Мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів

Реферат: Мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів, що містить електронний ключ та полягає в тому, що розширення функціональних можливостей досягається завдяки спроможності виконання системою з єдиних інформаційних позицій моніторинг значення горіння дуги, повне електричне зношення високовольтного елегазового вимикача за проведених n комутаційних операцій, величини Rkp прогнозу критичного запасу надійності високовольтного елегазового вимикача, критичний час горіння дуги високовольтного елегазового вимикача, значення максимального imax і мінімального imin струму, що протікає під час комутації, а також значення запасу надійності. В мікропроцесорну систему введено мікропроцесор, таймер, три дешифратори, запам'ятовуючий пристрій, два шифратори, чотирипортовий модуль, два регістри, аналого-цифровий перетворювач, електронний ключ і формувач аналогових сигналів, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу шини адреси таймера, двох регістрів і чотирипортового модуля. Введення нових елементів і зв'язків між ними дозволило значно розширити функціональні можливості за рахунок спроможності виконання системою з єдиних інформаційних позицій моніторинг технічного стану елегазових високовольтних вимикачів, покращити глибину і рівень діагностування, а також значно збільшити рівень надійності роботи завдяки можливості визначення граничних значень критичного ресурсу елегазових високовольтних вимикачів на базі чого ідентифікувати передаврійні і аварійні режими їх роботи. UA 73398 U (12) UA 73398 U UA 73398 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до області обчислювальної техніки, автоматики та вимірювальної техніки і може бути використаний для моніторингу технічного стану ельгазових високовольтних вимикачів, а також визначення відпрацьованого і прогнозу залиш кого та критичного ресурсу в процесі керування силовими електричними мережами. Відомий пристрій [1] за своєю технічною суттєвістю є відмовостійка система з аналізом ресурсу, що містить елементи І, елементи АБО, тригери, порогові елементи, двійковий лічильник, п детекторів спаду, причому виходи двійкового лічильника з'єднані з одним входом першого тригера вихід якого підключений до першого входу елементна І та першим інформаційним входом. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються функції визначення відпрацьованого, залишкового і критичного ресурсу ельгазових високовольтних вимикачів, а також не визначається прогноз його технічного стану. Відомий пристрій [2] для контролю ресурсу повітряних високовольтних вимикачів, що включає датчик струму, одновібратор, функціональні перетворювачі, лічильники імпульсів, цифровий комутатор, причому перша вхідна цифрова шина цифрового комутатора з'єднана з вихідною цифровою шиною функціонального перетворювача, а друга вхідна цифрова шина та вхідна цифрова шина другого функціонального перетворювача підключені до вихідної цифрової шини першого лічильника імпульсів. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються в реальному часі функції моніторингу технічного стану ельгазових високовольтних вимикачів, а також відпрацьованого, критичного і залишкового ресурсу з метою його захисту і надійності роботи системи. Найбільш близьким за своєю технічною суттєвістю є пристрій для контролю ресурсу повітряних високовольтних вимикачів [3], що включає електронні ключі, компаратори, датчики струму, елементи АБО, елемент Ш, причому виходи першого, другого і третього датчиків струму підключені відповідно, до входів першого, другого і третього компараторів, а вихід першого електронного ключа з'єднаний з входами восьмого, дев'ятого і десятого компараторів. 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 технічного стану елегазових високовольтних вимикачів шляхом визначення відпрацьованого вимикачем ресурсу, залишкового ресурсу вимикача, критичного ресурсу і його граничних значень а також не виконується прогноз величини його надійності для визначення перед-аврійних і аварійних режимів ельгазових високовольтних вимикачів з метою формування аварійної експрес і повної інформації для передачі на всі рівні управління, а при необхідності відключення вимикачів в процесі керування силовими електричними мережами. За основу корисної моделі поставлена задача створення мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів з розширеними функціональними можливостями, в якій за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними досягається обчислення з єдиних інформаційних позицій значення  g - горіння j дуги, повне електричне зношення Rn високовольтного ельгазового вимикача за проведених п комутаційних операцій, величини Rkp прогнозу критичного запасу надійності високовольтного ельгазового вимикача, Tkp - критичний час горіння дуги високовольтного ельгазового вимикача, значення максимального imin і мінімального imax струму, що протікає під час комутації, а також 45 50 55 значення запасу надійності по струму 1, 2 і запасу надійності по тиску газу  3 , що в сукупності дозволяє реалізувати моніторинг технічного стану ельгазових високовольтних вимикачів, покращити рівень і глибину діагностування та прогнозу технічного стану, а також значно збільшити рівень надійність роботи енергосистеми завдяки можливості визначення граничних значень критичного ресурсу ельгазових високовольтних вимикачів на базі чого ідентифікувати передаврійні і аварійні режими роботи, формувати файли експрес і повної аварійної інформації для передачі на всі рівні управління з метою більш ефективного керування силовими електричними мережами. Поставлена мета досягається шляхом включення до мікропроцесорної система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів мікропроцесора, таймера, трьох дешифраторів, запам'ятовуючого пристрою, двох шифраторів, чотирьох портового модуля, двох регістрів, аналого-цифрового перетворювача, електронного ключа і формувача аналогових сигналів, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу шини адреси таймера, двох регістрів і чотирьох портового модуля вхід 1 UA 73398 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шини даних якого з'єднаний з входом шини даних запам'ятовуючого пристрою, таймера, двох шифраторів, аналого-цифрового перетворювача, і виходом шини даних другого порту мікропроцесора, вихід шини адреси третього порту мікропроцесора підключений n/2-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора і n/2-молодшими розрядами до входу адреси другого дешифратора стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, вихід першого регістра з'єднаний з входом шини адреси запам'ятовуючого пристрою, вихід другого регістра підключений до входу третього дешифратора виходи якого з'єднані з відповідними входами вибору схеми аналого-цифрового перетворювача, запам'ятовуючого пристрою, першого регістра, таймера і чотирьох портового модуля входи запису і читання якого з'єднані відповідно з входами запису і читання запам'ятовуючого пристрою, першого регістра, аналого-цифрового перетворювача, таймера і виходами запису і читання мікропроцесора, перший і другий вихід першого дешифратора підключені до перших управляючих входів відповідно першого і другого шифратора другі управляючі входи яких з'єднані з першим і другим виходами другого дешифратора, вхід аналого-цифрового перетворювача підключений до виходу формувача аналогових сигналів перший і другий входи якого з'єднані відповідно з виходами першого і другого електронних ключів перші управляючі входи яких з'єднані з третім і четвертим виходом першого дешифратора, другі управляючі входи електронних ключів підключені до третього і четвертого виходів другого дешифратора, вихід запису мікропроцесора з'єднаний з входом запису другого регістра, а інформаційні входи шифраторів і електронних ключів являються відповідно першим, другим, третім і четвертим інформаційним входом мікропроцесорної системи. На фіг. 1 наведено структурну схему мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів. На фіг.2 наведено блок - схемою алгоритму роботи мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів. Мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів (фіг.1) включає мікропроцесор 1, таймер 2, запам'ятовуючий пристрій 3, два регістри 4, три дешифратори 5, два шифратори 6, два електронні ключі 7, формувач аналогових сигналів 8, аналого-цифровий перетворювач 9, чотирьох портовий модуль 10. Вихід шини адреси першого порту мікропроцесора 1 підключений до входу шини адреси таймера 2, двох регістрів 4 і чотирьох портового модуля 10 вхід шини даних якого з'єднаний з входом шини даних запам'ятовуючого пристрою 3, таймера 2, двох шифраторів 6, аналого-цифрового перетворювача 9, і виходом шини даних другого порту мікропроцесора 1. Вихід шини адреси третього порту мікропроцесора 1 підключений n/2старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора 5 і n/2-молодшими розрядами до входу адреси другого дешифратора 5 стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора 1. Вихід першого регістра 4 з'єднаний з входом шини адреси запам'ятовуючого пристрою 3, вихід другого регістра 4 підключений до входу третього дешифратора 5 виходи якого з'єднані з відповідними входами вибору схеми аналого-цифрового перетворювача 9, запам'ятовуючого пристрою 3, першого регістра 4, таймера 2 і чотирьох портового модуля 10 входи запису і читання якого з'єднані відповідно з входами запису і читання запам'ятовуючого пристрою 3, першого регістра 4, аналого-цифрового перетворювача 9, таймера 2 і виходами запису і читання мікропроцесора 1. Перший і другий вихід першого дешифратора 5 підключені до перших управляючих входів відповідно першого і другого шифратора 6 другі управляючі входи яких з'єднані з першим і другим виходами другого дешифратора 5. Вхід аналого-цифрового перетворювача 9 підключений до виходу формувача аналогових сигналів 8 перший і другий входи якого з'єднані відповідно з виходами першого і другого електронних ключів 7 перші управляючі входи яких з'єднані з третім і четвертим виходом першого дешифратора 5, другі управляючі входи електронних ключів 7 підключені до третього і четвертого виходів другого дешифратора 5. Вихід запису мікропроцесора 1 з'єднаний з входом запису другого регістра 4, а інформаційні входи шифраторів 6 і електронних ключів 7 являються відповідно першим, другим, третім і четвертим інформаційним входом мікропроцесорної системи. Мікропроцесор 1 мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів виконаний, наприклад, у вигляді одно кристального мікропроцесора KM 1816 BE 51. Чотирьох портовий модуль 10 виконані, наприклад, у вигляді інтегральної схеми ST16C554DCJ. Робота мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів (фіг. 1) проводиться у відповідності з наведеною блок-схемою алгоритму роботи на фіг.2. Після запуск мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів вона працює постійно і згідно алгоритму (фіг.2) здійснює з єдиних інформаційних позицій безперервний моніторинг значення 2 UA 73398 U  g - горіння дуги, повне електричне зношення Rn високовольтного ельгазового вимикача за j проведених п комутаційних операцій, величини Rkp прогнозу критичного запасу надійності високовольтного ельгазового вимикача, Tkp - критичний час горіння дуги високовольтного ельгазового вимикача, значення максимального imax і мінімального imin струму, що протікає під 5 10 15 20 25 30 35 час комутації, а також значення запасу надійності по струму 1, 2 запасу надійності по тиску газу  3 , що в сукупності дозволяє реалізувати моніторинг технічного стану ельгазових високовольтних вимикачів, покращити рівень і глибину діагностування та прогнозу технічного стану, а також значно збільшити рівень надійність роботи енергосистеми. Спочатку на перший інформаційний вхід мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів тобто на вхід першого шифратора 6 подається сигнал з виходу датчика реєстрації початку відключення ельгазового високовольтного вимикача, на другий інформаційний від мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів і відповідно на вхід другого шифратора 6 подається сигнал з виходу датчика реєстрації кінця відключення ельгазового високовольтного вимикача, на третій інформаційний від мікропроцесорної системи і відповідно на вхід першого електронного ключа 7 подається сигнал з виходу датчика струму, що протікає в процесі відключення ельгазового високовольтного вимикача, а на четвертий інформаційний вхід мікропроцесорної системи і відповідно на вхід другого ключа 7 подається сигнал з виходу датчика тиску газу в високовольтному ельгазовому вимикачу. Потім проводиться інсталяція мікропроцесорної системи моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів, а також обробляється процедура на предмет обміну інформацією. Якщо проводити процедуру обміну інформацією немає необхідності, то виконується процедура запуску в роботу, мікропроцесорної системи. Після запуску в роботу на першому етапі проводиться постійне читання інформації на першому інформаційному вході мікропроцесорної системи і відповідно на вході першого шифратора 6, що поступає з виходу датчика реєстрації початку відключення елегазового високовольтного вимикача. При реєстрації моменту початку відключення елегазового високовольтного вимикача мікропроцесор 1 згідно алгоритму (фіг.2) запускає таймер 2 в роботу, завдяки чому з частотою f мікропроцесором реалізується реєстрація миттєвих значень струму i( t ) , що протікає в процесі виключення k -20 ельгазового високовольтного вимикача. В той же час мікропроцесором 1 реалізується постійне читання інформації по другому інформаційному вході мікропроцесорної системи, що поступає з виходу датчика реєстрації кінця відключення елегазового високовольтного вимикача. Коли наступає момент відключення високовольтного елегазового вимикача, таймером 2 обчислюється термін  g горіння дуги і відповідно момент зникнення струму в елегазовому j вимикачі при виконанні j-ї операції відповідно (1) g  t s  t a , j де t s - момент розмикання контактної системи; t a - момент зникнення стуму. Далі мікропроцесором 1 згідно виразу ta R j   i 2 ( t )dt (2) ts 40 обчислюється R j - величина електричного зношення високовольтного елегазового вимикача, яка викликана j - ю комутаційною операцією. Після цього мікропроцесором 1 обчислюється повне електричне зношення R n високовольтного елегазового вимикача за проведених п комутаційних операцій відповідно Rn  n ta   i2 ( t )dt , (3) j 1 t s і на базі R n відповідно визначається прогноз критичного запасу надійності високовольтного елегазового вимикача за допомогою математичної залежності Rmax  Rn  Rkp , 45 Rkp (4) де Rmax - електричне зношення високовольтного елегазового вимикача, що надається йому під час виготовлення. Потім визначається критичний час T горіння дуги в момент комутації як kp 3 UA 73398 U T kp   g  T kp , (5) де Tmax - максимальний час горіння дуги в момент комутації високовольтного елегазового вимикача, що надається під час виготовлення;  g - час горіння дуги в високовольтному елегазовому вимикачі за п комутацій, що визначається згідно виразу g  n  g j (6) j 1 5 Мікропроцесором 1 визначається також екстремальні значення струмів, що протікають через високовольтний елегазовий вимикач j  i j (t ) ; j  12,...n. (7) , imax  i j (t ) ; j  12,...n. i j , max   min min   в процесі виконання j-ї комутації і на їх базі відповідно обчислюється запас надійності по струму як j j   imax  imax  1 ; imin  imin   2 10   де imax , imin - задані значення максимального і відповідно мінімального струму, що надається по технічним умовам під час виготовлення. Крім того, визначається також запас надійності по тиску газу у високовольтному елегазовому вимикачу відповідно Pj  P  3 15 20 25 30 35 40 (8) (9) де Pj - тиск газу в процесі j-Ї комутації; P  - заданий тиск газу. Мікропроцесором 1 аналізується величина ресурсу. Якщо ресурс не критичний, то процес повторюється починаючи з самого початку. В тому випадку коли ресурс критичний, то формується експрес-інформація і передається на вищі рівні управління. В випадку коли при обробці процедури обміну інформацією необхідно виконувати обмін, то оброблюються процедури запис-читання, запис-тестування. Якщо необхідно виконувати запис, то передається в мікропроцесорну систему моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів пакет програм функціонування системи і пакет програм нормативної інформації і після передачі всіх даних виконується процедура кінця роботи і мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів готова до функціонування. Якщо необхідно проводити тестування, то передається пакет тестів, виконується процедура тестування системи і після виконання тестів мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів готова до запуску. У випадку коли тести не виконуються, то формується і передається файл інформації про несправність. Якщо необхідно виконувати читання, то із запам'ятовуючого пристрою 3 читається блок даних, формується експрес-інформація про прочитані дані і виконується процедура кінця читання. Завдяки введенню нових елементів та зв'язків між ними запропонована мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів вигідно відрізняється від прототипу. На відміну від прототипу, в якому обмежені функціональні можливості, низька надійність і рівень діагностування в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконується з єдиних інформаційних позицій моніторинг технічного стану елегазових високовольтних вимикачів шляхом визначення відпрацьованого вимикачем ресурсу, залишкового ресурсу вимикача, критичного ресурсу і його граничних значень а також не виконується прогноз величини його надійності для визначення перед-аврійних і аварійних режимів елегазових високовольтних вимикачів. У запропонованій мікропроцесорній системі моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів значно розширені функціональні можливості завдяки спроможності проведення з єдиних інформаційних позицій моніторинг значення  g - горіння дуги, повне електричне зношення Rn високовольтного j елегазового вимикача за проведених n комутаційних операцій, величини Rkp прогнозу критичного запасу надійності високовольтного елегазового вимикача, Tkp - критичний час горіння дуги високовольтного елегазового вимикача, значення максимального imax і 45 мінімального imin струму, що протікає під час комутації, а також значення запасу надійності по струму 1, 2 запасу надійності по тиску газу  3 , що в сукупності дозволяє реалізувати моніторинг технічного стану елегазових високовольтних вимикачів, покращити рівень і глибину 4 UA 73398 U 5 10 15 діагностування та прогнозу технічного стану, а також значно збільшити рівень надійність роботи енергосистеми завдяки можливості визначення граничних значень критичного ресурсу елегазових високовольтних вимикачів на базі чого ідентифікувати перед-аврійні і аварійні режими роботи, формувати файли експрес і повної аварійної інформації для передачі на всі рівні управління з метою більш ефективного керування силовими електричними мережами. Крім того в запропонованій мікропроцесорній системі стало можливим вести в процесі роботи інсталяцію, настройку і тестовий контроль, завдяки чому покращились такі характеристики як живучість, надійність, пошук та ремонт пошкодження. Джерела інформації: 1. Відмовостійка система з аналізом ресурсу, G 06 F 11/18, патент України № 80664. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 16, 2007 р. 2. Пристрій для контролю ресурсу повітряних високовольтних вимикачів, G 07 С 3/10, патент України № 28946. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 21, 2007 р. 3. Пристрій для контролю ресурсу повітряних високовольтних вимикачів, G 07 С 3/10, патент України № 28535. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 20, 2007 р. (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 45 Мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу елегазових високовольтних вимикачів, що містить електронний ключ, яка відрізняється тим, що в неї введено мікропроцесор, таймер, три дешифратори, запам'ятовуючий пристрій, два шифратори, чотирипортовий модуль, два регістри, аналого-цифровий перетворювач, електронний ключ і формувач аналогових сигналів, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу шини адреси таймера, двох регістрів і чотирипортового модуля вхід шини даних якого з'єднаний з входом шини даних запам'ятовуючого пристрою, таймера, двох шифраторів, аналого-цифрового перетворювача, і виходом шини даних другого порту мікропроцесора, вихід шини адреси третього порту мікропроцесора підключений n/2-старшими розрядами до входу адреси першого дешифратора і n/2-молодшими розрядами до входу адреси другого дешифратора стробуючі входи яких об'єднані і підключені до стробуючого виходу мікропроцесора, вихід першого регістра з'єднаний з входом шини адреси запам'ятовуючого пристрою, вихід другого регістра підключений до входу третього дешифратора виходи якого з'єднані з відповідними входами вибору схеми аналого-цифрового перетворювача, запам'ятовуючого пристрою, першого регістра, таймера і чотирипортового модуля входи запису і читання якого з'єднані відповідно з входами запису і читання запам'ятовуючого пристрою, першого регістра, аналого-цифрового перетворювача, таймера і виходами запису і читання мікропроцесора, перший і другий вихід першого дешифратора підключені до перших управляючих входів відповідно першого і другого шифратора другі управляючі входи яких з'єднані з першим і другим виходами другого дешифратора, вхід аналого-цифрового перетворювача підключений до виходу формувача аналогових сигналів перший і другий входи якого з'єднані відповідно з виходами першого і другого електронних ключів перші управляючі входи яких з'єднані з третім і четвертим виходом першого дешифратора, другі управляючі входи електронних ключів підключені до третього і четвертого виходів другого дешифратора, вихід запису мікропроцесора з'єднаний з входом запису другого регістра, а інформаційні входи шифраторів і електронних ключів є відповідно першим, другим, третім і четвертим інформаційним входом мікропроцесорної системи. 5 UA 73398 U 6 UA 73398 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 7