NO313163B1 - Test- og inngrepsverktöy for komponenter i höyspenningsanlegg - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt området testing av komponenter i høyspenningsanlegg som kraftstasjoner, transformatorstasjoner og lignende. Mer spesielt angår oppfinnelsen et verktøy for testing og eventuelt overvåkning av slike komponenter, særlig effektbrytere..

I høyspenningsanlegg anvendes effektbrytere for inn- og utkopling av forskjellige anleggsdeler. Effektbryternes viktigste oppgave er imidlertid å sikre an-leggene ved rask utkopling av skadelige overstrømmer og kortslutningsstrømmer. En effektbryter mottar i et slikt tilfelle en utkoplingsimpuls fra et overstrømrelé. Bryteren er utstyrt med en mekanisme som kan utløses med for eksempel en spoleanordning som "trekker til" når utkoplingsimpulsen mottas.

Det er av sikkerhetsgrunner interessant å teste effektbryterne med hensyn på funksjon fra tid til annen. Parametere som testes, er vanligvis mekanisk/ akustisk vibrasjonsmønster ved en utkopling, og tiden som går fra selve utkoplingsimpulsen gis, til den del som skal utkoples, er spenningsløs (eventuelt tiden til spenning er på, ved innkopling). For å foreta slike tester, må, med dagens utstyr, bryt-erne tas ut av drift. Dette tar lang tid, og er derfor en dyr prosess for energiverkene og industrien. Med dagens metode kan man først montere på måleutstyr etter at effektbryteren er tatt ut av drift, og i tillegg til tap av tid, går man også glipp av den første utkoplingen for effektbryteren etter at denne har ligget i lang tid i driftstil-stand. Nettopp den første utkoplingen ville være mest interessant å måle med hensyn på dokumentasjon av bryterens tilstand.

Patentpublikasjonene EP 0183339, US 3,868,136, US 4,525,006,

US 4,965,930 og US 5,451,730 beskriver forskjellige inngrepsverktøy for høyspen-ningsanlegg, og viser bl.a. en isolert, langstrakt arbeidsstang, en gripeanordning påmontert arbeidsstangens høyspennings-nære ende samt en betjeningsanord-ning påmontert arbeidsstangens andre ende og egnet for styring av gripeanordningen. De her nevnte publikasjonene viser altså rene inngrepsverktøy som ikke er i stand til å måle noen parametere.

Videre er det fra US 5,130,642 kjent en amperemeteranordning med krok-formet sensor i sin høyspennings-nære ende, en koplingsanordning i den andre enden for montering til en isolert, langstrakt arbeidsstang, en skål av isolerende materiale og en amperemeter-strømkretsanordning. Amperemeteranordningen ifølge US 5,130,642 måler strømstyrke når kroken er hektet over en leder, men må så tas ned igjen for at avlesning skal kunne foretas. For øvrig er anordningen ikke i det hele tatt egnet for måling av de ovenfor nevnte interessante parametere ved effektbrytere i høyspenningsanlegg.

Foreliggende oppfinnelse er tilveiebrakt for å løse eller i det minste gi en bedre løsning på de ovennevnte problemene ved den tidligere kjente teknikk. Oppfinnelsen angår således en innretning som gjør det mulig å foreta prøver, målinger og arbeid i høyspenningsanlegg uten å frakople strømmen på forhånd, og en kan også integrere innretningen ifølge oppfinnelsen i systemer av eksisterende komponenter. Med bruk av innretningen ifølge oppfinnelsen har man et sikkert og godt verktøy som gjør det mulig å foreta nødvendige prøver, tester, feilsøkinger og rep-arasjoner i høyspenningsanlegget uten langvarig driftsstans, og det oppnås med andre ord en forbedret og rask metode for bestemmelse av høyspenningskompo-nentenes tilstand. Innretningen ifølge oppfinnelsen er særlig godt egnet til å teste effektbrytere i høyspenningsanlegg, fordi en da kan få dokumentert både vibra-sjonsmønster for og tidsforløp for effektbryteren på første utkopling etter at den har vært lang tid i drift.

Ifølge oppfinnelsen oppnås hensikten ved tilveiebringelse av et test- og inn-grepsverktøy av den type som defineres i det vedføyde patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer av verktøyet ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige pat-entkravene. I et annet aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt et testverktøy slik som definert i det vedføyde patentkrav 10.

I det følgende skal oppfinnelsen belyses nærmere ved gjennomgang av foretrukne utførelsesformer, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor

fig. 1 viser en foretrukket, første utførelsesform av en berøringssikker arbeidsarm som utgjør en viktig del av verktøyet ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser en foretrukket utførelsesform av en gripeanordning som utgjør en annen viktig del av verktøyet ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 viser øvre del av en arbeidsarm, med påmontert gripeanordning og indikator for spenning, i en utførelsesform temmelig lik det som fremgår av fig. 1 og fig. 2,

fig. 4 viser nedre del av en arbeidsarm, med mottakeranordninger for signaler av optisk og akustisk type ført ned langs arbeidsarmen, samt med motordrift nederst for gripeanordningen som befinner seg i øvre ende av verktøyet, og

fig. 5 viser et komplett verktøy, dvs. det samme som i fig. 3 og i fig. 4, med en lang midtseksjon med ekstra isolasjonsskåler innmontert.

I fig. 1 vises en foretrukket utførelsesform av en sentral del av verktøyet ifølge oppfinnelsen, nemlig den såkalte arbeidsarmen, som normalt er relativt langstrakt. Henvisningstall 4 betegner en rørformet kapsling i isolerende materiale som utgjør en hoveddel av arbeidsarmen. I hver ende av arbeidsarmen befinner det seg elementer som stort sett svarer til hverandre, på følgende måte: I den ende som er til venstre på figuren, og som er enden hvor en gripeanordning (se f.eks. fig. 2) skal festes, befinner det seg et tilkoplingspunkt 6 for gripeanordningen (tilkoplingspunktet 6 er ment å samvirke med festet 25 som vises i fig. 2), og i den motsatte del av arbeidsarmen gjenfinnes et tilsvarende tilkoplingspunkt 16 som i den enkleste utførelsesform benyttes for tilkopling av en sveiv, og mellom disse to ytterpunkter finnes en stiv, isolert og roterbar aksling 5, slik at gripeanordningen kan betjenes ved å dreie på sveiven på tilkoplingspunktet 16 når først gripeanordningen er festet til tilkoplingspunktet 6. Det er mulig i en annen utførelsesform å benytte motordrift istedenfor sveiv, se fig. 4, som viser påmontert motor. Tilkoplingspunktet 16 kan for øvrig også benyttes som et tilkoplingspunkt for videre forlengelse av arbeidsarmen.

I det følgende vil vi av og til benytte uttrykkene "øvre" og "nedre" om end-ene av arbeidsarmen, ut fra den normale situasjon hvor gripeanordningen befinner seg høyt oppe mens armen peker hovedsakelig loddrett, og betjening av motor eller sveiv i den andre enden foregår nede for eksempel på gulvnivå.

I armens øvre ende befinner det seg videre en spenningsindikator-sokkel som innbefatter en fiberoptisk sender, og i nedre ende er det anordnet en mottaker 10 for signal fra spenningsindikator-sokkelen, med to uttak 11,12 for et eksternt måleinstrument, og med et tilkoplingspunkt 18 for eventuell forlengelse av den opt-iske signaloverføringen, som foregår langs arbeidsarmen gjennom en optisk fiberkabel vist med henvisningstallene 2 og 9. Mottakeren 10 er festet ved hjelp av klammere 17.1 øvre ende har spenningsindikator-sokkelen 1 et tilkoplingspunkt 19 for en spenningsindikator.

For øvrig viser henvisningstall 3 til krypstrømshindrende skåler av isolerende materiale, henvisningstall 13 viser til et innvendig hulrom innenfor den rør-formede kapslingen, og i hver ende viser henvisningstallene 7 og 15 til simmerrin-ger, og henvisningstallene 8 og 14 til lagre.

Fig. 2 viser en utførelsesform av en gripeanordning eller gripeklo for bruk til å gripe og holde eller låse fast til en spenningsførende komponent som er rørfor-met. Som tidligere nevnt viser henvisningstall 25 til et festepunkt for kopling til den isolerte akslingen 5, dvs. via tilkoplingspunktet 6, se fig. 1. Delen 26 utgjør et mot-hold for en bevegelig, fjærbelastet holdeklaff 21, som kan presses opp og mot venstre på figuren ved hjelp av en låsebolt 22 som kan skrus opp eller ned ved hjelp av rotasjonsinnretningen tilkoplet punktet 16 i nedre ende av arbeidsarmen, via akslingen 5. Henvisningstall 23 viser til en fjær som spenner holdeklaffen ut, og henvisningstall 24 angir et innfestingshull for fastmontering av gripeanordningen.

Den rørformede kapslingen 4 (fig. 1) er i hovedsak utført i isolerende materiale, slik at den er trygg å holde i og flytte rundt i spenningsførende anlegg. Gripekloen som vises i fig. 2, monteres i forbindelse med vibrasjonsmålinger og tidsmål-inger på effektbrytere, fast i punktet 6 på arbeidsarmens høyspenningsside, og denne gripekloen benyttes slik at man får god kontakt med og godt, stivt mekanisk feste til den spenningsførende delen. Vibrasjoner vil da kunne forplante seg ned gjennom den stive, isolerende akslingen 5 for å kunne detekteres med dertil egnet utstyr 31 tilkoplet nedre ende av arbeidsarmen. En spenningsindikator (se fig. 3) festes innledningsvis på sokkelen 1 for registrering av om det er spenning eller ikke på den normalt strømførende høyspenningsdelen. Et fiberoptisk signal over-føres så til mottakeren 10 gjennom fiberoptisk kabel 2, 9 fra den fiberoptiske send-eren i sokkelen 1. En ekstern tidsmåler tilkoples for registrering av tiden fra utkoplingsimpuls blir gitt til effektbryteren, til den spenningsførende delen er spennings-løs, eller eventuelt til det blir detektert spenning over bryteren etter en innkoplings-impuls.

Den roterende og isolerte akslingen 5 har dobbelt funksjon, ved at den overfører vibrasjoner/lyd, og samtidig brukes den til å skru/klemme gripeanordningen fast til testobjektet, dvs. gripekloen festes ved betjening av nedre rotasjonsinn-retning, via akslingen 5, slik at det blir god kontakt med testobjektet.

Lagrene 8,14 og simmerringene 7,15 er montert inn for å gi rask, lett og tett gange for den isolerte akslingen 5 i den rørformede kapslingen 4.1 tilkoplingspunktet 16 er det for øvrig anbrakt et gjenget hull for innmontering av et vibrasjons-måleinstrument 31, for eksempel et vibrasjons-akselerometer.

I fig. 5 vises et komplett, langstrakt verktøy 30 som igjen øvre og nedre del vises av i henholdsvis fig. 3 og 4. Således fremgår i fig. 3 en litt annerledes øvre del av arbeidsarm pluss gripeanordning, enn det som er vist tidligere, idet en spenningsindikator 28 er montert på sokkelen 1, og gripekloen 20 er festet med en styringsdel 27 til øvre del av arbeidsarmen, dvs. den er ikke ment å være fastmon-tert slik som gripeanordningen i fig. 2. Den fiberoptiske kabelen er i fig. 3, 4 og 5 vist å ligge delvis utenpå arbeidsarmen, men den kan gjerne anbringes innvendig.

I fig. 4 fremgår en påmontert motordrift-anordning (drill) for gripekloen, i arbeidsarmens nedre ende, dvs. til høyre i fig. 4.

Det unike med verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse er at man på en sikker måte kan kople seg på en spenningsførende komponent, slik at det blir mulig å overføre vibrasjons-signaturer via en aksling 5, fortrinnsvis laget av presset glassfibermateriale, og ned til et akselerometer 31 som igjen kan sende signaler videre til en ekstern effektbryter-analysator. I tillegg kan måling av reaksjonstid foretas ved hjelp av en spenningsindikator som sender sitt signal fiberoptisk ned til en optisk mottaker som har svært rask elektronikk (reaksjonstid i nanosekund-området). Den fiberoptiske mottakeren (som kan ses på som et grensesnitt) omgjør reaksjonstids-signalet til et elektrisk, digitalt signal som også kan føres til analysatoren. Analysatoren kan måle reaksjonstiden både mellom utkoplingsimpulstids-punkt og første tidspunkt uten spenning på den aktuelle linjen, og tilsvarende tid mellom innkoplings-impuls og første tidspunkt for spenning på den aktuelle linjen.

Den aktuelle arbeidsarmen, som utgjør en hoveddel av verktøyet ifølge oppfinnelsen, er fortrinnsvis modul-oppbyggbar, dvs. den kan forlenges seksjons-vis. Den kan for øvrig utstyres med forskjellige typer verktøy og deteksjonsinstru-menter slik som allerede angitt.

Gripeanordningen som vises i fig. 2, er som nevnt utformet for å festes til en rørformet komponent, men andre utforminger er selvfølgelig aktuelle, for eksempel en utforming spesialformet for å gripe om en skinneformet komponent.

I fig. 4 og 5 vises en elektrisk drevet drill 32 for stramming/låsing av gripekloen 21 på toppen av verktøyet ifølge oppfinnelsen, men det er også mulig å på-sette en håndbetjent sveiv for utførelse av samme operasjon. Samme tilkoplingspunkt 16 som benyttes til tilkopling av sveiv eller drill, benyttes for øvrig i forbindelse med tilkopling av en forlengelses-modul, med komplementær utforming av et koplingspunkt på neste modul.

I visse tilfeller er det bare aktuelt å måle på vibrasjon, og noen spenningsindikator behøver i et slikt tilfelle ikke å være påmontert, for øvrig kan en utførel-sesform av verktøyet også være helt uten slik anordning for overføring av spen-nings/tid-signaler, dvs. verktøyet er da laget bare for overføring av akustiske vibrasjoner gjennom den sentrale akslingen 5.

Det motsatte kan også være tilfelle, det er mulig å benytte verktøyet bare for måling av spenning/tid ved hjelp av en spenningsindikator, og det er også mulig å utelate en del av overføringssystemet for mekanisk vibrasjon. Men en anordning for tilskruing av gripekloen nedenfra, må være med i en utførelsesform hvor verktøyet er flyttbart. Man kan i så måte tenke seg et elastisk system, for eksempel en "strekkfisk"-utførelsesform, for tilstramming via en isolerende, sentralt anbrakt wire eller lignende, som da ikke er i stand til å overføre vibrasjoner ned gjennom arbeidsarmen, men bare i stand til å foreta innfestingen ved hjelp av gripekloen.

Men i foretrukket utførelsesform er det aktuelt med kombinasjon av måling av flere parametere, slik som omtalt foran.

En ytterligere parameter som det er av interesse å måle, er eventuell gasslekkasje, for eksempel fra en effektbryter som inneholder en spesiell, isolerende gass. Eksempler på slike gasser er SFq, N2O, HFK, CH4, PFK, CO2. En såkalt "gass-sniffer" kan påmonteres øvre ende av arbeidsarmen for tidlig deteksjon av slik gasslekkasje, uten at anlegget tas ut av drift. For øvrig kan vibrasjonsmålinger av effektbrytere utføres med verktøyet i oppfinnelsen, både mens effektbryteren er i drift, og når den er ute av drift. Verktøyet gjøres kompatibelt med alle normale typer bryter-analysatorer for vibrasjon og for måling av spenning/tid, dvs. kontak-ter, spenningsnivåer, impedanser etc. lages i standard utførelse.

Noen effektbrytere har bare ett bruddsted, men det er vanlig med flere, opp-til 10 bruddsteder i en og samme effektbryter, med separate kammere som omgir hvert bruddsted. De forskjellige bruddstedene kan reagere med forskjellig hastig-het på utkoplingsimpulsen, og det kan være av interesse å teste på <p>unkter mellom de forskjellige bryterkamrene for å kontrollere hvert bruddsted.

Ved bruk av flere verktøy ifølge oppfinnelsen, kan alle bryterkammere i en effektbryter for en og samme fase, og/eller alle faser, måles samtidig med hensyn på vibrasjoner og tid/spenning.

Verktøyet kan, som nevnt ovenfor, også benyttes på et spenningsløst anlegg, men spenning/tid-målingen må da foretas med tilkobling via vanlig kobber-klemme, og en behøver ikke den kapasitivt eller induktivt virkende spenningsindi-katoren, men monterer i stedet (på forhånd) en kobbertråd som henger ned for å gripes av kobberklemmen på verktøyet. Også når anlegget er spenningsløst, letter verktøyet arbeidet fordi man slipper å bruke stiger, lift eller lignende utstyr.

Ved hjelp av verktøyet ifølge oppfinnelsen vil det bli mulig å bestemme til-standen for en effektbryter, med en driftsstans på bare ca. 5 minutter, dvs. egentlig bare nødvendig tid for å utføre måling i forbindelse med at bryteren åpnes, og eventuelt lukkes igjen. Den klart viktigste testen blir dokumentert, idet det nettopp er den første utkoplingen etter lang driftstid, som er den prøve som vil gi svar på hvordan en effektbryter vil oppføre seg ved en feil i nettet. Dette er en svært ves-entlig fordel.

For øvrig er verktøyet i stand til å tilveiebringe alle relevante opplysninger om en effektbryters tilstand. I tillegg til målingene som er nevnt vedrørende spenning/tid samt vibrasjon, er det mulig å foreta bevegelsesmålinger, spolestrømsmål-inger (hvor mange ampére den innledningsvis omtalte spoleanordningen behøver i utkoplingsimpulsen for å "trekke til"), hastighetsmålinger og akselerasjonsmålin-ger, hvilke målinger blir tatt på ikke-spenningssatte deler.

Verktøyet kan i en utførelsesform være fast montert, for kontinuerlig overvåkning av for eksempel en effektbryter. I et slikt tilfelle er det ikke nødvendig med noen dreibar aksel og sveiv eller drill nederst, siden gripeanordningen festes en gang for alle. På den annen side kan verktøyet være "løst" og medbringbart og slik at det festes av en operatør på stedet, ved hjelp av den øvre gripeanordningen og rotasjonsinnretningen for å betjene denne nederst. Etter utførelse av målingen blir deretter verktøyet løsnet og fjernet igjen. Verktøyet kan benyttes både i innendørs og utendørs høyspenningsanlegg, og ved å forandre lengden av arbeidsarmen, jfr. den modulære oppbygningen, kan verktøyet tilpasses til et hvilket som helst spen-ningsnivå. (I utgangspunktet vil fortrinnsvis diameteren på den stive akslingen 5

stå i forhold til lengden av modulene eller lengden av hele arbeidsarmen, dvs.

tykkere aksling ved lengre arbeidsarm.)

Endelig skal en utførelsesform nevnes hvor den øvre gripeanordningen er et rent mekanisk verktøy, for eksempel for å etterstramme en bolt eller en mutter oppe på en høyspenningslederskinne. Ved å feste en slik gripeanordning, for eksempel i form av en pipe, på toppen av arbeidsarmen, kan den elektriske drillen eller håndsveiven nederst benyttes for å rotere pipe-gripeanordningen, som gjerne kan være av avansert type med ledd for tilpassing til for eksempel horisontale bol-ter høyt oppe. Med en slik inngreps-gripeanordning festet på arbeidsarmen utføres således fysiske inngrep, ikke tester eller målinger. Men samme arbeidsarm med mulighet for dreining/betjening av en gripeanordning på toppen, benyttes.

Det nye verktøyet ifølge oppfinnelsen vil gi mer realistiske testresultater enn det som oppnås ved den tidligere kjente teknikk, fordi en effektbryter nå kan bli testet under drift.

Claims (10)

1. Test- og inngrepsverktøy for komponenter i høyspenningsanlegg, særlig effektbrytere, hvilket verktøy (30) omfatter en gripeanordning (20) tilpasset til en høyspenningslederdel nær eller på en komponent som skal testes eller arbeides med, og en isolert, langstrakt arbeidsarm (4) innrettet for i en ende å bli festet til en dertil egnet del (24, 25) av gripeanordningen (20), hvilken del (24, 25) er innrettet for å bevirke fast grep om høyspenningslederdelen ved betjening via arbeidsarmen (4), karakterisert ved at det videre omfatter i arbeidsarmens ende nær gripeanordningen (20) minst én oppfangningsanordning (6; 28) for minst én parameter i en parametergruppe som omfatter høy-spenning og akustiske vibrasjoner, i arbeidsarmens fjerne ende minst én mottakeranordning (16; 10) for signal fra den minst ene oppfangningsanordningen (6; 28), og minst én elektrisk isolerende overføringsanordning (5; 29) for signal mellom oppfangningsanordningen (6; 28) og mottakeranordningen (16; 10).

2. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at oppfangningsanordningen er en spenningsindikator (28) med fiberoptisk signalsender, overføringsanordningen er en optisk fiberkabel (2, 9), og mottakeranordningen er et optisk koplingsstykke (10) for viderekopling av et optisk signal til et eksternt analyseutstyr.

3. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at oppfangningsanordningen er en skrutapp (6) innrettet for stram tilskruing på gripeanordningen (20), overføringsanordningen er en isolert, indre, roterbar, stiv aksel (5), og mottakeranordningen er en endetapp (16) med gjenget hull for innmontering av et måleinstrument for akustiske signaler, for eksempel et vibrasjons-akselerometer.

4. Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at den stive akselen (5) er laget av et presset, isolerende materiale, for eksempel presset glassfibermateriale.

5. Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at det til den stive akselen (5) er koplet en rotasjons-drivinnretning i arbeidsarmens fjerne ende.

6. Verktøy ifølge krav 5, karakterisert ved at rotasjons-drivinnretningen (32) er en elektromotor.

7. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at arbeidsarmens (4) ende nær gripeanordningen (20) er utstyrt med en gass-sniffer for deteksjon av gasslekkasje fra en komponent, for eksempel SF6-gass.

8. Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at den stive akselen (5) har diameter relatert til aksel-ens lengde, for eksempel proporsjonal med lengden.

9. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at gripeanordningen er en verktøyanordning, for eksempel en pipe, innrettet for mekanisk manipulasjon av en komponentdel, for eksempel en bolt eller mutter som trenger å bli etterdratt.

10. Testverktøy for komponenter i høyspenningsanlegg, særlig effektbrytere, hvilket testverktøy omfatter en gripeanordning (2) tilpasset til en høyspenningslederdel nær eller på en komponent som skal testes eller arbeides med, og en isolert, langstrakt arm (4) festet i en ende til gripeanordningen (20) og på minst ett punkt langs armens (4) lengde til en annen fast struktur, for eksempel en vegg eller lignende, karakterisert ved at det videre omfatter i armens ende nær gripeanordningen (20) minst én oppfangningsanordning (6; 28) for minst én parameter i en parametergruppe som omfatter høyspenning og akustiske vibrasjoner, i armens (4) fjerne ende minst én mottakeranordning (16; 10) for signal fra den minst ene oppfangningsanordningen (6; 28), og minst én elektrisk isolerende overføringsanordning (5; 2, 9) for signal mellom oppfangningsanordningen (6; 28) og mottakeranordningen (16; 10).