УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗРЯДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИЛОВОМ ВЫСОКОВОЛЬТНОМ ОБОРУДОВАНИИ
DEVICE FOR MONITORING DISCHARGE PROCESSES IN HIGH-VOLTAGE POWER EQUIPMENT

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике с элементами защиты и может быть использовано для регистрации частичных разрядов, возникающих в изоляции силового высоковольтного оборудования, и определения их уровня.
Среди многих параметров изоляции силового высоковольтного оборудования, характеристики частичных разрядов (ЧР) несут наибольшую информацию об опасности дефектов. Одним из наиболее эффективных способов обнаружения ЧР в оборудовании является акустический метод.
Известно устройство для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании, содержащее несколько передающих устройств и приемно-анализирующее устройство, причем каждое передающее устройство включает пьезоэлектрический датчик, соединенный с предварительным усилителем, радиомодуль с антенной на выходе и блок питания, соединенный со всеми блоками передающего устройства, а приемно-анализирующее устройство содержит приемно-передающий модуль с радиоантенной на входе и блок отображения информации и сигнализации (Смекалов В.В., Рощупкин М.Д., Цветаев С.К. Акустический регистратор разрядных процессов с радиоканалом. - Журнал ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2007, №2 стр.34-37).
Однако известное устройство не обеспечивает необходимого качества анализа акустического сигнала, т.к. не позволяет выделить характерные черты (форму, частотные характеристики, их уровень) сигнала от частичных разрядов, возникающих в изоляции высоковольтного оборудования. Кроме того, данное устройство не позволяет определить место возникновение разряда.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании, которое позволяет определить форму сигнала от частичных разрядов, возникающих в изоляции высоковольтного оборудования, чтобы надежно отделить сигнал от разряда от сигнала виброударного механического процесса (вибрации). Это необходимо, поскольку при обслуживании оборудования присутствует вибрация совместно с потенциальной возможностью наличия разрядного процесса в изоляции, так как наличие разрядного процесса определенного уровня в изоляции представляет опасность для самого оборудования.
Техническим результатом изобретения является повышение качества анализа акустического сигнала от частичных разрядов, возникающих в изоляции высоковольтного оборудования.
Решение указанной задачи достигается тем, что известное устройство для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании, содержащее несколько передающих устройств и приемно-анализирующее устройство, причем каждое передающее устройство включает пьезоэлектрический датчик, соединенный с предварительным усилителем, радиомодуль с антенной и блок питания, соединенный со всеми блоками передающего устройства, а приемно-анализирующее устройство содержит приемно-передающий модуль с радиоантенной и блок отображения информации и сигнализации, включает не менее четырех передающих устройств, каждое из которых дополнительно содержит детектор уровня акустического сигнала, аналого-цифровой преобразователь, блок опорного напряжения, блок управления и блок памяти, а приемно-анализирующее устройство дополнительно содержит блок управления режимами контроля разрядного процесса, блок определения номера канала передачи информации, блок памяти событий, блок выделения первоначальных признаков разрядного процесса, блок измерения взаимных задержек, блок вычисления координат места разрядного процесса, блок сравнения образов разрядного процесса, библиотеку образов разрядного процесса и блок анализа формы сигнала, причем в передающем устройстве блок управления соединен двухсторонней связью с аналого-цифровым преобразователем, блоком памяти и радиомодулем, выход предварительного усилителя соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а через детектор уровня акустического сигнала с четвертым входом блока управления, выход блока опорного напряжения соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразователя, в приемно-анализирующем устройстве выход приемно-передающего модуля соединен со входами блока определения номера канала передачи информации, блока выделения первоначальных признаков разрядного процесса и блока сравнения образов разрядного процесса, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления режимами контроля разрядного процесса, блок определения номера канала передачи информации соединен с блоком памяти событий, блок выделения первоначальных признаков разрядного процесса соединен через последовательно включенные блок измерения взаимных задержек и блок вычисления координат места разрядного процесса с первым входом блока отображения информации и сигнализации, блок сравнения образов разрядного процесса соединен двухсторонней связью с библиотекой образов разрядного процесса, а через блок анализа формы сигнала со вторым входом блока отображения информации и сигнализации, кроме того, второй выход блока анализа формы сигнала соединен со вторым входом библиотеки образов разрядного процесса, блок памяти событий соединен двухсторонней связью с блоком отображения информации и сигнализации, а четвертый выход блока управления режимами контроля разрядного процесса соединен со входом приемно-передающего модуля.
Кроме того, блок питания содержит катушку индуктивности с сердечником, умножитель переменного тока, конденсаторный накопитель и блок управления электронным ключом, соединенные последовательно, при этом второй выход конденсаторного накопителя соединен с выходом блока питания через электронный ключ, а управляющий вход электронного ключа соединен с выходом блока управления электронным ключом.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемое устройство неизвестно и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемое устройство простое, конструктивное, его легко монтировать на месте и оно может быть выполнено на любом производстве, оснащенном типовым оборудованием, выпускаемым отечественной или зарубежной промышленностью.
Таким образом, заявленное устройство является доступным, а следовательно, практически применимо.
На чертежах изображено устройство для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании.
На фиг.1 изображена блок схема устройства для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании. На фиг.2 представлена блок схема передающего устройства.
Устройство для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании содержит не менее четырех передающих устройств 1 и приемно-анализирующее устройство 2 (см. фиг.1).
Каждое из передающих устройств 1 включает пьезокерамический датчик 3, предварительный усилитель 4, детектор 5 уровня акустического сигнала, аналого-цифровой преобразователь 6, блок 7 опорного напряжения, блок 8 управления, блок 9 памяти, радиомодуль 10 с антенной 11 и блок 12 питания (см. фиг.2).
Блок питания 12 предназначен для питания передающего устройства 1 путем генерации напряжения под действием внешнего магнитного поля, которое всегда присутствует вблизи силового высоковольтного оборудования, и включает катушку 13 индуктивности с сердечником, умножитель 14 переменного тока, конденсаторный накопитель 15, блок 16 управления электронным ключом и электронный ключ 17.
Катушка 13 индуктивности с сердечником блока 12 питания преобразует магнитное поле, которое постоянно присутствует вблизи силового высоковольтного оборудования, в напряжение. Умножитель 14 переменного тока повышает и выпрямляет выходное напряжение катушки 13 индуктивности, конденсаторный накопитель 15 служит для накопления энергии, а блок 16 управления электронным ключом предназначен для автоматического включения электронного ключа 17 при достижении необходимого для работы уровня напряжения.
Пьезокерамический датчик 3 передающего устройства 1 предназначен для преобразования ультразвуковой волны, вызванной частичным разрядом в электрический сигнал. Предварительный усилитель 4 усиливает этот электрический сигнал и передает через детектор 5 уровня акустического сигнала на вход аналого-цифрового преобразователя 6, который преобразует полученный сигнал в цифровую форму. Блок 7 опорного напряжения генерирует необходимый уровень напряжения для сравнения его в аналого-цифровом преобразователе 6 с полученным сигналом. Радиомодуль 10 предназначен для радиопередачи данных на приемно-анализирующее устройство 2.
Блок 8 управления предназначен для кодирования полученного сигнала и управления аналого-цифровым преобразователем 6, блоком памяти 9 и радиомодулем 10.
Каждое из передающих устройств 1 выполнено в герметичном экранированном корпусе.
Приемно-анализирующее устройство 2 принимает, анализирует, запоминает и отображает полученный сигнал и его характеристики. Оно обслуживает все передающие устройства 1 и содержит: приемно-передающий модуль 18 с радиоантенной 19, блок 20 управления режимами контроля разрядного процесса, блок 21 определения номера канала передачи информации, блок 22 отображения информации и сигнализации, блок 23 памяти событий, блок 24 выделения первоначальных признаков разрядного процесса, блок 25 измерения взаимных задержек, блок 26 вычисления координат места разрядного процесса, блок 27 сравнения образов разрядного процесса, библиотеку 28 образов разрядного процесса и блок 29 анализа формы сигнала.
Принцип работы предлагаемого устройства для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании заключается в том, что ультразвук, сопровождающий искровые или частичные разряды, передается от твердых частей оборудования (корпусов, оболочек, изоляторов силового высоковольтного оборудования) к чувствительному пьезокерамическому датчику при его контакте с этими частями. Это обусловлено тем, что происходящий разрядный процесс внутри силового высоковольтного оборудования вызывает быстро затухающие колебания сжатия-растяжения среды, что и вызывает сам звук. Проходя через стенку оборудования, звуковая волна сжатия-растяжения превращается в спектр волн, который и фиксирует пьезокерамический датчик, при этом ультразвук преобразуется в электрический сигнал.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы силового высоковольтного оборудования пьезокерамический датчик 3 каждого из передающих устройств 1 преобразует ультразвуковые сигналы в электрический сигнал, которые затем проходя через предварительный усилитель 4 и детектор 5 уровня акустического сигнала поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 6, преобразующего полученные сигналы в цифровую форму. Блок 7 опорного напряжения передающего устройства 1 генерирует необходимый уровень напряжения для сравнения его в аналого-цифровом преобразователе 6 с полученным сигналом. Блок 8 управления кодирует полученные сигналы и управляет аналого-цифровым преобразователем 6, блоком памяти 9 и радиомодулем 10.
Закодированные сигналы с выхода блока 8 управления поступают в блок памяти 9. После достижения необходимого, заранее заданного, количества отчетов блок 8 управления генерирует управляющий сигнал для радиомодуля 10 и начинается передача данных по радио в приемно-передающий модуль 18 приемно-анализирующего устройства 2.
Блок 9 памяти позволяет быстро накапливать сигналы и затем медленно их передавать.
Приемно-передающий модуль 18 приемно-анализирующего устройства 2 (см. фиг.1) после получения данных последовательно передает их на входы блока 21 определения номера канала передачи информации, блока 24 выделения первоначальных признаков разрядного процесса и блока 27 сравнения образов разрядного процесса приемно-анализирующего устройства 2.
В зависимости от заданной программы контроля и анализа полученных результатов разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании блок 20 управления режимами контроля разрядного процесса задает различные алгоритмы работы блоков приемно-анализирующего устройства 2.
Различают три режима работы приемно-анализирующего устройства 2: режим мониторинга, режим локации, режим распознавания разрядных процессов.
Работа устройства для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании в режиме мониторинга предполагает передачу данных всеми устройствами на одной частоте в произвольные моменты времени. При этом приемно-анализирующее устройство 2, получив данные от какого-либо передающего устройства, анализирует их и отображает результаты анализа. Распознавание канала передачи информации, а следовательно, и передающего устройства 1 приемно-анализирующее устройство 2 производит по его номеру, который передается вместе с информационным сигналом. В этом режиме в приемно-анализирующем устройстве 2 работают приемно-передающий модуль 18, блок 20 управления режимами контроля разрядного процесса, блок 21 определения номера канала информационного сигнала, блок 23 памяти событий и блок 22 отображения информации и сигнализации.
При работе в режиме локации передающие устройства 1 получают команду с блока 20 управления режимами контроля разрядного процесса провести измерения, результаты которых запоминает блок 9 памяти передающего устройства, а затем радиомодуль 10 последовательно считывает запомненную информацию и передает ее на разных частотах, каждая из которых соответствуют определенному передающему устройству 1. В этом режиме в процессе контроля и анализа полученных результатов задействованы приемно-передающий модуль 18, блок 20 управления режимами контроля разрядного процесса, блок 24 выделения первоначальных признаков разрядного процесса, блок 25 измерения взаимных задержек, блок 26 вычисления координат места разрядного процесса и блок 22 отображения информации и сигнализации приемно-анализирующего устройства 2.
Программа распознавания образов разрядных процессов позволяет оперативно принимать решение об аварийном отключении оборудования. В этом режиме в приемно-анализирующем устройстве работают приемно-передающий модуль 18, блок 20 управления режимами контроля разрядного процесса, блок 27 сравнения образов разрядного процесса, библиотека 28 образов разрядного процесса, блок 29 анализа формы сигнала и блок 22 отображения информации и сигнализации.
Устройство используют следующим образом.
На поверхность контролируемого высоковольтного аппарата устанавливают передающие устройства 1, например, используя встроенные магнитные крепления с помощью штанги (если измерение проводится без снятия напряжения) или вручную. При этом предварительно на рабочую поверхность корпуса, в котором расположено передающее устройство 1, наносят смазку для обеспечения акустического контакта датчика с поверхностью аппарата.
На приемно-анализирующее устройство 2 поступают акустические сигналы от каждого передающего устройства 1. Анализируя форму полученных информационных сигналов, их спектральные характеристики, время и место возникновения и сопоставляя их с типовым информационным сигналом, который соответствует объекту и месту установки передающего устройства 1, принимают решение о дальнейших действиях, вплоть до аварийного отключения оборудования.
Предлагаемое устройство для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании обеспечивает повышение качества анализа акустического сигнала от частичных разрядов, возникающих в изоляции высоковольтного оборудования, поскольку позволяет эффективно разделять акустические сигналы разрядных процессов от виброударных механических процессов, а также определять место возникновения дефектов в том оборудовании, в котором зона возникновения частичных разрядов заключена в оболочку, находящуюся под высоким потенциалом. Определение места развития разрядного процесса является чрезвычайно важным при проведении диагностического обследования высоковольтного оборудования.
Использовать предлагаемое устройство возможно как в процессе автономной системы мониторинга, так и при оперативном контроле силового высоковольтного оборудования без (с) отключения(-ем), с установкой передающего устройства изоляционной штангой (вручную). Также возможно применение предлагаемого устройства на заземленных частях высоковольтного оборудования, например на элементах комплектных распределительных устройств элегазовых (КРУЭ), концевых, соединительных муфтах кабельных линий и т.д.