RU2556037C1

RU2556037C1 - Method of automatic overvoltage protection for high-voltage equipment

Info

Publication number: RU2556037C1
Application number: RU2014106471/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Наумов; Владислав Иванович Антонов; Владимир Сергеевич Петров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-07-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: consumed resource of equipment insulation is defined by accumulating its consumption with the intensity corresponding to the respective overvoltage and compared to a threshold value, when the latter is exceeded a signal is generated on a depleted insulation resource. When overvoltage disappears recovery of the insulation resource is considered by decreasing the consumed resource with the preset recovery intensity. At that the range of potential overvoltage is divided into degrees for recovery and at each degree the consumed resource is evaluated individually and the total consumed resource for the equipment is defined as a sum of consumed resources for the above degrees. When overvoltage disappears recovery of the insulation resource is considered for each recovery degree by the simultaneous decreasing of the consumed resources at the degrees with the recovery intensity corresponding to each degree.

EFFECT: improving accuracy when evaluating the insulation resource of high-voltage equipment at overvoltage.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике, и может быть использовано в противоаварийной автоматике для автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to relay protection and automation, and can be used in emergency automation to automatically limit the voltage increase of high-voltage equipment.

Известен способ автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования, реализованное в устройстве (Розенблюм Ф.М., Салова В.Г., Брухис Г.Л., Гладышев В.А., Глускин И.З. Устройство автоматического ограничения повышения напряжения на базе шкафа автоматики ШП 2704 // Электрические станции. №4. 1989. С.61-62). Согласно ему расходуемый за время существования перенапряжения ресурс изоляции оценивают косвенно путем сравнения продолжительности перенапряжения с заданным временем (порогом). При превышении порога формируют сигнал исчерпания ресурса и отключают оборудование.A known method of automatically limiting the increase in voltage of high-voltage equipment, implemented in the device (Rosenblum F.M., Salova V.G., Brukhis G.L., Gladyshev V.A., Gluskin I.Z. Device for automatically limiting the increase in voltage on the basis of the cabinet automatics ШП 2704 // Electric stations. No. 4. 1989. S. 61-62). According to it, the insulation resource spent during the existence of the overvoltage is estimated indirectly by comparing the duration of the overvoltage with a given time (threshold). When the threshold is exceeded, an exhaustion signal is generated and the equipment is turned off.

Недостатком способа является его неспособность учитывать восстановление ресурса изоляции при исчезновении перенапряжения. Поэтому предполагается, что ресурс изоляции восстанавливается сразу же после исчезновения перенапряжения. Это может привести к повреждению высоковольтного оборудования из-за оставления его под напряжением при исчерпанном ресурсе изоляции, особенно при действии серии перенапряжений.The disadvantage of this method is its inability to take into account the restoration of the insulation resource when the overvoltage disappears. Therefore, it is assumed that the insulation resource is restored immediately after the disappearance of the overvoltage. This can lead to damage to the high-voltage equipment due to its being energized with an exhausted insulation resource, especially under the action of a series of overvoltages.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является способ автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования (Ефремов В., Подшивалин А., Кушников Э. Устройство противоаварийной автоматики «ИЦ «Бреслер» // Энергетика и промышленность России. №22 (162). 2010. С.14), согласно которому определяют затраченный ресурс изоляции, накапливая его расход с интенсивностью, соответствующей уровню существующего перенапряжения, и сравнивают его с порогом, при превышении которого формируют сигнал об исчерпании ресурса изоляции. В отличие от аналога в прототипе учитывают восполнение ресурса изоляции после исчезновения перенапряжения, но с фиксированной интенсивностью восстановления во всем диапазоне возможных перенапряжений. Фиксированный учет восстановления ресурса изоляции является паллиативным решением, поскольку известно (ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1998 (таблицы Б.1, Б.2)), что условия восстановления ресурса изоляции после ликвидации перенапряжения зависят от уровня напряжения, под которым изоляция находилась до этого. Поэтому оборудование может быть либо отключено преждевременно, либо, наоборот, как и в случае с аналогом, необоснованно оставлено под напряжением. В первом случае неверная оценка ресурса приводит к излишнему отключению оборудования, а во втором случае - к его повреждению.Closest to the claimed invention in terms of use, technical nature and technical result achieved is a method of automatically limiting the increase in voltage of high-voltage equipment (Efremov V., Podshivalin A., Kushnikov E. Emergency automation device "IC" Bresler "// Energy and Industry of Russia. No. 22 (162). 2010. P.14), according to which the spent insulation resource is determined by accumulating its consumption with an intensity corresponding to the level of the existing overvoltage, and it is compared with por hom, when exceeded, they form a signal about the exhaustion of the isolation resource. In contrast to the analogue, the prototype takes into account the replenishment of the insulation resource after the disappearance of the overvoltage, but with a fixed recovery intensity in the entire range of possible overvoltages. A fixed record of restoration of the insulation resource is a palliative solution, since it is known (GOST 1516.3-96. AC electrical equipment for voltages from 1 to 750 kV. Requirements for the electrical insulation strength. - Minsk: Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification. 1998 (Table B .1, B.2)) that the conditions for restoring the insulation resource after overvoltage elimination depend on the voltage level under which the insulation was before. Therefore, the equipment can either be turned off prematurely, or, conversely, as in the case of the analogue, unreasonably left energized. In the first case, an incorrect assessment of the resource leads to an excessive shutdown of the equipment, and in the second case, to its damage.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности оценки ресурса изоляции высоковольтного оборудования за счет гибкого учета процессов восстановления ресурса изоляции.The technical result of the proposed method is to increase the accuracy of the assessment of the insulation resource of high-voltage equipment due to the flexible accounting of the recovery processes of the insulation resource.

Технический результат достигается тем, что в известном способе автоматического ограничения повышения напряжения высоковольтного оборудования, согласно которому определяют затраченный ресурс изоляции оборудования, накапливая его расход с интенсивностью, соответствующей существующему перенапряжению, и сравнивают его с порогом, при превышении которого формируют сигнал об исчерпании ресурса изоляции, кроме того, после исчезновения перенапряжения учитывают восполнение ресурса изоляции путем уменьшения затраченного ресурса с заданной интенсивностью восстановления, вводят новые операции, позволяющие учитывать процессы восстановления изоляции в зависимости от уровня перенапряжения, действовавшего до его ликвидации. Суть новых операций заключается в том, что диапазон возможных перенапряжений делят на ступени восстановления и на каждой из них оценивают затраченный ресурс отдельно, а затраченный ресурс изоляции оборудования определяют как сумму затраченных ресурсов ступеней восстановления. Причем после исчезновения перенапряжения учитывают восполнение ресурса изоляции для каждой ступени восстановления путем одновременного уменьшения затраченных ресурсов ступеней с интенсивностью восстановления, соответствующей каждой ступени.The technical result is achieved by the fact that in the known method of automatically limiting the voltage increase of high-voltage equipment, according to which the spent insulation resource of the equipment is determined by accumulating its consumption with an intensity corresponding to the existing overvoltage, and it is compared with a threshold, when exceeded, a signal is formed about the exhaustion of the insulation resource, in addition, after the disappearance of the overvoltage take into account the replenishment of the insulation resource by reducing the spent resource with a given the intensity of the recovery, introducing new operations that take into account the insulation recovery processes, depending on the overvoltage level in force before its liquidation. The essence of the new operations is that the range of possible overvoltages is divided into recovery stages and the spent resource is estimated on each of them separately, and the spent isolation resource of equipment is determined as the sum of the spent resources of the recovery steps. Moreover, after the disappearance of the overvoltage, the replenishment of the isolation resource for each recovery stage is taken into account by simultaneously reducing the spent resources of the stages with the recovery intensity corresponding to each stage.

Своим названием ступени восстановления обязаны новому свойству предлагаемого способа, заключающемуся в его способности учитывать процессы восстановления ресурса после исчезновения перенапряжения в зависимости от уровня напряжения, действовавшего во время перенапряжения. Ступени восстановления учитывают разницу в процессах восстановления электрических свойств изоляции в зависимости от характера деструктивных процессов, происходящих в изоляции при различном уровне действующего напряжения. Например, при перенапряжении невысокого уровня изоляция оборудования может находиться под напряжением достаточно долго, и при этом главным фактором разрушения изоляции является ее нагрев. При перенапряжениях с высоким уровнем решающую роль играют процессы ионизации изоляционного промежутка, в связи с чем допустимое время нахождения изоляции под напряжением относительно невелико. Из-за относительно короткого времени нахождения изоляции под таким высоким напряжением, процессы нагрева изоляции не оказывают столь заметного эффекта на расход ресурса изоляции. Как известно (Лоханин А.К., Сапожников А.В. Допустимые для электрооборудования кратковременные эксплуатационные повышения напряжения частоты 50 Гц // Электротехника. 1981. №5. С.3-8), интенсивность восстановления изоляции в первом случае будет невысокой, а во втором случае будет значительной. Эта разница в процессах восстановления изоляции учитывается предлагаемым способом путем деления диапазона возможных перенапряжений на ступени восстановления, на каждой из которых учет восстановления ресурса изоляции ведется со своей интенсивностью.The name recovery stages are due to the new property of the proposed method, which consists in its ability to take into account the processes of resource recovery after the disappearance of overvoltage depending on the level of voltage that was in effect during the overvoltage. The stages of recovery take into account the difference in the processes of restoration of the electrical properties of insulation, depending on the nature of the destructive processes occurring in the insulation at different levels of current voltage. For example, with a low voltage overvoltage, the insulation of the equipment can be energized for a long time, and the main factor in the destruction of the insulation is its heating. In case of overvoltages with a high level, the decisive role is played by the processes of ionization of the insulating gap, in connection with which the allowable time for the insulation to remain energized is relatively small. Due to the relatively short residence time of the insulation at such a high voltage, the processes of heating the insulation do not have such a noticeable effect on the consumption of the insulation resource. As is known (Lokhanin AK, Sapozhnikov A.V. Short-term operational increases in voltage of frequency 50 Hz admissible for electrical equipment // Electrical Engineering. 1981. No. 5. P.3-8), the intensity of insulation restoration in the first case will be low, and in the second case it will be significant. This difference in the processes of insulation recovery is taken into account by the proposed method by dividing the range of possible overvoltages at the recovery stages, at each of which the recovery of insulation resource is accounted for with its own intensity.

На фигуре показана работа способа и прототипа в режиме, когда в результате применения технических мероприятий величина перенапряжения снижается, а затем, по истечении некоторого времени, перенапряжение ликвидируется, или оборудование отключается из-за исчерпания ресурса изоляции.The figure shows the operation of the method and the prototype in the mode when, as a result of the application of technical measures, the amount of overvoltage decreases, and then, after some time, the overvoltage is eliminated, or the equipment is turned off due to exhaustion of the insulation resource.

Способ может иметь неограниченное число ступеней восстановления. Стандарт (ГОСТ 1516.3-96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1998. Таблицы Б.1, Б.2) предусматривает две ступени, поэтому далее работа способа поясняется на примере двух ступеней восстановления.The method may have an unlimited number of recovery steps. Standard (GOST 1516.3-96. AC electrical equipment for voltages from 1 to 750 kV. Requirements for electrical insulation strength. - Minsk: Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification. 1998. Tables B.1, B.2) provides for two stages , therefore, further the operation of the method is illustrated by the example of two stages of recovery.

Удобно сравнивать работу прототипа и предлагаемого способа в режиме ликвидации перенапряжения с помощью технических мероприятий (например, включение реакторов на линии). Будем считать, что благодаря предпринятым техническим мероприятиям, в момент времени T₁ перенапряжение будет снижено от первоначальной величины до некоторого уровня, а в момент времени T₂ перенапряжение ликвидировано или высоковольтное оборудование отключено.It is convenient to compare the operation of the prototype and the proposed method in the mode of eliminating overvoltage using technical measures (for example, the inclusion of reactors on the line). We assume that due to the technical measures undertaken, at time T _{1 the} overvoltage will be reduced from the original value to a certain level, and at time T _{2 the} overvoltage is eliminated or the high-voltage equipment is turned off.

Рассмотрим вначале работу прототипа. Каждому из указанных уровней перенапряжения соответствует своя интенсивность расхода ресурса изоляции. Поэтому вначале расход ресурса изоляции L_p оценивается прототипом путем накапливания с интенсивностью $Δ_{L}^{(2)}$

(наклонная L_p на фигуре при 0≤t≤T₁):Consider first the work of the prototype. Each of these overvoltage levels corresponds to its own isolation resource consumption rate. Therefore, at first, the consumption of the insulation resource L _p is estimated by the prototype by accumulating with intensity

Δ_{L}^{(2)}

(oblique L _p in the figure at 0≤t≤T ₁ ):

, t≤T₁,

, t≤T ₁ ,

а затем, при снижении уровня напряжения, с интенсивностью $Δ_{L}^{(1)}$

(наклонная L_p при T₁<t≤T₂):and then, with a decrease in voltage level, with intensity

Δ_{L}^{(one)}

(inclined L _p at T ₁ <t≤T ₂ ):

где $L_{1} = T_{1} Δ_{L}^{(2)}$

- оценка затраченного ресурса изоляции, вычисленная прототипом к моменту времени T₁. К моменту ликвидации перенапряжения T₂ оценка расхода ресурса L_p достигнет величины L₂.Where

L_{one} = T_{one} Δ_{L}^{(2)}

- assessment of the spent isolation resource calculated by the prototype at time T ₁ . By the time of elimination of the overvoltage T _{2, the} estimate of the resource consumption L _p reaches the value of L ₂ .

После ликвидации перенапряжения (или отключения высоковольтного оборудования из-за исчерпания ресурса изоляции) прототип начинает учитывать процесс восстановления ресурса изоляции, уменьшая оценку расхода ресурса L_p с фиксированной интенсивностью восстановления Δ_R (наклонная L_p при T₂<t≤T₅):After eliminating overvoltage (or disconnecting high-voltage equipment due to exhaustion of the insulation resource), the prototype begins to take into account the process of restoring the insulation resource, reducing the estimate of the resource consumption L _p with a fixed recovery rate Δ _R (inclined L _p at T ₂ <t≤T ₅ ):

Как видно из (1), оценка величины истраченного ресурса изоляции ведется прототипом путем накапливания его расхода в единственной переменной L_p. В связи с этим прототип в принципе не может учитывать зависимость характера деструктивных процессов в изоляции от уровня напряжения, действовавшего во время перенапряжения, и вынужден использовать некоторый усредненный (фиксированный) учет восстановления ресурса изоляции согласно выражению (2). Как уже отмечалось выше, такой подход к учету восстановления ресурса не соответствует реальным процессам восстановления изоляции.As can be seen from (1), the value of the spent insulation resource is estimated by the prototype by accumulating its consumption in a single variable L _p . In this regard, the prototype, in principle, cannot take into account the dependence of the nature of destructive processes in isolation on the level of voltage that was in effect during the overvoltage, and is forced to use some averaged (fixed) accounting for recovery of the insulation resource according to expression (2). As noted above, this approach to accounting for resource recovery does not correspond to the actual processes of restoration of isolation.

Этот недостаток прототипа устраняется предлагаемым способом путем деления диапазона возможных перенапряжений на ступени восстановления и ведения учета расхода и восстановления ресурса изоляции для каждой ступени раздельно. Используя введенные выше понятие ступеней восстановления, будем полагать, что первоначально перенапряжение в течение времени T₁ находится на 2-й ступени восстановления, а затем, благодаря предпринятым техническим мероприятиям, его уровень понижается до 1-й ступени восстановления. Поэтому на ступенях восстановления расход ресурса учитывается предлагаемым способом отдельно как затраченный ресурс 2-й ступениThis disadvantage of the prototype is eliminated by the proposed method by dividing the range of possible overvoltages at the stages of recovery and accounting for consumption and restoration of the insulation resource for each stage separately. Using the concept of recovery stages introduced above, we assume that initially the overvoltage during time T ₁ is at the 2nd recovery stage, and then, thanks to the technical measures taken, its level decreases to the 1st recovery stage. Therefore, at the stages of recovery, the resource consumption is considered by the proposed method separately as the spent resource of the 2nd stage

и как затраченный ресурс 1-й ступениand as a spent resource of the 1st stage

На фигуре изменение оценок затраченных ресурсов ступеней показаны как наклонные L⁽²⁾ и L⁽¹⁾.In the figure, the change in the estimates of the spent resources of the steps are shown as inclined L ⁽²⁾ and L ⁽¹⁾ .

Общий расход ресурса изоляции определяется суммированием затраченных ресурсов ступеней (3) и (4):The total consumption of the isolation resource is determined by summing the expended resources of steps (3) and (4):

После ликвидации перенапряжения (при t>T₂) восполнение ресурса изоляции для каждой ступени восстановления учитывают путем одновременного уменьшения затраченных ресурсов ступеней с интенсивностью восстановления, соответствующей каждой ступени:After overvoltage elimination (at t> T ₂ ), the insulation resource replenishment for each recovery stage is taken into account by simultaneously reducing the spent resources of the stages with the recovery intensity corresponding to each stage:

иand

На фигуре выражения (6) и (7) представлены наклонными L⁽²⁾ и L⁽¹⁾ при t>T₂.In the figure, expressions (6) and (7) are represented by inclined L ⁽²⁾ and L ⁽¹⁾ at t> T ₂ .

Изменение общего ресурса изоляции оборудования определяется выражением (5) и на фигуре показано в виде наклонной L.The change in the total insulation resource of the equipment is determined by the expression (5) and the figure shows in the form of an inclined L.

Таким образом, используемый в предлагаемом способе раздельный учет процессов восстановления ресурса изоляции позволяет повысить точность оценки ресурса изоляции при перенапряжениях, обеспечивая полноценную эксплуатацию высоковольтного оборудования.Thus, the separate accounting of the recovery processes of the insulation resource used in the proposed method allows to increase the accuracy of the assessment of the insulation resource during overvoltages, ensuring the full-fledged operation of high-voltage equipment.

Claims

A method for automatically limiting the increase in voltage of high-voltage equipment, according to which the spent insulation resource of the equipment is determined by accumulating its consumption with an intensity corresponding to the existing overvoltage, and it is compared with a threshold, when exceeded, a signal is formed about the exhaustion of the insulation resource, in addition, after the overvoltage disappears, replenishment is taken into account isolation resource by reducing the spent resource with a given recovery rate, characterized in that d the range of possible overvoltages is divided into recovery stages and on each of them the spent resource is estimated separately, and the spent insulation resource of the equipment is determined as the sum of the spent resources of the mentioned steps, and after the overvoltage disappears, the completion of the isolation resource for each recovery step is taken into account by simultaneously reducing the spent resources of the stages with intensity recovery corresponding to each step.