RU2229724C2

RU2229724C2 - Automated system for electricity testing and metering

Info

Publication number: RU2229724C2
Application number: RU2002117252/28A
Authority: RU
Inventors: А.В. Бунин (RU); А.В. Бунин; н В.М. Геворк (RU); В.М. Геворкян; С.Н. Добосин (RU); С.Н. Добосин; Ю.А. Казанцев (RU); Ю.А. Казанцев; Л.М. Макальский (RU); Л.М. Макальский; Б.С. Новиков (RU); Б.С. Новиков; В.И. Полукаров (RU); В.И. Полукаров
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-05-27
Also published as: RU2002117252A

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: system has case connected in series at break of power wire. Concentrated capacitor of capacitive voltage divider is put on outer surface of case. First plate of capacitor is connected to wall of case or is formed by wall of case. Second plate of capacitor can be connected to device of primary data processing located inside case. Current instrument transformer is anchored on outer side of case on insulation spacer and its output leads are connected to input of device of primary data processing. System incorporates transmitter with data transmission channel positioned inside case, field equalizer and electric screen. Current instrument transformer is encased in electric screen. Placement of system under potential power wire allows it to be structurally simplified and its reliability to be enhanced. EFFECT: simplified process of periodic check of current and voltage instrument transformers. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам контроля и учета электроэнергии на высоковольтных входных и выходных порталах электрических подстанций и присоединений высоковольтных линий электропередачи.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to systems for monitoring and accounting for electricity at high-voltage input and output portals of electrical substations and connections of high-voltage power lines.

Известно устройство для измерения электрической мощности и энергии, используемое в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии, описанное в патенте РФ № 2138827, МПК⁶ G 01 R 24/133, опубл. 27.09.1999 г. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, мультиплексоры, входы которых соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения и тока соответственно. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока обработки информации. К аналоговому входу интерфейсного блока параллельно друг другу подключены выходы мультиплексоров. Аналоговый выход интерфейсного блока соединен с входом блока обработки информации, который считывает мгновенные значения тока и напряжения, по которым за период вычисляются значения активной, полной и реактивной мощностей.A device for measuring electrical power and energy, used in automated systems for monitoring and accounting for electricity, is described in the patent of the Russian Federation No. 2138827, IPC ⁶ G 01 R 24/133, publ. 09/27/1999, the device contains an analog-to-digital Converter, multiplexers, the inputs of which are connected to the outputs of the measuring voltage and current transducers, respectively. The output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the information processing unit. The outputs of the multiplexers are connected to the analog input of the interface unit in parallel. The analog output of the interface unit is connected to the input of the information processing unit, which reads the instantaneous values of current and voltage, from which the values of active, full and reactive powers are calculated over a period.

Однако в качестве первичных датчиков тока и напряжения используются традиционные громоздкие и дорогостоящие системы высоковольтных трансформаторов тока и напряжения. Это ограничивает возможность повышения точности измерения мощности и электроэнергии, при этом последнее связано с тем, что поверка высоковольтных трансформаторов тока и напряжения весьма трудоемкая процедуры и требует дорогостоящего оборудования.However, traditional bulky and expensive systems of high voltage current and voltage transformers are used as primary sensors of current and voltage. This limits the possibility of improving the accuracy of measuring power and electricity, the latter being due to the fact that the verification of high voltage current and voltage transformers is a very time-consuming procedure and requires expensive equipment.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии является система (АСКУЭ “СПРУТ”), разработанная Научно-производственным объединением “САБ-система”, описанная в статье: Алексейчик В.В., Болгов В.Т. Проблемы учета, контроля и управления энергоресурсами на промышленном предприятии и пути их решения. “Энергосбережение в Поволжье”, 2001, вып.1, с.58-67. В состав известной системы входят датчики тока (трансформаторы тока) и напряжения (трансформаторы напряжения), транспортная сеть (специализированная локальная сеть передачи аналоговых данных в виде формы кривой тока и формы кривой напряжения от соответствующих датчиков), измерительная система-контроллер, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь сигналов, поступающих от транспортной сети, и микропроцессор с общим и специальным программным и информационным обеспечением, поддерживающий работу транспортной сети и осуществляющий первичную обработку и хранение информации от датчиков, а также радио- или телефонные модемы для сопряжения с приборами учета энергоресурсов, реализующими соответствующие ГОСТ протоколы сбора и обработки информации.The closest in technical essence to the proposed automated system for monitoring and accounting for electricity is the system (ASKUE “SPRUT”), developed by the Scientific and Production Association “SAB-system”, described in the article: Alekseychik VV, Bolgov V.T. Problems of accounting, control and management of energy resources at an industrial enterprise and ways to solve them. “Energy Saving in the Volga Region”, 2001, issue 1, p. 58-67. The known system includes current sensors (current transformers) and voltage (voltage transformers), a transport network (a specialized local area network for transmitting analog data in the form of a current waveform and a voltage waveform from corresponding sensors), a measuring controller system, which includes an analog - a digital converter of signals coming from the transport network, and a microprocessor with general and special software and information support for the operation of the transport network and implementing primary processing and storage of information from sensors, as well as radio or telephone modems for interfacing with energy metering devices that implement the relevant GOST protocols for collecting and processing information.

Однако данная система имеет недостатки, связанные с применением громоздкого и дорогостоящего оборудования первичных датчиков - стандартных измерительных трансформаторов тока и напряжения, сложной и дорогостоящей процедурой поверки, а кроме того, требует решения сложной технической задачи обеспечения изоляции слаботочного цифрового оборудования от высокого напряжения, так как измерительная система находится под потенциалом земли.However, this system has drawbacks associated with the use of bulky and expensive equipment of primary sensors - standard current and voltage measuring transformers, a complex and expensive verification procedure, and in addition, it requires solving a complex technical problem of ensuring isolation of low-current digital equipment from high voltage, since the measurement the system is under ground potential.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкций системы, упрощение процессов поверки измерительных трансформаторов тока и напряжения при одновременном повышении их точности, обеспечивающих возможность простого алгоритма ее периодического проведения, а также упрощение обеспечения нормального функционирования при повышении надежности и точности измерительной системы первичной и вторичной обработки и передачи данных.The technical task of the invention is to simplify the design of the system, simplify the verification processes of measuring current and voltage transformers while increasing their accuracy, providing the possibility of a simple algorithm for its periodic conduct, as well as simplifying the normal functioning while increasing the reliability and accuracy of the measuring system of primary and secondary processing and transmission data.

Решение этой задачи достигается тем, что известная автоматизированная система контроля и учета электроэнергии, содержащая измерительные трансформаторы напряжения и тока, устройство первичной обработки данных, передающее устройство, например радиопередатчик, с изолированным по напряжению каналом передачи данных измерения на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов и устройство электроснабжения с блоком питания, снабжена корпусом, образованным проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолированной прокладкой, расположенной на одной из внешних сторон корпуса, высоковольтными изоляторами, которыми корпус укреплен в рассечке высоковольтного силового провода, измерительный трансформатор напряжения образован емкостным делителем напряжения, низковольтное плечо которого выполнено в виде сосредоточенного конденсатора, расположенного на внешней поверхности корпуса, при этом одна из его обкладок подключена ко входу устройства первичной обработки данных, измерительный трансформатор тока установлен на внешней стороне корпуса и укреплен на ней через изолирующую прокладку, выходные выводы измерительного трансформатора тока подключены ко входу устройства первичной обработки данных, устройство электроснабжения снабжено трансформатором тока, размещенным на внешней поверхности корпуса, при этом выходные выводы трансформатора тока соединены со входом блока питания, причем устройство первичной обработки данных, блок питания устройства электроснабжения и передающее устройство размещены внутри корпуса.The solution to this problem is achieved by the fact that the known automated system for monitoring and accounting for electricity, containing voltage and current measuring transformers, a primary data processing device, a transmitting device, for example a radio transmitter, with a voltage-insulated measurement data transmission channel to a control center with an information signal receiver and a device power supply with a power supply unit, equipped with a housing formed by conductive walls, in the form of a Faraday cage, insulated gasket, ra located on one of the external sides of the casing, with high-voltage insulators, which the casing is fixed in the cut of the high-voltage power wire, the voltage measuring transformer is formed by a capacitive voltage divider, the low-voltage arm of which is made in the form of a concentrated capacitor located on the outer surface of the casing, while one of its plates is connected to the input of the primary data processing device, a measuring current transformer is installed on the outside of the housing and mounted on it through an insulating gasket, the output terminals of the measuring current transformer are connected to the input of the primary data processing device, the power supply device is equipped with a current transformer located on the outer surface of the housing, while the output terminals of the current transformer are connected to the input of the power supply, the primary data processing device, the power supply unit of the power supply and the transmitting device is placed inside the housing.

Кроме того, другая обкладка сосредоточенного конденсатора может быть подключена ко входу устройства первичной обработки данных.In addition, another lining of the lumped capacitor can be connected to the input of the primary data processing device.

Другая обкладка сосредоточенного конденсатора может быть образована стенкой корпуса.Another lining of the concentrated capacitor may be formed by the wall of the housing.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии может быть дополнительно снабжена электрическим экраном, присоединенным к корпусу и имеющим изолированное отверстие, через которое пропущен высоковольтный силовой провод, а измерительный трансформатор тока и трансформатор тока устройства электроснабжения расположены в электрическом экране.An automated system for monitoring and accounting for electricity can be additionally equipped with an electric screen connected to the housing and having an insulated hole through which a high-voltage power wire is passed, and a current measuring transformer and a current transformer of the power supply device are located in the electric screen.

Кроме того, автоматизированная система контроля и учета электроэнергии дополнительно снабжена выравнивателями поля, расположенными в точках соединения высоковольтного силового провода с корпусом.In addition, the automated system for monitoring and metering electricity is additionally equipped with field equalizers located at the junction points of the high-voltage power wire with the housing.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана предлагаемая автоматизированная система контроля и учета, на фиг.2 приведена конструкция системы с выравнивателями поля.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the proposed automated control and accounting system, figure 2 shows the design of the system with field equalizers.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии содержит корпус 1, выполненный, например, в виде клетки Фарадея и включенный последовательно в рассечку высоковольтного силового провода 2, высоковольтные изоляторы 3 и 4, закрепляющие корпус 1 в рассечке высоковольтного силового провода. Сосредоточенный конденсатор 5 емкостного делителя напряжения размещен на внешней поверхности корпуса 1, первая обкладка конденсатора 5 может быть подключена к проводящей стенке корпуса 1 или образована стенкой корпуса 1, а вторая подключена ко входу устройства первичной обработки данных 6, расположенного внутри корпуса 1. Измерительный трансформатор тока 7 размещен на внешней стороне корпуса 1 и укреплен на ней через изолирующую прокладку 8, выходные выводы его подключены ко входу устройства первичной обработки данных 6 о величине тока в высоковольтном силовом проводе и его напряжения относительно земли. Устройство электроснабжения выполнено в виде трансформатора тока 9, размещенного на внешней поверхности корпуса 1, и блока питания 10, ко входу которого подключены выходные выводы трансформатора тока 9. Система имеет передающее устройство с изолированным по напряжению каналом передачи данных 11, например радиопередатчик, на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов. Система может дополнительно иметь выравниватели поля 12 и электрический экран 13, присоединенный к корпусу 1 и имеющий изолированное отверстие, через которое введен силовой провод 2. Измерительный трансформатор тока 7 размещается непосредственно в электрическом экране 13.An automated electric power control and metering system comprises a housing 1, made, for example, in the form of a Faraday cage and connected in series in the cut of a high voltage power wire 2, high voltage insulators 3 and 4, securing the housing 1 in a cut of a high voltage power wire. A focused capacitor 5 of the capacitive voltage divider is located on the outer surface of the housing 1, the first lining of the capacitor 5 can be connected to the conductive wall of the housing 1 or formed by the wall of the housing 1, and the second is connected to the input of the primary data processing device 6 located inside the housing 1. Measuring current transformer 7 is placed on the outer side of the housing 1 and mounted on it through an insulating gasket 8, its output terminals are connected to the input of the primary data processing device 6 about the current in high-voltage power wire and its voltage relative to the ground. The power supply device is made in the form of a current transformer 9, located on the outer surface of the housing 1, and a power supply 10, to the input of which the output terminals of the current transformer 9 are connected. The system has a transmitting device with a voltage-isolated data transmission channel 11, for example, a radio transmitter, to a control center with a receiver of information signals. The system may additionally have field equalizers 12 and an electric shield 13 connected to the housing 1 and having an insulated hole through which the power wire 2 is inserted. A current measuring transformer 7 is placed directly in the electric shield 13.

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии работает следующим образом.Automated control and metering system works as follows.

Информационный сигнал напряжения ТТЛ (т.е. от 0 до 5 В) уровня относительно потенциала корпуса 1, пропорциональный высоковольтному фазному напряжению высоковольтного силового провода 2 относительно земли, снимается с зажимов сосредоточенного конденсатора 5 емкостного делителя напряжения, образующего низковольтное (верхнее) плечо измерительного трансформатора напряжения. Этот информационный сигнал с другого вывода сосредоточенного конденсатора 5 поступает на вход устройства первичной обработки данных 6, размещенного внутри корпуса 1. С выхода устройства 6 сигнал, пропорциональный фазному напряжению, поступает на вход передающего устройства канала передачи данных 11. Информационный сигнал напряжения ТТЛ уровня, пропорциональный силе тока в высоковольтном проводе 2, снимается с выходных зажимов измерительного трансформатора тока 7. С выхода устройства первичной обработки 6 сигнал, пропорциональный току, поступает на вход передающего устройства канала передачи данных 11. В устройстве первичной обработки 6 аналоговый информационный сигнал преобразуется в цифровую последовательность с помощью аналого-цифровых преобразователей. Затем цифровой сигнал фильтруется, корректируется и поступает на модулятор передающего устройства канала передачи данных 11. Питание устройства первичной обработки данных 6 и передающего устройства канала передачи данных 11 осуществляется от устройства электроснабжения.The information signal of the TTL voltage (i.e., from 0 to 5 V) of the level relative to the potential of the housing 1, proportional to the high-voltage phase voltage of the high-voltage power wire 2 relative to the earth, is removed from the terminals of the concentrated capacitor 5 of the capacitive voltage divider forming the low-voltage (upper) arm of the measuring transformer voltage. This information signal from the other output of the lumped capacitor 5 is fed to the input of the primary data processing device 6 located inside the housing 1. From the output of the device 6, a signal proportional to the phase voltage is supplied to the input of the transmitting device of the data transmission channel 11. The TTL voltage information signal is proportional to current in the high-voltage wire 2, is removed from the output terminals of the measuring current transformer 7. From the output of the primary processing device 6, a signal proportional to the current steps to the input of the transmitting device of the data channel 11. In the primary processing device 6, the analog information signal is converted into a digital sequence using analog-to-digital converters. Then the digital signal is filtered, corrected and fed to the modulator of the transmitting device of the data channel 11. The power of the primary data processing device 6 and the transmitting device of the data channel 11 is carried out from the power supply device.

Таким образом, в автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии информационные сигналы, пропорциональные фазному напряжению и току в фазном проводе, снимаются относительно фазного провода и обрабатываются в устройстве первичной обработки данных 6 под высоким потенциалом, а затем с помощью передающего устройства 11 изолированного по напряжению канала передачи данных измерения поступают на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов, подключенным к системе вторичной обработки, хранения и визуализации информации. Выполнение первичной обработки информационных сигналов непосредстенно под потенциалом высоковольтного силового провода исключает проблему обеспечения высоковольтной изоляции устройства первичной обработки данных 6. Работа устройств 6 и 11 обеспечивается устройством электроснабжения, которое также находится под потенциалом высоковольтного силового провода 2. Размещение устройств 6, 11 и блока питания 10 устройства электроснабжения внутри корпуса 1 обеспечивает необходимую для нормального функционирования устройства первичной обработки данных 6 и передающего устройства канала передачи данных 11 защиту от помеховых магнитных полей всех высоковольтных силовах проводов трехфазной цепи, включая высоковольтный силовой провод 2, в рассечку которого включен корпус 1. Кроме того, корпус 1 выполняет также функции электрического экрана.Thus, in an automated system for monitoring and accounting for electricity, information signals proportional to the phase voltage and current in the phase wire are removed relative to the phase wire and processed in the primary data processing device 6 at high potential, and then using the transmission device 11 of the voltage-insulated transmission channel measurement data are received at the dispatch center with an information signal receiver connected to a secondary information processing, storage and visualization system ii. The primary processing of information signals directly under the potential of the high-voltage power wire eliminates the problem of providing high-voltage isolation for the primary data processing device 6. The operation of devices 6 and 11 is provided by the power supply device, which is also under the potential of the high-voltage power wire 2. Placement of devices 6, 11 and power supply 10 power supply devices inside the housing 1 provides the necessary for the normal functioning of the primary processing device 6 ki data and transmitting the data link device 11 is protected from interfering magnetic fields of high-power wire three-phase circuit including a high voltage power cable 2, which is included in the crosscuts housing 1. Furthermore, housing 1 also functions as an electrical shield.

Первая обкладка сосредоточенного конденсатора 5 автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии может быть образована стенкой корпуса 1. При этом повышается точность измерения фазного напряжения в диапазоне температур окружающей среды за счет более точного подбора ТКЕ сосредоточенного конденсатора 7 в сравнении с имеющейся номенклатурой ТКЕ у стандартных конденсаторов.The first lining of the concentrated capacitor 5 of the automated system for monitoring and accounting for electricity can be formed by the wall of the housing 1. This increases the accuracy of measuring the phase voltage in the range of ambient temperatures due to a more accurate selection of the TKE concentrated capacitor 7 in comparison with the existing TKE nomenclature of standard capacitors.

Расположение вторичной цепи измерительного трансформатора тока 7 под потенциалом высоковольтного силового провода 2 позволяет использовать трансформатор тока для низкого напряжения (например, 0,66 кВ), что позволяет обеспечить его с классом точности 0,2. Построение трансформатора напряжения в виде емкостного делителя, низковольтное плечо которого размещено на высоковольтной стороне, упрощает конструкцию трансформатора напряжения, исключив проблему, связанную с обеспечением изоляции измерительной цепи.The location of the secondary circuit of the measuring current transformer 7 under the potential of the high-voltage power wire 2 allows the use of a current transformer for low voltage (for example, 0.66 kV), which allows it to be provided with an accuracy class of 0.2. The construction of a voltage transformer in the form of a capacitive divider, the low-voltage arm of which is located on the high-voltage side, simplifies the design of the voltage transformer, eliminating the problem associated with the isolation of the measuring circuit.

Наличие электрического экрана 13, присоединенного к корпусу 1 и имеющего изолированное отверстие, через которое введен высоковольтный силовой провод 2, и размещение измерительного трансформатора тока 7 в электрическом экране 13 уменьшает влияние электрических полей высоковольтных силовых проводов (собственного силового провода 2 и соседних фаз) на коэффициент преобразования измерительного трансформатора тока 7.The presence of an electric screen 13 connected to the housing 1 and having an insulated hole through which a high-voltage power wire 2 is inserted, and the placement of a current measuring transformer 7 in the electric screen 13 reduces the influence of the electric fields of the high-voltage power wires (own power wire 2 and adjacent phases) on the coefficient transformations of a measuring current transformer 7.

Использование радиопередатчика в качестве передающего устройства канала передачи данных 11 автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии увеличивает дальность передачи информации на приемник диспетчерского пункта.The use of a radio transmitter as a transmitting device for a data channel 11 of an automated power control and metering system increases the transmission range of information to a control room receiver.

Наличие выравнивателей поля 12 в автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии и расположение их в точках соединения высоковольтного силового провода 2 с корпусом 1 уменьшает уровень высокочастотных помех, воздействующих на устройство первичной обработки данных 6, и, соответственно, упрощает требования к его экранированию. В качестве одного из выравнивателей поля может быть использован электрический экран, например электрический экран 13.The presence of field equalizers 12 in the automated control and metering system and their location at the junction points of the high-voltage power wire 2 with the housing 1 reduces the level of high-frequency interference affecting the primary data processing device 6, and, accordingly, simplifies the requirements for its shielding. As one of the field equalizers can be used an electric screen, for example an electric screen 13.

Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить возможность периодического контроля и поверки данного типа автоматизированных систем контроля и учета в лабораторных условиях на основе демонтажа корпуса 1 и его транспортировки в испытательную лабораторию.The proposed technical solution allows the possibility of periodic monitoring and verification of this type of automated control and accounting systems in the laboratory based on the dismantling of building 1 and its transportation to the test laboratory.

Таким образом, предлагаемая автоматизированная система контроля и учета электроэнергии имеет простую конструкцию измерительных трансформаторов тока и напряжения при одновременном повышении их точности и упрощении процессов их поверки, с возможностью простого алгоритма ее периодического проведения, а также упрощается решение задачи обеспечения нормального функционирования при повышении надежности и точности измерительной системы.Thus, the proposed automated system for monitoring and accounting for electricity has a simple design of measuring current and voltage transformers while improving their accuracy and simplifying their verification processes, with the possibility of a simple algorithm for its periodic conduct, and also simplifies the solution of the problem of ensuring normal functioning while increasing reliability and accuracy measuring system.

Claims

1. An automated system for monitoring and accounting for electricity, comprising voltage and current measuring transformers, a primary data processing device, a transmitting device, such as a radio transmitter, with a voltage-insulated measurement data transmission channel to a control center with an information signal receiver, and an electric power supply device with a power supply, characterized in that it is provided with a housing formed by conductive walls in the form of a Faraday cage, an insulated pad located on one of the outer sides of the housing, by high-voltage insulators, which are mounted in the cut of the high-voltage power cable, the voltage measuring transformer is formed by a capacitive voltage divider, the low-voltage arm of which is made in the form of a concentrated capacitor located on the outer surface of the housing, while one of its plates is connected to the input of the primary device data processing, a measuring current transformer is installed on the outside of the housing and mounted on it through an insulating gasket , the output terminals of the measuring current transformer are connected to the input of the primary data processing device, the power supply device is equipped with a current transformer located on the outer surface of the housing, while the output terminals of the current transformer are connected to the input of the power supply, the primary data processing device, the power supply unit of the power supply and transmitting device placed inside the case.

2. The automated power control and metering system according to claim 1, characterized in that the other lining of the concentrated capacitor is connected to the input of the primary data processing device.

3. The automated system for monitoring and accounting for electricity according to claim 1, characterized in that the other lining of the concentrated capacitor is formed by the wall of the housing.

4. The automated system for monitoring and accounting of electricity according to claim 1, 2, or 3, characterized in that it is additionally equipped with an electric screen connected to the housing and having an insulated hole through which a high-voltage power wire is passed, and a current measuring transformer and a transformer power supply devices are located in the electric screen.

5. The automated system for monitoring and accounting for electricity according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that it is additionally equipped with field equalizers located at the junction points of the high-voltage power wire with the housing.