Мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою

Реферат: Мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою, що містить два інформаційних виходи. В неї введено аналого-цифровий перетворювач, запам'ятовуючий пристрій, чотирипортовий модуль обміну інформацією, три дешифратори, мікропроцесор, формувачі аналогових сигналів, ключі, два регістри, таймер, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений q-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора і г-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, ключі виконані в вигляді матриці (32), перші управляючі входи кожного і-го (і=1, 2) стовпця ключів матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора, другі управляючі входи кожної j-ї (j=1, 2, 3) строчки матриці ключів підключені до j-гo виходу другого дешифратора. UA 120036 U (12) UA 120036 U UA 120036 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області обчислювальної техніки, автоматики та вимірювальної техніки і може бути використана для моніторингу і контролю під напругою ізоляції високовольтних вводів силового електричного обладнання мереж електропостачання, а також реєстрації діелектричних параметрів та аварійних режимів. Відомий пристрій [1], виконуючий функції контролю і діагностики системи обробки цифрової інформації, що функціонує в медулярній арифметиці, що включає блок обнуління, два блоки аналізу, блок пам'яті, два інвертори, причому блок обнуління підключений до входу блоку аналізу, другий вхід якого підключений до першого входу першого інвертора, до другого входу якого підключено шину константи. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються функції визначення в реальному часі величин зміни діелектричних параметрів високовольтних вводів електричного обладнання, включаючи і силові трансформатори, і не проводиться оцінка передаварійного і аварійного стану. Відомий пристрій [2] за своєю технічною суттю є автоматизованою системою розробки діагностичного забезпечення, що містить два блоки пам'яті, блок аналізатора відхилень ознак, блок аналізатора класу відмов, причому входи аналізатора класу відмов з'єднані з виходами блока аналізатора відхилень ознак, аналізатора швидкості відхилень ознак, блока допускового контролю та аналізатора місця відмови. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються в реальному часі функції визначення діелектричних параметрів стану ізоляції високовольтних вводів під напругою і не визначаються критерії його захисту. Найбільш близькою за своєю технічною суттю є відмовостійка система з аналізом ресурсу [3], що складається з елементів І, двох елементів АБО, п детекторів фронту, порогових елементів, двох тригерів, двійкових лічильників, двох інформаційних виходів, причому виходи двійкового лічильника з'єднані з входами другого порогового елемента, вихід якого з'єднаний з одиничним входом першого тригера, а вихід першого тригера з'єднаний з першим входом елемента І та першим інформаційним виходом. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, низька надійність і рівень діагностування, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконується з єдиних інформаційних позицій моніторинг стану ізоляції діелектричних параметрів високовольтних вводів під напругою силового електричного обладнання мереж електропостачання, не визначаються граничні значення діелектричних параметрів для ідентифікації передаварійних і аварійних режимів, а також не формуються графічні залежності зміни ізоляції діелектричних параметрів за часом роботи. За основу корисної моделі поставлена задача створення мікропроцесорної системи моніторингу діелектричних параметрів і стану ізоляції високовольтних вводів під напругою силового електричного обладнання мереж електропостачання з розширеними функціональними можливостями, в якій за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними досягається обчислення величини і зміни за часом тангенса кута діелектричних втрат (Δtgδ), ємності (ΔС/С) і модуля повної провідності (ΔY/Y), а також визначення граничних значень цих параметрів для більш глибокого діагностування, ідентифікації передаварійних і аварійних режимів, покращення надійності функціонування і можливості формування на їх базі графічних залежностей динаміки діелектричних параметрів за часом в процесі функціонування електричного обладнання. Поставлена задача досягається шляхом включення до мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою аналого-цифрового перетворювача, запам'ятовуючого пристрою, чотирипортового модулю обміну інформацією, трьох дешифраторів, мікропроцесора, формувачів аналогових сигналів, ключів, двох регістрів і таймера, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений q-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора і r-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, ключі виконані в вигляді матриці (32) перші управляючі входи кожного і-го (і=1, 2) стовпця ключів матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора, другі управляючі входи кожної j-ї (j=1, 2, 3) строчки матриці ключів підключені до j-гo виходу другого дешифратора, виходи кожного ключа і-го стовпця матриці підключені через формувач аналогових сигналів до відповідного входу аналого-цифрового перетворювача, входи запису і читання якого підключені до виходів запису і читання мікропроцесора і входів запису та читання чотирипортового модулю обміну інформацією, регістрів, таймера і запам'ятовуючого пристрою, вихід шини адреси другого порту мікропроцесора підключений до входів регістрів, шини адреси чотирипортового модулю обміну інформацією, аналого-цифрового перетворювача і таймера, 1 UA 120036 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вихід першого регістра підключений до входу третього дешифратора, виходи якого з'єднані з відповідними входами вибору кристала чотирипортового модулю обміну інформацією, аналогоцифрового перетворювача, таймера і запам'ятовуючого пристрою, адресний вхід якого з'єднаний з виходом другого регістра, а вихід шини даних третього порту мікропроцесора з'єднаний з входами шини даних чотирипортового модулю обміну інформацією, аналогоцифрового перетворювача, таймера і запам'ятовуючого пристрою. На фіг. 1 наведено структурну схему мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою. На фіг. 2 наведено блок-схему алгоритму роботи мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою. Мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою (фіг. 1) включає мікропроцесор 1, таймер 2, чотирипортовий модуль обміну інформацією 3, аналогоцифровий перетворювач 4, три дешифратори 5, ключі 6, формувачі аналогових сигналів 7, два регістри 8, формувачі аналогових сигналів 6, запам'ятовуючий пристрій 9. Вихід шини адреси першого порту мікропроцесора 1 підключений q-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора 5 і r-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора 5, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора. Ключі 6 виконані в вигляді матриці (32), перші управляючі входи кожного і-го (і=1, 2) стовпця ключів матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора 5, другі управляючі входи кожної j-ї (j=1, 2, 3) строчки матриці ключів 6 підключені до j-гo виходу другого дешифратора 5, виходи кожного ключа 6 і-го стовпця матриці підключені через формувач аналогових сигналів 7 до відповідного входу аналого-цифрового перетворювача 4, входи запису і читання якого підключені до виходів запису і читання мікропроцесора і входів запису та читання чотирипортового модулю обміну інформацією 3, регістрів 8, таймера 2 і запам'ятовуючого пристрою 9. Вихід шини адреси другого порту мікропроцесора і підключений до входів регістрів 8, шини адреси чотирипортового модулю обміну інформацією 3, аналого-цифрового перетворювача 4 і таймера 2. Вихід першого регістра 8 підключений до входу третього дешифратора 5, виходи якого з'єднані з відповідними входами вибору кристала чотирипортового модулю обміну інформацією 3, аналого-цифрового перетворювача 4, таймера2 і запам'ятовуючого пристрою 9, адресний вхід якого з'єднаний з виходом другого регістра 8, а вихід шини даних третього порту мікропроцесора 1 з'єднаний з входами шини даних чотирипортового модулю обміну інформацією 3, аналого-цифрового перетворювача 4, таймера 2 і запам'ятовуючого пристрою 9. Мікропроцесор 1 мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою виконаний, наприклад, у вигляді однокристального мікропроцесора KM 1816 BE 51. Чотирипортовий модуль обміну інформацією 3 виконаний, наприклад, у вигляді інтегральної схеми ST16C554DCJ. Робота мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою (фіг. 1) проводиться у відповідності з наведеною блок-схемою алгоритму роботи на фіг. 2. Після запуску мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою вона працює постійно і згідно алгоритму (фіг. 2) здійснює безперервний моніторинг стану ізоляції силового устаткування в умовах його експлуатації. Мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою забезпечує безперервний моніторинг і контроль діелектричних параметрів і стану ізоляції високовольтних вводів під напругою силового електричного обладнання, таких як зміна тангенса кута діелектричних втpaт Δtgδ, ємності ΔС/С і зміна модуля повної провідності ΔY/Y. Спочатку проводиться інсталяція мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою і виконується аналіз процедури запуску в роботу - обмін інформацією. Якщо необхідно проводити процедуру запуску в роботу, то мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою запускається в роботу і проводить реєстрацію первинних даних фазних напруг високовольтних вводів, ua(t), ub(t), uc(t), та струмів збігання iaз(t), іbз(t), ісз(t) через ізоляцію високовольтних вводів. Первинні дані ua(t), ub(t), uc(t), іаз(t), ibз(t), ісз(t) знімаються з виходів датчиків, розміщених на ізоляторах високовольтних вводів, і надходять через відповідні ключі 6 вимірювальних каналів, формувачі аналогових сигналів 7, на входи аналого-цифрового перетворювача 4, де представляються у вигляді цифрового еквівалента і записуються мікропроцесором 1 в запам'ятовуючий пристрій 9. Далі, згідно алгоритму (фіг. 2) в мікропроцесорі 1 відбувається обчислення комплексних величин Ṹa, Ṹb, Ṹc, İаз, İbз, İсз. Потім згідно алгоритму (фіг. 2) визначаються значення тангенс кута діелектричних втрат: tg  tg 90  , (1) де  кут між Ṹ та İ, обчислюється величина ємності ізоляції високовольтних вводів С згідно виразу: 2 UA 120036 U  , (2)  *U    , U - діючі значення струму збігання та напруги на даній фазі, а також обчислюється комплексна провідність: Ẏa=İаз/ Ṹa, Ẏb=İbз/ Ṹb, Ẏc=İcp /Ṹc. (3) На основі отриманих згідно виразів (1)-(3) значень tgδ, С, Ẏ в мікропроцесорі 1 визначаються їх відхилення як Δtgδ = tgδp-tgδп, ΔY=Yp – Yп, (4) де tgδp, Yp = Ẏ, Ср - плинні значення; tgδп, п =Ẏ, Сп - початкові значення. На основі отриманих згідно виразу (4) даних Δtgδ, ΔY/Y, ΔС/Св мікропроцесорі 1 визначається надійність і якість функціонування високовольтних вводів по кожній фазі згідно критеріїв на предмет перевищення уставок Δtgδmax, ΔY/Ymax, ΔС/Сmах та Δtgδmin, ΔY/Ymin. ΔC/Cmin: Δtgδmin  Δtgδ  Δtgδmax ΔY/Ymin  ΔY/Y  ΔY/Ymax (5) ΔC/Cmin  ΔC/C  ΔС/Сmах. В тому випадку, коли для значень Δtgδ, ΔY/Y, ΔC/C находяться в нормі, тобто математична залежність (5) виконується і процес моніторингу продовжується. Мікропроцесором 1 формується файл статичної інформації про стан ізоляції діелектричних параметрів високовольтних вводів під напругою силового електричного обладнання мереж електропостачання, формуються графічні залежності зміни ізоляції діелектричних параметрів за часом роботи, а також за допомогою таймера 2 вираховується проміжок часу τ для проведення наступної реєстрації первинних даних фазних напруг високовольтних вводів, u a(t), ub(t), uc(t), та струмів збігання іаз(t), ibз(t), ісз(t) через ізоляцію високовольтних вводів. Якщо значення Δtgδ, ΔY/Y, ΔC/C, в результаті обчислень мікропроцесором 1 математичної залежності (5) вийшли за свої границі, тобто логічні умови (5) не виконуються, що свідчить про появу аварійного режиму, то мікропроцесором 1 формується і передається, за допомогою чотирипортового модулю обміну інформацією 3, на всі рівні керування, файл аварійної інформації і графічна інформація про зміни ізоляції діелектричних параметрів за часом роботи. Проводиться аналіз на предмет можливості продовження моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою. Якщо в результаті аналізу безперервний моніторинг продовжувати можливо, то процес продовжується і, аналогічно описаному, реалізується реєстрація первинних даних фазних напруг високовольтних вводів, ua(t), ub(t), uc(t), та струмів збігання iaз(t), ibз(t), ісз(t) через ізоляцію високовольтних вводів. Коли продовжувати моніторинг не можливо, то проводиться процедура кінця роботи і мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою зупиняється. Якщо після інсталяції мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою і обробки процедури запуску в роботу - обмін інформацією, необхідно проводити обмін інформацією, то оброблюється процедура читання-тест. У випадку, коли, згідно алгоритму (фіг. 2), необхідно проводити читання інформації, то мікропроцесором 1 реалізується читання файлу інформації про зміни ізоляції діелектричних параметрів за часом роботи і відповідних графічних даних, які потім передаються, за допомогою чотирипортового модулю обміну інформацією 3, на всі рівня керування електропостачанням. При необхідності, згідно алгоритму (фіг. 2), проводити тестування мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою, то передається пакет тестів, виконується процедура тестування мікропроцесорної системи моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою і після виконання тестів система може бути запущена в роботу. У випадку, коли тести не виконуються, то мікропроцесором 1 проводиться аналіз несправності і формується та передається, за допомогою чотирипортового модулю обміну інформацією 3, файл інформації про несправність на верхні рівні керування електропостачанням. Завдяки введенню нових елементів та зв'язків між ними запропонована мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою вигідно відрізняється від прототипу. На відміну від прототипу, в якому звужені функціональні можливості, низька надійність і рівень діагностування, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконується з єдиних інформаційних позицій безперервний моніторинг стану ізоляції діелектричних параметрів високовольтних вводів під напругою мереж електропостачання, не визначаються граничні значення діелектричних параметрів для ідентифікації передаварійних і аварійних режимів, а також не формуються графічні залежності зміни ізоляції діелектричних параметрів за C 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 UA 120036 U 5 10 15 20 часом роботи. У запропонованій мікропроцесорній системі моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою, а також введенню нових елементів і зв'язків міх ними, значно розширені функціональні можливості завдяки спроможності проведення безперервного моніторингу і визначення з'єднаних інформаційних позицій комплексу діелектричних параметрів високовольтних вводів Δtgδ, ΔY/Y, ΔC/C, граничних значень цих параметрів Δtgδ max, ΔY/Ymax, ΔС/Сmах та Δtgδmin, ΔY/Ymin. ΔC/Cmin для більш глибокого діагностування, покращення надійності функціонування і ідентифікації та формування на їх базі передаварійної і аварійної інформації для їх захисту. Крім того, в запропонованій мікропроцесорній системі моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою, стало можливим формування файлів статистичної інформації, а також графічних залежностей зміни ізоляції діелектричних параметрів за часом роботи системи з метою дослідження і створення нових методів прогнозу надійності. Додатково в запропонованій мікропроцесорній системі моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою стало можливим вести в процесі роботи інсталяцію, настройку і тестовий контроль, покращити такі характеристики як живучість, надійність, пошук та ремонт пошкодження. Джерела інформації: 1. Пристрій контролю і діагностики системи обробки цифрової інформації, що функціонує в медулярній арифметиці, G06 F11/08, патент України № 24547. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 10, 2007 р. 2. Автоматизована система розробки діагностичного забезпечення, G06 F 15/00, патент України № 24487. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 12, 2007 р. З. Відмовостійка система з аналізом ресурсу, G05F 11/18, патент України № 80664. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 16, 2007 р. (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 Мікропроцесорна система моніторингу ізоляції високовольтних вводів під напругою, що містить два інформаційних виходи, яка відрізняється тим, що в неї введено аналого-цифровий перетворювач, запам'ятовуючий пристрій, чотирипортовий модуль обміну інформацією, три дешифратори, мікропроцесор, формувачі аналогових сигналів, ключі, два регістри, таймер, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений q-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора і г-молодшими розрядами - до входу адреси другого дешифратора, стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, ключі виконані в вигляді матриці (32), перші управляючі входи кожного і-го (і=1, 2) стовпця ключів матриці підключені до і-го виходу першого дешифратора, другі управляючі входи кожної j-ї (j=1, 2, 3) строчки матриці ключів підключені до j-гo виходу другого дешифратора, виходи кожного ключа і-го стовпця матриці підключені через формувач аналогових сигналів до відповідного входу аналого-цифрового перетворювача, входи запису і читання якого підключені до виходів запису і читання мікропроцесора і входів запису та читання чотирипортового модулю обміну інформацією, регістрів, таймера і запам'ятовуючого пристрою, вихід шини адреси другого порту мікропроцесора підключений до входів регістрів, шини адреси чотирипортового модулю обміну інформацією, аналого-цифрового перетворювача і таймера, вихід першого регістра підключений до входу третього дешифратора, виходи якого з'єднані з відповідними входами вибору кристала чотирипортового модулю обміну інформацією, аналогоцифрового перетворювача, таймера і запам'ятовуючого пристрою, адресний вхід якого з'єднаний з виходом другого регістра, а вихід шини даних третього порту мікропроцесора з'єднаний з входами шини даних чотирипортового модулю обміну інформацією, аналогоцифрового перетворювача, таймера і запам'ятовуючого пристрою. 4 UA 120036 U 5 UA 120036 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6