СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

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.

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.

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.

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.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности оценки ресурса изоляции высоковольтного оборудования за счет гибкого учета процессов восстановления ресурса изоляции.

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.

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.

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.

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.

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.

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 (наклонная L_p на фигуре при 0≤t≤T₁):

, t≤T₁,

а затем, при снижении уровня напряжения, с интенсивностью (наклонная L_p при T₁<t≤T₂):

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

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):

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.

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 ступени

и как затраченный ресурс 1-й ступени

На фигуре изменение оценок затраченных ресурсов ступеней показаны как наклонные L⁽²⁾ и L⁽¹⁾.

Общий расход ресурса изоляции определяется суммированием затраченных ресурсов ступеней (3) и (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:

и

На фигуре выражения (6) и (7) представлены наклонными L⁽²⁾ и L⁽¹⁾ при t>T₂.

Изменение общего ресурса изоляции оборудования определяется выражением (5) и на фигуре показано в виде наклонной 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.