Анализ методов диагностики ограничителей перенапряжения и разработка устройства контроля импульсов тока

• Автор: Минакова, Людмила Валериевна
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 186 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ ОПН

1.1. Проблема определения срока службы ОПН

1.2. Классификация и анализ методов диагностического контроля ОПН

1.3. Формулировка цели и задач диссертационной работы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ОПН И РЕГИСТРИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ42

2.1. Анализ грозовых и коммутационных токов через ОПН

2.2 Исследование влияния параметров разрядного тока на ОПН

2.3. Формулирование основных требований к устройству контроля

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСА ТОКА

3.1. Цель и задачи метода измерения
3.2. Анализ существующих методов измерения параметров импульса тока
3.3. Математическая модель импульса тока через ОПН
3.4. Разработка метода идентификации параметров импульса тока
3.4.1. Нахождение функциональной зависимости напряжения Сс
3.4.2. Обратная задача определения временных параметров импульса
3.4.3. Методика определения начального приближения к искомым параметрам
3.4.4. Практическое подтверждение теоретической разрешимости обратной задачи
3.5. Методика идентификации параметров импульса по уточненной математической модели
3.5.1. Постановка задачи
3.5.2. Идентификация параметров импульса эквивалентного треугольника
3.5.3. Расчетно-теоретическое обоснование методики
4. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ
4.1. Разработка схемотехнического решения

4.2. Принцип работы устройства контроля
4.3. Измерительные датчики тока
4.3.1. Анализ первичных преобразователей разрядного тока
4.3.2. Расчет преобразователей тока
4.3.3. Схема включения преобразователей
4.4. Контрольно-измерительная часть устройства
4.4.1. Аппаратная реализация
4.4.2. Алгоритмическая и программная реализация
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА
5.1. Методы и средства испытаний
5.2. Алгоритмическая и программная реализация методики
5.3. Испытание устройства импульсами разрядного тока
5.3.1. Испытание датчиков тока
5.3.2. Экспериментальная проверка работы устройства и методики
5.4. Обработка и анализ результатов эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа обратной задачи определения временных параметров
импульса
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчетно-теоретическое обоснование методики с эквивалентным
треугольником
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Определение выходного напряжения преобразователя
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Принципиальная схема, показывающая подключение элементов к
микроконтроллеру
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Текст программы контрольно-измерительной системы
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Программа идентификации параметров импульса
ЛИТЕРАТУРА
Список используемых сокращений

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в электрических сетях напряжением 110кВ и выше осуществляется массовое применение Ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН). Глубокий уровень ограничения перенапряжений (до 1,8 и 2,0 наибольшего фазного рабочего напряжения сети) позволяет решать проблему координации изоляции [1,2,3]. Устанавливаясь с целью ограничения перенапряжений, ОПН сам становится элементом электроустановки, находясь под непрерывным воздействием рабочего напряжения сети и возникающих перенапряжений. При такой работе надежность ОПН является важнейшим фактором надежной работы всей электроустановки.
Нарушение в работе, отказ или в самом неблагоприятном случае, повреждение ОПН могут вызвать отказ или повреждение в лучшем случае части, в худшем случае всей защищаемой электроустановки с соответствующими последствиями и ущербом.
Воздействия, приводящие к повреждению ОПН, связаны, как правило, с превышением нормируемых нагрузок [4,5], поэтому важно, во-первых, обеспечить правильный выбор ОПН, т.е. соответствие выбранных технических параметров ОПН реальным энергетическим нагрузкам в месте его установки, и, во-вторых, решить задачу диагностики ОПН в процессе эксплуатации.
Одной из самых сложных и нерешенных задач диагностики является оценка фактического срока службы ОПН [б]. Механизмы явлений, проявляющихся при работе нелинейных резисторов (НР), положенных в основу ОПН, до настоящего времени остаются до конца не изученными, и методика прогнозирования срока службы не является окончательной. Основная идея оценки фактического срока службы ОПН состоит в исчерпании исходного ресурса пропускной способности его НР за счет их отказов в режиме ограничения перенапряжений. Считается, что ресурс пропускной способности напрямую зависит от числа токовых воздействий на НР ОПН с определенной амплитудой и длительностью в определенных условиях

ство контроля [66], измеряющее энергию импульсного воздействия, как функцию этого тока, одновременно с датой прихода импульса.
Здесь необходимо отметить, что требуется большая проработка критерия оценки выработанного ресурса ОПН по количеству срабатываний даже с дополнительными данными по амплитуде или энергии воздействующего импульса. Воздействия импульсов тока с равными энергиями, либо с равными амплитудами, но разными длительностями для ОПН сильно не равноценны, поскольку максимум температуры нагрева ОПН, приводящий к деструктивным процессам в теле его ИР. определиться жесткостью импульсного воздействия [67].
В настоящее время, различными предприятиями, в частности, Siemens АО и «МюгоЕпег» идет разработка устройств мониторинга, направленных на измерение максимального количества параметров, проходящего через ОПИ тока. Устройство Агсоыа! [68] осуществляет осциллографирование кривой разрядного тока путем использования аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Недостатком данного устройства является необходимость подключения к внешнему источнику питания 220В с шумовым фильтром, что, в условиях работы ОПН, ограничивает его применение.
Основным недостатком предлагаемых высокоинформативных и интеллектуальных систем мониторинга является зачастую их высокая стоимость. Учитывая отсутствие критериев оценки предаварийного состояния современных ОПН по параметрам протекающего через него разрядного тока, потребители делают выбор в пользу менее информативных, но более простых и дешевых устройств диагностического контроля ОПН.
Здесь нельзя не отметить сомнительность принятой гипотезы о необходимости измерения максимального количества параметров. С одной стороны, это как будто бы вызвано отсутствием научно обоснованной модели разрушения НР ОПН, но с другой стороны, разумнее поступить наоборот — сначала (в лабораторных условиях) получить такую модель, а затем (в полевых условиях) измерять необходимые параметры.