RU2364879C1 - System to diagnose nonlinear surge suppressor (nss) at operating voltage - Google Patents
System to diagnose nonlinear surge suppressor (nss) at operating voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2364879C1 RU2364879C1 RU2008100825/28A RU2008100825A RU2364879C1 RU 2364879 C1 RU2364879 C1 RU 2364879C1 RU 2008100825/28 A RU2008100825/28 A RU 2008100825/28A RU 2008100825 A RU2008100825 A RU 2008100825A RU 2364879 C1 RU2364879 C1 RU 2364879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- voltage
- unit
- calculating
- arrester
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейных ограничителей перенапряжений, применяемых для защиты электрооборудования сетей и подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to diagnose under operating voltage the state of non-linear surge arresters used to protect electrical equipment of networks and substations from lightning and internal overvoltages.
При защите оборудования подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений с использованием оксидно-цинковых нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) важное значение имеет стабильность нелинейной вольт-амперной характеристики ОПН. В процессе эксплуатации ОПН может происходить деградация материала резистора ОПН в результате многократного протекания больших импульсных токов через ОПН, нарушение герметичности корпуса ОПН с увлажнением резистора и т.п., что ведет к изменению его вольт-амперной характеристики, увеличению активной составляющей тока через ОПН и росту в нем активных потерь мощности. Все это может привести к выходу ОПН из строя и развитию аварии в сети, где он установлен. В связи с этим большое значение придается (приобретает) непрерывному или периодическому контролю параметров ОПН в процессе их эксплуатации под рабочим напряжением. Известные системы диагностики ОПН, использующие в качестве диагностического параметра активную составляющую тока через ОПН, не обеспечивают достаточно полную информацию об их состоянии, имеют относительно низкую точность измерений и по результатам диагностики возможна ошибочная оценка состояния ОПН.When protecting substation equipment from lightning and internal overvoltages using oxide-zinc nonlinear surge arresters (arrester), the stability of the nonlinear current-voltage characteristics of the arrester is important. During the operation of the arrester, the material of the arrester resistor can degrade as a result of repeated large pulsed currents flowing through the arrester, a leak in the arrester of the arrester with humidification of the resistor, etc., which leads to a change in its current-voltage characteristic, an increase in the active component of the current through the arrester and growth of active power losses in it. All this can lead to failure of the arrester and the development of an accident in the network where it is installed. In this regard, great importance is attached to (acquires) continuous or periodic monitoring of the arrester parameters during their operation under operating voltage. Known arrester diagnostic systems that use the active component of the current through the arrester as a diagnostic parameter do not provide sufficiently complete information about their state, have relatively low measurement accuracy and erroneous assessment of the arrester condition is possible from the diagnostic results.
Известна система диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (см. патент США №7005863, МПК G01R 31/02, 31/28, Н02Н 3/22 (2006.01), 2006) на основе анализа тока через ОПН по третьей гармонике тока проводимости через ОПН, включающая подсоединенный к заземляющей шине датчик тока через ОПН, выполненный в виде регистрирующего модуля, содержащего индукционный датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, блок формирования массива данных тока с буфером хранения данных и коммуникационный элемент, например радиопередающее устройство, для передачи данных из буфера регистрирующего модуля в буфер данных считывающего модуля. Считывающий модуль имеет интерфейс для передачи данных из его буфера в компьютер, в котором производится анализ данных тока, в частности Фурье-анализ для выделения третьей гармоники тока через ОПН. По величине третьей гармоники, которая пропорциональна значению активной составляющей тока через ОПН, определяют величину активного тока и его изменение в процессе эксплуатации ОПН, т.е. производят диагностику состояния ОПН.A known diagnostic system under the operating voltage state of a nonlinear surge suppressor (see US patent No. 7005863, IPC
Основным недостатком данной системы диагностики является то, что она базируется на анализе третьей гармоники тока проводимости через ОПН. Поскольку для ОПН разных классов напряжения и различной пропускной способности вольт-амперные характеристики не одинаковы, то различаются и значения токов третьих гармоник. При наличии деградационных процессов в ОПН, выражающихся, в частности, в изменении его вольт-амперной характеристики, которая становится более пологой, резко изменяется зависимость амплитуды тока третьей гармоники от полной амплитуды активной составляющей тока. Эта зависимость нелинейная и различается для ОПН различных классов напряжения и их пропускных способностей. В итоге снижается точность и достоверность диагностики состояния ОПН. Необходимость установки регистрирующих модулей для каждого ОПН подстанции делает систему диагностики сложной и ненадежной.The main disadvantage of this diagnostic system is that it is based on the analysis of the third harmonic of the conduction current through the arrester. Since for the arrester of different voltage classes and different capacities, the current-voltage characteristics are not the same, the values of the currents of the third harmonics also differ. In the presence of degradation processes in the arrester, expressed, in particular, in a change in its current-voltage characteristic, which becomes more gentle, the dependence of the amplitude of the third harmonic current on the total amplitude of the active component of the current changes sharply. This dependence is non-linear and differs for the arrester of different voltage classes and their capacities. As a result, the accuracy and reliability of the diagnosis of the state of the arrester are reduced. The need to install recording modules for each substation arrester makes the diagnostic system complex and unreliable.
Наиболее близкой к заявленной является система диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (см. заявку Японии №2051075, МПК5 G01R 31/00, 19/00; 1990), размещенного между высоковольтной шиной и заземляющим контуром подстанции и соединенного с контуром посредством заземляющей шины, включающая датчик тока через ОПН, подсоединенный входом к заземляющей шине, датчик напряжения на ОПН, подключенный входом к вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения, первичная обмотка которого подсоединена между высоковольтной шиной и заземляющим контуром подстанции, измерительно-вычислительный блок, соединенный с датчиком напряжения и содержащий соединенные последовательно усилитель, блок настройки фазы, аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, блок формирования массивов данных тока и напряжения с первым буфером для хранения данных тока и вторым буфером для хранения данных напряжения и вычислительный модуль для обработки данных первого и второго буферов, имеющий блок преобразования данных буферов в ряды Фурье и первый элемент для вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения, при этом вход усилителя соединен с выходом датчика тока.Closest to the claimed one is a diagnostic system under the operating voltage state of a nonlinear surge suppressor (see Japan application No. 2051075, IPC 5
Диагностическим параметром данной системы является пиковое значение активной составляющей тока через ОПН. Поэтому токи и напряжения представляют в виде сумм гармоник, в которых определены их амплитуды и начальные фазы относительно начала выборки, которая производится за один период промышленной частоты. Отсюда определяют амплитуды первых гармоник косинусной составляющей тока и синусной составляющей напряжения, по которым вычисляют емкостной коэффициент, позволяющий определить текущее значение суммы гармоник емкостной составляющей тока. Текущее значение суммы гармоник активной составляющей тока находят как разность полного тока и его емкостной составляющей. Далее путем расчета определяют пиковое значение суммы гармоник активной составляющей тока, которое сравнивают с заданным пороговым значением. Превышение пиковой величины порогового значения является свидетельством неисправного состояния ОПН. С учетом сказанного известная система диагностики состояния ОПН имеет следующие недостатки. Диагностика состояния ОПН по пиковой величине активной составляющей тока недостаточно объективна по той причине, что пиковые значения активного тока не строго пропорциональны его действующему значению и могут иметь значительный разброс у диагностируемых ОПН. Результатом этого может быть неверная команда о состоянии ОПН или ее пропуск. Кроме того, в состав активной составляющей тока ОПН, являющейся суммой гармоник, по пиковой величине которой ведется диагностика ОПН, входят все высшие гармоники, порождаемые как нелинейностью резистора ОПН, так и высшими гармониками сети, при этом далеко не все из них вызывают выделение активной мощности в ОПН и его разогрев. Поэтому предложенный способ диагностики недостаточно достоверен. И, наконец, предложенная система имеет низкую точность измерения активной составляющей тока ОПН, поскольку в ней использован компенсационный метод. Величину активной составляющей тока определяют как разность сигналов полного и емкостного токов, поэтому даже небольшая неточность в измерении фазового угла между током и напряжением приводит к многократно возрастающей ошибке.The diagnostic parameter of this system is the peak value of the active component of the current through the arrester. Therefore, currents and voltages are represented as sums of harmonics in which their amplitudes and initial phases are determined relative to the beginning of the sampling, which is performed for one period of the industrial frequency. From this, the amplitudes of the first harmonics of the cosine component of the current and the sine component of the voltage are determined, from which the capacitive coefficient is calculated, which allows to determine the current value of the sum of the harmonics of the capacitive component of the current. The current value of the sum of the harmonics of the active component of the current is found as the difference between the total current and its capacitive component. Next, by calculating, determine the peak value of the sum of the harmonics of the active component of the current, which is compared with a given threshold value. Exceeding the peak value of the threshold value is an indication of the malfunctioning state of the arrester. Based on the foregoing, the known system for diagnosing the state of arrester has the following disadvantages. Diagnostics of the state of an arrester by the peak value of the active component of the current is not objective enough because the peak values of the active current are not strictly proportional to its current value and can have a significant variation in the diagnosed arrester. The result of this may be an incorrect command about the state of the arrester or its omission. In addition, the active component of the arrester current, which is the sum of harmonics, the peak value of which is used to diagnose arrester, includes all the higher harmonics generated by both the non-linearity of the arrester resistor and the higher harmonics of the network, and far from all of them cause active power to be released in the arrester and its heating. Therefore, the proposed diagnostic method is not sufficiently reliable. And finally, the proposed system has low accuracy in measuring the active component of the arrester current, since it uses the compensation method. The magnitude of the active component of the current is defined as the difference between the signals of the full and capacitive currents, so even a small inaccuracy in measuring the phase angle between the current and voltage leads to a multiply increasing error.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении точности и достоверности диагностики состояния ОПН под рабочим напряжением за счет использования в качестве диагностического параметра только той части активной составляющей тока через ОПН, которая вызывает в нем потери активной мощности и является прямым следствием деградационных процессов в нелинейных резисторах ОПН.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the accuracy and reliability of diagnosing the state of an arrester under operating voltage by using as a diagnostic parameter only that part of the active component of the current through the arrester that causes loss of active power in it and is a direct consequence of degradation processes in nonlinear arrester resistors.
Технический результат достигается тем, что в системе диагностики под рабочим напряжением состояния нелинейного ограничителя перенапряжений (ОПН), размещенного между высоковольтной и заземляющей шинами, включающей датчик тока, проходящего через ОПН, подсоединенный входом к заземляющей шине, датчик напряжения на ОПН, соединенный с высоковольтной шиной через высоковольтный измерительный трансформатор напряжения, измерительно-вычислительный блок, содержащий соединенные последовательно усилитель, аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, буфер данных тока и напряжения, блок преобразования данных тока и напряжения в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения, при этом выход датчика тока соединен с входом усилителя, а выход датчика напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя напряжения, согласно изобретению измерительно-вычислительный блок выполнен в виде двух модулей обработки соответственно данных тока и напряжения, при этом усилитель входит в состав только модуля обработки данных тока, а аналого-цифровой преобразователь тока и напряжения, буфер данных тока и напряжения, блок преобразования данных тока и напряжения в ряды Фурье и блок вычисления начальных фаз гармоник тока и напряжения выполнены в виде отдельных блоков обработки соответственно данных тока и напряжения и их содержат соответствующие модули, модуль обработки данных тока и модуль обработки данных напряжения дополнительно содержат соответственно блок вычисления квадратов мгновенных значений тока через ОПН и блок вычисления квадратов мгновенных значений напряжения на ОПН, соединенные соответственно с буфером данных тока и буфером данных напряжения, блок вычисления действующих значений гармоник тока и блок вычисления действующих значений гармоник напряжения, соединенные соответственно с блоком преобразования данных тока в ряды Фурье и с блоком преобразования данных напряжения в ряды Фурье, блок вычисления действующего значения тока через ОПН и блок вычисления действующего значения напряжения на ОПН, соединенные соответственно с выходом блока вычисления квадратов мгновенных значений тока и с выходом блока вычисления квадратов мгновенных значений напряжения, причем модуль обработки данных тока содержит также блок вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, блок вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, и блок вычисления действующего значения активной составляющей тока, вызывающей выделение активной мощности в ОПН, при этом первый вход блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения соединен с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник тока, а второй вход - с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения, первый вход блока вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, соединен с выходом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, а второй и третий входы этого блока соединены с выходами соответственно блока вычисления действующих значений гармоник тока и блока вычисления действующих значений гармоник напряжения, первый вход блока вычисления действующего значения активной составляющей тока соединен с выходом блока вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения напряжения, причем система дополнительно содержит блок отображения информации, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления действующего значения активной составляющей тока, по величине которой диагностируют состояние ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения тока.The technical result is achieved by the fact that in the diagnostic system under the operating voltage of the state of the nonlinear surge suppressor (surge arrester) located between the high-voltage and grounding buses, including a current sensor passing through the arrester connected to the grounding bus by an input, the voltage sensor on the arrester connected to the high-voltage bus through a high voltage measuring voltage transformer, a measuring and computing unit containing an amplifier connected in series, an analog-to-digital current converter and voltages, a buffer of current and voltage data, a unit for converting current and voltage data into Fourier series, and a unit for calculating the initial phases of current and voltage harmonics, wherein the output of the current sensor is connected to the input of the amplifier, and the output of the voltage sensor is connected to the input of an analog-to-digital voltage converter , according to the invention, the measuring and computing unit is made in the form of two modules for processing current and voltage data, respectively, while the amplifier is only part of the current data processing module, and the analog-digital pre a current and voltage browser, a current and voltage data buffer, a unit for converting current and voltage data into Fourier series and a unit for calculating the initial phases of current and voltage harmonics are made as separate processing units for current and voltage data, respectively, and they contain corresponding modules, a current data processing module and the voltage data processing module further comprise respectively a unit for calculating the squares of the instantaneous current values through the arrester and a unit for calculating the squares of the instantaneous values of voltage on the arrester, soy internal with a current data buffer and a voltage data buffer, a unit for calculating the effective values of current harmonics and a unit for calculating the effective values of voltage harmonics, respectively connected to a unit for converting current data into Fourier series and with a unit for converting voltage data into Fourier series, a unit for calculating the effective current value through the arrester and the unit for calculating the effective voltage value at the arrester connected respectively to the output of the unit for calculating the squares of instantaneous current values and with the output unit calculating squares of the instantaneous voltage values, the current data processing module also comprising a phase difference calculation unit between current and voltage harmonics, a unit for calculating and summing the active power released in the arrester, and a unit for calculating the effective value of the active current component causing active power to be released in the arrester, the first input of the unit for calculating the phase difference between the harmonics of the current and voltage is connected to the output of the unit for calculating the initial phases of the current harmonics, and the second input to the output of the unit dividing the initial phases of voltage harmonics, the first input of the unit for calculating and summing the active power allocated to the arrester is connected to the output of the unit for calculating the phase difference between the harmonics of current and voltage, and the second and third inputs of this block are connected to the outputs of the unit for calculating the effective values of current harmonics and unit for calculating the effective values of voltage harmonics, the first input of the unit for calculating the effective value of the active component of the current is connected to the output of the unit for calculating and summing the active power of the output in the arrester, and the second input with the output of the unit for calculating the effective voltage value, the system additionally containing an information display unit, the first input of which is connected to the output of the unit for calculating the effective value of the active current component, the magnitude of which diagnoses the state of the arrester and the second input - with the output of the unit for calculating the effective current value.
Достижению технического результата способствует то, что модули обработки данных тока и напряжения выполнены в виде микроконтроллеров.The achievement of the technical result is facilitated by the fact that the current and voltage data processing modules are made in the form of microcontrollers.
Достижению технического результата способствует также то, что датчик тока выполнен в виде соединенных параллельно ножевого рубильника и защитного резистора.The technical result is also facilitated by the fact that the current sensor is made in the form of a knife switch connected in parallel with a protective resistor.
Достижению технического результата способствует также то, что датчик тока выполнен в виде токоизмерительных клещей, при этом система дополнительно содержит блок настройки фазы, а выход датчик тока соединен с входом усилителя через блок настройки фазы.The achievement of the technical result also contributes to the fact that the current sensor is made in the form of clamp meters, while the system further comprises a phase adjustment unit, and the output of the current sensor is connected to the input of the amplifier through the phase adjustment unit.
Достижению технического результата способствует и то, что выходы блоков вычисления начальных фаз гармоник напряжения, вычисления действующих значений гармоник напряжения и вычисления действующего значения напряжения модуля обработки данных напряжения соединены с входами соответственно блоков вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения, вычисления и суммирования активной мощности, выделяемой в ОПН и вычисления действующего значения активной составляющей тока модуля обработки данных тока посредством кабельной связи или радиосвязи.The achievement of the technical result is also facilitated by the fact that the outputs of the blocks for calculating the initial phases of the voltage harmonics, the calculation of the effective values of the voltage harmonics and the calculation of the effective voltage values of the voltage data processing module are connected to the inputs of the blocks for computing the phase difference between the current and voltage harmonics, calculation and summation of the active power, allocated in the arrester and calculating the effective value of the active component of the current of the current data processing module by cable connection and or radio communications.
Сущность заявленной системы диагностики ОПН заключается в определении активной составляющей тока, проходящего через ОПН, путем определения угла сдвига фаз φ между током и напряжением. Известно, что ток через ОПН является суммой нечетных гармонических составляющих. Величина активных потерь P1 в ОПН при отсутствии в напряжении сети высших гармоник определяется уравнением:The essence of the claimed diagnostic system of arrester is to determine the active component of the current passing through the arrester by determining the phase angle φ between the current and voltage. It is known that the current through the arrester is the sum of the odd harmonic components. The value of active losses P 1 in the arrester in the absence of higher harmonics in the network voltage is determined by the equation:
где u1(t), i1(t) - мгновенные значения напряжений и токов первой гармоники,where u 1 (t), i 1 (t) are the instantaneous values of voltages and currents of the first harmonic,
U1d, I1d - действующие значения напряжений и токов первой гармоник,U 1d , I 1d - the effective values of voltages and currents of the first harmonics,
Т - период напряжения промышленной частоты.T - voltage period of industrial frequency.
С другой стороны, величина активных потерь, определяемая как сумма интегралов произведения первой гармоники напряжения сети на высшие гармоники тока, равна нулю, то есть:On the other hand, the value of active losses, defined as the sum of the integrals of the product of the first harmonic of the network voltage by the higher harmonics of the current, is zero, that is:
где n - натуральный ряд чисел (1, 2, 3…n);where n is the natural series of numbers (1, 2, 3 ... n);
Следовательно, при отсутствии в напряжении сети высших гармоник основным диагностическим параметром ОПН является величина активного тока первой гармоники, которая вызывает в нем активные потери. Деградационные процессы в ОПН проявляются в росте активных потерь, вызываемых ростом первой гармоники. При этом растут также токи высших гармоник тока через ОПН. Но, как показано выше, при отсутствии высших гармоник в напряжении сети возрастание высших гармоник тока не оказывает влияния на величину активных потерь.Therefore, in the absence of higher harmonics in the mains voltage, the main diagnostic parameter of the arrester is the value of the active current of the first harmonic, which causes active losses in it. Degradation processes in the arrester are manifested in the growth of active losses caused by the growth of the first harmonic. In this case, the currents of higher harmonics of the current through the arrester also increase. But, as shown above, in the absence of higher harmonics in the network voltage, an increase in the higher harmonics of the current does not affect the magnitude of active losses.
При наличии высших гармоник в напряжении сети через ОПН протекают токи высших гармоник, создаваемые высшими гармониками напряжения, которые создают дополнительные активные потери в ОПН. В предлагаемой системе диагностирование состояния ОПН осуществляется по величине суммы действующих значений гармоник тока, вызывающих потери активной мощности в ОПН, его разогрев и соответственно деградацию, что обеспечивает более точную и достоверную оценку текущего состояния ОПН.In the presence of higher harmonics in the mains voltage, currents of higher harmonics flow through the arrester, created by higher voltage harmonics, which create additional active losses in the arrester. In the proposed system, the state of the arrester is diagnosed by the sum of the effective values of the current harmonics causing active power losses in the arrester, its heating and, accordingly, degradation, which provides a more accurate and reliable assessment of the current state of the arrester.
Более глубокая диагностика ОПН достигается путем регистрации и анализа соотношений высших гармоник тока и первой гармоники активной составляющей тока. По этим соотношениям можно судить о причине изменения параметров ОПН. При пропорциональном росте всех гармоник активной составляющей тока имеет место изменение вольт-амперной характеристики нелинейного резистора ОПН, т.е. его деградация. Рост только первой гармоники активной составляющей тока свидетельствует о разгерметизации корпуса ОПН и увлажнении его резистора.A deeper diagnosis of arrester is achieved by recording and analyzing the ratio of the higher harmonics of the current and the first harmonic of the active component of the current. Based on these ratios, one can judge the reason for the change in the parameters of the arrester. With a proportional increase in all harmonics of the active component of the current, a change in the current – voltage characteristic of the nonlinear arrester resistor, i.e. its degradation. The growth of only the first harmonic of the active component of the current indicates the depressurization of the arrester and the humidification of its resistor.
Сущность изобретения и его преимущества могут быть более детально пояснены нижеследующими рисунками, на которых изображены:The invention and its advantages can be explained in more detail in the following figures, which depict:
Фиг.1 - блок-схема системы диагностики ОПН;Figure 1 - block diagram of a diagnostic system of arrester;
Фиг.2 - блок-схема системы диагностики ОПН с подсоединением датчика тока в разрыв заземляющей шины ОПН;Figure 2 is a block diagram of an arrester diagnostic system with a current sensor connected to a gap in the grounding arrester of the arrester;
Фиг.3 - блок-схема системы диагностики ОПН с бесконтактным подсоединением датчика тока к заземляющей шине ОПН.Figure 3 is a block diagram of an arrester diagnostic system with contactless connection of a current sensor to the arrester grounding bus.
Система диагностики (см. Фиг.1-3) под рабочим напряжением состояния ОПН 1, который размещен между высоковольтной шиной 2 и заземляющей шиной 3, включает датчик тока 4, проходящего через ОПН, подсоединенный своим входом к заземляющей шине 3, датчик напряжения 5 на ОПН, соединенный с высоковольтной шиной 2 через высоковольтный измерительный трансформатор напряжения 6 и измерительно-вычислительный блок 7. Измерительно-вычислительный блок 7 выполнен в виде двух модулей обработки данных соответственно тока 8 и напряжения 9.The diagnostic system (see Figure 1-3) under the operating voltage of the state of the
Модуль обработки данных тока 8 содержит усилитель 10, на вход которого поступает сигнал с датчика тока 4, и соединенные с ним последовательно аналого-цифровой преобразователь тока 11 и буфер данных тока 12, а также блоки преобразования данных тока в ряды Фурье 13 и вычисления квадратов мгновенных значений тока 14, входы которых соединены с выходом буфера данных тока 12. Выход блока преобразования данных тока в ряды Фурье 13 соединен с входами блоков вычисления начальных фаз гармоник тока 15 и вычисления действующих значений гармоник тока 16, а выход блока вычисления квадратов мгновенных значений тока 14 соединен с входом блока вычисления действующего значения тока 17. Выход блока вычисления начальных фаз гармоник тока 15 соединен с первым входом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения 18. Второй вход блока 18 соединен с выходом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения 19, первый вход блока вычисления и суммирования активной мощности 20, выделяемой в ОПН, соединен с выходом блока вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения 18, а второй и третий входы блока 20 соединены с выходами блока вычисления действующих значений гармоник тока 16 и блока вычисления действующих значений гармоник напряжения 21, первый вход блока вычисления действующего значения активной составляющей тока 22 соединен с выходом блока вычисления и суммирования активной мощности 20, выделяемой в ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения напряжения 23. Система диагностики дополнительно содержит блок отображения информации 24, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления действующего значения активной составляющей тока 22, по величине которой диагностируют состояние ОПН, а второй вход - с выходом блока вычисления действующего значения тока 17.The current
Модуль обработки данных напряжения 9 содержит аналого-цифровой преобразователь напряжения 25, на вход которого поступает сигнал с датчика напряжения 5, и соединенный с ним последовательно буфер данных напряжения 26. Модуль также содержит блоки преобразования данных напряжения в ряды Фурье 27 и вычисления квадратов мгновенных значений напряжения 28, входы которых соединены с выходом буфера данных напряжения 26. Выход блока преобразования данных напряжения в ряды Фурье 27 соединен с входом блока вычисления начальных фаз гармоник напряжения 19 и входом блока вычисления действующих значений гармоник напряжения 21, а выход блока вычисления квадратов мгновенных значений напряжения 28 соединен с входом блока вычисления действующего значения напряжения 23.The voltage
Датчик тока 4 может быть выполнен (см. Фиг.2) в виде соединенных параллельно ножевого рубильника 31 и защитного резистора 32 или в виде токоизмерительных клещей 33 (см. Фиг.3). Во втором случае система диагностики дополнительно содержит блок настройки фазы 34, включенный таким образом, что выход датчик тока 4 соединен с входом усилителя 10 через блок 34. Такие варианты выполнения делают систему диагностики универсальной в отношении различных типов датчиков тока.The
Модуль обработки данных тока 8 и модуль обработки данных напряжения 9 могут быть выполнены в виде микроконтроллеров, что делает их компактными, повышает мобильность, обеспечивает удобство в эксплуатации и пониженное энергопотребление.The current
Выходы блоков вычисления начальных фаз гармоник напряжения 19 (см. Фиг.1), вычисления действующих значений гармоник напряжения 21 и вычисления действующего значения напряжения 23 модуля 9 соединены соответственно с входами блоков вычисления разности фаз между гармониками тока и напряжения 18, вычисления и суммирования активной мощности 20, выделяемой в ОПН, и вычисления действующего значения активной составляющей тока 22 модуля обработки данных тока 8 посредством кабельной связи 29 или радиосвязи 30 (см. Фиг.2, 3). Кабельную связь 29 между модулями 8 и 9 наиболее целесообразно использовать на крупных подстанциях с большим числом ОПН в качестве стационарного элемента автоматизированной системы управления и контроля. Радиосвязь 30 между модулями 8 и 9 делает систему диагностики мобильной и позволяет использовать ее на сетевых участках с большим числом подстанций и защитных аппаратов ОПН.The outputs of the blocks for calculating the initial phases of voltage harmonics 19 (see Fig. 1), for calculating the effective values of voltage harmonics 21, and for calculating the effective voltage values of module 23 are connected respectively to the inputs of the blocks for calculating the phase difference between the current and voltage harmonics 18, for calculating and summing the active power 20, allocated in the arrester, and calculating the effective value of the active component of the current 22 of the data processing module of the current 8 through
Работа системы диагностики осуществляется следующим образом. Для проведения измерений модуль обработки данных тока 8 подключают к выходу датчика тока 4 и включают электрическое питание модуля от автономного источника, например аккумулятора или щелочной батареи, которые могут быть встроены в корпус модуля (на Фиг.1-3 не показан). Модуль обработки данных напряжения 9 подключают к выходу датчика напряжения 5, в качестве которого может служить высокоомный делитель напряжения. После подключения на модуль 9 подают электрическое питание от автономного источника или от электрической сети.The operation of the diagnostic system is as follows. To take measurements, the current
В варианте подсоединения датчика тока в разрыв заземляющей шины 3 (см. Фиг.2) модуль обработки данных тока 8 подключают к защитному резистору 32 и размыкают ножевой рубильник 31. В варианте осуществления изобретения с бесконтактным подсоединением датчика тока к заземляющей шине 3 (см. Фиг.3) модуль обработки данных тока 8 подключают к токоизмерительным клещам 33 через блок настройки фазы 34.In the embodiment of connecting the current sensor to the gap of the grounding bus 3 (see FIG. 2), the current
Затем осуществляют измерение активной составляющей тока через ОПН 1, вызывающей в нем выделение активной мощности. Процесс измерения протекает следующим образом. Тактовые генераторы частоты и делители частоты, встроенные в модули 8 и 9 (на Фиг.1-3 не показаны), задают частоту дискретизации измеряемых напряжения и тока, которая поступает на аналого-цифровые преобразователи 11, 25 указанных модулей. При этом задают цикл измерений tизм, по времени равный произведению заданного числа периодов частоты сети N на период частоты сети Т:Then carry out the measurement of the active component of the current through the
Выбор числа периодов N частоты сети осуществляют исходя из оптимального соотношения точности и длительности измерения. Большая величина N обеспечивает высокую точность, но увеличивает длительность измерения. Достаточная для практики точность измерения может быть обеспечена при N≥10.The choice of the number of periods N of the network frequency is based on the optimal ratio of accuracy and measurement duration. A large value of N provides high accuracy, but increases the duration of the measurement. Measurement accuracy sufficient for practice can be ensured at N≥10.
Данные измерений за каждый цикл сохраняются в буферах данных тока 12 и напряжения 26. Соответствующие блоки 13 и 27 обоих модулей обеспечивают математическую обработку данных буферов 12, 26 путем преобразования измеренных данных тока и напряжения в ряды Фурье, представляющие собой ряд гармоник тока и напряжения, которые также сохраняются в этих буферах данных. Одновременно в блоках 14 и 28 производят вычисления квадратов мгновенных значений тока и напряжения. Далее в блоках 15, 19 производят вычисление начальных фаз гармоник тока и напряжения, а в блоках 16 и 21 - вычисление действующих значений гармоник тока и напряжения. На основе вычисленных в блоках 14 и 28 величин квадратов мгновенных значений тока и напряжения определяют действующие значения тока и напряжения в соответствующих блоках 17 и 23.The measurement data for each cycle is stored in the buffers of the current data 12 and voltage 26. The corresponding blocks 13 and 27 of both modules provide mathematical processing of the data of the buffers 12, 26 by converting the measured current and voltage data into Fourier series, which are a series of harmonics of current and voltage, which also stored in these data buffers. At the same time, in blocks 14 and 28, squares of instantaneous values of current and voltage are calculated. Next, in blocks 15, 19, the initial phases of the harmonics of current and voltage are calculated, and in blocks 16 and 21, the effective values of harmonics of current and voltage are calculated. Based on the squares of the instantaneous values of the current and voltage calculated in blocks 14 and 28, the effective values of the current and voltage are determined in the corresponding blocks 17 and 23.
Для измеряемого тока эти операции математически можно записать следующим образом:For the measured current, these operations can be mathematically written as follows:
где ASn - коэффициенты гармоник синусных составляющих ряда Фурье;where A Sn are the harmonic coefficients of the sine components of the Fourier series;
АCn - коэффициенты гармоник косинусных составляющих ряда Фурье;And Cn are the harmonic coefficients of the cosine components of the Fourier series;
Т и ω - период и круговая частота напряжения сети (ω=2·π·50);T and ω - period and circular frequency of the mains voltage (ω = 2 · π · 50);
n - натуральный ряд чисел (1, 2, 3…n);n is the natural series of numbers (1, 2, 3 ... n);
i(t) - мгновенное значение тока через ОПН;i (t) is the instantaneous value of the current through the arrester;
Id - действующее значение полного тока через ОПН;I d is the effective value of the total current through the arrester;
In - действующие значения гармоник тока через ОПН.I n - the effective values of the harmonics of the current through the arrester.
По результатам вычисления кэффициентов ASn и ACn вычисляют начальную фазу n-й гармоники тока относительно начала цикла измерения. Порядок вычисления действующих значений гармоник напряжения, их начальных фаз и накопление квадратов мгновенных значений измеряемых напряжения и его действующего значения в модуле обработки данных напряжения 9 аналогичен.Based on the results of calculating the coefficients A Sn and A Cn, the initial phase of the nth current harmonic relative to the start of the measurement cycle is calculated. The procedure for calculating the effective values of voltage harmonics, their initial phases and the accumulation of squares of the instantaneous values of the measured voltage and its effective value in the voltage
По окончании измерения напряжения и обработки данных в модуле обработки данных напряжения 9 результаты вычислений передают в случае кабельной связи 29 между модулями 8 и 9 в блок приема сигнала (на Фиг.1-3 не приведен) модуля обработки данных тока 8 посредством любого из существующих интерфейсов передачи информации.At the end of voltage measurement and data processing in voltage
В случае радиосвязи результаты вычислений в модуле обработки данных напряжения 9 передают в блок формирования сигнала модуля обработки данных напряжения 9 (на Фиг.1-3 не приведен), где в цифровом виде формируется сигнал универсального асинхронного приемопередающего протокола. Далее цифровой сигнал передают на радиопередатчик модуля 9, с которого сигнал поступает на радиоприемник модуля обработки данных тока 8 и далее в блок приема сигнала этого модуля.In the case of radio communications, the results of the calculations in the voltage
Цикл измерения начинается с начала приема начальных фаз гармоник напряжения, поступивших в блок приема сигнала модуля обработки данных тока 8. Принятые данные напряжения, как и данные тока, используют для вычисления разности фаз между гармониками напряжения и тока в блоке 18:The measurement cycle begins with the beginning of the reception of the initial phases of the voltage harmonics received by the signal receiving unit of the current
Разность фаз первой гармоники Δφ1 приводят к диапазону (-30°; 90°] путем циклического вычитания или прибавления 120° и одновременно с этим к разности фаз высших гармоник Δφn соответственно прибавляют или вычитают n·120°.The phase difference of the first harmonic Δφ 1 leads to the range (-30 °; 90 °] by cyclic subtraction or addition of 120 ° and at the same time, n · 120 ° is added or subtracted to the phase difference of the higher harmonics Δφ n .
Полученные таким образом исходные данные поступают в блок 20 вычисления и суммирования активной мощности Р, выделяемой в ОПН, и далее в блок 22 вычисления действующего значения активной составляющей тока Iакт, вызывающего выделение активной мощности в ОПН согласно формулам:The initial data thus obtained are fed to the block 20 for calculating and summing the active power P allocated in the arrester, and then to the block 22 for calculating the effective value of the active component of the current I act , which causes the release of active power in the arrester according to the formulas:
В результате измерений определяют соотношение величины активной составляющей тока Iакт, вызывающего выделение активной мощности в ОПН, и действующего значения полного тока Id через ОПН.As a result of the measurements, the ratio of the value of the active component of the current I act , causing the release of active power in the arrester, and the effective value of the total current I d through the arrester are determined.
Полученный нормативный коэффициент К является диагностическим фактором заявленной системы диагностики. При нормальном состоянии ОПН величина К лежит в пределах 4-7%. В том случае, если величина К превышает 10%, можно констатировать, что в ОПН началась деградация материала резистора ОПН или произошла разгеметизация ОПН. В этом случае для оценки динамики деградационного процесса необходимо увеличить частоту диагностических измерений. Когда величина К превышает 40%, необходим срочный вывод ОПН из эксплуатации, поскольку возможно лавинообразное нарастание тока и аварийное разрушение ОПН.The resulting regulatory coefficient K is a diagnostic factor of the claimed diagnostic system. In a normal state of arrester, the value of K lies in the range of 4-7%. In the event that the value of K exceeds 10%, it can be stated that in the arrester the degradation of the material of the arrester resistor has begun or the arrester has been de-charged. In this case, to assess the dynamics of the degradation process, it is necessary to increase the frequency of diagnostic measurements. When the value of K exceeds 40%, urgent decommissioning of the arrester is necessary, since an avalanche-like increase in current and emergency destruction of the arrester is possible.
Предлагаемая система диагностики позволяет также определить причину недопустимого увеличения активной составляющей тока Iакт, вызывающего выделение активной мощности в ОПН. Это осуществляется путем сравнения активной составляющей тока Iакт и процентного отношения действующих значений токов ряда высших гармоник полного тока к действующему значению первой гармоники полного тока. При пропорциональном возрастании этих параметров причиной возрастания активной составляющей тока является деградация материала резистора ОПН. В том случае, если с ростом активной составляющей тока возрастание процентного отношения действующих значений токов ряда гармоник к действующему значению первой гармоники полного тока не наблюдается, причиной роста активной составляющей тока является разгерметизация корпуса ОПН и увлажнение внутренних компонентов ОПН.The proposed diagnostic system also allows you to determine the cause of an unacceptable increase in the active component of the current I act , causing the allocation of active power in the arrester. This is done by comparing the active component of the current I act and the percentage of the current values of the series of higher harmonics of the total current to the effective value of the first harmonic of the total current. With a proportional increase in these parameters, the cause of the increase in the active component of the current is the degradation of the material of the arrester resistor. In the event that with an increase in the active component of the current, an increase in the percentage of the effective values of the currents of a number of harmonics to the effective value of the first harmonic of the total current is not observed, the cause of the increase in the active component of the current is the leakage of the arrester and the wetting of the internal components of the arrester.
С периодичностью tизм измеренные величины поступают в блок отображения информации 24, в качестве которого может быть использован, например, жидкокристаллический индикатор.With a frequency of tmeas, the measured values are sent to the information display unit 24, for example, a liquid crystal indicator can be used.
На индикатор, кроме действующего значения полного тока, протекающего через ОПН, и действующего значения активной составляющей тока, вызывающей выделение активной мощности в ОПН, может быть также выведена следующая информация:In addition to the effective value of the total current flowing through the arrester and the effective value of the active component of the current causing the release of active power in the arrester, the following information can also be displayed on the indicator:
- процентное отношение действующего значения активной составляющей тока к действующему значению полного тока, протекающего через ОПН (нормативный коэффициент К);- the percentage of the effective value of the active component of the current to the effective value of the total current flowing through the arrester (standard coefficient K);
- процентное отношение действующих значений токов ряда высших гармоник полного тока к действующему значению первой гармоники полного тока;- the percentage of the current values of the series of higher harmonics of the total current to the effective value of the first harmonic of the total current;
- фазовый угол сдвига между приложенным к ОПН напряжением и током первой гармоники полного тока, протекающего через ОПН.- phase angle of shift between the voltage applied to the arrester and the current of the first harmonic of the total current flowing through the arrester.
Кроме этого, пиктограммами на жидкокристаллическом индикаторе может быть отображена информация об уровне разряда автономного источника питания модуля обработки данных тока 8, а также уровень радиосигнала, поступающего с модуля обработки данных напряжения 9.In addition, information on the discharge level of the autonomous power source of the current
При выполнении модулей обработки данных тока 8 и напряжения 9 на базе микроконтроллеров все указанные выше математические операции (формулы 3-11) выполняются программами микроконтроллеров.When the data processing modules of current 8 and
Использование в предлагаемой системе диагностики в качестве диагностического параметра только той части активной составляющей тока через ОПН, которая вызывает в нем потери активной мощности и является прямым следствием деградационных процессов в нелинейных резисторах ОПН или разгерметизации ОПН, позволяет повысить точность и достоверность диагностики состояния ОПН под рабочим напряжением. Оценка состояния ОПН по величине нормативного коэффициента К обеспечивает высокую промышленную применимость и универсальность системы диагностики, поскольку она может использоваться для оценки состояния ОПН различных классов напряжения и пропускной способности.The use of the proposed diagnostic system as a diagnostic parameter only that part of the active component of the current through the arrester, which causes a loss of active power in it and is a direct consequence of degradation processes in nonlinear arrester resistors or arrester leakages, can improve the accuracy and reliability of diagnosing the state of arrester under operating voltage . Assessment of the state of the arrester according to the value of the standard coefficient K provides high industrial applicability and universality of the diagnostic system, since it can be used to assess the state of the arrester of various voltage classes and throughput.
Достоинством предлагаемой системы диагностики является то, что для ОПН одного класса напряжения подстанции не требуется установки датчиков напряжения на всех фазных измерительных трансформаторах напряжения, поскольку сдвиг фаз автоматически учитывается в измерительно-вычислительном блоке. Система диагностики ОПН согласно изобретению может быть использована на подстанциях в качестве стационарного элемента автоматизированной системы управления и контроля, а также на сетевых участках с большим числом подстанций в качестве мобильного диагностического комплекса. Система диагностики содержит стандартные элементы. Она существенно повышает надежность защитного оборудования подстанций от грозовых и внутренних перенапряжений.The advantage of the proposed diagnostic system is that for an arrester of one voltage class of a substation, it is not necessary to install voltage sensors on all phase voltage measuring transformers, since the phase shift is automatically taken into account in the measuring and computing unit. The diagnostic system of the arrester according to the invention can be used in substations as a stationary element of an automated control and monitoring system, as well as in network sections with a large number of substations as a mobile diagnostic complex. The diagnostic system contains standard elements. It significantly increases the reliability of the protective equipment of substations from lightning and internal overvoltages.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100825/28A RU2364879C1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | System to diagnose nonlinear surge suppressor (nss) at operating voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100825/28A RU2364879C1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | System to diagnose nonlinear surge suppressor (nss) at operating voltage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2364879C1 true RU2364879C1 (en) | 2009-08-20 |
Family
ID=41151343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008100825/28A RU2364879C1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | System to diagnose nonlinear surge suppressor (nss) at operating voltage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2364879C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109188066A (en) * | 2018-10-18 | 2019-01-11 | 江苏久创电气科技有限公司 | A kind of lightning arrester monitoring device and system |
| WO2022042826A1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | Hitachi Energy Switzerland Ag | A gas insulated surge arrester and a gas insulated surge arrester monitoring system |
-
2008
- 2008-01-09 RU RU2008100825/28A patent/RU2364879C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109188066A (en) * | 2018-10-18 | 2019-01-11 | 江苏久创电气科技有限公司 | A kind of lightning arrester monitoring device and system |
| WO2022042826A1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | Hitachi Energy Switzerland Ag | A gas insulated surge arrester and a gas insulated surge arrester monitoring system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7180300B2 (en) | System and method of locating ground fault in electrical power distribution system | |
| US8044666B2 (en) | Method for determining location of phase-to earth fault | |
| EP1089081B1 (en) | Method for computational determination of ground fault distance in an electrical power distribution network having a ring configuration | |
| RU2635849C2 (en) | Device and method of voltage and power determination of every phase in medium voltage network | |
| RU89792U1 (en) | DEVICE FOR OPERATIONAL MONITORING OF NON-LINEAR VOLTAGE RESTRICTIONS | |
| US20050021254A1 (en) | Method and apparatus for determining the complex impedance of an electrical component | |
| RU2364879C1 (en) | System to diagnose nonlinear surge suppressor (nss) at operating voltage | |
| JP5020508B2 (en) | Ground fault direction detector | |
| CN104569598A (en) | Nondestructive detection circuit and method for insulation resistance of high-voltage battery energy storage system | |
| CN2569162Y (en) | Device for live detecting resistant current of three phase lighting arrestor | |
| CN100470987C (en) | Method for raising measuring precision of microcomputer protective relay device | |
| JP4110747B2 (en) | Harmonic monitoring system in power system | |
| Barannik et al. | System for Monitoring the Condition of Metal-Oxide Surge Arresters in Service | |
| US11187727B2 (en) | Capacitance-coupled voltage transformer monitoring | |
| CN116148719A (en) | Lightning arrester state monitoring method, device, equipment and storage medium | |
| CN115902706A (en) | Method, device and equipment for analyzing defects of lightning arrester and storage medium | |
| US11175322B2 (en) | Gating energy consumption accumulation by detecting a fundamental component of a current | |
| CN109324223A (en) | A kind of plateau type Zinc-Oxide Arrester on-line monitoring method | |
| JP2024520766A (en) | WIRELESS ELECTRICAL SENSOR, ELECTRICAL PARAMETER MEASUREMENT COMPUTATION APPARATUS, METHODS AND SYSTEMS - Patent application | |
| CN107870298B (en) | Circuit parameter detection circuit and method of voltage dividing circuit and electric energy meter | |
| KR100219981B1 (en) | Measurment method and apparatus for earth impedance in high frequency region | |
| CN217642697U (en) | Multifunctional detection device for secondary voltage of transformer substation | |
| CN104698256A (en) | Filtering method of clip-on resistive current transformer | |
| Krbal et al. | High voltage current analyzer with galvanic separation | |
| US20140232373A1 (en) | Method and device for detecting zero phase component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100110 |