СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ С ТОКОНЕСУЩИМИ ЧАСТЯМИ
SYSTEM TO MONITOR TIGHTNESS OF GAS-FILLED ELECTRIC DEVICES WITH CURRENT-CARRYING PARTS

6
2
4
6
2
6
4
Предложение относится к области электротехнического оборудования, в частности к газонаполненному оборудованию, и используется в герметизированных электрических аппаратах, трансформаторах, токопроводах и комплектных распределительных устройствах высокого напряжения с газовой изоляцией (КРУЭ). Здесь и далее под термином «газовая изоляция» понимается газовая изоляция в электрических аппаратах и трансформаторах высокого напряжения, в которых в качестве газа используется элегаз (SF), либо азот (N), хладон 14 (CF) или иной газ, обладающий электроизоляционными или теплоизоляционными свойствами, а также смеси этих газов, например элегаз + азот (SF+N), элегаз + хладон 14 (SF+CF) или смеси с иными газами и иных газов.
Известны системы контроля герметичности по изменению давления в газонаполненных аппаратах с применением датчиков давления - манометров, в том числе контактных манометров, сигнализирующих о снижении давления ниже допустимого предела (А.И.Полтев, Элегазовые аппараты, Энергия, Ленинградское отделение, 1971 г., глава четвертая, раздел 14, стр.145). Недостатком использования манометров является то, что изменение давления в герметизированном аппарате происходит не только вследствие утечек газа, но также под влиянием погодных изменений температуры окружающего воздуха.
6
Известны также датчики плотности газа, которые представляют собой датчики давления с температурной компенсацией их показаний. Температурная компенсация осуществляется с помощью биметаллического компенсатора в датчиках фирмы WIKA (Элегазовые аппараты высокого напряжения с элегазовой изоляцией. Г.Е.Агафонов, И.В.Бабкин, Б.Е.Берлин и др. Энергоатомиздат, СПб. отделение, 2002 г., глава 13, раздел 13.1.1, стр.644) или эталонного газа в герметизированном объеме с упругой оболочкой (Контроль плотности элегаза. Каталог фирмы Trafag AG. "Gas Density Control SF. Trafag sensors & controls. H70137a (Dichte) Trafag AG 00/06."). Недостатком этих систем является то, что температурное компенсирующее устройство находится не в среде газа внутри аппарата, а в самом датчике, расположенном вне аппарата, в ряде случаев - внутри шкафа управления. В то же время при работе аппарата в зонах умеренного или холодного климата, в условиях повышенной влажности приходится прибегать к подогреву аппарата и/или его шкафа управления внешними источниками тепла, в результате чего температура корпуса датчиков плотности и датчиков давления газа перестает соответствовать средней температуре газа в аппарате.
Кроме внешних источников тепла в самом аппарате имеются источники выделения тепла, обусловленные прохождением тока через контактную систему и другие токопроводящие части аппарата. Влияние этих источников тепла на точность показания датчиков плотности газа может быть весьма значительным и датчики, расположенные в необогреваемой током части аппарата покажут завышенное значение плотности газа.
Таким образом, возникает необходимость в использовании систем автоматизации непрерывного контроля герметичности газонаполненного высоковольтного оборудования - КРУЭ, электрических аппаратов, токопроводов и трансформаторов.
В этом отношении наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение по контролю герметичности оборудования (патент РФ № 2215933 «Устройство контроля герметичности конструкций», опубл. 10.11.2003). Изобретение служит для автоматизированного определения наличия, местоположения и величины протечек на участках, труднодоступных для технического осмотра, в частности, в ядерных энергетических установках, газопроводах, нефтепроводах и т.п. Для решения этих задач предлагается использовать несколько аналоговых коммутаторов, каждый из которых располагается вблизи места установки соответствующих групп датчиков. При этом выходы измерительных каналов в виде последовательно соединенных датчика и аналогового усилителя подключаются к аналоговым входам коммутаторов, выходы которых подключаются к входу аналого-цифрового преобразователя. Входы управления аналоговыми коммутаторами подключены к выходам дешифраторов, а входы управления дешифраторов подключены к порту цифрового вывода. Управление портом и аналого-цифровым преобразователем (АЦП) через интерфейс осуществляет ЭВМ по заданной программе.
Недостатком указанного решения является отсутствие учета влияния на величину утечек технологического режима самого оборудования, а также состояния окружающей среды. В первом случае, как отмечалось выше, оно приводит к завышенному значению контролируемой плотности газа и система контроля герметичности оборудования может не среагировать на реальное опасное для функционирования аппарата или трансформатора снижение плотности газа. Во втором случае возможны ошибочные показания плотности газа, сигнализирующие как о завышенной плотности газа (влияние, например, солнечной радиации на дополнительный нагрев корпуса оборудования), так и о заниженном ее значении (например, влияние ветра или осадков на дополнительный отвод тепла от корпуса оборудования). Ошибочная информация либо о повышенной, либо о заниженной плотности газа может привести в эксплуатационных условиях или к повреждению оборудования, или к преждевременному технологическому обслуживанию.
Технической задачей изобретения является создание системы контроля герметичности электротехнического оборудования, обеспечивающей повышение надежности регистрации плотности газа в газонаполненных электрических устройствах с токонесущими частями, таких как КРУЭ, элегазовые электрические аппараты, трансформаторы и токопроводы.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом изобретении, заключается в обеспечении непрерывного контроля плотности газа и мониторинга скорости его утечки.
Технический результат обеспечивается за счет того, что система контроля герметичности газонаполненных электрических устройств с токонесущими частями, содержащая аналого-цифровые преобразователи, подключенные через интерфейс к ЭВМ и связанные с ними измерительные каналы, снабжена по меньшей мере одним связанным с ЭВМ датчиком тока, при этом измерительные каналы выполнены в виде связанных с ЭВМ блока определения количественных характеристик газа в корпусе устройства и датчика температуры окружающей среды, причем датчики тока выполнены с возможностью включения в общую цепь с контролируемым устройством.
Блок определения количественных характеристик газа выполнен в виде датчика плотности газа, или в виде датчика давления газа, или в виде комбинации датчика давления и датчика плотности, расположенных на корпусе устройства, внутри этого корпуса или дистанционно от него.
Техническое решение поясняется графическими материалами, где
на чертеже представлена блок-схема системы контроля герметичности газонаполненного электрического устройства с токонесущими частями (средней плотности газа в его корпусе).
Система содержит следующие элементы: газонаполненное электрическое устройство с токонесущими частями 1 (отсек КРУЭ, элегазовый выключатель и т.п.) с главной токоведущей цепью 2, датчик давления (или датчик плотности) 3, датчик тока 4, датчик температуры воздуха 5, датчик напряжения питания нагревателей 6, АЦП 7, интерфейс 8, ЭВМ 9. При наружной установке оборудования система снабжена дополнительным блоком датчиков 10, связанных через АЦП 7 и интерфейс 8 с ЭВМ 9. Дополнительный блок 10 датчиков содержит датчики скорости (на чертеже не показано) и направления ветра (не показано), датчики осадков (не показано), датчики интенсивности солнечной радиации (не показано). В случае пополюсного или помодульного исполнения электротехнического оборудования с независимой герметизацией полюсов (модулей) количество датчиков давления или плотности увеличивается пропорционально числу полюсов (модулей).
Система работает следующим образом (см. чертеж): в действии находятся датчики давления (плотности) газа 3, температуры воздуха 5, напряжения питания нагревателей 6, тока 4. Эти датчики выдают сигналы, характеризующие регистрируемые параметры в виде электрического напряжения или тока, которые с помощью АЦП 7 преобразуются в цифровую форму и передаются на ЭВМ 9, которая рассчитывает среднюю плотность газа в устройстве на основании сигналов всех датчиков, включая поправки на плотность газа, обусловленные протекающим через оборудование током и нагревом его корпуса внешним источником.
Расчет проводится с помощью заложенной в ЭВМ 9 программы.
На основании результатов расчетов ЭВМ выдает информацию о плотности газа в оборудовании. В зависимости от значения плотности газа, ЭВМ 9 выдает сигнал о приближении плотности газа к ее нижнему допустимому пределу, а при достижении этого предела - сигнал блокировки работы оборудования или сигнал отключения напряжения на нем. ЭВМ 9 выводит результаты расчетов и анализов о допустимых сроках дозаправки оборудования газом на дисплей подстанции и на центральный диспетчерский пункт энергосистемы.
Совместное использование двух датчиков - давления 3 и плотности (одновременно оба датчика на чертеже не показаны) позволяет определять раздельную утечку газов из устройства в случае его заполнения смесью двух газов. То есть изменение процентного состава смеси вследствие разных свойств диффузии ее компонентов. Это связано с тем, что на основании показаний датчика давления ЭВМ 9 рассчитывает также давление, но приведенное к постоянной температуре газа, например +20 градусов Цельсия. По этому значению рассчитывают среднюю плотность в устройстве в предположении, что состав смеси не изменился. Но если он на самом деле изменился, то средняя рассчитанная плотность, полученная по данным истинного датчика плотности, будет отличаться от средней плотности, полученной с помощью датчика давления. По этому различию определяют изменение состава.
При установке устройства на открытой подстанции в системе контроля герметичности оборудования устанавливается дополнительный блок датчиков 10, которые связаны через АЦП 7 и интерфейс 8 с ЭВМ 9, обеспечивающей обработку информации от этих дополнительных датчиков.
Варианты исполнения АЦП 7 - внешние по отношению к датчикам и встроенные в сами датчики.
Технический результат определяется повышением надежности работы газонаполненного электротехнического оборудования, ввиду устранения возможных ошибок, присущих известным способам регистрации плотности газа, и прогнозированием сроков проведения газотехнологических работ этого оборудования (по подпитке газа, проверке его качества и др.).
Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить повышение надежности регистрации плотности газа в газонаполненных электрических устройствах с токонесущими частями, уменьшение диапазона ошибочных срабатываний сигнализаторов плотности газа, в том числе блокировки работы оборудования, обеспечение непрерывного контроля плотности газа и мониторинга скорости его утечки.
Применение системы контроля герметичности газонаполненных электрических устройств с токонесущими частями позволяет качественно улучшить автоматизацию управления высоковольтными подстанциями, оптимизировать расходы на газотехнологические работы и снизить эксплуатационные затраты в целом.
Исходя из вышеизложенного, задача создания системы контроля герметичности газонаполненного оборудования, позволяющая повысить точность регистрации плотности газа в газонаполненных электрических устройствах с токонесущими частями, уменьшить диапазон ошибочных срабатываний сигнализаторов плотности газа, в том числе блокировки работы оборудования, и обеспечить непрерывный контроль плотности газа и мониторинг скорости его утечки решена.