Способ и устройство для электрического контроля электродной линии биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока - RU2195680C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу и устройству для электрического контроля электродной линии биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, в которой электродная линия от точки разветвления разделена на две линии.

Установки для передачи мощности посредством постоянного тока высокого напряжения содержат две преобразовательные подстанции, связанные между собой линией постоянного тока. При так называемой однополюсной электропередаче постоянного тока обе подстанции связаны друг с другом посредством одной единственной линии постоянного тока, причем обратный ток направляется через землю. На каждой подстанции тогда один полюс постоянного тока заземлен посредством хорошего заземляющего присоединения. Обычно это заземляющее присоединение расположено на известном расстоянии от преобразовательной подстанции и подключено к подстанции посредством электрической линии, которую обозначают как электродная линия. Часто может быть желательным или необходимым располагать заземляющее присоединение на большом расстоянии до ста километров от преобразовательной подстанции.

При так называемой двухполюсной электропередаче постоянного тока подстанции связаны друг с другом посредством двух линий постоянного тока так, что в нормальном режиме работы постоянный ток не должен возвращаться через землю. По различным причинам, например, чтобы сделать возможным однополюсный режим работы установки в случае выхода из строя вентильного преобразователя электроэнергии, преобразовательные подстанции также в двухполюсных электропередачах постоянного тока снабжают заземляющим присоединением, которое подключено к подстанции посредством электродной линии.

Электродная линия является изолированной относительно земли и состоит обычно из многопроволочного, скрученного провода, который подвешен на изоляторах. Хотя напряжение между электродной линией и землей является обычно малым по сравнению с другими напряжениями в установке, замыкание на землю на электродной линии вызывает опасность поражения для персонала или повреждения других компонентов установки, например коррозионные повреждения. Поэтому необходимо, чтобы замыкания на землю, включая высокоомные замыкания на землю и обрывы линии, можно было выявлять быстро и надежно.

Для определения замыканий на землю на электродной линии уже предложено применять дифференциальное устройство защиты. В таком устройстве защиты измеряют ток на обоих концах электродной линии, и разница между двумя измеренными токами означает, что имеет место замыкание на землю. Такое устройство защиты имеет, однако, различные недостатки. Оно требует информационной связи между двумя концами электродной линии и поэтому, в частности, в связи с длинными электродными линиями является дорогим. Такое устройство защиты также не реагирует на замыкание на землю, которое появляется в таких случаях, когда электродная линия не проводит тока, что обычно имеет место в нормальном режиме двухполюсной электропередачи. Также и в этом случае, то есть если по электродной линии не течет никакой прямой ток, токи несимметрии могут приводить к возникновению опасных напряжений на линии.

Кроме того, было предложено определять замыкания на землю на электродной линии за счет того, что в преобразовательной подстанции в линию запитывают сигнал переменного тока или сигнал переменного напряжения определенной частоты. В этом случае на обоих концах линии располагают подавляющие фильтры, причем эти фильтры настроены на частоту введенного сигнала. Измерительное звено полного сопротивления служит для измерения полного сопротивления электродной линии относительно земли в точке питания при частоте питания. Изменение измеренного таким образом полного сопротивления является признаком замыкания на землю. Этот способ хорошо работает в случае коротких электродных линий, однако проявляет недостатки в случае длинных электродных линий. Для распознавания повреждения линии частоту измерения надо выбирать таким образом, чтобы длина линии была меньше, чем четверть длины волны. По этой причине в случае длинных электродных линий должна выбираться такая низкая частота, что существует опасность возникновения помех для измерения за счет частоты сети или низших гармоник частоты сети. Кроме того, в случае этих низких частот расположенные на обоих концах электродной линии подавляющие фильтры, которые должны быть рассчитаны на максимальный ток на электродной линии, являются очень большими и дорогими.

В ЕР 0 360 109 В1 приведено устройство защиты для электродной линии названного выше вида, в котором также в случае длинных электродных линий можно применять высокую частоту измерения, за счет чего размеры и затраты на подавляющие фильтры, а также опасность помех за счет частоты сети или ее гармоник существенно уменьшается. Во избежание стоячих волн на электродной линии подавляющий фильтр на дальнем относительно точки питания конце электродной линии снабжают резистивными звеньями, которые имеют такое значение сопротивления, что фильтр является согласованным с волновым сопротивлением электродной линии. Таким образом избегают, чтобы измерительный сигнал отражался на дальнем конце электродной линии.

Из US-PS 5083086 известен способ для определения места повреждения в кабеле. В этом способе для определения места повреждения этот способ выполняет специалист по ремонту и наладке, причем поврежденный кабель вначале полностью отключается, то есть кабель больше не находится в эксплуатации. Затем на конце полностью отключенного кабеля подключают устройство, которым осуществляют способ для определения места повреждения. Это устройство запитывает в кабель первый электрический импульс и записывает принятые отражения. После этого на полностью отключенном кабеле повышают подключенное напряжение, запитывают в кабель второй импульс и записывают принятые отражения. За счет повышения напряжения питания полное сопротивление в месте повреждения в кабеле изменяется так, что место повреждения однозначно воспроизводится. Записанные эхо-сигналы сравнивают между собой. Посредством этого разностного сигнала и зарегистрированного времени пробега затем можно вычислить место повреждения в кабеле.

Для определения состояния электродной линии биполярной установки высоковольтной электропередачи постоянного тока уже предложен способ (заявка на патент с регистрационным номером 19650974.2), в котором вводят на первом конце электродной линии первый электрический импульс и регистрируют эхо-сигнал этой линии. После этого на первом конце в линию вводят второй импульс и регистрируют его эхо-сигнал. Затем эти оба эхо-сигнала сравнивают между собой. При отклонении и/или совпадении между двумя эхо-сигналами генерируют соответствующий сигнал оповещения. Эти операции способа непрерывно повторяют до тех пор, пока генерируется сигнал повреждения. Этим сигналом оповещения останавливают способ определения состояния. С помощью записанных эхо-сигналов можно определить место повреждения. Сравнение ошибочного эхо-сигнала с запомненными эхо-сигналами для различных рабочих ситуаций позволяет производить быстрое определение повреждения (замыкание на землю, обрыв линии,...).

Устройство для осуществления этого предложенного способа содержит генератор импульсов, блок оценки и звено связи. Через это звено связи импульс генератора импульсов запитывают в электродную линию и направляют его эхо-сигнал к блоку оценки. Устройство подключено на первом конце электродной линии. Второй конец электродной линии соединен с потенциалом земли. Чтобы электрический импульс не проходил в установку высоковольтной электропередачи постоянного тока, а только в контролируемую часть электродной линии, электродная линия снабжена на концах демпфирующими звеньями. Блок оценки содержит компаратор, память и пусковое устройство. Генератор импульсов генерирует синхронно с тактовым интервалом прямоугольные, имеющие постоянную составляющую импульсы, которые непрерывно вводят в электродную линию, пока будет иметь место сигнал повреждения.

Этот уже предложенный способ позволяет простое распознавание повреждений в работе установки высоковольтной электропередачи постоянного тока без необходимости применения имеющихся сигналов измерения. Так как в свободном от ошибок случае в прохождении импульса участвует земля, колеблющиеся проводимости земли оказывают влияние на эхо-сигналы и тем самым на надежное распознавание повреждений. Кроме того, излучение электромагнитной энергии, вызванное импульсом в синфазной моде, является довольно высоким. Другой недостаток состоит в том, что на обоих концах электродной линии в эту электродную линию последовательно должны быть включены демпфирующие звенья. За счет этого расходы на дополнительное оборудование в случае существующей установки высоковольтной электропередачи постоянного тока являются довольно высокими.

В основе изобретения лежит задача указания способа для контроля электродной линии биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, который больше не имеет вышеупомянутых недостатков, и указания пригодного для выполнения способа устройства.

Эта задача согласно изобретению решается за счет признаков пункта 1 и 11 формулы изобретения.

За счет того, что в новом способе из несимметричного импульсного сигнала получают симметричный импульсный сигнал в противофазной моде и запитывают в обе линии электродной линии, земля вряд ли участвует в передаче этих импульсов так, что соответствующий изобретению способ является почти независимым от сильно колеблющейся проводимости земли. Другое преимущество состоит в том, что излучение в виде электромагнитной энергии по сравнению с синфазной модой значительно уменьшено. Кроме того, противофазная мода обуславливает малое затухание в линии так, что возможна более высокая дальность действия системы при одновременно меньшем рассеивании эхо-сигнала.

Однако самым важным преимуществом противофазной моды является ее полная развязка относительно синфазной моды. Сигналы помех, приходящие из высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, могут распространяться только в противофазной моде, так как по эту сторону точки разветвления электродная линия объединена в один провод и электромагнитное поле тем самым может существовать только между этим проводом и землей. Приходящие из высоковольтной установки электропередачи постоянного тока сигналы помех распространяются на электродной линии почти со скоростью света, разделяются в точке разветвления примерно одинаково по амплитуде и фазе и проходят затем на обоих волноводах, а именно проводах - земля и провод - земля, к удаленному от установки концу электродной линии. Между расположенными на равном расстоянии от точки разветвления питающими зажимами эти сигналы помех не могут, однако, создавать никакого напряжения, поэтому получается идеальная, не зависящая от частоты развязка способа для контроля электродной линии высоковольтной установки электропередачи постоянного тока. Вследствие обратимости электродной линии, с другой стороны, никакие сигналы, которые запитываются в противоположной моде на питающих зажимах, не могут попасть в высоковольтную установку электропередачи постоянного тока, за счет чего способ является не зависимым от случайных коммутационных состояний высоковольтной установки электропередачи постоянного тока. Чтобы можно было запитывать сигнал в противофазной моде в электродную линию, состоящую из двух линий, должно быть сделано неэффективным короткое замыкание для этой моды в точке разветвления. Это можно бы сделать, например, за счет того, что между питающими зажимами и точкой разветвления в электродную линию соответственно последовательно включают катушку с большой индуктивностью. Так как в однополюсном режиме через электродную линию текут токи порядка величины кА, обе необходимые для этого катушки должны быть рассчитаны также на эти токи.

Предпочтительная форма выполнения нового способа поэтому предусматривает производить запитывание импульсных сигналов в противофазной моде без таких схемных элементов, как упомянутые катушки. Это является возможным, если точки запитывания находятся на определенном расстоянии от точки разветвления, причем это расстояние выбрано таким образом, что оно соответствует примерно четверти длины волны при средней частоте генерированного несимметричного относительно земли импульса. При этой частоте короткое замыкание в точке разветвления трансформируется в холостой ход на питающих зажимах, а при соседних частотах это короткое замыкание трансформируется в высокоомное реактивное сопротивление, которое можно представить на питающих зажимах включенным параллельно волновому сопротивлению линии.

Дальнейшее преимущество этого способа состоит в том, что этот способ контроля может самостоятельно приспосабливаться к различным условиям эксплуатации. Это достигается за счет того, что образуют разностную эхо-кривую в зависимости от записанной действительной эхо-кривой и запомненной, образованной динамической заданной эхо-кривой. За счет применения динамической, изменяющейся во времени заданной эхо-кривой в способ контроля вовлекаются, например, влияния времен года на электродную линию так, что случай повреждения может быть определен однозначно.

Если генерируется сигнал повреждения, то способ контроля может отключаться. Для этого генерирование импульсов прерывают или, соответственно, отключают.

В предпочтительной форме выполнения нового способа дополнительно генерируют заранее определенную, заданную статическую эхо-кривую и окружают полем допуска, которое образовано проходящей выше и ниже этой статической заданной эхо-кривой граничной кривой. Образованную динамическую заданную эхо-кривую контролируют с помощью этой статической заданной эхо-кривой относительно того, лежит ли по меньшей мере одна амплитуда этой динамической заданной эхо-кривой вне поля допуска статической заданной эхо-кривой. Если это соответствует действительности по меньшей мере один раз в течение заданного промежутка времени, то генерируют сигнал повреждения и способ контроля отключают. За счет применения заранее определенной статической заданной эхо-кривой можно определять дефекты на устройстве для контроля электродной линии, которые, если они появляются постепенно, иначе подпадали бы под изменяющееся во времени условие эксплуатации.

Дальнейшая предпочтительная форма выполнения нового способа предусматривает образование динамической заданной эхо-кривой из среднего значения по меньшей мере двух следующих по времени друг за другом действительных эхо-кривых. То есть, что постоянно из заранее определенного количества следующих по времени друг за другом действительных эхо-кривых образуют среднее значение и откладывают в качестве динамической заданной эхо-кривой. За счет этого при каждой новой действительной эхо-кривой откладывают новое среднее значение в качестве динамической заданной эхо-кривой. Это происходит, однако, только тогда, если при оценке разностной эхо-кривой не был генерирован сигнал оповещения.

Дальнейшие предпочтительные формы выполнения способа для контроля электродной линии биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока указаны в пунктах 4 и 5, а также 7-10 формулы изобретения.

За счет того, что в предусмотренном для осуществления нового способа контроля устройстве наряду с прибором контроля эхо-импульсов, который содержит генератор импульсов и приемное устройство, имеется питающее устройство, которое связано со стороны выхода соответственно с одним питающим зажимом обеих линий электродной линии, из генерированного генератором импульсов несимметричного импульсного сигнала получают симметричный импульсный сигнал в противофазной моде. Прибор контроля эхо-импульсов связан с входами питающей схемы. Эта питающая схема содержит на стороне входа блок преобразования импульсов и на стороне выхода два конденсатора связи, которые соответственно соединяют выходы блока преобразования импульсов с питающим зажимом.

За счет выполнения питающего устройства, с одной стороны, из несимметричного относительно земли импульсного сигнала генератора импульсов генерируют симметричный импульсный сигнал в противофазной моде, за счет чего появляются уже названные преимущества противофазной моды по сравнению с синфазной модой, и, с другой стороны, помехи, которые приходят от высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, передаются к приемному устройству только сильно ослаблено.

В случае предпочтительного выполнения питающего устройства в качестве блока для преобразования импульсов предусмотрен разделительный трансформатор с одной обмоткой низкого напряжения и обмотками высокого напряжения, две катушки и два разрядника, причем соответственно одна катушка и один разрядник включены электрически параллельно к обмотке высокого напряжения. Точка соединения обеих обмоток высокого напряжения соединена с потенциалом земли. Два конденсатора связи образуют с обеими катушками соответственно два фильтра верхних частот, которые настроены на среднюю частоту генерированного импульса. Разрядники защищают разделительный трансформатор при переходных помехах (попадание молнии, коммутационный выброс) от перенапряжений.

Согласно дальнейшей предпочтительной форме выполнения нового устройства генератор импульсов содержит два источника напряжения, два конденсатора, два выключателя, два резистора и блок управления для выключателей, причем каждый конденсатор посредством резистора электрически проводяще соединен с источником напряжения. Точка соединения этих обоих конденсаторов и точка соединения обоих источников напряжения соединены соответственно с потенциалом земли. Конденсаторы соответственно посредством одного выключателя являются соединяемыми с выходом генератора импульсов, причем блок управления соединен с управляющим выходом генератора импульсов. С помощью такого генератора импульсов простым образом получают не имеющий постоянной составляющей, узкополосный, прямоугольный импульс с высокой спектральной составляющей при его средней частоте.

Принципиально для нового способа контроля можно применять также другие формы импульсов, которые обладают уже названными спектральными свойствами. Например, точно также можно применять проходящий симметрично к временной оси пилообразный импульс. Получение подобного импульса является, однако, более сложным.

Согласно дальнейшей предпочтительной форме выполнения нового устройства приемное устройство содержит блок для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени, вычислительный блок, основную память и входной и выходной интерфейс, причем управляющий вход этого приемного устройства соединен с управляющим входом блока для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени. Вычислительный блок связан с основной памятью, блоком для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени и с интерфейсами. Вход сигнала блока для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени соединен с входом приемного устройства, причем вышестоящее управление установки связано на стороне входа и выхода с выходным и входным интерфейсом.

За счет соединения управляющего выхода генератора импульсов с управляющим входом блока для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени этот блок запускается на передачу импульсов генератора импульсов. Таким образом можно записывать эхо-сигналы для заранее определенного времени, то есть эта часть приемного устройства работает в реальном масштабе времени. Дальнейшая обработка этих записанных эхо-сигналов происходит в автономном режиме, причем выполнение дальнейшей обработки осуществляется централизованно в вычислительном блоке.

В новом устройстве питающие зажимы линий электродной линии целесообразно расположены соответственно на расстоянии от точки разветвления электродной линии, причем это расстояние равно, в частности, одной четверти длины волны в свободном пространстве при средней частоте импульса. За счет выбора расстояния этих питающих зажимов от точки разветвления в электродную линию не должны включаться последовательно никакие схемные элементы.

Для средней частоты запитываемого импульса короткое замыкание в точке разветвления электродной линии через линию длиной λ/4 трансформируется в холостой ход на месте запитывания. Для этой частоты таким образом линия длиной λ/4 вместе со всей высоковольтной установкой электропередачи постоянного тока электрически не существует. Запитанный импульс видит при этой частоте только волновое сопротивление обоих линий электродной линии, которые ведут к заземляющему электроду и к точке разветвления. При других частотах короткое замыкание в точке разветвления трансформируется через линию, не имеющую тогда больше длину λ/4, в реактивное сопротивление, которое можно представить включенным параллельно волновому сопротивлению линии в месте запитывания.

За счет использования условий со стороны установки, а также за счет возбуждения противофазной моды не требуются никакие дополнительные схемные меры для развязки измерительного устройства от подстанции. Таким образом можно отказаться от дорогих демпфирующих звеньев.

Дальнейшие предпочтительные формы выполнения устройства контроля электродной линии биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока следуют из зависимых пп.13-19 формулы изобретения.

Для дальнейшего пояснения изобретения делается ссылка на чертеж, на котором схематически представлен пример выполнения соответствующего изобретению устройства.

Фиг. 1 показывает соответствующее изобретению устройство с электродной линией биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока,
Фиг. 2 показывает принципиальную блок-схему генератора импульсов устройства согласно Фиг.1, причем на
Фиг.3 наглядно показан генерированный импульс на диаграмме от t,
Фиг.4 показывает принципиальную блок-схему приемного устройства согласно Фиг.1,
Фиг. 5 на диаграмме от времени t представлена записанная действительная эхо-кривая свободной от дефектов электродной линии, причем на
Фиг. 6 на диаграмме от времени t представлена разностная эхо-кривая в случае повреждения провод-земля на электродной линии и
Фиг. 7 показывает на диаграмме от времени t статическую заданную эхо-кривую с соответствующим полем допуска.

Фиг. 1 показывает соответствующее изобретению устройство 2 для контроля электродной линии 4 биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, из которой для наглядности показана только одна преобразовательная подстанция 6. В случае биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, которую обозначают так же, как двухполюсную высоковольтную установку электропередачи постоянного тока, обе преобразовательные подстанции соединены между собой двумя линиями постоянного тока 8 и 10 и каждая подстанция содержит два вентильных преобразователя электроэнергии 12 и 14, которые включены электрически последовательно посредством соединительной шины 16. В нормальном режиме работы этой биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока постоянный ток не возвращается через землю. По различным причинам, между прочим, чтобы сделать возможным однополюсный режим установки в случае выхода из строя вентильного преобразователя электроэнергии, преобразовательные подстанции также в двухполюсных электропередачах постоянного тока снабжены заземляющим присоединением, которое подключено посредством электродной линии 4 к подстанции 6 на соединительной шине 16. Эта электродная линия 4 является изолированной относительно земли и состоит обычно из линии, которая подвешена на изоляторах. Представленная здесь электродная линия 4 разделена от точки разветвления 18, так называемой точки расщепления, на две линии 20 и 22, которые на конце связаны с потенциалом земли. Эти линии 20 и 22 электродной линии 4 могут при известных условиях иметь длину до 100 км. Не представленная здесь более подробно вторая преобразовательная подстанция биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока также оснащена электродной линией, то есть высоковольтная установка электропередачи постоянного тока выполнена зеркально-симметричной.

В электродной линии 4 в безупречном режиме, то есть в симметричном режиме, почти не течет никакой ток. Хотя напряжение между электродной линией 4 и землей является обычно малым по сравнению с другими напряжениями в установке, замыкание на землю на электродной линии 4 обосновывает опасность поражения персонала или повреждений на других компонентах установки. По этой причине является необходимым, чтобы замыкание на землю, включая высокоомное замыкание на землю, могло быть обнаружено быстро и надежно. Кроме того, для надежной эксплуатации этой биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока является важным также знать состояние этой электродной линии 4. При обрыве линии и имеющей нарушения работе биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока несимметричный режим работы этой двухполюсной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока был бы больше невозможным.

Для контроля электродной линии 4, состоящей из двух линий 20 и 22, предусмотрено устройство 2 согласно изобретению. Это устройство 2 содержит прибор контроля эхо-импульсов 24 и питающее устройство 26. Этот прибор контроля эхо-импульсов 24 состоит из генератора импульсов 28 и приемного устройства 30. Генератор импульсов 28, предпочтительная форма выполнения которого представлена на Фиг. 2, связан посредством коаксиального кабеля 32 с входными зажимами питающего устройства 26. Эти зажимы питающего устройства 26 соединены, кроме того, с входными зажимами приемного устройства 30. Для обеспечения возможно свободного от помех сигнала этот коаксиальный кабель 32 должен быть дважды экранирован. Кроме того, управляющий выход генератора импульсов 28 связан с управляющим входом приемного устройства 30 посредством управляющей линии 34. Питающее устройство 26 на стороне выхода соединено соответственно с питающими зажимами 36 и 38 линий 20 и 22 электродной линии 4. Эти питающие зажимы 36 и 38 расположены на расстоянии а от точки разветвления 18, причем это расстояние приблизительно соответствует λ/4, причем λ представляет собой длину волны в свободном пространстве при средней частоте генерированного импульса u(t) генератора импульсов 28. Кроме того, эти питающие зажимы 36 и 38 соединены соответственно посредством разрядников 40 и 42 с потенциалом земли. Эти оба разрядника 40 и 42 защищают питающее устройство 26 на стороне высокого напряжения от переходных помех (удар молнии).

Питающее устройство 26 содержит на стороне входа блок для преобразования импульсов 25 и на стороне выхода - два конденсатора связи 50 и 52. Блок для преобразования импульсов 25 содержит разделительный трансформатор 44, две катушки 46 и 48 и два разрядника 54 и 56. Этот разделительный трансформатор 44 состоит из двух обмоток высокого напряжения 58 и 60 и одной обмотки низкого напряжения 62. Точка соединения 64 обоих обмоток высокого напряжения 58 и 60 соединена с потенциалом земли. Оба зажима обмотки низкого напряжения 62 образуют зажимы питающего устройства 26, к которым подключен коаксиальный кабель 32. Катушка 46 или, соответственно, 48 включена электрически параллельно к обмотке высокого напряжения 58 или, соответственно, 60. Кроме того, разрядник 54 или, соответственно, 56 включен электрически параллельно к обмотке высокого напряжения 58 или, соответственно, 60 разделительного трансформатора 44. Конденсатор связи 50 или, соответственно, 52 соединяет питающий зажим 36 или, соответственно, 38 с зажимом обмотки высокого напряжения 58 или, соответственно, 60. Эти оба конденсатора связи 50 и 52 берут на себя связь питающего устройства 26 с потенциалом высокого напряжения электродной линии 4. Поэтому эти конденсаторы связи 50 и 52 должны быть рассчитаны на соответствующий уровень высокого напряжения электродной линии 4. Обе расположенные симметрично относительно потенциала земли катушки 46 и 48 образуют вместе с обоими конденсаторами связи 50 и 52 соответственно фильтр верхних частот. Эти фильтры верхних частот блокируют приходящие от электродной линии 4 низкочастотные помехи, то есть характерные гармоники тока, которые создаются высоковольтной установкой электропередачи постоянного тока и при несимметричном режиме работы высоковольтной установки электропередачи постоянного тока также текут через электродную линию 4. Разрядники 54 и 56 защищают обмотки высокого напряжения 58 и 60 разделительного трансформатора 44 при переходных помехах (удар молнии, коммутационный выброс) от перенапряжений. Эти разрядники 54 и 56 рассчитаны на значительно меньшее напряжение, чем разрядники 40 и 42. Разделительный трансформатор 44 обеспечивает согласование полного сопротивления волнового сопротивления коаксиального кабеля 32 с волновым сопротивлением линии 20 и 22 электродной линии 4. Кроме того, этот разделительный трансформатор 44 представляет собой симметрирующий трансформатор, который создает из генерированного генератором импульсов несимметричного импульсного сигнала симметричный импульсный сигнал в противофазной моде.

Фиг. 2 показывает принципиальную блок-схему генератора импульсов 28 прибора контроля эхо-импульсов 24 согласно Фиг.1. Этот генератор импульсов 28 содержит два источника напряжения 66 и 68, два конденсатора 70 и 72, два выключателя 74 и 76, два резистора 78 и 80 и блок управления 82 для выключателей 74 и 76. Конденсатор 70 или, соответственно, 72 посредством резистора 78 или, соответственно, 80 электрически проводяще соединен с источником напряжения 66 или, соответственно, 68. Точка соединения 84 обоих конденсаторов 70 и 72 соединена с точкой соединения 86 обоих источников напряжения 66 и 68, которая, кроме того, соединена с потенциалом земли. Резисторами 78 и 80 устанавливают ток заряда конденсаторов 70 и 72. Эти конденсаторы 70 и 72 являются соответственно соединяемыми посредством выключателей 74 и 76 с выходом генератора импульсов 28, к которому подключен коаксиальный кабель 32. В качестве выключателей 74 и 76 предусмотрены электронные ключи, например транзисторы. Выполнение блока управления 82 зависит от выбора электронных ключей. Кроме того, частота переключения выключателей 74 и 76 и циклы заряда зависят друг от друга. Если конденсаторы 70 и 72 заряжены, к моменту времени t₁ вначале закрывается выключатель 74 на заданный промежуток времени t₂-t₁. После истечения этого промежутка времени t₂-t₁ этот выключатель 74 открывается и одновременно выключатель 76 закрывается. После следующего заданного промежутка времени t₃-t₂ этот выключатель 76 снова открывается. После этого оба конденсатора 70 и 72 снова заряжают посредством источника напряжения 66 и 68, чтобы генерировать следующий импульс u(t), как он представлен на диаграмме от времени t согласно Фиг.3. С закрытием первого выключателя 74 к моменту времени t₁ блок управления 82 передает пусковой сигнал S_t посредством управляющей линии 34 к управляющему входу приемного устройства 30, которое представлено более подробно на Фиг.4.

Генерированный импульс u(t) согласно Фиг.3 является симметричным относительно оси времени t, то есть он не имеет никакой постоянной составляющей. Кроме того, этот импульс u(t) при своей средней частоте имеет выраженную спектральную составляющую. Высота этой средней частоты зависит от того, передаются ли на электродной линии 4 данные или проложена ли электродная линия 4 вблизи линий электропередачи, на которых дополнительно происходит передача данных. Подобная передача данных происходит в основном в диапазоне частот, например, от 30 до 500 кГц. Если ширину импульса генерированного импульса u(t) выбирают соответственно узкой, эта средняя частота лежит выше 500 кГц. При ширине импульса соответственно обратной величине длительности импульса t₃-t₁, например 2 мкс, средняя частота составляет 500 кГц. То есть ширина импульса генерированного импульса u(t) должна быть меньше, чем 2 мкс. Так как этот импульс имеет только малые спектральные составляющие ниже своей средней частоты, помеха устройств передачи данных примерно равна нулю. В принципе могут применяться также другие формы импульса. При выборе других форм импульса следует, однако, учитывать, чтобы по возможности не имелось постоянной составляющей и чтобы имелась выраженная спектральная составляющая при средней частоте. С этими условиями, в частности, импульс u(t) согласно Фиг. 3 может генерироваться с малыми затратами с высоким коэффициентом полезного действия. Требование, чтобы импульс по возможности не должен иметь постоянной составляющей, обосновано тем, что разделительный трансформатор 44 питающего устройства 26 не может передавать никакой постоянной составляющей в частотном спектре импульса u(t).

Фиг. 4 показывает принципиальную схему приемного устройства 30 согласно Фиг. 1. Это приемное устройство 30 содержит блок для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени 88, вычислительный блок 90, основную память 92 и входной и выходной интерфейсы 94 и 96. Кроме того, это приемное устройство 30 содержит документационную память 98 и экран 100. Вход блока для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени 88 связан с входным зажимом приемного устройства 30, к которому подключен коаксиальный кабель 32. Кроме того, управляющий зажим этого блока 88 соединен с управляющим входом приемного устройства 30, с которым соединена управляющая линия 34. На стороне выхода этот блок для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени 88 связан с вычислительным блоком 90, который связан с основной памятью 92 и документационной памятью 98 таким образом, чтобы можно было производить обмен данными. На стороне входа этот вычислительный блок 90 еще связан с входным интерфейсом 94, в частности двоичным входным интерфейсом, и на стороне выхода с экраном 100 и выходным интерфейсом 96, в частности двоичным выходным интерфейсом. Посредством этих обоих интерфейсов 94 и 96 приемное устройство 30 соединено с вышестоящим управлением установки, которое более подробно не представлено. От этого управления установки, которое является частью техники управления высоковольтной установки электропередачи постоянного тока, приемное устройство 30 получает эксплуатационные и регулировочные параметры. Посредством выходного интерфейса 96 генерированный сигнал оповещения или, соответственно, сигналы состояния попадают к технике управления.

Блок для записи эхо-сигналов в масштабе реального времени 88 состоит из аналого-цифрового преобразователя и памяти, в частности памяти с оперативной записью и считыванием, которая подключена после аналого-цифрового преобразователя. Этот аналого-цифровой преобразователь стартуется посредством пускового импульса S_т генератора импульсов 28, то есть аналого-цифровой преобразователь начинает преобразование в цифровую форму аналоговых входных сигналов, то есть поступающих эхо-сигналов. Эти значения опроса после преобразования в цифровую форму запоминают. Эти обе компоненты блока 88 работают в реальном масштабе времени, то есть поступающие эхо-сигналы обрабатывают в реальном масштабе времени. Высота частоты опроса аналого-цифрового преобразователя и быстродействие запоминания значений опроса зависит от того, насколько длинной является электродная линия 4. Это означает, что за счет длины электродной линии 4 определяют время прохождения эха и тем самым задают временную область, которая является интересной для оценки. Кроме того, высота частоты опроса зависит также от объема памяти. Эти запомненные значения опроса образуют в качестве временной функции действительную эхо-кривую ЕК согласно Фиг.5.

Дальнейшую обработку этой определенной в реальном масштабе времени действительной эхо-кривой производят в автономном режиме. Для этого эти преобразованные в цифровую форму значения опроса копируют в основную память 92. Кроме того, эти значения опроса могут быть отображены графически на экране 100, то есть представленная на Фиг.5 действительная эхо-кривая ЕК появляется на экране 100. Эту действительную эхо-кривую ЕК сравнивают посредством вычислительного блока 90 с отложенной в основной памяти 92 динамической заданной эхо-кривой. То есть вычисляют разностную эхо-кривую EDK, как она представлена, например, на Фиг. 6 в диаграмме от времени t. Эту разностную эхо-кривую EDK снабжают проходящими выше и ниже этой разностной эхо-кривой EDK постоянными граничными кривыми GKO и GKU. Эти обе граничные кривые GKO и GKU тем самым образуют поле допуска, которое применяют для нахождения мест повреждения.

Действительная эхо-кривая ЕК согласно Фиг.5 показывает, что в безупречном случае импульс на конце электродной линии 4 отражается определенно. Эхо отражается и принимается или, соответственно, оценивается на приемнике во временной области. При этом получается, например, эта отображенная действительная эхо-кривая ЕК, которая представляет собой реакцию на импульсное воздействие всей системы (коаксиального кабеля 32, питающего устройства 26 и исправной электродной линии 4). Эта действительная эхо-кривая ЕК представляет собой как бы отпечаток пальца безупречной системы. На Фиг.5 представлена типичная действительная эхо-кривая ЕК исправной электродной линии 4 длиной порядка 7, 4 км. Соответствующая временная ось t этой диаграммы параметрирована в километрах расстояния. В случае такой действительной эхо-кривой ЕК могут различаться несколько областей. Эти области пронумерованы, как поясняется в последующем:
a) запитываемый импульс (1)
b) отражение на разделительном трансформаторе 44 (2)
c) переходной процесс или, соответственно, процесс установления питающего устройства (3)
d) определенное отражение от конца электродной линии (4)
Если на электродной линии 4 появляется повреждение (повреждение провод-земля или обрыв линии), то возникает дополнительное эхо от места повреждения. Это приводит к изменению действительной эхо-кривой ЕК. Согласно представлению Фиг. 6 повреждение провод-земля удалено от питающей точки 36, 38 примерно на 4,5 км и создает отчетливое эхо или, соответственно, выброс LEF. Одновременно определенная действительная эхо-кривая ЕК от конца электродной линии 4 также искажается, что отражается в этой разностной кривой в виде второго выброса FZ. Первый, лежащий по времени ближе выброс LEF происходит всегда от места повреждения и должен привлекаться для определения местоположения повреждения в случае, если это является желательным в качестве задания. Из формы или, соответственно, интенсивности отраженного от места повреждения эха можно в общем также сделать выводы о виде повреждения (повреждение провод-земля или обрыв линии). Для длительного контроля электродной линии 4 на повреждения, однако, в принципе является достаточным контролировать разностную эхо-кривую EDK на выбросы LEF, которые лежат вне поля допуска.

Как уже упомянуто, для определения разностной эхо-кривой EDK применяют динамическую заданную эхо-кривую. Эту заданную эхо-кривую образуют из по меньшей мере двух записанных последовательно по времени действительных эхо-кривых EK₁ и EK₂, в то время как из этих обеих эхо-кривых EK₁ и ЕК₂ образуют эхо-кривую средних значений, которую затем запоминают в качестве заданной эхо-кривой. Это вычисление динамически продолжают так, что новую действительную эхо-кривую ЕК₃ применяют для вычисления новой заданной эхо-кривой, причем первую эхо-кривую EK₁ больше не применяют. Подобное вычисление можно производить с помощью регистра сдвига, причем всегда новую кривую вводят, а самую старую по времени кривую выводят. Из кривых, которые введены в регистре сдвига, вычисляют эхо-кривую средних значений. Таким образом, после каждого пускового импульса S_т вычисляют новую динамическую заданную эхо-кривую. Это вычисление начинают только тогда, когда сравнение актуальной действительной эхо-кривой с актуальной заданной эхо-кривой сигнализирует безупречное состояние. Посредством регулировочных параметров устанавливают, как много действительных эхо-кривых должны применяться для вычисления динамической заданной эхо-кривой.

За счет применения динамической, изменяющейся во времени заданной эхо-кривой в способ контроля вовлекают, например, влияния времен года на электродную линию 4 так, что случай повреждения может быть определен однозначно.

Наряду с динамической оценкой имеет место также статическая оценка. В случае этой статической оценки применяют постоянную, не изменяющуюся во времени заданную эхо-кривую ЕК*, которая присвоена определенной рабочей ситуации электродной линии 4. Эту статическую заданную эхо-кривую ЕК* окружают полем допуска, образованным соответственно проходящей выше и ниже граничной кривой GKO_d и GKU_d согласно представлению на Фиг.7. При статической оценке образованную динамическую заданную эхо-кривую сравнивают со статической заданной эхо-кривой ЕК*, чтобы узнать, лежит ли эта динамическая заданная эхо-кривая еще внутри образованного поля допуска. Если это не имеет места внутри заданного промежутка времени по меньшей мере один раз, генерируют сигнал повреждения. Коль скоро сигнал повреждения генерирован, устройство 2 для контроля электродной линии 4 отключается до тех пор, пока оно будет снова вручную возвращено в исходное состояние. С генерированием сигнала повреждения промежуточно запоминают мгновенную динамическую заданную эхо-кривую, а также множество приоритетных действительных эхо-кривых для документационных целей в документационной памяти 98.

Установку поля допуска статической заданной эхо-кривой EK* и установку поля допуска разностной эхо-кривой производят посредством регулировочных параметров. Вызов статической заданной эхо-кривой EK*, которая относится к определенной рабочей ситуации электродной линии 4, производят посредством эксплуатационных параметров. Предпосылкой является, чтобы в основной памяти 92 было запомнено множество статических заданных эхо-кривых EK*.

Реферат

Изобретение относится к контролю электродной линии. Техническим результатом является повышение точности контроля электродной линии. Для контроля состоящей из двух линий электродной линии биполярной высоковольтной установки электропередачи постоянного тока образованный из несимметричного относительно земли импульса симметричный относительно земли импульс в противофазной моде запитывают в линии и из эхо-сигналов записывают действительную эхо-кривую, которую сравнивают с динамической заданной эхо-кривой, причем при превышении поля допуска, установленного вокруг разностной эхо-кривой, генерируют сигнал повреждения. Таким образом получают способ и устройство контроля, которое является примерно независимым от сильно колеблющейся проводимости земли, имеет более высокую дальность действия при одновременно меньшем рассеивании эха и излучает меньшую электромагнитную энергию, а также не требует никаких дополнительных элементов развязки. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 7 ил.

Формула