Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий
SELECTIVE AUTOMATED SYSTEM FOR DIAGNOSING AND MONITORING THE STATE OF INSULATION OF POWER CABLE LINES

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроустановках, на электрических станциях и подстанциях, электрических сетях и сетях связи для определения состояния изоляции и прогнозирования ресурса изоляции.
Известен способ определения состояния и ресурса изоляции электроустановки (Таджибаев А.И., Канискин В.А., Сажин Б.И., Костенко Э.М. и др. Способ определения состояния и ресурса изоляции электрической установки // Роспатент, патент № 2044326 по заявке № 93-01 6114/10 от 29.03.93, опубликован 20.09.95), заключающийся в том, что определяют тангенс угла диэлектрических потерь на разных частотах,  находят эталонное значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь и градуировочные характеристики при различных температурах для образцовой электроустановки, рабочую температуру изоляции, значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь для контролируемой электроустановки, находят разность упомянутых значений и по градуировочной характеристике определяют  выбранный и остаточный ресурс изоляции.
Недостатком данного способа является необходимость использования образцовой электроустановки, что создает значительные трудности при практической реализации такого способа.
Известна автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 112525. Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Полуянович Н.К., Стульнева А.В., Дубяго М.Н. Опубл. 10.01.2012 Бюл. №1), содержащая по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, датчики тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, микроконтроллер, персональный компьютер, отличающаяся тем, что в нее введен преобразователь интерфейсов, блок питания микроконтроллера, выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с первыми входами микроконтроллера, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен со входом датчика напряжения нулевой последовательности, выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со вторыми входами микроконтроллера, преобразователь интерфейсов соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с блоком питания, вход персонального компьютера соединен с выходом преобразователя интерфейсов.
Работа устройства основана на измерении уровня тока нулевой последовательности (ТНП) в контролируемом присоединении и напряжения  нулевой последовательности в кабельной линии. При ослаблении фазной изоляции  увеличивается ток нулевой последовательности (амплитуда и фаза тока нулевой последовательности). Данные о состоянии кабельной линии обрабатываются микроконтроллером, в нем же полученные данные сравниваются с допустимой амплитудой вектора ТНП и, если имеет место превышение ее значения, определяется угол между вектором ТНП и вектором межфазного напряжения, в результате чего определяется, соответствует ли возникший ток дефекту изоляции и, если не соответствует, то произошло замыкание на землю.
По значению этого угла с заданными диапазонами определяется, в какой из фаз произошел дефект. Полученные данные проходят обработку в математической модели, и система определяет расстояние до дефекта и сопротивление дефекта или, если дефект только намечается, система прогнозирует время, через которое случится пробой.
Данная система обеспечивает отыскание повреждений, оценку состояния силовых кабельных линиях, благодаря определению сопротивления дефекта и расстояния до дефекта, прогнозирование намечающегося повреждения кабельной линии.
Недостаток данной системы состоит в том, что она контролирует только фазную изоляцию, что позволяет обнаруживать появление и следить за развитием процессов возникновения замыканий фазы на землю. Но в электрических сетях нередко возникают процессы снижения электрической прочности межфазной изоляции, что приводит в итоге к возникновению коротких замыканий между фазами и нарушению электроснабжения. Замыкания между фазами (двухфазные и трехфазные) не сопровождаются появлением токов нулевой последовательности, поэтому данное устройство не обеспечивает заблаговременного выявления таких повреждений и прогнозирования ресурса междуфазной изоляции.
Также данная система не позволяет определить с достаточной точностью место возникновения повреждения, так как снижение электрической прочности изоляции может возникнуть вне линии на небольшом расстоянии от ее конца и в этом случае сложно определить истинное место возникновения повреждения.
Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 2657290. Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Опубл. 13.06.2018).
Эта система содержит трансформаторы тока нулевой последовательности; датчики тока нулевой последовательности; трансформатор напряжения нулевой последовательности; датчик напряжения нулевой последовательности; микроконтроллер; блок питания; преобразователь интерфейсов; персональный компьютер; трансформаторы тока; фильтр токов обратной последовательности.
Контроль токов и напряжений как обратной, так и нулевой последовательности позволяет определять снижение электрической прочности фазной изоляции относительно земли и междуфазной изоляции, но не может достаточно точно определить место возникновения повреждений.
Техническая задача предполагаемого изобретения заключается в определении возникновения повреждения на защищаемой линии.
Задача достигается тем, что в селективной автоматизированной системе диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий имеется два измерительных комплекта, устанавливаемых в начале и конце защищаемой линии.
Эти комплекты осуществляют измерение токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так и в конце защищаемой линии. Сравнение этих токов позволяет определить возникновение повреждения изоляции только на повреждаемой линии, так как повреждения изоляции вне защищаемой линии (особенно при близких к этой линии повреждениях) будут сопровождаться одинаковыми значениями токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так  в конце защищаемой линии. Это позволит четко локализовать элемент электрической сети с поврежденной изоляцией, что сократит время на поиск и устранение дефекта.
Cущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображены два измерительных комплекта, устанавливаемых в начале и конце защищаемой линии. На фиг. 2 приведена схема измерительного комплекта селективной автоматизированной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, на которой обозначены: 1,3,5 – трансформаторы тока нулевой последовательности; 2,4,6 – датчики тока нулевой последовательности; 7 – трансформатор напряжения нулевой последовательности; 8 – датчик напряжения нулевой последовательности; 9 –микроконтроллер; 10 – блок питания; 11 – преобразователь интерфейсов; 12 – персональный компьютер; 13 – трансформаторы тока; 14 – фильтр токов обратной последовательности. На фиг.3 точками 1 и 2 показаны места повреждений на защищаемой лини и вне защищаемой линии соответственно.
Работает селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий следующим образом. При нормальном состоянии изоляции защищаемой кабельной линии или при возникновении внешнего повреждения (за пределами защищаемой линии) токи в начале и конце линии будут практически одинаковыми. При возникновении повреждения изоляции на защищаемой линии ток в начале линии становится больше, чем ток в конце этой линии.
Постоянное сравнение значений токов обеспечивает непрерывный контроль состояния линии и  реагирование только на повреждения фазной и междуфазной изоляции, возникающие на этой линии. Повреждения, появляющиеся вне линии, не приведут к срабатыванию данной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, даже если электрические параметры будут примерно одинаковыми с повреждением на защищаемой линии, как в случае, если точки повреждения находятся, как показано на фиг.3 – точка 1 на защищаемой линии и точка 2 вне защищаемой линии.
Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий позволяет определить место возникновения повреждения изоляции кабельных линий, если повреждение расположено на контролируемой линии, определяется примерное расстояние до места локального дефекта изоляции и сопротивление этого дефекта без отключения оборудования по изменению параметров рабочего режима этой линии.