном корпусе.
Контроль целостности цепи осуществляется напрямую прозвонкой и косвенно при проведении испытаний посредством визуальной оценки сравнения токов утечки с образцовыми.
Защита низкоуровневых сигналов от помех выполнена с помощью диодов, а блок управления с дополнительной сигнализацией имеет встроенную защиту от помех.
Безопасность персонала при высоковольтных испытаниях обусловлена разделением высоковольтной части и многофункционального пульта управления, отсутствием ручной коммутации в высоковольтных цепях, автоматизированной коммутацией без нагрузки, наличием автоматических выключателей, повышенной изоляцией высоковольтных жгутов, заземлением всех металлических частей конструкции заявленного комплекта.
При малых токах утечки изоляции проверяемого оборудования целесообразно производить высоковольтные испытания сразу двух образцов, что дает положительный технико-экономический эффект.
Техническая реализация заявленного комплекта показана на структурной схеме, изображенной на фиг.
В состав заявленного комплекта входит многофункциональный пульт управления 1, блок управления с дополнительной сигнализацией 2, источник повышенного напряжения 3, источник вспомогательного напряжения 4, узел коммутации 5, высоковольтные кабельные жгуты 6 и 7, испытываемое оборудование 8 и 9. Оператор руководит испытанием через многофункциональный пульт управления 1, который в свою очередь связан с блоком управления с дополнительной сигнализацией 2. Источник повышенного напряжения 3 получает команды от блока управления с дополнительной сигнализацией 2 и также имеет обратную связь с ним. В случае готовности источника повышенного напряжения 3 и блока управления с дополнительной сигнализацией 2, узел коммутации 5 перед испытанием подготавливает цепи согласно таблице независимых групп и передает эту информацию в блок управления с дополнительной сигнализацией 2. Для подачи повышенного напряжения на испытываемое оборудование узел коммутации 5 соединен с источником повышенного напряжения 3. Также вход узла коммутации 5 соединен с источником вспомогательного напряжения 4, а выход с высоковольтными кабельными жгутами 6 и 7. Питание сервисной низковольтной части организовано с помощью источника вспомогательного напряжения 4, которое необходимо для связки блока управления с дополнительной сигнализацией 2 и источника повышенного напряжения 3. Подключение узла коммутации 5 к испытываемому оборудованию 8 и 9 производится высоковольтными кабельными жгутами 6 и 7, которые в свою очередь связаны с входами блока управления с дополнительной сигнализацией 2.
Оператором через многофункциональный пульт управления 1 происходит сервисное управление источником повышенного напряжения 3, старт и останов испытания любой независимой группы.
В блок управления с дополнительной сигнализацией 2 предварительно записано фиксированное программное обеспечение управления переключением независимых групп, источником повышенного напряжения 3. Дополнительная сигнализация блока управления выполнена в виде светодиодной панели, которая служит для отображения независимой группы проверяемого оборудования, контроля сработанного состояния высоковольтной части узла коммутации 5, вывода дополнительной информации в случае дефекта проверяемого оборудования, процесса самодиагностики самого блока управления с дополнительной сигнализацией 2. Блок управления с дополнительной сигнализацией 2, получая команды от многофункционального пульта управления 1, осуществляет центральный запуск испытаний после подтверждения работы узла коммутации 5, а во время испытаний контролирует процесс выдачи высокого напряжения.
Источник повышенного напряжения 3 включает в себя совмещенную установку: проверок сопротивления и диэлектрической прочности изоляции, измерения сопротивления изоляции и токов утечки, зуммера, сигнализации в случае выявления неисправностей, автоматического заземления при испытании, дистанционного управления. Источник повышенного напряжения 3 плавно формирует постоянное или переменное напряжение до 5 кВ частотой 50 Гц. В источнике повышенного напряжения 3 выставлены уставки проведения испытания по времени длительности каждого типа испытания, минимальное допустимое сопротивление изоляции, максимальный допустимый ток утечки, время плавного нарастания и снижения напряжения. Подключение источника повышенного напряжения происходит к независимым группам штыревым контактом или зажимами в зависимости от проверяемого оборудования.
Узел коммутации 5 включает в себя высоковольтную коммутационную часть и малую сервисную низковольтную часть, необходимую для связки блока управления с дополнительной сигнализацией 2 и источника повышенного напряжения 3. Высоковольтная часть коммутирует независимые группы испытываемого оборудования 8 и 9. Контроль работы самих реле выполнен блоком управления с дополнительной сигнализацией 2 и возможностью визуального просмотра.
Каждый высоковольтный кабельный жгут 6 и 7 подключается к узлу коммутации 5 штыревыми разъемами в одном корпусе. Подключение высоковольтного кабельного жгута 6 или 7 к испытываемому оборудованию производится штыревыми разъемами в нескольких корпусах.
Перед испытанием в отключенном состоянии производится подключение проверяемого оборудования и проверка целостности цепи. Подается питание на блок управления с дополнительной сигнализацией 2 и источник повышенного напряжения 3. После успешного запуска указанных устройств, оператором производится ручной старт испытания повышенным напряжением первой независимой группы. Блок управления с дополнительной сигнализацией 2 определяет по установленному высоковольтному кабельному жгуту 6 количество групп и переключает нужную независимую группу с помощью узла коммутации 5. После успешного переключения независимой группы блоком управления дополнительной сигнализацией 2 подается команда источнику повышенного напряжения 3 на выдачу необходимого напряжения.
Каждая независимая группа подвергается автоматизированной проверке сопротивления и диэлектрической прочности изоляции в виде фиксированного набранного сценария программы, занесенного в постоянную память источника повышенного напряжения 3. Сценарий разбит на последовательные этапы.
На этапе проверки диэлектрической прочности изоляции выдается переменное напряжение необходимого уровня частотой 50 Гц. Источник повышенного напряжения 3 измеряет мгновенное значение тока утечки и сравнивает его с выставленной уставкой. Если измеренный ток утечки меньше уставки в течение заданного времени, то испытание считается успешным и осуществляется переход на следующий этап сценария программы источника повышенного напряжения 3. Если измеренный ток утечки превышает уставку, то источник прекращает выдачу напряжения и сигнализирует о неисправности испытываемого оборудования. Блоком управления с дополнительной сигнализацией 2 фиксируется данная неисправность с выводом на лицевую панель. В случае поиска группы или подтверждения пробоя изоляции испытание может повториться оператором со старта неисправной группы.
На этапе проверки сопротивления изоляции выдается постоянное напряжение необходимого уровня. Источник повышенного напряжения 3 измеряет мгновенное значение сопротивления изоляции проверяемого оборудования и сравнивает его с выставленной уставкой. Если измеренное сопротивление больше уставки по истечении заданного времени, то испытание считается успешным и осуществляется переход на следующий этап сценария программы источника повышенного напряжения 3. Если измеренное сопротивление меньше уставки, то источник прекращает выдачу напряжения и сигнализирует о неисправности испытываемого оборудования. Блоком управления с дополнительной сигнализацией 2 фиксируется данная неисправность с выводом на лицевую панель. В случае поиска группы или подтверждения низкого сопротивления изоляции испытание может повториться оператором со старта неисправной группы.
После успешного завершения всего сценария программы источника повышенного напряжения 3 считается, что группа испытываемого оборудования выдержала высоковольтные испытания. Блок управления с дополнительной сигнализацией 2 осуществляет переход на новый цикл сценария следующей группы: предварительно удостоверившись в успешности сценария и полном снятии высоковольтного напряжения, подается команда в узел коммутации 5 на переключение следующей независимой группы. Далее повторяются проверки сценария новой группы.
Циклы продолжаются до завершения испытаний всех независимых групп. Конец всех испытаний сигнализируется отдельной лампой многофункционального пульта управления 1.
Высокая автоматизация достигается совместными последовательными испытаниями сопротивления и диэлектрической прочности изоляции всех независимых групп проверяемого оборудования и нажатием всего одной кнопки (в случае отсутствия брака) на протяжении указанных испытаний проверяемого оборудования, легкостью смены испытываемого оборудования.
Быстрая готовность к работе обеспечивается быстрым включением оборудования, легкостью подключения кабельных жгутов.
Снижение стоимости достигается за счет собственной разработки высоковольтного узла коммутации, многофункционального пульта управления, фиксированного программного обеспечения, а также ранее разработанного блока управления с дополнительной сигнализацией.