CC BY
8
УДК 621.317.7.089.68 doi:10.21685/2307-5538-2022-4-4
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПОВЕРКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
А. С. Ильин1, И. М. Рыбаков2, А. В. Лысенко3, Н. К. Юрков4
1 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов, Пенза, Россия 1, г, з, 4 Пензенский государственный университет, Пенза, Россия 1 aalexeiil@mail.ru, 2 rybakov_im@mail.ru, 3 lysenko_av@bk.ru, 4 yurkov_NK@mail.ru
Аннотация. Актуальность и цели. Актуальность информационно-измерительной системы (ИИС) поверки киловольтметров с автоматизированным режимом работы определяется необходимостью в короткий срок проводить поверку большого объема первичных высоковольтных преобразователей и средств измерения (СИ) высокого напряжения, используемых в автоматических системах контроля высокого напряжения. Целью работы является ознакомление с современным состоянием и новой автоматизированной ИИС поверки киловольтметров. Материалы и методы. Метод сличения с образцовым СИ. Результаты. Приведен обзор различных ИИС поверки и программного обеспечения. Предложена современная автоматизированная ИИС поверки киловольтметров. Выводы. Обзор позволил выделить преимущество перед имеющимися системами новой ИИС поверки киловоль-тметров, позволяющей оперативно работать с высоковольтными СИ.
Ключевые слова: высокое напряжение, поверка, измерительная система, программное обеспечение, автоматизация
Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20318, https://rscf.ru/project/22-29-20318
Для цитирования: Ильин А. С., Рыбаков И. М., Лысенко А. В., Юрков Н. К. Современное состояние информационно-измерительных систем поверки преобразователей высокого напряжения // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2022. № 4. С. 31-36. doi:10.21685/2307-5538-2022-4-4
THE PRESENT STATE OF THE INFORMATION-MEASURING SYSTEMS FOR CHECKING HIGH VOLTAGE CONVERTERS
A.S. Ilin1, I.M. Rybakov2, A.V. Lysenko3, N.K. Yurkov4
1 Scientific Research Institute of Electronic and Mechanical Devices, Penza, Russia i, 2 3 4 Penza State University, Penza, Russia 1 aalexeiil@mail.ru, 2 rybakov_im@mail.ru, 3 lysenko_av@bk.ru, 4 yurkov_NK@mail.ru
Abstract. Background. The relevance of the information-measuring system (IMS) for verification of kilovoltmeters with an automated mode of operation is determined by the need to quickly verify a large volume of primary high-voltage converters and high-voltage measuring instruments (SI) used in automatic high-voltage control systems. The purpose of the work is to familiarize with the current state and the new automated IMS for checking kilovoltmeters. Materials and methods. Method of comparison with exemplary SI. Results. An overview of various verification IMS and software (SW) is given. A modern automated IMS for checking kilovoltmeters is proposed. Conclusions. The review made it possible to single out the advantage over the existing systems of the new IMS for checking kilovoltmeters, which makes it possible to work quickly with high-voltage measuring instruments.
Keywords: high voltage, verification, measuring system, software, automation
Acknowledgements: the research was carried out at the expense of the grant of the Russian Science Foundation No. 22-29-20318, https://rscf.ru/project/22-29-20318
For citation: Ilin A.S., Rybakov I.M., Lysenko A.V., Yurkov N.K. The present state of the information-measuring systems for checking high voltage converters. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol' = Measuring. Monitoring. Management. Control. 2022;(4):31-36. (In Russ.). doi:10.21685/2307-5538-2022-4-4
© Ильин А. С., Рыбаков И. М., Лысенко А. В., Юрков Н. К., 2022. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
32
Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2022. № 4
Развитие таких разнообразных областей, как наука, промышленность, здравоохранение, аналитическое приборостроение, полупроводниковая промышленность, телекоммуникации, контроль и безопасность, не обходится без применения высоких напряжений. Рост объема первичных высоковольтных преобразователей и СИ, используемых в автоматических системах контроля высокого напряжения, вызывает необходимость быстрого процесса их поверки [1]. Для поверки высоковольтных СИ применяются специальные ИИС поверки киловольтметров. Увеличение скорости поверки может быть достигнуто автоматизацией режима работы, благодаря имеющимся в высоковольтных СИ интерфейсов для коммутации с различными системами управления и контроля (например, встроенный в вольтметр В7-40 интерфейс позволяет использовать его в составе автоматизированных ИИС).
Существующие установки поверки и калибровки киловольтметров УПК-100 и У-400 своими характеристиками удовлетворяют необходимую потребность [2]. Однако имеющийся ручной режим требует большое количество операций и длительный процесс поверки и не позволяет работать с большим количеством высоковольтных СИ в короткие сроки. Кроме того, ручной режим ввиду отсутствия синхронизации процесса работы вносит погрешность измерения, именуемую как погрешность оператора.
Ускорить процесс поверки позволяет специальное ПО, автоматически выполняющее множество операций и имеющее синхронизацию измерений.
Так, программное обеспечение (ПО) Ц№ТЕ88 АРМ (рис. 1) предназначено для поверки и калибровки киловольтметров и измерительных систем высокого напряжения с возможностью подключения персонального компьютера (ПК) к оборудованию посредством любого из стандартных интерфейсов [3].
Рис. 1. Внешний вид рабочего окна программы и№ТБ88 АРМ
Алгоритм работы, соответствующий определенной методике поверки, управляет приборами. Согласно программе, источник подает на вход эталона и СИ электрические сигналы с определенными параметрами. Оператор считывает показания средства измерения и вводит их в диалоговом режиме.
Для осуществления автоматизации АРМ выполняет математические расчеты. ПО АРМ выполняет проверку на соответствие допустимым предельным значениям. Результаты поверки отображаются в специальном блоке рабочей программы. Оформление протокола поверки/калибровки киловольтметров и измерительных систем высокого напряжения осуществляется в диалоговом режиме.
Measuring. Monitoring. Management. Control. 2022;(4)
Объединение аппаратной и программной части представлено в известном комплексе средств поверки цифровых электронных трансформаторов тока и напряжения КЭТ-61850, производства фирмы ООО «НПП Марс-Энерго» (г. С.-Петербург). Комплекс предназначен для калибровки и поверки электронных трансформаторов напряжения с применением ПО [4].
Комплекс представляет систему с источником высокого напряжения, образцовым, поверяемым оборудованием и ПК. На рис. 2 изображена схема соединений КЭТ-6^50.
Рис. 2. Схема соединений КЭТ-61850 для калибровки и поверки ЭлТН
Управление источником напряжения (ИН) производится вручную, установкой требуемого значения напряжения. Имеющееся в составе ПО производит только измерение и обработку параметров поверяемого трансформатора и эталонного измерительного преобразователя напряжения (рис. 3).
33
Рис. 3. Рабочее окно ПО КЭТ-6Ш0
34
Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2022. № 4
Программный код выполняет метрологически значимые операции и вычисления, а также контролирует значения поправочных множителей и поправок, которые учитываются при вычислении результатов измерений и определяются при регулировке или поверке [5].
Связь приборов комплекса с ПК осуществляется интерфейсами Ethernet, RS-232 и интерфейсным модулям USB [6]. Для работы в автоматическом режиме поверяемое оборудование должно иметь свой интерфейс.
Синхронизация системы измерений происходит системой PPS (один импульс в секунду) от радиочасов [7]. Тактовый сигнал PPS используется для хронометража и подключения к ПК, поэтому указывает только начало секунды.
Следует заметить, что такая система синхронизации требует отдельной линии связи, ретрансляторов и больших затрат.
Кроме того, КЭТ-61850, имеющий ПО для синхронизации процесса измерений, не является полностью автоматизированным ввиду отсутствия автоматического управления источником высокого напряжения.
Обзор существующих систем, их особенностей и недостатков позволил реализовать новую автоматизированную ИИС поверки киловольтметров для постоянного тока, представляющую собой трехканальную систему воспроизведения и измерения высокого напряжения (до 30 кВ) под управлением ПК [8].
Система имеет источник, воспроизводящий высокое напряжение, задаваемое ПК, образцовый киловольтметр, преобразующий и измеряющий воспроизводимое напряжение, и ПК, формирующий временной процесс работы системы, и обрабатывающий полученные данные. Дополнительно подключается поверяемый киловольтметр [9].
Особенностью ИИС в автоматизированном режиме с использованием ПК является возможность подключения различных измерителей напряжений, режимы поверки которых установлены в НТД на поверяемые СИ.
ПО позволяет устанавливать соотношения интервалов запуска высокого напряжения и синхронного измерения в определенный момент времени в каналах 2 и 3, повышая точность системы.
Алгоритм работы программы управления ИИС и рабочее окно управляющей программы подробно представлены в работе [10].
Заключение
Учитывая большое количество применяемых высоковольтных СИ, следует отметить преимущество новой автоматизированной ИИС поверки киловольтметров постоянного тока, позволяющей в короткий срок проводить поверку.
Положительные результаты работы над ИИС закладывают основу для реализации автоматизированной измерительной системы с рабочими напряжениями свыше 100 кВ.
Список литературы
1. Hauschild W., Lemke E. High-Voltage Test and Measuring Techniques. Berlin ; Heidelberg : SpringerVerlag, 2014. doi:10.1007/978-3-642-45352-6
2. Установки для поверки на постоянном токе электростатических киловольтметров УПК-100. Госреестр № 5481-76. Справочник измерительного оборудования. URL: http://www.kip-guide.ru/info/5481-76
3. ПО Unities // Главная - решения - поверка и калибровка - электроизмерения - поверка и калибровка киловольтметров и измерительных систем высокого напряжения. URL: https:// unitess.ru/solution/poverka-i-kalibrovka-kilovoltmetrov-i-izmeritelnyh-sistem-vysokogo-napryazheniya.html
4. КЭТ 61850 // Марс-Энерго. Главная - метрологическое обеспечение цифровых подстанций. URL: https://www.mars-energo.ru/home/metrologicheskoe-obespechenie-cps/kompleks-sredstv-poverki-elektronnykh-transformatorov-toka-i-napryazheniya-ksp-61850.html
5. Комплексы средств поверки цифровых электронных трансформаторов тока и напряжения «КЭТ-61850». Руководство по эксплуатации МС2.706.500 РЭ.
6. Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК. СПб. : Питер, 2002.
7. Ингрэм Д., Смелли Б. Реализация систем синхронизации времени на основе протокола PTP // Цифровая подстанция. URL: http://digitalsubstation.com/blog/2015/04/21
Measuring. Monitoring. Management. Control. 2022;(4) i ..................................................................................................í
8. Установка для поверки киловольтметров УПК-30ПТ. Описание типа СИ. Номер в ГРСИ РФ: 77593-20. URL: https://fgis.gostru/fundmetrology/registry/4/items/1140753
9. Ильин А. С., Кострикина И. А., Воронов А. П., Плаксунов Р. Ф. Установка для поверки киловольт-метров УПК-30ПТ // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2020. № 4. С. 44-50. doi:10.21685/2307-5538-2020-4-5
10. Ильин А. С., Юрков Н. К., Баннов В. Я. [и др.]. Алгоритм работы установки для поверки киловольтметров УПК-30ПТ // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. 2020. Т. 2. С. 303-305.
References
1. Hauschild W., Lemke E. High-Voltage Test and Measuring Techniques. Berlin; Heidelberg: SpringerVerlag, 2014. doi:10.1007/978-3-642-45352-6
2. Ustanovki dlya poverki na postoyannom toke elektrostaticheskikh kilovol'tmetrov UPK-100. Gosreestr № 5481-76. Spravochnik izmeritel'nogo oborudovaniya = Installations for direct current calibration of electrostatic kilovoltmeters UPK-100. State aetr No. 5481-76. Reference list of measuring equipment. (In Russ.). Available at: http://www.kip-guide.ru/info/5481-76
3. PO Unities. Glavnaya - resheniya -poverka i kalibrovka - elektroizmereniya -poverka i kalibrovka kilovol'tmetrov i izmeritel'nykh sistem vysokogo napryazheniya = Home - solutions - verification and calibration - electrical measurements - verification and calibration of kilovoltmeters and high voltage measuring systems. (In Russ.). Available at: https://umtess.ru/solution/poverka-i-kalibrovka-kilovoltmetrov-i-izmeritelnyh-sistem-vysokogo-napryazheniya.html
4. KET-61850. Mars-Energo. Glavnaya - metrologicheskoe obespechenie tsifrovykh podstantsiy = Mars-Energo. The main one is metrological support of digital substations. (In Russ.). Available at: https://www.mars-energo.ru/home/metrologicheskoe-obespechenie-cps/kompleks-sredstv-poverki-elektronnykh- transformatorov-toka-i-napryazheniya-ksp-61850.html
5. Complexes of means of verification of digital electronic current and voltage transformers "KET-61850". Operating Manual MS2.706.500 RE. (In Russ.)
6. Guk M. Apparatnye interfeysy PK = PC hardware interfaces. Saint Petersburg: Piter, 2002. (In Russ.)
7. Ingrem D., Smelli B. Implementation of time synchronization systems based on the PTP protocol. Tsifrovaya podstantsiya = Digital substation. (In Russ.). Available at: http://digitalsubstation.com/ blog/2015/04/21
8. Ustanovka dlya poverki kilovol'tmetrov UPK-30PT. Opisanie tipa SI. Nomer v GRSIRF: 77593-20 = Installation for checking kilovoltmeters UPK-30PT. Description of the SI type. Number in the GRSI of the RF: 77593-20. (In Russ). Available at: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/4/items/1140753
9. Il'in A.S., Kostrikina I.A., Voronov A.P., Plaksunov R.F. Installation for checking kilovolt meters of the UPK-30PT. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol' = Measuring. Monitoring. Management. Control. 2020;(4):44-50. (In Russ.). doi:10.21685/2307-5538-2020-4-5
10. Il'in A.S., Yurkov N.K., Bannov V.Ya. et al. he algorithm of the unit for checking kilovoltmeters UPK-30PT. Trudy Mezhdunarodnogo simpoziuma Nadezhnost' i kachestvo = Proceedings of the International Symposium Reliability and Quality. 2020;2:303-305. (In Russ.)
Информация об авторах /Information about the authors
Алексей Сергеевич Ильин
аспирант,
Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40); начальник лаборатории, Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (Россия, г. Пенза, ул. Каракозова, 44) E-mail: aalexeiil@mail.ru
Aleksey S. Ilin
Postgraduate student,
Penza State University
(40 Krasnaya street, Penza, Russia);
head of laboratory,
Scientific Research Institute
of Electronic and Mechanical Devices
(44 Karakozova street, Penza, Russia)
Илья Михайлович Рыбаков
кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: rybakov_im@mail.ru
Ilya M. Rybakov
Candidate of technical sciences, associate professor of the sub-department of radio equipment design and production, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2022. № 4
Алексей Владимирович Лысенко
кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: lysenko_av@bk.ru
Aleksey V. Lysenko
Candidate of technical sciences, associate professor of the sub-department of radio equipment design and production, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)
36
Николай Кондратьевич Юрков
доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: yurkov_NK@mail.ru
Nikolay K. Yurkov
Doctor of technical sciences, professor,
the honoured worker of science
of the Russian Federation,
head of the sub-department
of radio equipment design and production,
Penza State University
(40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов / The authors declare no conflicts of interests.
Поступила в редакцию/Received 13.05.2022 Поступила после рецензирования/Revised 14.06.2022 Принята к публикации/Accepted 19.07.2022
