RU2730549C1

RU2730549C1 - Selective automated system for diagnosing and monitoring the state of insulation of power cable lines with a delay unit to prevent false signal on damage to insulation

Info

Publication number: RU2730549C1
Application number: RU2019140827A
Authority: RU
Inventors: Дарья Васильевна Куделина; Владимир Иванович Бирюлин
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-08-24

Abstract

FIELD: measurement.

SUBSTANCE: invention relates to electric measuring equipment and can be used in electric installations, at electric stations and substations, electric networks and communication networks to determine insulation state and to predict insulation life. Result is achieved due to installation of a delay unit into the system. This unit provides unobstructed transmission of signals of reverse and zero sequence currents in system operating mode. When the line is switched on for voltage, this unit for a certain period of time breaks the connection between the outputs of the reverse and zero sequence current sensors and microcontroller inputs. Time interval to which communication is interrupted shall ensure sufficient attenuation of shots of charging currents and false actuation of the system under the influence of these currents. It comprises zero-sequence current transformers; zero-sequence current sensors; zero-sequence voltage transformer; zero-sequence voltage sensor; microcontroller; power supply unit; interface converter; personal computer; current transformers; negative sequence currents filter; delay unit.

EFFECT: technical result consists in improvement of reliability and ensuring selectivity of the system.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроустановках, на электрических станциях и подстанциях, электрических сетях и сетях связи для определения состояния изоляции и прогнозирования ресурса изоляции.The invention relates to electrical engineering and can be used in electrical installations, power plants and substations, electrical networks and communication networks for determining the state of insulation and predicting the resource of insulation.

Известна автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 112525. Автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Полуянович Н.К., Стульнева А.В., Дубяго М.Н. Опубл. 10.01.2012 Бюл. №1), содержащая по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, датчики тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, микроконтроллер, персональный компьютер, отличающаяся тем, что в нее введен преобразователь интерфейсов, блок питания микроконтроллера, выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с первыми входами микроконтроллера, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен со входом датчика напряжения нулевой последовательности, выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со вторыми входами микроконтроллера, преобразователь интерфейсов соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с блоком питания, вход персонального компьютера соединен с выходом преобразователя интерфейсов. Known automated system for diagnostics and monitoring the insulation condition of power cable lines (RF Patent No. 112525. Automated system for diagnostics and monitoring of the insulation condition of power cable lines / Poluyanovich NK, Stulneva AV, Dubyago MN Publ. 10.01.2012 Bulletin No. 1), containing, according to the number of connections, zero-sequence current transformers, zero-sequence current sensors, a zero-sequence voltage measuring transformer, a zero-sequence voltage sensor, a microcontroller, a personal computer, characterized in that it contains an interface converter, a microcontroller power supply, the outputs of the zero sequence current transformers are connected to the inputs of the corresponding zero sequence current sensors, the corresponding outputs of the zero sequence current sensors are connected to the first inputs of the microcontroller, the output of the zero sequence voltage transformer is connected to the sensor input. zero sequence, the output of the zero sequence voltage sensor is connected to the second inputs of the microcontroller, the interface converter is connected to the first output of the microcontroller, the second output of the microcontroller is connected to the power supply, the input of the personal computer is connected to the output of the interface converter.

Работа устройства основана на измерении уровня тока нулевой последовательности (ТНП) в контролируемом присоединении и напряжения нулевой последовательности в кабельной линии. При ослаблении фазной изоляции увеличивается ток нулевой последовательности (амплитуда и фаза тока нулевой последовательности). Данные о состоянии кабельной линии обрабатываются микроконтроллером, в нем же полученные данные сравниваются с допустимой амплитудой вектора ТНП и, если имеет место превышение ее значения, определяется угол между вектором ТНП и вектором межфазного напряжения, в результате чего определяется, соответствует ли возникший ток дефекту изоляции и, если не соответствует, то произошло замыкание на землю. The operation of the device is based on measuring the level of the zero sequence current (TNP) in the controlled connection and the zero sequence voltage in the cable line. With the weakening of the phase insulation, the zero sequence current increases (amplitude and phase of the zero sequence current). The data on the state of the cable line is processed by the microcontroller, in which the obtained data are compared with the permissible amplitude of the TNP vector and, if its value is exceeded, the angle between the TNP vector and the phase-to-phase voltage vector is determined, as a result of which it is determined whether the resulting current corresponds to the insulation defect and if not, then a ground fault has occurred.

По значению этого угла с заданными диапазонами определяется, в какой из фаз произошел дефект. Полученные данные проходят обработку в математической модели, и система определяет расстояние до дефекта и сопротивление дефекта или, если дефект только намечается, система прогнозирует время, через которое случится пробой.The value of this angle with specified ranges determines in which of the phases the defect occurred. The obtained data are processed in a mathematical model, and the system determines the distance to the defect and the resistance of the defect, or, if a defect is only planned, the system predicts the time after which a breakdown will occur.

Данная система обеспечивает отыскание повреждений, оценка состояния силовых кабельных линиях, благодаря определению сопротивления дефекта и расстояния до дефекта, прогнозирование намечающегося повреждения кабельной линии. This system provides fault finding, assessment of the state of power cable lines, due to the determination of the resistance of the defect and the distance to the defect, prediction of the impending damage to the cable line.

Недостаток данной системы состоит в том, что она контролирует только фазную изоляцию, что позволяет обнаруживать появление и следить за развитием процессов возникновения замыканий фазы на землю. Но в электрических сетях нередко возникают процессы снижения электрической прочности межфазной изоляции, что приводит в итоге к возникновению коротких замыканий между фазами и нарушению электроснабжения. Замыкания между фазами (двухфазные и трехфазные) не сопровождаются появлением токов нулевой последовательности, поэтому данное устройство не обеспечивает заблаговременного выявления таких повреждений и прогнозирования ресурса междуфазной изоляции. The disadvantage of this system is that it only monitors the phase isolation, which makes it possible to detect the occurrence and monitor the development of the processes of phase-to-earth faults. But in electrical networks, processes of reducing the dielectric strength of interphase insulation often occur, which ultimately leads to the occurrence of short circuits between phases and a power failure. Short-circuits between phases (two-phase and three-phase) are not accompanied by the appearance of zero-sequence currents, therefore, this device does not provide early detection of such faults and predicting the life of phase-to-phase insulation.

Также данная система не позволяет определить с достаточной точностью место возникновения повреждения, так как снижение электрической прочности изоляции может возникнуть вне линии на небольшом расстоянии от ее конца и в этом случае сложно определить истинное место возникновения повреждения.Also, this system does not allow to determine with sufficient accuracy the location of the damage, since a decrease in the dielectric strength of the insulation can occur outside the line at a short distance from its end, and in this case it is difficult to determine the true location of the damage.

Наиболее близким к изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий (Патент РФ № 2018135617. Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий / Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Опубл. 23.09.2019).The closest to the invention in terms of use, technical essence and the achieved technical result is a selective automated system for diagnostics and monitoring of the insulation state of power cable lines (RF Patent No. 2018135617. Selective automated system for diagnostics and monitoring of the insulation condition of power cable lines / Biryulin V.I., Kudelina D.V. Publ. 23.09.2019).

Эта система содержит трансформаторы тока нулевой последовательности; датчики тока нулевой последовательности; трансформатор напряжения нулевой последовательности; датчик напряжения нулевой последовательности; микроконтроллер; блок питания; преобразователь интерфейсов; персональный компьютер; трансформаторы тока; фильтр токов обратной последовательности.This system contains zero sequence current transformers; zero sequence current sensors; zero sequence voltage transformer; zero sequence voltage sensor; microcontroller; Power Supply; interface converter; Personal Computer; current transformers; negative sequence current filter.

Контроль токов и напряжений как обратной, так и нулевой последовательности не позволяет достаточно точно определить место возникновения повреждений. Monitoring of currents and voltages of both reverse and zero sequence does not allow to accurately determine the location of damage.

Недостаток данной системы состоит в том, что она может ложно сработать в случае подачи напряжения на контролируемую линию (при ее включении в электрическую сеть). Когда линия находится в отключенном положении емкости фаз относительно земли, и междуфазные емкости не имеют электрического заряда, то есть разряжены. При появлении напряжения на линии неизбежно возникает бросок зарядного тока линии. Зарядный ток протекает через трансформаторы тока комплекта 1 и не протекает через трансформаторы тока комплекта 2, что является эквивалентным режиму возникновения повреждения изоляции на контролируемой линии. По этой причине система может дать ложный сигнал о повреждении изоляции.The disadvantage of this system is that it can work falsely if voltage is applied to the monitored line (when it is connected to the electrical network). When the line is in the disconnected position of the phase capacitance relative to earth, and the phase-to-phase capacitances are not charged, that is, they are discharged. When a line voltage appears, a surge in the line charging current will inevitably occur. The charging current flows through the current transformers of set 1 and does not flow through the current transformers of set 2, which is equivalent to the mode of occurrence of insulation damage on the monitored line. For this reason, the system can give a false signal about insulation damage.

Техническая задача предполагаемого изобретения заключается в предотвращении возможного возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции при подключении кабельной линии к электрической сети или подаче на нее напряжения.The technical problem of the proposed invention is to prevent the possible occurrence of a false signal about insulation damage when the cable line is connected to the electrical network or when voltage is applied to it.

Задача достигается тем, что в систему устанавливается блок задержки. Этот блок осуществляет беспрепятственную передачу сигналов токов обратной и нулевой последовательности в рабочем режиме системы (линия находится под напряжением). В момент включения линии под напряжение этот блок на определенное время разрывает связь между выходами датчиков тока обратной и нулевой последовательности и входами микроконтроллера. Промежуток времени, на который прерывается связь, должен обеспечивать достаточное затухание бросков зарядных токов, что позволит избежать ложных срабатываний системы под влиянием этих токов.The task is achieved by the fact that a delay unit is installed in the system. This unit provides unimpeded transmission of negative and zero sequence current signals in the operating mode of the system (the line is energized). At the moment of switching on the line under voltage, this unit for a certain time breaks the connection between the outputs of the current sensors of the reverse and zero sequence and the inputs of the microcontroller. The period of time for which the communication is interrupted must provide sufficient attenuation of inrush charging currents, which will avoid false alarms of the system under the influence of these currents.

Комплекты 1 и 2 осуществляют измерение токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так и в конце защищаемой линии. Сравнение значений этих токов позволяет определить возникновение повреждения изоляции только на защищаемой линии, так как повреждения изоляции вне защищаемой линии (особенно при близких к этой линии повреждениях) будут сопровождаться одинаковыми значениями токов обратной и нулевой последовательности, как в начале, так и в конце защищаемой линии. Это позволит четко локализовать элемент электрической сети с поврежденной изоляцией, что сократит время на поиск и устранение дефекта.Sets 1 and 2 measure negative and zero sequence currents both at the beginning and at the end of the protected line. Comparison of the values of these currents makes it possible to determine the occurrence of insulation damage only on the protected line, since insulation faults outside the protected line (especially with faults close to this line) will be accompanied by the same values of the reverse and zero sequence currents, both at the beginning and at the end of the protected line ... This will make it possible to clearly localize the element of the electrical network with damaged insulation, which will reduce the time for finding and eliminating the defect.

Cущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображены два измерительных комплекта, устанавливаемых в начале и конце защищаемой линии. На фиг. 2 приведена схема измерительного комплекта селективной автоматизированной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows two measuring sets installed at the beginning and end of the protected line. FIG. 2 shows a diagram of the measuring set of a selective automated system for diagnostics and monitoring of the insulation state of power cable lines with a delay unit to prevent the occurrence of a false signal about insulation damage.

Устройство на фиг.2 состоит из: 1, 3, 5 – трансформаторы тока нулевой последовательности; 2, 4, 6 – датчики тока нулевой последовательности; 7 – трансформатор напряжения нулевой последовательности; 8 – датчик напряжения нулевой последовательности; 9 – микроконтроллер; 10 – блок питания; 11 – преобразователь интерфейсов; 12 – персональный компьютер; 13 – трансформаторы тока; 14 – фильтр токов обратной последовательности; 15 – блок задержки. The device in figure 2 consists of: 1, 3, 5 - zero sequence current transformers; 2, 4, 6 - zero sequence current sensors; 7 - zero sequence voltage transformer; 8 - zero sequence voltage sensor; 9 - microcontroller; 10 - power supply unit; 11 - interface converter; 12 - personal computer; 13 - current transformers; 14 - negative sequence current filter; 15 - delay block.

Выходы трансформаторов тока нулевой последовательности 1, 3, 5 соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности 2, 4, 6, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с входами блока задержки 15, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности 7 соединен со входом датчика напряжения нулевой последовательности 8, выход датчика напряжения нулевой последовательности 8 соединен с входами блока задержки 15, преобразователь интерфейсов 11 соединен с первым выходом микроконтроллера 9, второй выход микроконтроллера 9 соединен с блоком питания 10, вход персонального компьютера 12 соединен с выходом преобразователя интерфейсов 11, трансформаторы тока по числу фаз защищаемого присоединения 13, трансформатор напряжения нулевой последовательности 7, фильтр токов обратной последовательности 14, выходы трансформаторов тока 13 и трансформатора напряжения нулевой последовательности 7 соединены с входами соответствующих фильтров токов обратной последовательности 14, выходы фильтра токов обратной последовательности 14 соединены с входами блока задержки 15, выходы блока задержки 15 соединены с входами микроконтроллера 9.The outputs of the zero sequence current transformers 1, 3, 5 are connected to the inputs of the corresponding zero sequence current sensors 2, 4, 6, the corresponding outputs of the zero sequence current sensors are connected to the inputs of the delay unit 15, the output of the zero sequence voltage transformer 7 is connected to the input of the zero sequence voltage sensor 8, the output of the zero sequence voltage sensor 8 is connected to the inputs of the delay unit 15, the interface converter 11 is connected to the first output of the microcontroller 9, the second output of the microcontroller 9 is connected to the power supply unit 10, the input of the personal computer 12 is connected to the output of the interface converter 11, current transformers according to the number phases of the protected connection 13, the zero sequence voltage transformer 7, the negative sequence current filter 14, the outputs of the current transformers 13 and the zero sequence voltage transformer 7 are connected to the inputs of the corresponding current filters the output sequence 14, the outputs of the reverse sequence filter 14 are connected to the inputs of the delay unit 15, the outputs of the delay unit 15 are connected to the inputs of the microcontroller 9.

На фиг.3 точками 1 и 2 показаны места повреждений на защищаемой линии и вне защищаемой линии соответственно.In Fig. 3, points 1 and 2 show the places of damage on the protected line and outside the protected line, respectively.

Работает селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции следующим образом. При нормальном состоянии изоляции защищаемой кабельной линии или при возникновении внешнего повреждения (за пределами защищаемой линии) токи в начале и конце линии будут практически одинаковыми. При возникновении повреждения изоляции на защищаемой линии ток в начале линии становится больше, чем ток в конце этой линии. A selective automated system for diagnostics and monitoring of the insulation condition of power cable lines with a delay unit is in operation to prevent the occurrence of a false signal about insulation damage as follows. Under the normal state of the insulation of the protected cable line or in the event of an external fault (outside the protected line), the currents at the beginning and end of the line will be practically the same. When an insulation fault occurs on the protected line, the current at the beginning of the line becomes greater than the current at the end of this line.

Постоянное сравнение значений токов обеспечивает непрерывный контроль состояния линии и реагирование только на повреждения фазной и междуфазной изоляции, возникающие на этой линии. Повреждения, появляющиеся вне линии, не приведут к срабатыванию данной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, даже если электрические параметры будут примерно одинаковыми с повреждением на защищаемой линии, как в случае, если точки повреждения находятся, как показано на фиг.3 – точка 1 на защищаемой линии и точка 2 вне защищаемой линии.Constant comparison of current values ensures continuous monitoring of the line condition and response only to phase and phase-to-phase insulation faults occurring on this line. Out-of-line damage will not trigger this system for diagnosing and monitoring the insulation condition of power cable lines, even if the electrical parameters are approximately the same as the damage on the protected line, as in the case if the points of damage are, as shown in Fig. 3 - point 1 on the protected line and point 2 outside the protected line.

Если защищаемая линия находится в отключенном положении, то емкости фаз относительно земли и междуфазные емкости находятся в разряженном состоянии. В момент подключения кабельной линии к электрической сети неизбежно возникает бросок тока заряда этих емкостей. Этот ток протекает только через трансформаторы тока комплекта 1 (фиг.1), ток нагрузки протекает же как через трансформаторы тока комплекта 1, так и комплекта 2 (фиг.1). Это приводит к тому, что возникает разность токов между комплектом 1 и комплектом 2, создавая тем самым условия для ложного срабатывания защиты и отключения от сети неповрежденной линии. If the protected line is in the off position, then the capacitances of the phases relative to earth and the phase-to-phase capacities are in a discharged state. At the moment of connecting the cable line to the electrical network, a surge in the charge current of these capacities inevitably occurs. This current flows only through the current transformers of set 1 (Fig. 1), the load current flows both through the current transformers of set 1 and set 2 (Fig. 1). This leads to the fact that there is a difference in currents between set 1 and set 2, thereby creating conditions for false operation of the protection and disconnection from the network of the undamaged line.

Для устранения ложного срабатывания используется блок задержки 15 (фиг.2). Данный блок обеспечивает кратковременное отключение выходов фильтров токов от входов микроконтроллера в момент включения линии под напряжение. Таким образом, система не будет реагировать на появление зарядного тока. После некоторого промежутка времени, блок задержки подключит выходы фильтров токов к входам микроконтроллера и система перейдет в рабочее состояние с контролем токов защищаемой линии.To eliminate false triggering, a delay unit 15 is used (Fig. 2). This unit provides short-term disconnection of the current filter outputs from the microcontroller inputs at the moment the line is energized. Thus, the system will not react to the appearance of the charging current. After a certain period of time, the delay unit will connect the outputs of the current filters to the inputs of the microcontroller and the system will go into an operating state with the control of the currents of the protected line.

Селективная автоматизированная система диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий с блоком задержки для предотвращения возникновения ложного сигнала о повреждении изоляции позволяет определить место возникновения повреждения изоляции кабельных линий, если повреждение расположено на контролируемой линии, определяется примерное расстояние до места локального дефекта изоляции и сопротивление этого дефекта без отключения оборудования по изменению параметров рабочего режима этой линии, обеспечивает блокировку ложного срабатывания при бросках зарядного тока, возникающих при подключении линии под напряжение.Selective automated system for diagnostics and monitoring of the state of insulation of power cable lines with a delay unit to prevent the occurrence of a false signal about insulation damage, allows to determine the place of damage to the insulation of cable lines, if the damage is located on the monitored line, the approximate distance to the place of the local insulation defect and the resistance of this defect are determined without turning off the equipment by changing the parameters of the operating mode of this line, it provides blocking of false triggering in case of charging current surges that occur when the line is connected to voltage.

Claims

Selective automated system for diagnostics and monitoring of the insulation condition of power cable lines with a delay unit to prevent the occurrence of a false signal about insulation damage contains a measuring kit containing zero sequence current transformers according to the number of connections, zero sequence current sensors, zero sequence voltage measuring transformer, zero sequence voltage sensor , microcontroller, personal computer, interface converter, microcontroller power supply, negative sequence current filter, zero sequence current transformer outputs are connected to the inputs of the corresponding zero sequence current sensors, the zero sequence voltage transformer output is connected to the zero sequence voltage sensor input, the interface converter is connected to the first microcontroller output, the second microcontroller output is connected to the power supply, input p The personal computer is connected to the output of the interface converter, the current transformers are connected by the number of phases of the protected connection, the zero sequence voltage transformer, the negative sequence current filter, the outputs of the current transformers and the zero sequence voltage transformer are connected to the inputs of the negative sequence current filter, characterized in that a block is introduced into the system delay located between the outputs of the zero sequence current and voltage sensors and the microcontroller inputs.