PL235587B1 - Układ do diagnostyki izolatorów przepustowych typu OPI - Google Patents

Abstract

Układ do diagnostyki izolatorów przepustowych wysokiego napięcia WN typu OPI bazuje na pomiarze napięcia UP między punktem P pomiarowym izolatora i kołnierzem żeliwnym. Napięcie UP jest przetworzone na napięcie Us w przetworniku dopasowania poziomu sygnału PDS (4) włączonym między punkt pomiarowy P i kołnierz. Sygnał analogowy napięcia Us z przetwornika PDS (4) jest dołączony na zaciski wejściowe komparatora napięcia KN (6). Na wejście progowe (referencyjne) komparatora (6) jest dołączony sygnał analogowy napięcia UR z przetwornika dopasowania napięcia referencyjnego PDNR (5), przy czym przetwornik PDNR (5) ma na wejściu napięcie Uab z przekładnika napięciowego (3) transformatora na którym jest zabudowany izolator WN. Wyjście cyfrowe Ud z komparatora KN (6) jest sygnałem cyfrowym diagnostycznym izolatora WN. W drugim wariancie rozwiązania sygnały napięciowe Us i UR są połączone równolegle a w ich obwód jest włączony rezystor Rd wówczas napięcie (Ud = Us - UR) na rezystorze Rd jest sygnałem diagnostycznym analogowym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do diagnostyki izolatorów przepustowych typu OPI, które są stosowane w transformatorach energetycznych o napięciu 110 kV, 220 kV i 400 kV.

Izolatory przepustowe typu OPI mają izolację: papier nasycony olejem transformatorowym zabudowany w osłonie porcelanowej. W środkowej części osłony porcelanowej jest umieszczony żeliwny kołnierz do zamocowania izolatora na kadzi transformatora. Między warstwami papieru są umieszczone powierzchnie ekwipotencjalne, które wyrównują rozkład pola elektrycznego w warstwach papieru. Powierzchnie ekwipotencjalne tworzy folia aluminiowa bądź powierzchnia papieru pomalowana lakierem przewodzącym np. z domieszką proszku węgla. Liczba warstw papieru zależy od napięcia izolatora. W izolatorach na napięcie 400 kV liczba warstw wynosi około 60. W izolatorach na napięcie niższe liczba warstw jest odpowiednio mniejsza. Z pierwszej powierzchni ekwipotencjalnej, licząc od kołnierza, jest wyprowadzony punkt pomiarowy P. Punkt ten jest wykorzystywany w diagnostyce izolatora. Standardowo pomiary diagnostyczne są wykonywane off-line i on-line poprzez pomiar współczynnika stratności dielektrycznej tgSo^ = 100 = , gdzie Ir - jest składową czynną prądu upływu 'C ύ>ΰ(_ΖΛί|_Ζ poprzez izolację, lc - jest składową pojemnościową prądu upływu, R,_z jest rezystancją izolacji, a C,_z jest pojemnością, przy czym R,_z i C,_z są połączone równolegle. Jeśli spojrzeć na strukturę elektryczną izolatora, to widać, że izolator składa się z n pojemności połączonych szeregowo. Pojemność pierwszej warstwy, między punktem P i kołnierzem, wynosi C,i. Pojemność wszystkich pozostałych warstw (n - 1) połączonych szeregowo wynosi C_i2 ~ “~Qi· Izolator na napięcie 400 kV ma długość kilka metrów i waży około 1200 kg. Proces degradacji izolacji rozpoczyna się między warstwami papieru zwykle w jednej z warstw środkowych. Jeśli w którejś z warstw znajdzie się pęcherzyk powietrza, to w nim powstają wyładowania niezupełne. Wyładowania te powodują w tym miejscu przegrzewanie i zwęglenie papieru. Z czasem „gniazdo” wypalonego papieru powiększa się. Zwęglona warstwa papieru powoduje zwarcie dwóch sąsiednich powierzchni ekwipotencjalnych i w dalszym ciągu się powiększa o kolejne warstwy. Skutkuje to zwarciem wewnętrznym w izolatorze. Jeśli zwarcie wystąpi w izolatorze na zewnątrz kadzi to wystąpi eksplozja izolatora, zniszczenie osłony porcelanowej, a odłamki porcelany uszkadzają sąsiednie izolatory. Jeżeli zwarcie wystąpi w izolatorze wewnątrz kadzi to eksplozja izolatora powoduje rozszczelnienie kadzi i pożar oleju transformatora.

Współczynnik tgo% = — 1UU — dla dobrego izolatora i izolatora z „gniazdami” zwęglone ^ωί-ιζ^κίζ nymi jest taki sam, gdyż zwarcie sąsiednich warstw papieru powoduje zmniejszenie liczby warstw n aktywnych papieru: rezystancja R,_z i zmniejsza się i wzrasta składowa czynna prądu Ir T. Zmniejszona liczba warstw izolacyjnych powoduje, w tym samym stopniu, wzrost pojemność C,_z T i wzrost składowej pojemnościowej prądu lc T, tg5% ® const. Wykazano, że układy pomiarowe diagnostyki izolatorów przepustowych WN bazujące na pomiarze tg5% nie są w stanie wykryć uszkodzeń wewnętrznych izolacji papierowej. Potrzebny jest bardziej czuły układ do diagnostyki izolatorów przepustowych.

Z patentu 3.710.242 znane jest urządzenie do pomiaru charakterystyki uszkodzenia izolatora przepustowego. Napięcie punktu pomiarowego (32) izolatora (fig. 1) jest przetwarzane we wzmacniaczu (48), a na potencjometrze (54) jest dopasowywane do zakresu pomiarowego miliamperomierza i dołączone jest na wejście pierwsze miliamperomierza (64). Na drugie wejście miliamperomierza (64) jest dołączony sygnał napięcia proporcjonalny do wysokiego napięcia izolatora. Napięcie to jest wzięte z przewodu (20) wyjściowego izolatora (10) i poprzez transformator (70) i potencjometr (62) jest dopasowane do zakresu pomiarowego miliamperomierza (64). W układzie tym są porównywane analogowe sygnały napięcia punku pomiarowego i wysokiego napięcia. Układ jest złożony i podatny na zakłócenia, gdyż w pobliżu transformatora dużej mocy wysokiego napięcia jest pole elektromagnetyczne, sygnały analogowe wymagają dobrego ekranowania.

Znane jest także z patentu GB 1 316 015 A urządzenie do wykrywania uszkodzeń izolatorów przepustowych wysokiego napięcia, w którym napięcie punktu pomiarowego (29) izolatora (38) jest dołączone do wzmacniacza (30), a następnie przyłączone na pierwsze wejście (31) komparatora (32). Na drugie wejście (33) komparatora (30) jest podawane napięcie proporcjonalne do wysokiego napięcia izolatora (38). Napięcie to jest wzięte z pojemnościowego dzielnika napięcia (10, fig. 1) bądź z transformatora prądowego (37, fig. 2). Pojemnościowy dzielnik napięcia (10) wysokiego np. 400 kV jest urządzeniem drogim. Na transformatorze są zabudowane trzy izolatory WN, zatem do transforma

PL 235 587 Β1 tora należałoby dołączyć trzy dzielniki napięcia, natomiast transformator prądowy (37) nie ma potencjału proporcjonalnego do wysokiego napięcia izolatora.

Według wynalazku układ do diagnostyki izolatorów przepustowych wysokiego napięcia WN typu OPI bazuje na pomiarze napięcia Up między punktem P pomiarowym izolatora i kołnierzem żeliwnym. Napięcie Up jest przetworzone na napięcie Us w przetworniku dopasowania poziomu sygnału PDS włączonym między punkt pomiarowy P i kołnierz. Sygnał analogowy napięcia Us z przetwornika PDS jest dołączony na zaciski wejściowe komparatora napięcia KN. Na wejście progowe (referencyjne) komparatora KN jest dołączony sygnał analogowy napięcia Ur z przetwornika dopasowania napięcia referencyjnego PDNR, przy czym przetwornik PDNR ma na wejściu napięcie U_ab z przekładnika napięciowego transformatora, na którym jest zabudowany izolator WN. Wyjście cyfrowe Ud z komparatora KN jest sygnałem cyfrowym diagnostycznym izolatora WN. Drugim wariantem rozwiązania jest, że sygnały napięciowe Us i Ur są połączone równolegle a w ich obwód jest włączony rezystor Rd wówczas napięcie (Ud = Us - Ur) na rezystorze Rd jest sygnałem diagnostycznym analogowym.

Przetwornik dopasowania poziomu sygnału PDS składa się z transformatora T z zaczepami na uzwojeniu wtórnym i prostownika V, bądź rezystora (Ri + Ri) i prostownika V przy czym na pro«1 Us stownik V jest dołączone napięcie z rezystora Ri, a stosunek rezystancji spełnia warunek = —,

Γ? 1 T W P lub kondensatora (Ci + Ci) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie z konC₂ Us densatora Ci a stosunek pojemności spełnia warunek -—— = —.

C1 + C2 Up

Przetwornik dopasowania poziomu napięcia referencyjnego PDNR składa się z transformatora T z zaczepami na uzwojeniu wtórnym i prostownika V, bądź rezystora (R1 + Ri) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie z rezystora R1, a stosunek rezystancji spełnia wafli ^ys runek _ _{Λ n} = —, lub kondensatora (Ci + Ci) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołąr? 1 tKj U p c₂ u_s czone napięcie z kondensatora Ci a stosunek pojemności spełnia warunek , .

C1+C2

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunkach, na których przedstawiono: fig. 1 - izolator przepustowy wysokiego napięcia, fig. 2 - fragment sieci elektroenergetycznej z transformatorem i przekładnikami napięciowymi, fig. 3 - schemat blokowy układu diagnostycznego z wyjściem cyfrowym, fig. 4 - schemat blokowy układu diagnostycznego z wyjściem analogowym, fig. 5 - transformatorowy układ dopasowania sygnału, fig. 6 - rezystancyjny układ dopasowania sygnału, fig. 7 - pojemnościowy układ dopasowania sygnału.

Izolator 1 wysokiego napięcia typu OPI, pokazany na rysunku fig. 1, ma złożoną budowę: na górze jest przyłącze 1.1 przewodów z transformatora Tr 2 i sieci elektroenergetycznej, następnie zbiornik 1.2 oleju, w środku jest rurka 1.6 aluminiowa przez którą jest przeprowadzony przewód z uzwojenia transformatora Tr 2 do przyłącza 1.1. Na rurce aluminiowej 1.6 jest nawiniętych n warstw papieru 1.4. Warstwy papieru 1.4 są rozdzielone powierzchniami ekwipotencjalnymi 1.5. Powierzchnie ekwipotencjalne są wykonane z folii aluminiowej bądź na papierze jest powłoka z węgla. Cały blok izolacji papierowej 1.4 jest umieszczony w osłonie porcelanowej 1.3. Osłona porcelanowa 1.3 jest dwuczęściowa: zewnętrzna i wewnętrzna. Te dwie części porcelany 1.3 łączy kołnierz żeliwny 1.8. Kołnierz 1.8 służy do zamocowania izolatora na kadzi. Część zewnętrzna porcelany 1.3 ma kapelusze, a część wewnętrzna jest gładka. Z punku pomiarowego P pierwszej warstwy ekwipotencjalnej 1.5, licząc od kołnierza 1.8, jest wyprowadzony przewód pomiarowy 1.7.

Układ do diagnostyki izolatorów przepustowych wysokiego napięcia WN typu OPI bazuje na pomiarze napięcia Up między punktem P pomiarowym izolatora 1 i kołnierzem 1.8 żeliwnym. Napięcie Up jest przetworzone na napięcie Us w przetworniku dopasowania poziomu sygnału PDS 4 włączonym między punkt pomiarowy P i kołnierz 1.8. Sygnał analogowy napięcia Us z przetwornika PDS 4 jest dołączony na zaciski wejściowe komparatora napięcia KN 6. Na wejście progowe (referencyjne) komparatora 6 jest dołączony sygnał analogowy napięcia Ur z przetwornika dopasowania napięcia referencyjnego PDNR 5, przy czym przetwornik PDNR 5 ma na wejściu napięcie U_ab z przekładnika napięciowego 3 transformatora Tr 2, na którym jest zabudowany izolator WN 1. Komparator 6 porównuje sygnały analogowe napięcia Us z napięciem referencyjnym Ur. Z komparatora KN 6 na wyjściu jest sygnał Ud cyfrowy. Sygnał Ud jest sygnałem diagnostycznym izolatora WN 1, jak to pokazano na rysunku fig. 3.

Drugim wariantem rozwiązania jest bezpośrednie porównanie napięć Us i Ur. Sygnały analogowe napięć Us i Ur połączone są przeciwsobnie poprzez rezystor Rd. Napięcie (Ud = Us - Ur) na rezystorze Rdjest sygnałem diagnostycznym analogowym jak to pokazano na rysunku fig. 4.

PL 235 587 Β1

Przetwornik dopasowania poziomu sygnału PDS 4 składa się z transformatora T z zaczepami na uzwojeniu wtórnym i prostownika V, bądź rezystora (Ri + Ri) i prostownika V przy czym na proRi stownik Vjest dołączone napięcie z rezystora Ri, a stosunek rezystancji spełnia warunek —— = —, Π 1TA2 up lub kondensatora (Ci + Ci) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie z konu_s densatora Ci a stosunek pojemności spełnia warunek = —.

C1+C2 Up

Przetwornik dopasowania poziomu napięcia referencyjnego PDNR 5 składa się z transformatora T z zaczepami na uzwojeniu wtórnym i prostownika V, bądź rezystora (R1 + Ri) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie z rezystora R1, a stosunek rezystancji spełnia waRi [/$ runek -—— = —, lub kondensatora (Ci + Ci) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołąr? 14R 2, up

Cj u_s czone napięcie z kondensatora Ci a stosunek pojemności spełnia warunek t^-”^- = C1 + C2 Up

Napięcie punktu pomiarowego P jest równe U_P = -U, gdzie U jest napięciem na izolatorze. ^Γ n

Jeśli jedna warstwa papieru będzie zwęglona, to znaczy dwie sąsiednie powierzchnie ekwipotencjalne będą zwarte, to napięcie punktu P wzrośnie do wartości U'_p = J^eśli napięcie U = 400 kV i n = 60, to Up = 6,66 kV, a U'p = 6,78 kV. Wzrost napięcia wynosi 113 V itd. jak w tabeli:

Liczba zwartych warstw	1	2	3 !4	5
(i/p - i/P) w [V]	113	230	351 I 476	606

Proces niszczenia warstw wewnętrznych izolacji trwa kilka, a może kilkanaście lat. Zwarcie w izolatorze występuje po uszkodzeniu wielu warstw papieru. Układ diagnostyczny według wynalazku bieżąco śledzi napięcie Up punktu pomiarowego i napięcie U_ab transformatora Tr 2 i porównuje je, w ten sposób uniezależnia sygnał diagnostyczny napięcia Ud od zmiany napięcia U transformatora Tr 2. Zmiana napięcia w punkcie P jest wystarczająco duża aby informować obsługę dyżurną o zagrożeniu wystąpienia zwarcia w izolatorze.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do diagnostyki izolatorów przepustowych wysokiego napięcia WN typu OPI bazuje na pomiarze napięcia Up między punkiem P pomiarowym izolatora i kołnierzem żeliwnym, napięcie Up jest przetworzone na napięcie Us w przetworniku dopasowania poziomu sygnału PDS włączonym między punkt pomiarowy P i kołnierz, sygnał analogowy napięcia Us z przetwornika PDS jest dołączony na zaciski wejściowe komparatora napięcia KN, a na wejście progowe (referencyjne) komparatora jest dołączony sygnał analogowy napięcia Ur z przetwornika dopasowania napięcia referencyjnego PDNR, znamienny tym, że przetwornik PDNR (5) ma na wejściu napięcie U_ab z przekładnika napięciowego (3) transformatora Tr (2), na którym jest zabudowany izolator WN (1), wyjście cyfrowe Ud z komparatora KN (6) jest sygnałem cyfrowym diagnostycznym izolatora WN (1), bądź wariant drugi w którym sygnały napięciowe Us i Ur są połączone przeciwsobnie a w ich obwód jest włączony rezystor Rd wówczas napięcie (Ud = Us - Ur) na rezystorze Rd jest sygnałem diagnostycznym analogowym.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwornik dopasowania poziomu sygnału PDS (4) składa się z transformatora T z zaczepami na uzwojeniu wtórnym i prostownika V, bądź rezystora (R1 + Ri) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie Ki ^us z rezystora R1, a stosunek rezystancji spełnia warunek _o , _p = 7Γ, lub kondensatora rf 1ΤΠ2 u p (Ci + Ci) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie z kondensatora Ci Us

   Ci a stosunek pojemności spełnia warunek _ = —.

   C1TC2 Up
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwornik dopasowania poziomu napięcia referencyjnego PDNR (5) składa się z transformatora T z zaczepami na uzwojeniu wtórnym i prostownika V, bądź rezystora (R1 + Ri) i prostownika V przy czym na prostownik V jest

   PL 235 587 Β1 /?! U$ dołączone napięcie z rezystora R-ι, a stosunek rezystancji spełnia warunek —— = —, lub rf i ΐΓ<2 U p kondensatora (Ci + Ci) i prostownika V przy czym na prostownik V jest dołączone napięcie c₂ u_s z kondensatora Ci a stosunek pojemności spełnia warunek .

   Cl + Cz P