CZ287530B6 - System for continuous monitoring electrical conductivity of at least a portion of alternating current power system - Google Patents

Description

Systém pro plynulé monitorování elektrické vodivosti alespoň části střídavého výkonového systému

Oblast techniky

Vynález se týká systému pro plynulé monitorování elektrické vodivosti alespoň části střídavého výkonového systému, obsahujícího alespoň jeden modul, obsahující prostředek pro vyvíjení stejnosměrné složky proudu mezi prvním bodem a druhým bodem, které jsou na prvním vodiči, popřípadě na druhém vodiči výkonového systému, prostředky pro měření stejnosměrné složky napětí, přivedené mezi tyto body, a prostředky pro detekci chyby vodivosti, závislé na zmíněné stejnosměrné složce napětí, prostředek pro vyvíjení stejnosměrné složky proudu, obsahující řízený usměrňovač, a prostředek pro řízení řízeného usměrňovače.

Dosavadní stav techniky

Známé systémy výše popsaného typu, zejména systém, popsaný v evropském patentovém spisu EP-A-430 823, odpovídajícím patentovému spisu US 5 150 057, nereagují na možnou přítomnost bludných stejnosměrných proudů v daném střídaném výkonovém systému. Úkolem předloženého vynálezu je odstranit výše uvedenou nevýhodu dosavadního stavu techniky a vytvořit systém, umožňující vyloučit vliv bludných stejnosměrných proudů.

Podstata vynálezu

Vynález řeší úkol tím, že vytváří systém pro plynulé monitorování elektrické vodivosti alespoň části střídavého výkonového systému, obsahující alespoň jeden měřicí modul, obsahující prostředek pro vyvíjení složky stejnosměrného proudu mezi dvěmi body, umístěnými v daném pořadí na prvním vodiči, resp. na druhém vodiči výkonového systému, prostředky pro měření složky stejnosměrného napětí, přivedené mezi tyto body a prostředky pro detekci chyby vodivosti, závislé na zmíněné složce stejnosměrného napětí, přičemž prostředek pro vyvíjení složky stejnosměrného proudu obsahuje řízený usměrňovač a prostředek pro řízení řízeného usměrňovače, u kterého je podle vynálezu prostředek pro řízení řízeného usměrňovače vytvořen pro podávání vypínacího signálu řízeného usměrňovače během první periody o předem nastaveném trvání měřicího cyklu a řídicích signálů, upravených k vytvoření zmíněné složky stejnosměrného proudu během druhé periody předem určeného trvání měřicího cyklu, přičemž prostředek pro měření složky stejnosměrného napětí obsahuje prostředky pro měření první hodnoty a druhé hodnoty, příslušně představujících složku stejnosměrného napětí během první periody a druhé periody, a prostředek pro výpočet rozdílu mezi první hodnotou a druhou hodnotou, přičemž tento rozdíl představuje složku stejnosměrného napětí, která má být měřena.

Podle výhodného provedeni předloženého vynálezu obsahují prostředky pro měření první hodnoty prostředek pro vzorkování a pro měření vzorků během prvního měřicího okna o trvání kratším nebo rovném první periodě.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu prostředky pro měření druhé hodnoty obsahují prostředek pro vzorkování a měření vzorků během druhého měřicího okna o trvání kratším nebo rovném druhé periodě.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu obsahuje měřicí prostředek prostředky pro výpočet střední hodnoty vzorků, měřených během měřicího okna.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu obsahují měřicí prostředky prostředek pro výpočet vážené střední hodnoty vzorků, měřených během měřicího okna.

- 1 CZ 287530 B6

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu systém obsahuje alespoň jeden měřicí modul a jeden smyčkový modul, z nichž každý obsahuje reverzně zapojený řízený usměrňovač a prostředek pro řízení uvedeného řízeného usměrňovače, přičemž řídicí prostředek měřicího modulu a smyčkového modulu jsou spojeny synchronizační vazbou (10) pro vypnutí řízených usměrňovačů uvedených modulů během první periody.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu systém obsahuje prostředek pro výpočet rozdílu mezi složkami stejnosměrného napětí na svorkách měřicího modulu a smyčkového modulu, přičemž měřicí prostředek měřicího modulu a smyčkového modulu obsahuje prostředek pro současné vzorkování napětí, která mají být měřena.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu řízené usměrňovače jsou tyristoiy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení, znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 systém monitorování vodivosti podle dosavadního stavu techniky, obr. 2 měřicí modul systému podle zvláštního provedení předloženého vynálezu, obr. 3 a obr. 4 vstupní, popřípadě měřicí periody ve zvláštním provedení předloženého vynálezu, obr. 5 operační vývojové schéma modulu systému podle předloženého vynálezu, a obr. 6 jiné provedení předloženého vynálezu s měřicími a smyčkovými moduly.

Příklady provedení vynálezu

Systém podle dosavadního stavu techniky, znázorněný na obr. 1, je navržen pro monitorování vodivosti části jednofázového střídavého elektrického výkonového systému, obsahujícího dva vodiče 1, 2. Měřicí modul 3 obsahuje dvě svorky, připojené k bodům A, B, umístěným na prvním vodiči 1, popřípadě na druhém vodiči 2. První rezistor R1 schematicky znázorňuje ohmický odpor vedení výkonového systému před body A, B. Měřicí modul 3 obsahuje prostředek pro vyvíjení stejnosměrné složky proudu. Na obr. 1 je tento prostředek tvořen prvním řízením usměrňovačem Thl. zde tyristorem, zapojeným v sérii s prvním rezistorem R1 mezi svorkami měřicího modulu 3. První řídicí a měřicí obvod 4 dodává řídicí signály do spínače prvního řízeného usměrňovače Thl. aby v měřicím modulu 3 byla vyvinuta stejnosměrná složka proudu Ic předem určené hodnoty. První řídicí a měřicí obvod 4 je připojen ke svorkám měřicího modulu 3, takže na jeho vstup je přivedeno napětí, které je mezi prvním bodem A a druhým bodem B. Když je stejnosměrná složka proudu Ic konstantní, změna stejnosměrné složky napětí mezi body A, B představuje změnu odporu RL vedení před body A, B. První měřicí a řídicí obvod 4 detekuje růst stejnosměrné složky napětí, představující růst odporu RL vedení, srovnává tento růst s předem určenou prahovou hodnotou a oznamuje chybu vodivosti, když je prahová hodnota překročena.

Měřicí modul 3 je podrobněji znázorněn na obr. 2. První řídicí a měřicí obvod 4 je znázorněn ve formě blokového schéma a obsahuje řídicí obvod 5, nízkopropustný filtr 6 a zpracovávací obvod

7. Napětí na svorkách měřicího modulu 3 je přivedeno na vstup nízkopropustného filtru 6, který napájí zpracovávací obvod 7 napětí, představujícím stejnosměrnou složku jeho vstupního napětí.

Jak je to znázorněno na obr. 3, měřicí cyklus T, který je delší než jedna perioda výkonového systému (měřicí cyklus je přibližně roven 10 s), je rozdělen na dvě periody Tl. T2 Během první periody Tl řídicí obvod 5 vypíná první řízený usměrňovač Thl. Měřicí modul 3 nevyvíjí žádnou stejnosměrnou složku proud. Během druhé periody T2 řídicí obvod 5 řídí vstup stejnosměrné

-2CZ 287530 B6 složky proudu Ic do výkonového systému. Řídicí obvod 5 přivádí do zpracovávacího obvodu 7 synchronizační signály S, znázorněné na obr. 3 v závislosti na čase, a přivádí tak do zpracovávacího obvodu 7 informaci, charakteristickou pro periody TI, T2.

Obr. 4 znázorňuje vzorkovací signál E, resp. vzorkování signálu zpracovávacím obvodem Ί stejnosměrné složky napětí, dodávané nízkopropustným filtrem 6. Zpracovávací obvod 7 provádí první vzorkování během prvního měřicího okna Tmi uvnitř první periody TI. Druhé vzorkování se provádí během druhého měřicího okna Tm2 uvnitř druhé periody T2. První měřicí okno Tmi má trvání kratší nebo rovné trvání první periody Ti a druhé měřicí okno Tm2 má trvání kratší nebo rovné trvání druhé periody T2. V přednostním provedení vynálezu, znázorněném na obr. 4, má každá perioda TI, T2 před začátkem příslušného měřicího okna Tmi, Tm2 stabilizační periodu, rovnou TI - Tmi, resp. T2 - Tm2.

Obr. 5 znázorňuje operační vývojové schéma zpracovávacího obvodu 7. Během prvního stupně F1 čte zpracovávací obvod 7 vzorky, představující výstupní napětí nízkopropustného filtru 6 během prvního měřicího okna Tmi. Potom během druhého stupně F2 z těchto vzorků vypočítá první hodnotu VI, představující hodnotu stejnosměrné složky vstupního napětí měřicího modulu 3, během třetího stupně F3 čte vzorky, přestavující výstupní napětí nízkopropustného filtru 6 během druhého měřicího okna Tm2. Potom během čtvrtého stupně F4 vypočítá druhou hodnotu V2, představující hodnotu stejnosměrné složky vstupního napětí měřicího modulu 3 během druhého měřicího okna Tm2.

Během první periody TI není žádná stejnosměrná složka proudu na vstupu měřicího modulu 3 a stejnosměrné napětí, přivedené na jeho svorky, představuje bludné stejnosměrné složky nebo posunutá napětí výkonového systému. Během druhé periody T2 se měřicím modulem J přivádí do výkonového systému stejnosměrná složka proudu a stejnosměrné napětí, přivedené na svorky měřicího modulu 3, představuje součet bludných stejnosměrných složek a složky Vc stejnosměrného napětí, které má být měřeno pro určení odporu vedení. Rozdíl hodnot V2 -VI, vypočítaný zpracovávacím obvodem 7 během pátého stupně F5, potom představuje složku Vc stejnosměrného napětí, která má být měřena. Během šestého stupně F6 zpracovávací obvod 7 detekuje možnou přítomnost chyby vodivosti monitorováním změn veličiny, představující odpor vedení, odvozené z rozdílu Vc = V2 - VI, které je úměrný.

Periody TI, T2 jsou přednostně stejné, jak je znázorněno na obr. 3. Jako neomezující příklad může být měřicí cyklus T několik sekund, například 10 sekund. Periody TI, T2 jsou rovny T/2 a měřicí okna Tmi. Tm2 mají stejné trvání, například 3 s.

Podle přednostního provedení vynálezu se hodnoty VI, V2 získají výpočtem střední hodnoty odpovídajících vzorků, získaných během měřicích oken Tmi. Tm2 Použitím středních hodnot provádí zpracovávací obvod 7 přídavnou filtraci, která umožňuje vyloučení hlavní části nízkofrekvenčních složek výkonového systému.

Pro dosažení lepšího vyloučení bludných nízkých kmitočtů z výkonového systému může být výhodné vypočítat hodnoty VI. V2 z odpovídajících vzorků s použitím vážené střední hodnoty. Pro tento účel mohou být obdélníková okna v obr. 4 nahrazena okny, která jsou sinusová nebo mají jiný vhodný tvar. Při použití stejného typu vážení pro výpočet hodnot VI, V2 jejich rozdíl také představuje stejnosměrnou složku Vc napětí, která má být měřena.

Detekce chyby může být provedena přímo srovnáním změny složky Vc stejnosměrného napětí s předem učenou prahovou hodnotou. Přirozeně je možné vypočítat hodnotu odporu RL vedení, úměrnou složce Vc stejnosměrného napětí, a srovnat její změny s odpovídající předem určenou prahovou hodnotou pro detekci chyby. Jestliže se jako v některých provedeních, popsaných v patentovém spisu EP-A-430 823, odpor vedení získá srovnáním složky Vc stejnosměrného napětí a stejnosměrné složky napětí na svorkách prvního rezistoru Rl nebo měřicího bočníku, výše popsaný způsob měření je použit také k měření zmíněného druhého napětí, které se filtruje,

-3CZ 287530 B6 příslušně vzorkuje během měřicích oken Tmi. Tm2 a jeho stejnosměrná složka je rovna rozdílu středních hodnot, možno vážených, vzorků, získaných během měřicích oken Tmi. Tm2

Ve výše uvedeném patentovém spisu umožňuje použití smyčkových modulů monitorovat část výkonového systému, obsaženou mezi měřicím modulem a smyčkovým modulem. Ve zmíněném patentovém spisu může být smyčkový modul téhož typu, jako měřicí modul podle obr. 1, a řídicí a měřicí obvod obsahuje pomocné prostředky pro regulaci stejnosměrné složky napětí na jejich vstupních svorkách na nulu.

Jestliže měřicí modul 3 využívá princip měření, popsaný výše v souvislosti s obr. 3 až 5, musí být přizpůsobeno působení smyčkového modulu 8, který je přidružen. Obr. 6 znázorňuje systém podle předloženého vynálezu, umožňující monitorování vodivosti části výkonového systému, obsažený mezi body A, B, ke kterému je ve třetím bodu C a čtvrtém bodu D připojen měřicí modul 3, umístěný před body A, B na vodičích J, 2 a ke kterému je připojen smyčkový modul 8.

Smyčkový modul 8 obsahuje prostředky pro zavedení stejnosměrné složky proudu, vyvinuté měřicím modulem 3, do smyčky. Na obr. 6 je mezi body_C, D zapojen druhý řízený usměrňovač Th2, zde tyristor, spojený v sérii s druhým rezistorem R2. aby se umožnil průtok proudu z druhého vodiče 2 do prvního vodiče J, to znamená v obráceném směru z prvního řízeného usměrňovače Thl. Obsahuje druhý řídicí a měřicí obvod 9, synchronizovaný s prvním řídicím a měřicím obvodem 4 měřicího modulu 3, například synchronizační vazbou JO. Synchronizace umožňuje současné vypnutí řízených usměrňovačů Thl. Th2 během první periody TI a jejich současné zapnutí během druhé periody T2. Stejnosměrná složka Vc napětí na svorkách smyčkového modulu 8 se měří stejným způsobem jako stejnosměrná složky Vc napětí na svorkách měřicího modulu 3 a jejich rozdíl Vc(AB) - Vc(CD) představuje stejnosměrnou složku napětí na svorkách odporu RL příslušné části vedení výkonového systému. Současné vzorkování stejnosměrných napětí, přítomných na svorkách měřicího modulu 3 a smyčkového modulu 8 umožňuje vyloučení zbytkových bludných nízkých kmitočtů. Stejnosměrné složky, měřené během měřicích oken Tmi. Tm2 mezi body A, B, popřípadě C, D, mohou být ve skutečnosti vyjádřeny v této formě:

Vl(AB) = Vofl + Vlfl

VI (CD) = Vof2 + Vlf2

V2 (AB) = V (AB) + Vofl + Vlf2

V2 (CD) = V (CD) + Vof2 + Vlf2, kde VI (AB) a VI (CD) jsou stejnosměrné složky, měřené během prvního měřicího okna Tmi mezi body A, B, popřípadě C, D, V2 (AB) a V2 (CD) jsou odpovídající složky, měřené během druhého měřicího okna Tm2,

Vofl je posunuté napětí mezi body A, B, uvažované jako stálé během měřicího cyklu T,

Vof2 je posunuté napětí mezi body C, D, uvažované jako stálé během měřicího cyklu T,

Vlfl je zbytkový nízkofrekvenční šum během první periody TT a prvního okna Tmi,

Vlf2 je zbytkový nízkofrekvenční šum během druhé periody T2 a druhého okna Tm2, a

V (AB) a V (CD) jsou stejnosměrné složky s odstraněnými bludnými složkami, které mají být měřeny na svorkách měřicího moduluj a smyčkového moduluJ

Je možno ověřit, že přesazená napětí jsou vyloučená při provádění výpočtů rozdílů Vc (AB) = V2 (AB) - VI (AB) a Vc (CD) = V2 (CD) - VI (CD), a že výsledný šum je vyloučen výpočtem rozdílu Vc(AB) - Vc (CD), který působí jako báze pro monitorování vodivosti.

-4CZ 287530 B6

Vynález není omezen na zvláštní provedení, která byla popsána výše. Tak například řízené usměrňovače Thl, Th2, zde tyristory, mohou být nahrazeny jiným typem řízeného usměrňovače a první rezistor RI může být nahrazen bezeztrátovým okruhem, naladěným vzhledem k výkonovému systému. Nízkopropustné filtry 6 mohou být analogové nebo číslicové. Řídicí a měřicí obvody 4, 9 mohou obsahovat mikroprocesory a některé součásti mohou být společné pro více obvodů 4, 5, 7, 9.

Řídicí a měřicí obvody 4, 9 systému podle obr. 6 mohou být připojeny k ústřednímu zpracovávacímu obvodu, který vypočítává rozdíl Vc(AB) - Vc (CD), nebo může být tento rozdíl vypočítáván v jednom z modulů, který oznamuje chybu vodivosti, která by mohla vzniknout.

Jestliže systém obsahuje smyčkový modul 8, musí tento být synchronizován s měřicím modulem 3 pro blokování průtoku proudu během první periody Tl. Řízené usměrňovače Thl. Th2 jsou přednostně také synchronizovány během druhé periody T2. Nicméně je možné během druhé periody T2 regulovat složku stejnosměrného napětí na svorkách smyčkového modulu .8 na nulu, takže potom složka stejnosměrného napětí na svorkách měřicího modulu 3 přímo představuje odpor vedení.

Tytéž principy měření je možno použít pro trojfázový výkonový systém, přičemž modul se zapojí mezi dvě fáze.

Claims (8)

1. Systém pro plynulé monitorování elektrické vodivosti alespoň části střídavého výkonového systému, obsahující alespoň jeden měřicí modul (3), obsahující prostředek pro vyvíjení složky stejnosměrného proudu mezi dvěma body (A, B; C, D), umístěnými v daném pořadí na prvním vodiči (1), resp. na druhém vodiči (2), výkonového systému, prostředky pro měření složky (Vc) stejnosměrného napětí, přivedené mezi tyto body (A, B; C, D), a prostředky pro detekci chyby vodivosti, závislé na zmíněné složce (Vc) stejnosměrného napětí, přičemž prostředek pro vyvíjení složky stejnosměrného proudu obsahuje řízený usměrňovač (Thl, Th2) a prostředek pro řízení řízeného usměrňovače (Thl, Th2), vy z n a č uj í c í se tím, že prostředek pro řízení řízeného usměrňovače (Thl, Th2) je vytvořen pro dodávání vypínacího signálu řízeného usměrňovače (Thl) během první periody (Tl) o předem nastaveném trvání měřicího cyklu (T) a řídicích signálů, upravených k vytvoření zmíněné složky stejnosměrného proudu během druhé periody (T2) předem určeného trvání měřicího cyklu (T), přičemž prostředek pro měření složky (Vc) stejnosměrného napětí obsahuje prostředky pro měření první hodnoty (VI) a druhé hodnoty (V2), příslušně představujících složku stejnosměrného napětí během první periody (Tl) a druhé periody (T2), a prostředek pro výpočet rozdílu mezi první hodnotou (VI) a druhou hodnotou (V2), přičemž tento rozdíl představuje složku stejnosměrného napětí (Vc), která má být měřena.

2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky pro měření první hodnoty (VI) obsahují prostředek pro vzorkování a pro měření vzorků během prvního měřicího okna (Tmi) o trvání kratším nebo rovném první periodě (Tl).

3. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky pro měření druhé hodnoty (V2) obsahují prostředek pro vzorkování a měření vzorků během druhého měřicího okna (Tm2) o trvání kratším nebo rovným druhé periodě (T2).

4. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že měřicí prostředek obsahuje prostředky pro výpočet střední hodnoty vzorků, měřených během měřicího okna (Tmi, Tm2).

-5CZ 287530 B6

5. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že prostředky pro měření obsahují prostředek pro výpočet vážené střední hodnoty vzorků, naměřených během měřicího okna (Tmi, Tm2).

5

6. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden měřicí modul (3) a jeden smyčkový modul (8), z nichž každý obsahuje reverzně zapojený řízený usměrňovač (Thl, Th2) a prostředek pro řízení uvedeného řízeného usměrňovače (Thl, Th2), přičemž řídicí prostředky měřicího modulu (3) a smyčkového modulu (8) jsou spojeny synchronizační vazbou (10) pro vypnutí řízených usměrňovačů (Thl, Th2) modulů (3, 8) během 10 první periody (Tl).

7. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje prostředek pro výpočet rozdílu mezi složkami stejnosměrného napětí na svorkách měřicího modulu (3) a smyčkového modulu (8), přičemž měřicí prostředky měřicího modulu (3) a smyčkového modulu (8) obsahují

15 prostředek pro současné vzorkování napětí, která mají být měřena.

8. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že řízené usměrňovače (Thl, Th2) jsou tyristory.