ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к энергетике, преимущественно к электрическим аппаратам, и может быть применена для дистанционного диагностирования дефектных изоляторов контактной сети по параметрам переходного процесса.
Целью полезной модели является повышение эффективности процесса определения дефектных изоляторов контактной сети независимо от величины остаточной электрической прочности изоляции и длины диагностируемого участка.
В Мосэнерго разработан генератор высоковольтных импульсов для выявления мест повреждения силовых линий электропередач методом импульсной рефлектометрии [1], который используется совместно с неавтоматическим локационным искателем (НЛИ) для определения места повреждения изоляции воздушной линии. В состав генератора входит блок формирования зондирующего сигнала напряжения, состоящий из повышающего трансформатора, накопительного конденсатора, тиратронного коммутатора (коммутирующего разрядника), делителя напряжения и двух формирующих линий, создающих прямоугольные импульсы напряжения длительностью 1 мкс и 10 мкс. С помощью таких генераторов амплитуда посылаемых в линию зондирующих импульсов увеличивалась до 2,5-3 кВ. Управление генератором высоковольтных импульсов осуществлялось непосредственно с помощью НЛИ типа ИКЛ-5. Отраженный сигнал подавался на вход НЛИ. Подключение генератора к воздушной линии осуществляется через фильтр присоединения. В качестве источника высокого напряжения в данной установке используется трансформатор напряжения типа НОМ-6. При частоте посылки зондирующих импульсов 30 Гц максимальная амплитуда импульса 3 кВ. Длительность импульсов, вырабатываемых генератором, определяется двумя формирующими линиями и составляет 1 мкс и 10 мкс, форма импульсов близка к прямоугольной. В качестве измерителя неоднородности линии используется прибор Р5-5. Применение генератора высоковольтных импульсов позволило значительно сократить время на определение места повреждения на воздушных линиях электропередач.
К недостаткам описанного устройства можно отнести: непригодность применения при неустойчивых повреждениях линии; недостаточная величина зондирующего напряжения для диагностирования изоляторов контактной сети; невозможность регулирования частоты входного сигнала.
Известно устройство для импульсного выявления мест повреждения силовых линий электропередач [2], позволяющее выявлять на линиях без рабочего напряжения повреждения устойчивого характера, представляющие собой неоднородности волнового сопротивления линий. Устройство состоит из рефлектометра-измерителя, проводов для подключения к линии, может иметь в своем составе приставку для увеличения амплитуды зондирующего импульса до уровня, не превышающего 100 В.
К недостаткам описанного устройства можно отнести: малое напряжение зондирующего импульса, недостаточное для диагностирования изоляторов контактной сети; непригодность применения при неустойчивых повреждениях с остаточной электрической прочностью изоляции, высоких значениях переходного сопротивления в месте дефекта; чувствительность к высокочастотным помехам; невозможность регулирования частоты входного импульса.
Известно устройство акустико-эмиссионной диагностики фарфоровых изоляторов [3], содержащее блок принятия решения, блок отображения информации и, по меньшей мере, один временной дискриминатор и одну пару измерительных каналов, предназначенных для соединения с разными точками поверхности диагностируемого изолятора.
Каждый измерительный канал пары содержит последовательно включенные акустический преобразователь, блок фильтрации, детектор огибающей и пороговый элемент. В одном канале пары к выходу порогового элемента подключен счетчик импульсов с регистром, выход которого через последовательно соединенные блок запуска и таймер подключен к тактовым входам счетчика импульсов и регистра. При этом вход блока принятия решений соединен с выходом регистра, входы временного дискриминатора подключены к выходам пороговых элементов измерительных каналов пары, а входы блока отображения информации - к выходу блока принятия решений и выходу временного дискриминатора.
Недостатками данного устройства являются: процесс диагностирования производится с выводом изоляторов из эксплуатации, что в свою очередь ведет к значительным трудовым затратам и перерывам в работе участка контактной сети; невозможность диагностирования всей гирлянды изоляторов целиком.
Наиболее близким аналогом является переносное устройство для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий [4], состоящее из блока формирования зондирующих сигналов, включающее накопительный конденсатор и коммутирующий разрядник, а также измерительной части с делителем напряжения, включающей микропроцессор, блок отображения информации, делитель напряжения или датчик тока. Блок формирования зондирующих сигналов дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, соединенное с высоковольтным накопительным конденсатором и коммутирующим разрядником, и состоит из высокочастотного преобразователя напряжения, высоковольтного выпрямительного блока с умножением напряжения и защитного дросселя.
К недостаткам данного устройства можно отнести: невозможность регулирования частоты подаваемого импульса и, как следствие, ограниченность длины диагностируемого участка; обязательное наличие защитного дросселя и высокого входного напряжения для срабатывания коммутирующего разрядника.
Поставленная цель достигается за счет применения переносного устройства для дистанционного диагностирования дефектных изоляторов контактной сети, состоящего из блока формирования импульсов, включающего высоковольтный накопительный конденсатор, коммутационное вакуумное реле и систему управления, а также измерительной части с делителем напряжения, включающей микроконтроллер, блок отображения информации, делитель напряжения и цифровой осциллограф. Блок формирования импульсов дополнительно содержит высоковольтное зарядное устройство, соединенное с высоковольтным накопительным конденсатором и коммутационным вакуумным реле, и состоит из блока высокого напряжения, выпрямительного блока и блока питания.
На фиг. 1 представлена структурная схема переносного устройства для дистанционного диагностирования изоляторов контактной сети. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерения, на предварительно отключенном участке контактной сети, заземляется корпус высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ), выходы высоковольтного накопительного конденсатора (ВНК) и делителя напряжения R1-R2. Высоковольтный накопительный конденсатор заряжается от, входящего в состав блока формирования импульса, высоковольтного зарядного устройства (ВЗУ) и коммутирует импульс с помощью вакуумного коммутационного реле (КР) на линию. Формирование высоковольтного импульса происходит в высоковольтном зарядном устройстве (ВЗУ), состоящем из блока питания (БП), блока высокого напряжения (БВН) и выпрямительно-инверторного блока (ВИБ). При этом в блоке высокого напряжения происходит повышение напряжения внешнего источника, после чего в выпрямительно-инверторном блоке происходит его выпрямление с умножением амплитуды и подача на высоковольтный накопительный конденсатор (ВНК) через вакуумное коммутационное реле (КР). С помощью встроенной системы управления (СУ) коммутационным реле можно изменять частоту и скважность управляемого импульса в зависимости от длины участка контактной сети. В результате разряда высоковольтного накопительного конденсатора (ВНК) при коммутации на контактную сеть высоковольтный импульс с максимальной амплитудой от 100% фазного до 50% испытательного напряжения изоляции контактной сети, вызывает электрический пробой изоляции, как с остаточной электрической прочностью, так и с малым переходным сопротивлением. Что позволит выявить повреждения изоляции, в том числе неустойчивого характера и, в свою очередь, позволит повысить эффективность процесса диагностирования изоляторов контактной сети. При этом в линии возникает сложный колебательный процесс, включающий «медленный» и «быстрый» волновые процессы и не зависящие от величины переходного сопротивления в месте повреждения. Период «медленного» колебательного процесса зависит от расстояния до места пробоя, так как суммарная индуктивность колебательного контура прямо пропорциональна расстоянию до места расположения дефектных изоляторов, что позволяет дистанционно определить место повреждения дефектных изоляторов. Через высоковольтный делитель напряжения R1-R2 данный колебательный процесс поступает в измерительную часть (ИЧ), где фиксируется цифровым осциллографом (ЦО). Далее сигнал обрабатывается микроконтроллером (МК) и отображается на экране портативной ЭВМ.
В данном случае контактную сеть принято рассматривать в виде линии с распределенными параметрами. Для решения задачи диагностирования изоляторов и оперативного определения места их повреждения был использован современный математический аппарат и элементы моделирования [5].
Схема замещения участка контактной сети с подключенным переносным устройством дистанционного диагностирования приведена на фиг.2 и содержит следующие параметры: L0 - удельную индуктивность, Гн/км, r0 - удельное активное сопротивление, Ом/км, C0 - удельную емкость, Ф/км, g0 - удельную проводимость, См/км. Физическая длина линии представлена параметром 1 л, а расстояние до места повреждения изоляции линии - параметром 1х, коммутация высоковольтного накопительного конденсатора (ВНК) на контактную сеть производится с помощью вакуумного коммутационного реле (КР).
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Опыт эксплуатации электрооборудования в системе Мосэнерго. "Энергия", Москва, 1971. - 112 с.
2. Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных и воздушных линий, www.watson.ru. [Электронный ресурс].
3. Патент на полезную модель. Устройство акустико-эмиссионной диагностики фарфоровых изоляторов. №104728. МПК G01N 29/00. Воротницкий В.Э., Демин А.Н. (Опубл. 20.05.2011).
4. Патент на полезную модель. Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения дефектных изоляторов воздушных линий. №89245. МПК G01R 31/08. Быкадоров В.Ф., Пирожник Α.Α., Скляров П.А. (Опубл. 27.11.2009).
5. Кузнецов А.А. Кузьменко А.Ю. Кротенко Е.А. Разработка технических средств и методики контроля состояния изоляторов контактной сети постоянного тока / А.А. Кузнецов, Е.А. Кротенко, А.Ю. Кузьменко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2012. - №4. С 110-116.