Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции
SELECTIVE AUTOMATED SYSTEM FOR DIAGNOSING AND MONITORING THE STATE OF INSULATION OF POWER CABLE LINES WITH A DELAY UNIT TO PREVENT FALSE SIGNAL ON DAMAGE TO INSULATION

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.
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, оценка 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 селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 2018135617. Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Опубл. 23.09.2019).
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 не позволяет достаточно точно определить место возникновения повреждений.
Недостаток данной системы состоит в том, что она может ложно сработать в случае подачи напряжения на контролируемую линию (при ее включении в электрическую сеть). Когда линия находится в отключенном положении емкости фаз относительно земли, и междуфазные емкости не имеют электрического заряда, то есть разряжены. При появлении напряжения на линии неизбежно возникает бросок зарядного тока линии. Зарядный ток протекает через трансформаторы тока комплекта 1 и не протекает через трансформаторы тока комплекта 2, что является эквивалентным режиму возникновения повреждения изоляции на контролируемой линии. По этой причине система может дать ложный сигнал о повреждении изоляции.
Техническая задача предполагаемого изобретения заключается в предотвращении возможного возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции при подключении кабельной линии к электрической сети или подаче на нее напряжения.
Задача достигается тем, что в систему устанавливается блок задержки. Этот блок осуществляет беспрепятственную передачу сигналов токов обратной и нулевой последовательности в рабочем режиме системы (линия находится под напряжением). В момент включения линии под напряжение этот блок на определенное время разрывает связь между выходами датчиков тока обратной и нулевой последовательности и входами микроконтроллера. Промежуток времени, на который прерывается связь, должен обеспечивать достаточное затухание бросков зарядных токов, что позволит избежать ложных срабатываний системы под влиянием этих токов.
Комплекты 1 и 2 осуществляют измерение токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так и в конце защищаемой линии. Сравнение значений этих токов позволяет определить возникновение повреждения изоляции только на защищаемой 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 и 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 с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции.
Устройство на фиг.2 состоит из: 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; 15 – блок задержки.
Выходы трансформаторов тока нулевой последовательности 1, 3, 5 соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности 2, 4, 6, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с входами блока задержки 15, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности 7 соединен со входом датчика напряжения нулевой последовательности 8, выход датчика напряжения нулевой последовательности 8 соединен с входами блока задержки 15, преобразователь интерфейсов 11 соединен с первым выходом микроконтроллера 9, второй выход микроконтроллера 9 соединен с блоком питания 10, вход персонального компьютера 12 соединен с выходом преобразователя интерфейсов 11, трансформаторы тока по числу фаз защищаемого присоединения 13, трансформатор напряжения нулевой последовательности 7, фильтр токов обратной последовательности 14, выходы трансформаторов тока 13 и трансформатора напряжения нулевой последовательности 7 соединены с входами соответствующих фильтров токов обратной последовательности 14, выходы фильтра токов обратной последовательности 14 соединены с входами блока задержки 15, выходы блока задержки 15 соединены с входами микроконтроллера 9.
На фиг.3 точками 1 и 2 показаны места повреждений на защищаемой линии и вне защищаемой линии соответственно.
Работает селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции 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.
Если защищаемая линия находится в отключенном положении, то емкости фаз относительно земли и междуфазные емкости находятся в разряженном состоянии. В момент подключения кабельной линии к электрической сети неизбежно возникает бросок тока заряда этих емкостей. Этот ток протекает только через трансформаторы тока комплекта 1 (фиг.1), ток нагрузки протекает же как через трансформаторы тока комплекта 1, так и комплекта 2 (фиг.1). Это приводит к тому, что возникает разность токов между комплектом 1 и комплектом 2, создавая тем самым условия для ложного срабатывания защиты и отключения от сети неповрежденной линии.
Для устранения ложного срабатывания используется блок задержки 15 (фиг.2). Данный блок обеспечивает кратковременное отключение выходов фильтров токов от входов микроконтроллера в момент включения линии под напряжение. Таким образом, система не будет реагировать на появление зарядного тока. После некоторого промежутка времени, блок задержки подключит выходы фильтров токов к входам микроконтроллера и система перейдет в рабочее состояние с контролем токов защищаемой линии.
Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции 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, обеспечивает блокировку ложного срабатывания при бросках зарядного тока, возникающих при подключении линии под напряжение.