Пристрій автоматичного моніторингу стану контактних з’єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач

Реферат: Винахід належить до електротехніки, зокрема до систем релейного захисту ліній електропередач, і призначений для підвищення надійності високовольтних ліній і силового підстанційного обладнання за рахунок безперервного моніторингу технічного стану контактних з'єднань, як на підстанціях, так і на всьому протязі високовольтних ліній електропередач. Застосування даного винаходу дозволить підвищити точність вимірювання температури контактних з'єднань струмоведучих частин високовольтних підстанцій і ліній електропередач за рахунок контролю істинної температури контактного з'єднання, тобто з урахуванням температури навколишнього середовища. А наявність прийомопередавача пакетного зв'язку дозволить забезпечити постійний моніторинг всіх контактних з'єднань, як найближчої підстанції, так і лінії електропередачі і віддалених підстанцій. В результаті підвищується надійність роботи лінії електропередачі і підстанцій в цілому. UA 104546 C2 (12) UA 104546 C2 UA 104546 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, зокрема до систем релейного захисту ліній електропередач, і призначений для підвищення надійності високовольтних ліній і силового підстанційного обладнання за рахунок безперервного моніторингу технічного стану контактних з'єднань як на підстанціях, так і на всьому протязі високовольтних ліній електропередач. Відомо ряд технічних рішень для контролю стану контактних з'єднань високовольтних ліній електропередач. Основна проблема контактного з'єднання - це збільшення перехідного опору контакту, в результаті чого виникає перегрів з'єднання, обрив шлейфу з подальшим розвитком аварії. Для виключення подібних ситуацій існує ряд технічних рішень: Одним з них є установка контрольної мітки - прапорця. Під болт, що з'єднує контактні площадки встановлюється шайба, до якої легкоплавким припоєм (сплавом Розе) припаюється легкий металевий прапорець яскравого кольору. У разі перевищення температури припій розплавляється, і прапорець падає на землю. [Федоров А.А. Довідник енергетика промислових підприємств. Том 1. Електропостачання. 1961., - С. 569]. Недоліком цього рішення є те, що для контролю стану контактних з'єднань необхідно періодично, не рідше одного разу на місяць, проводити візуальний огляд всіх контактних з'єднань підстанцій та високовольтних ліній на наявність на них контрольного прапорця. Ця задача особливо складна при більшій протяжності ліній електропередач. Відомо також застосування тепловізора (див. "Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів": Затв. 25.07.06, № 258 / М-во палива та енергетики України. X: Видавництво "Індустрія", 2007. - 288 с, Таблиця 7). В даному випадку відпадає необхідність установки сигнальних прапорців на контактних з'єднаннях, але недоліки першого технічного рішення залишаються тими ж. Найбільш близьким до пропонованого пристрою є "Пристрій для контролю температури контактних з'єднань в пристроях, що перебувають під високою напругою" (патент RU № 2408120, Н02Н 5/04, 2009). У цьому пристрої застосований контактний спосіб контролю температури контактного з'єднання. Пристрій, що знаходяться під високою напругою від 0,4 кВ і вище, в електричних ланцюгах яких протікає змінний струм, містить цифровий датчик температури, пов'язаний із прийомопередавачем, джерело живлення електронних схем цифрового датчика температури і прийомопередавача виконане у вигляді магнітопроводу з обмоткою, установленого на шині. До недоліків даного пристрою можна віднести наступне: пристрій контролює тільки температуру контактного з'єднання, що без урахування температури навколишнього середовища (а це може бути як +40 °С так і -40 °С) не може дати реальну картину стану контактного з'єднання. Нагрівання контактного з'єднання залежить від значення навантаження, що при малому навантаженні так само не відображає реальну картину стану обладнання. Малий радіус дії прийомопередавача не дає можливості контролювати контактні з'єднання на протяжних лініях електропередач, не кажучи вже про суміжні підстанції. В основу винаходу поставлена задача: створити пристрій автоматичного контролю стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач, в яких введення додаткових елементів і їх взаємозв'язок дозволяють забезпечити постійний, більш точний контроль контактних з'єднань на протязі ліній електропередач і підстанціях, що значно підвищить надійність їх роботи. Для вирішення поставленої задачі, в пристрій автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач, що містить блок живлення, цифровий датчик температури контактного з'єднання, прийомопередавач, додатково введені мікроконтролер, датчик температури навколишнього середовища, мітки цифрової ідентифікації, при цьому датчик температури контактних з'єднань, датчик температури навколишнього середовища підключені до входів мікроконтролера, SPI шина якого підключена до прийомопередавача пакетного зв'язку, а його однопровідна шина до мітки цифрової ідентифікації, причому виходи всіх блоків з'єднані з блоком живлення. Суть винаходу пояснюється схемами, представленими на кресленнях, де на фіг. 1 показана блок-схема пристрою локального контролю контактного з'єднання, а на фіг. 2 організація на основі пристроїв локального контролю контактних з'єднань глобальної (в масштабах групи підстанцій або енергосистеми) сенсорної інформаційної мережі, що самоорганізується. Пристрій автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач показано на фіг. 1, містить мікроконтролер 1 (наприклад ATmega168V фірми Atmel), по однопровідній двонаправленій шині з'єднаний з датчиком контролю температури навколишнього середовища 2, датчиком контролю контактного з'єднання 3 (в якості датчиків температури можуть бути використані, наприклад, мікросхеми цифрового 1 UA 104546 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 датчика температури DS1820 фірми Dallas) і міткою цифрової ідентифікації 4 (наприклад, мікросхема ідентифікаційного номера DS2411 фірми Dallas), крім того мікроконтролер по двонаправленій шині SPI з'єднаний з прийомопередавачем пакетного зв'язку 5, (наприклад, мікромодулі Sim20 фірми SimCom), а блок живлення 6 по шині живлення з'єднаний з усіма блоками. Робота пристрою полягає в наступному. Мікроконтролер 1 постійно опитує датчик температури контактного з'єднання 3 і датчик контролю температури навколишнього середовища 2. Різниця між показаннями цих двох датчиків і буде істинною температурою нагріву контактного з'єднання. Мікроконтролер по шині SPI постійно взаємодіє з прийомопередавачем пакетного зв'язку 5, надаючи йому дані про стан контактного з'єднання і свій ідентифікаційний код. Ідентифікаційний код мікропроцесор отримує від мітки цифрової ідентифікації 4. Стабілізоване живлення пристрій локального контролю контактного з'єднання отримує від блоку живлення 6. Прийомопередавач пакетного зв'язку 5, при потужності всього 60 мВт і працюючий в безліцензійному діапазоні частот дозволяє забезпечити стійкий двосторонній пакетний зв'язок з такими ж пристроями локального контролю контактного з'єднання на відстані в кілька сотень метрів. На основі пристроїв, наведених на фіг. 1, може бути організована глобальна, в межах підстанції, підприємства або енергосистеми, сенсорна радіомережа (див. фіг. 2). На фіг. 2 для прикладу показана радіомережа, організована на основі запропонованих пристроїв автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач групи з двох підстанцій з'єднаних високовольтною лінією електропередачі. На фіг. 2 показаний: центральний диспетчерський пункт з встановленою SCADA-системою і маршрутизатором сенсорної мережі - 7; прийомопередавач - на диспетчерському пункті - 8 по дуплексному цифровому радіоканалу з'єднаний з великою кількістю пристроїв автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач з'єднань першої (прилеглої) підстанції - 9; велика кількість пристроїв автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач фази "А" високовольтної лінії електропередачі - 10; велика кількість пристроїв автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач фази "В" високовольтної лінії електропередачі - 11; велика кількість пристроїв автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач фази "С" високовольтної лінії електропередачі - 12; велика кількість пристроїв автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач першої (віддаленої) підстанції - 13. В основу організації інформаційної мережі покладена концепція сенсорних мереж, що самоорганізуються з тією лише відмінністю, що всі завдання по організації мережі покладені на маршрутизатор SCADA-системи який встановлений на центральному диспетчерському пункті. Таке рішення дозволяє знизити витрати на апаратне забезпечення пристроїв локального контролю контактних з'єднань і зосередити управління мережею в одній точці. Кожне з локальних пристроїв контролю контактних з'єднань має можливість встановити зв'язок з усіма довколишніми такими ж пристроями. Маршрутизатор SCADA-системи з урахуванням індивідуальних умов (тобто за даними S-метра прийомопередавача) вибудовує основний маршрут доступу до будь локального пристрою при мінімальній кількості проміжних вузлів, або обхідні канали, якщо основний маршрут недоступний. Для безперервного контролю стану контактних з'єднань в системі передбачений як циклічний, так і спорадичний опитування. Застосування даного винаходу дозволить підвищити точність вимірювання температури контактних з'єднань струмоведучих частин високовольтних підстанцій і ліній електропередач за рахунок контролю істинної температури контактного з'єднання, тобто з урахуванням температури навколишнього середовища. А наявність прийомопередавача пакетного зв'язку дозволить забезпечити постійний моніторинг всіх контактних з'єднань, як найближчої підстанції, так і лінії електропередачі і віддалених підстанцій. В результаті підвищується надійність роботи лінії електропередачі і підстанцій в цілому. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 Пристрій автоматичного моніторингу стану контактних з'єднань високовольтних підстанцій і ліній електропередач, що містить блок живлення, цифровий датчик температури контактного з'єднання, прийомопередавач пакетного зв'язку, який відрізняється тим, що додатково введені 2 UA 104546 C2 5 мікроконтролер, датчик температури навколишнього середовища і мітка цифрової ідентифікації, при цьому цифровий датчик температури контактного з'єднання та датчик температури навколишнього середовища підключені до відповідних входів мікроконтролера, який SPI шиною підключений до прийомопередавача пакетного зв'язку, і по однопровідній шині - до мітки цифрової ідентифікації, причому усі зазначені елементи підключені до блока живлення. 3 UA 104546 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4