Правильная и надежная работа устройств релейной защиты может быть обеспечена при исправном состоянии цепей тока и напряжения, подаваемых на защиту, измерительные преобразователи которой воспринимают в основном только два параметра: величину тока и величину напряжения в сети.
В последние два десятилетия обострилась проблема надежности энергетического оборудования, в частности функционирования маслонаполненных измерительных трансформаторов напряжением 35-750 кВ. Очевидно, что повреждения измерительных трансформаторов напряжения обусловлено общим старением оборудования энергосистем.
Повреждение трансформатора напряжения часто сопровождается взрывом, с выбросом горящего масла и осколков фарфора, что представляет большую опасность для обслуживающего персонала и оборудования. Основным критерием исправности как самого трансформатора напряжения, так и его вторичных цепей, является наличие на выводах разомкнутого треугольника напряжения небаланса третьей гармоники. При возникновении виткового замыкания в обмотках трансформатора напряжения в цепях разомкнутого треугольника появляется напряжение первой гармоники значительно большей величины, чем напряжение небаланса третьей гармоники. Также напряжение 50 Гц появляется и при обрыве цепи разомкнутого треугольника. Составляющие высших гармоник малы и ими можно пренебречь. Контроль исправности цепей 3Uо по штатному прибору на панели трансформатора напряжения не эффективен из-за малой величины небаланса.
Поэтому в энергосистемах осуществляется различными методами контроль указанного небаланса.
Сложившаяся на сегодняшний день практика контроля цепей напряжения не всегда позволяет выявить дефекты своевременно. Во многих электроэнергетических системе исправное состояние цепей разомкнутого треугольника контролируется оперативным персоналом не чаще одного раза за смену. Возникновение неисправности в этих цепях, которая может быть обнаружена через довольно продолжительное время, может привести к отказу из-за потери направленности защит от замыкания на землю или ложному срабатыванию дистанционных защит, которые подключены к данному трансформатору напряжения.
Именно в этом и состояла проблема — добиться непрерывного автоматического контроля исправности цепей разомкнутого треугольника измерительных трансформаторов напряжения.
Устройство УКН-01
Специалистами ОАО «Электротехнический завод», разработано и реализуется под торговой маркой «РЕЛСиС» микропроцессорное устройство УКН-01 контроля состояния цепей напряжения, предназначенное для непрерывного автоматического контроля исправности цепей разомкнутого треугольника измерительных трансформаторов напряжения.
Данное устройство не имеет аналогов на территории России, стран СНГ и Европы. В устройстве применен микроконтроллер алгоритма цифровой фильтрации, который обеспечивает высокую точность измерения входного сигнала.
Работа устройства основана на измерении среднеквадратичного значения напряжения входного сигнала и составляющей напряжения частотой 150 Гц этого сигнала. Для измерения напряжения используется цифровая обработка сигнала. С помощью АЦП периодически производится измерение мгновенного значения сигнала, эти замеры обрабатываются микроконтроллером по алгоритму, реализующему цифровой фильтр и выделяющему напряжение частотой 150 Гц в течении 256 мс, по окончанию накопления запускается алгоритм вычисления среднеквадратичного значения для входного сигнала и его составляющей частотой 150 Гц. Полученные значения сравниваются с заданными напряжениями — уставкой срабатывания устройства, если напряжения не превышают заданные, их значения выводятся на дисплей.
При обнаружении превышения заданных параметров, запускается таймер и по окончанию отсчета заданной выдержки времени, срабатывает выходное реле, при этом на дисплее фиксируется значение напряжения в момент срабатывания выходного реле. Если продолжительность превышения заданных параметров срабатывания меньше выдержки времени таймера (заданной уставки), срабатывание выходного реле не происходит.
Опытная эксплуатация экспериментальных образцов устройства УКН-01 на подстанции «330 кВ»позволило своевременно выявить неисправность в цепях напряжения из-за повреждения трансформатора в устройстве пуска осциллографа типа УПО, которое выражалось в шунтировании цепей разомкнутого треугольника ТН-220 кВ системы шин, сопротивлением 5-6 Ом, при этом устройство УКН-01 зафиксировало снижение составляющей напряжения небаланса частотой 150 Гц с 0,4 В (обычное значение для цепей этого трансформатора напряжения) до 0,1 В.
На подстанции «220 кВ» устройство УКН-01 срабатывало при повышении напряжения небаланса 3Uо в цепях ТН-110 кВ с 0,4 В до 0,9 В. Аварийная проверка цепей напряжения этого ТН-110 кВ выявило слабую затяжку болтовых соединений в ящике зажимов трансформатора напряжения фазы «В».
Эксплуатация микропроцессорных защит с контролем исправности цепей напряжения и устройств регистрации аварийных параметров типа РЕКОН показала необходимость непрерывного контроля цепей напряжения. Подтверждающее вышесказанное событие произошло на подстанции «750 кВ», где из-за частых хаотичных пусков устройства РЕКОН был аварийно выведен из работы ТН-500 кВ.
Дальнейшая проверка этого трансформатора напряжения выявила повреждение — короткозамкнутые витки изоляции.
На подстанции «500 кВ» в декабре 2004 года была повреждена фаза «В» ТН 2 СШ 220 кВ (типа НКФ-220) с разрушением фарфоровой рубашки.
Причина — термическое повреждение изоляции обмоток, при длительном (один час и шесть минут) воздействии феррорезонансных напряжений. При этом устройством «Рекон» было зафиксировано значительное увеличение напряжения небаланса 3Uо, что свидетельствует об острой необходимости установки устройства УКН-01.
На основании опыта эксплуатации устройства УКН-01 можно сделать вывод о целесообразности установки подобных устройств в цепях всех находящихся в эксплуатации трансформаторов напряжения 35-750 кВ.
На устройство получено экспертное заключение, согласно которого УКН-01 рекомендовано к установке на предприятиях энергетики.
Устройство обеспечивает
- автоматическое измерение величины напряжения на выводах обмоток разомкнутого треугольника в пределах от 0,1 до 10 В;
- измерение составляющей напряжения частотой 150 Гц на выводах обмоток разомкнутого треугольника в пределах от 0,1 до 10 В;
- срабатывание при превышении входного напряжения выше заданной уставки в пределах от 0,05 до 10 В;
- срабатывание при понижении входного напряжения частотой 150 Гц ниже заданной уставки в пределах от 0,05 до 10 В;
- выдержку времени на срабатывание на сигнал в пределах от 0,5 до 10 сек.
В УКН-01 предусмотрена гальваническая развязка между источником электропитания, измерительным входом, контактами выходного реле относительно корпуса и между собой, выдерживающие напряжение 1000 В частотой 50 Гц в течении одной минуты. Сопротивление изоляции всех гальванически не связанных цепей относительно корпуса и между собой составляет не менее 20 МОм. Электропитание устройства осуществляется от источника постоянного или переменного напряжения. Мощность, потребляемая устройством от источника электропитания, не превышает 3,5 Вт. Габаритные размеры 150×70×120 мм. Масса устройства не более 0,7 кг.
Согласно экспертного заключения устройство УКН-01 получило подтверждение соответствия функциональных показателей отраслевым требованиям и условиям эксплуатации.
Устройство непрерывного автоматического контроля цепей «разомкнутого» треугольника трансформаторов напряжений типа УКН-01 рекомендовано к использованию на энергетических предприятиях.
Таким образом, поставленная перед специалистами релейной защиты задача непрерывного автоматического контроля исправности цепей разомкнутого треугольника измерительных трансформаторов нашла практическое воплощение в микропроцессорном устройстве УКН-01, созданном на базе обобщения практического опыта энергетиков. Можно только порадоваться, что данное устройство окажет практическую помощь обслуживающему персоналу подстанций, гарантирует безаварийность и надежность работы оборудования. Надеюсь данный материал поможет энергетикам правильно оценить значимость данного устройства для решения практических задач, стоящих перед дежурными сменами на подстанциях.
С. В. ПОСТОЯЛКО,
директор ООО «РЕЛСиС».
