УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к измерительным приборам, а именно к устройствам для измерения характеристик спектров высокочастотных электромагнитных излучений, и может быть использовано для диагностики технического состояния и определения местоположения неисправностей в электрической аппаратуре распределения и коммутации в процессе эксплуатации.
Техническое состояние объекта диагностирования связано с наличием, интенсивностью и распределением частичных разрядов в изоляции, качеством контактов, качеством механического крепления обмоток трансформаторов и другими механическими параметрами. Частичные разряды (ЧР), возникающие при работе электрооборудования, а также при деградации изоляции и других конструктивных элементов, сопровождаются собственными электромагнитными излучениями (ЭМИ). Собственное высокочастотное ЭМИ электрооборудования является первичным электрофизическим процессом, характеризующим изменение качества изоляции и контактов при эксплуатации электрооборудования под рабочим напряжением.
Известно устройство для радиоволновой диагностики технического состояния механизма в процессе его эксплуатации, наиболее близкое по технической сущности заявляемой полезной модели и выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит источник электромагнитных колебаний, связанную с ним антенну излучения с системой юстировки и направленную на объект диагностирования, приемник электромагнитных колебаний, связанный с антенной
излучения, блок определения частоты колебаний диагностируемого подвижного узла диагностируемого механизма, блок определения числа элементов диагностируемого подвижного узла, анализатор спектра, последовательно соединенные блок определения диагностического параметра и блок сравнения, блок хранения эталонного значения диагностического параметра. (Патент 2112935, Российская Федерация, МПК 7 G01H 17/00. Способ диагностики технического состояния механизма в процессе его эксплуатации и устройство для его осуществления / Горелик А.Л., Масловский А.В., Меньшиков Л.Г., Перепелицин Е.Г., Тягунов А.Б., Эпштейн С.С.; заявитель и патентообладатель Горелик А.Л., Масловский А.В., Меньшиков Л.Г., Перепелицин Е.Г., Тягунов А.Б., Эпштейн С.С. - №94029262/28; заявл. 1994.08.05; опубл. 1998.06.10).
Известное устройство устанавливает наличие дефектов в отдельных подвижных узлах диагностируемого механизма и определяет их конкретное местоположение. Результат сравнения, вычисленного диагностического параметра с его эталонным значением, является информацией о техническом состоянии элемента, узла или всего механизма.
Наличие источника электромагнитных сигналов в известном устройстве необходимо для облучения диагностируемого механизма. Электромагнитные колебания устройства при диагностировании используют только для переноса отраженных быстро затухающих механических колебаний механизма.
Однако известное устройство используют только для измерения механических колебаний оборудования, и не учитывают изменение электромагнитных свойств, суммарно характеризующих техническое состояние диагностируемого объекта в процессе эксплуатации.
Недостатки, присущие прототипу устранены предлагаемой полезной моделью: «Устройство диагностики технического состояния электрооборудования», технической задачей которой является создание нового устройства для диагностирования электрооборудования, путем регистрации и обработки высокочастотных электромагнитных излучений генерируемых объектом диагностики.
Реализация указанной технической задачи предлагаемой полезной моделью позволяет достигнуть следующий технический результат, являющийся суммой полученных технических эффектов:
- создано новое устройство для диагностирования электрооборудования, путем регистрации и обработки высокочастотных ЭМИ генерируемых объектом диагностики;
- антенна с диаграммой направленности игольчатого типа повышает точность диагностирования объектов за счет увеличения разрешающей способности антенны, а коаксиальный кабель использован с возможностью уменьшения сопротивления и защиты от помех при прохождении согласованного сигнала от блока согласования к анализатору спектра.
- применение панорамного цифрового анализатора спектра позволило производить дальнейшую обработку принятого сигнала в цифровой форме, удобной для обработки средствами вычислительной техники, увеличивая скорость и точность диагностики; модуль обработки, выполненный на базе переносной ЭВМ, позволяет непосредственно в процессе измерений наблюдать динамику изменения технического состояния объекта диагностирования;
- применение современных прикладных программ по спектральному анализу и статистической обработке, снижают время на выявление вероятностных закономерностей и определению основных числовых диагностических характеристик.
- последовательно соединенные между собой модули позволяют производить непрерывную регистрацию и обработку диагностических параметров, что в свою очередь увеличивает достоверность диагностики в режиме реального времени;
- использованный последовательный кабель, выполненный разъемным, обеспечивает мобильность модуля регистрации и модуля обработки, и улучшает эксплуатационные показатели заявленного устройства.
Для достижения указанного технического результата предложено «Устройство диагностики технического состояния электрооборудования». Устройство содержит модуль регистрации и модуль обработки. Модуль регистрации включает антенну, направленную на объект диагностирования, и анализатор спектра, а в модуле обработки выход блока анализа параллельно соединен с первым входом блока сравнения и с входом блока хранения данных. Выход блока хранения данных соединен со вторым входом блока сравнения.
Отличием предлагаемого устройства от прототипа является то, что антенна, направленная на объект диагностирования, имеет узкую диаграмму направленности, при чем выход антенны соединен с входом блока согласования, выход которого соединен с входом анализатора спектра через коаксиальный кабель. В модуль обработки дополнительно включены блок отображения, вход которого соединен с выходом блока согласования, а также оператор, с возможностью принятия им решения о техническом состоянии объекта диагностирования, для чего оператор получает данные диагностики с выхода блока отображения.
Дополнительным отличием является то, что в устройстве использована антенна с диаграммой направленности игольчатого типа, а коаксиальный кабель использован с возможностью уменьшения
сопротивления и защиты от помех при прохождении согласованного сигнала от блока согласования к анализатору спектра.
Другими дополнительными отличиями от прототипа является то, что выход анализатора спектра модуля регистрации и вход блока анализа, входящего в состав модуля обработки, соединены последовательным кабелем, который выполнен разъемным для обеспечения мобильности модуля регистрации и модуля обработки. Кроме того, модуль обработки снабжен блоком печати для документирования на бумажный носитель данных диагностики технического состояния электрооборудования. Второй выход блока отображения соединен с входом блока печати.
Такое взаимное расположение конструктивных элементов и их взаимосвязь необходима для принятия излученных объектом диагностирования электромагнитных сигналов, несущих информацию, характеризующую техническое состояние диагностируемого объекта в процессе эксплуатации.
Именно наличие в заявленной полезной модели отличительных от прототипа признаков позволяет экранировать и защитить принятые антенной излученные электромагнитные сигналы, их функционально преобразовать в модуле регистрации, после чего в модуле обработки из оцифрованных сигналов сформировать диагностические параметры с возможностью принятия решения о техническом состоянии объекта диагностирования.
Наличие дополнительных отличительных от прототипа признаков, таких как:
- антенна с диаграммой направленности игольчатого типа повышает точность диагностирования объектов за счет увеличения разрешающей способности антенны;
- разъемный последовательный кабель, соединяющий модули регистрации и обработки увеличивает мобильность всего устройства и делает его удобным в эксплуатации;
- блок печати позволяет документировать данные диагностики в удобном виде.
Сущность полезной модели поясняется чертежом «Устройство диагностики технического состояния электрооборудования». Функциональная схема.
На чертеже изображено:
1. Объект диагностирования (ОД):
1.1. Электромагнитные излучения (ЭМИ);
2. Модуль регистрации (МР):
2.1. Антенна;
2.2. Блок согласования;
2.3. Коаксиальный кабель;
2.4. Анализатор спектра;
3. Последовательный кабель;
4. Модуль обработки (МО):
4.1. Блок анализа;
4.2. Блок сравнения;
4.3. Блок хранения данных;
4.4. Блок отображения;
4.5. Блок печати;
4.6. Оператор.
Объект диагностирования 1 с устройством диагностики технического состояния электрооборудования функционально не связан. Объект диагностирования 1 во время эксплуатации генерирует электромагнитные излучения 1.1. Модуль регистрации 2 предназначен для приема и измерения электромагнитных излучений 1.1, генерируемых объектом диагностирования 1. В модуле регистрации
2 антенна 2.1 в процессе измерений направлена на объект диагностирования 1 для приема излученного сигнала. Выход антенны 2.1 соединен с входом блока согласования 2.2. Блок согласования 2.2 необходим для согласования волнового сопротивления антенны, используемой в устройстве, с волновым сопротивлением линии передачи электромагнитной энергии от антенны 2.1 к анализатору спектра 2.4. Выход блока согласования 2.2 соединен с входом анализатора спектра 2.4 посредством коаксиального кабеля 2.3 с возможностью уменьшения сопротивления и защиты от помех при прохождении согласованного сигнала от блока согласования к анализатору спектра. В анализаторе спектра 2.4 согласованные сигналы преобразуются в частотные спектры и оцифровываются. Выход последовательного порта типа RS232 анализатора спектра 2.4 модуля регистрации 2 соединен последовательным кабелем 3 с входом последовательного порта типа RS232 блока анализа 4.1 модуля обработки 4 с возможностью постоянной передачи сигналов во время измерений. В последовательном кабеле 3 последовательные порты типа RS232 выполнены разъемными. Это обеспечивает мобильность и компактность модуля регистрации 2 и модуля обработки 4, улучшает конструкционно-технологические и эксплуатационные показатели заявленного устройства.
В модуле обработки 4, выполненном на основе персональной ЭВМ типа notebook, обработанные оцифрованные сигналы в блоке анализа 4.1 по функциональным связям параллельно поступают в блок сравнения 4.2, и в блок хранения данных 4.3 с возможностью последующей их обработки и хранения. Зафиксированные значения сигналов предыдущих измерений, полученных в соответствующие периоды плановых осмотров электрооборудования, от блока хранения данных 4.3 поступают в блок сравнения 4.2 с возможностью выявления диагностических признаков, которые характеризуют
техническое состояние объекта диагностирования 1. Результирующие сигналы из блока сравнения 4.2 поступают в блок отображения 4.4 для визуализации. Параллельно с блока отображения 4.4 результирующие сигналы поступают в блок печати 4.5 для документирования на бумажный носитель, и к оператору 4.6, который их окончательно анализирует и принимает решение о наличии либо отсутствии динамики изменения технического состояния объекта диагностирования 1.
Устройство работает следующим образом.
Объект диагностирования 1 с устройством диагностики технического состояния электрооборудования функционально не связан, в частности с модулем регистрации 2, и может быть размещен в любом месте, в том числе труднодоступном для эксплуатации электрооборудования. Объект диагностирования 1 во время эксплуатации генерирует электромагнитные излучения 1.1. Собственное высокочастотное ЭМИ 1.1 электрооборудования является первичным электрофизическим процессом, характеризующим изменение качества изоляции и контактов при эксплуатации электрооборудования под рабочим напряжением. Предшествующим этапом диагностики является первичная паспортизация объекта диагностирования 1, в сравнении с которой результирующие данные диагностики, полученные с помощью заявленного устройства, характеризуют техническое состояние электрооборудования.
При измерении ЭМИ 1.1 антенна 2.1 модуля регистрации 2 направлена на объект диагностирования 1, как принято в науке и технике при конструировании и использовании данных объектов техники до даты приоритета. Для пространственной селекции излученных сигналов использована антенна 2.1 с узкой диаграммой направленности игольчатого типа, для исключения влияния ЭМИ техногенного происхождения не связанного с объектом диагностирования
1. Тем самым увеличивается разрешающая способность обнаружения неисправности в эксплуатируемом электрооборудовании.
Принятые антенной 2.1 сигналы, генерируемые объектом диагностирования 1, с выхода антенны 2.1 поступают на вход блока согласования 2.2. В блоке согласования 2.2 волновое сопротивление антенны 2.1 согласуется с волновым сопротивлением линии передачи электромагнитной энергии. Согласованные сигналы с выхода блока согласования 2.2 поступают, с возможностью уменьшения сопротивления при прохождении полезных сигналов и защиты их от помех, через коаксиальный кабель 2.3 на вход анализатора спектра 2.4. В анализаторе спектра 2.4 поступившие в него сигналы преобразуются в частотные спектры, оцифровываются и подаются через разъемный последовательный кабель 3 в блок анализа 4.1 модуля обработки 4. Модуль обработки 4, выполнен на основе персональной ЭВМ типа notebook. Оцифрованные частотные спектры сигналов, поступившие на вход блока анализа 4.1, с использованием пакетов прикладных программ по спектральному анализу (например MATLAB) подвергают статистической обработке, выявлению вероятностных закономерностей и определению основных числовых диагностических характеристик в блоке анализа 4.1. Полученные статистические данные с выхода блока анализа 4.1 по электрическим линиям связи, с возможностью последующей их обработки и хранения, параллельно поступают соответственно в блок сравнения 4.2 и в блок хранения данных 4.3. В блоке сравнения 4.2 происходит сопоставление и сравнение данных по их соответствующим параметрам и выявление диагностических признаков, которые характеризуют техническое состояние объекта диагностирования 1. Результирующие данные с выхода блока сравнения 4.2 поступают в блок отображения 4.4 для визуализации.
С выходов блока отображения 4.4 результирующие данные параллельно поступают в блок печати 4.5 для документирования на бумажный носитель, и к оператору 4.6, который получает данные диагностики с выхода блока отображения, затем окончательно анализирует полученные данные, отображающие техническое состояние объекта диагностирования 1 и принимает решение о наличии либо отсутствии дефектов и неисправностей и их местоположение в объекте диагностирования 1.
Таким образом, заявленная полезная модель «Устройство диагностики технического состояния электрооборудования» является новым устройством для диагностирования электрооборудования, путем регистрации и обработки высокочастотных электромагнитных излучений, генерируемых объектом диагностики. Заявленное устройство обладает следующими достоинствами:
- устройство функционально не связано с объектом диагностирования, размещенным в любом месте, в том числе труднодоступном для эксплуатации и диагностики;
- использование разъемного последовательного кабеля для соединения модуля регистрации и модуля обработки, обеспечивает мобильность, компактность, улучшает конструкционно-технологические и эксплуатационные показатели заявленного устройства;
- использование антенны с диаграммой направленности игольчатого типа, защита от индустриальных помех, модуль обработки включающий, средства вычислительной техники, в совокупности обеспечивают высокую точность, достоверность, скорость и наглядность процесса диагностики технического состояния электрооборудования.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используют широко распространенные компоненты
и изделия электронно-измерительной и радиотехнической промышленности, такие как антенны, коаксиальные кабели, согласующие трансформаторы, анализаторы спектра, соединительные кабели передачи данных, переносные персональные ЭВМ, пакеты прикладных программ для спектрального анализа и статистической обработки.