УКН – 01 Пристрій безперервного автоматичного контролю справності ланцюгів розімкнутого трикутника вимірювальних трансформаторів напруги

І. В. Сивокобиленко
Журнал «Электричиские мережі і системи» №4 2008 р.
УКН – 01
Пристрій безперервного автоматичного контролю справності ланцюгів розімкнутого трикутника вимірювальних трансформаторів напруги
Правильна і надійна робота пристроїв релейного захисту може бути забезпечена при справному стані ланцюгів струму і напруги, що подаються на захист, вимірювальні перетворювачі якої сприймають в основному лише два параметри: величину струму і величину напруги в мережі.
В останні два десятиліття загострилася проблема
надійності енергетичного обладнання, зокрема функціонування маслонаповнених вимірювальних трансформаторів напругою 35 – 750 кВ. Очевидно, що пошкодження вимірювальних трансформаторів напруги
(ТН) обумовлено загальним старінням обладнання
енергосистем. Пошкодження ТН часто супроводжується
вибухом, з викидом палаючого масла і осколків порцеляни, що представляє велику
небезпека для обслуговуючого персоналу та обладнання.
Основним критерієм справності як самого ТН, так і його вторинних ланцюгів, є
наявність на висновках розімкнутого трикутника напруги небалансу третьої гармоніки.
При виникненні виткового замикання в обмотках ТН в ланцюгах розімкнутого трикутника з'являється напруга першої гармоніки значно більшої величини, ніж напруга небалансу третьої гармоніки. Також напруга 50 Гц з'являється і при обриві ланцюга розімкнутого трикутника. Складові вищих гармонік малі і ними можна
знехтувати. Контроль справності ланцюгів 3Uo за штатним приладу на панелі ТН неефективний із-за малої величини небалансу. Тому в енергосистемах контроль
зазначеного небалансу здійснюється різними методами.
Сформована на сьогоднішній день практика контролю ланцюгів напруги не завжди дозволяє своєчасно виявити дефекти. В Донбаської Електроенергетичної системи справний стан ланцюгів розімкнутого трикутника вимірювальних трансформаторів напруги контролюється оперативним персоналом один раз у зміну. Виникнення несправності в цих ланцюгах, яка може бути виявлена через досить тривалий час, може призвести до відмови або помилковому спрацьовуванню з-за втрати спрямованості захисту від замикання на землю, які підключені до даного трансформатора напруги.
Аналіз технологічних порушень, експлуатація мікропроцесорних захистів ШДЭ
з контролем справності ланцюгів напруги і пристроїв реєстрації аварійних
параметрів типу РЕКОН показала необхідність і актуальність безперервного контролю
ланцюгів напруги.
Розглянемо деякі випадки, що призвели до пошкодження первинного обладнання,
які можливо було запобігти при безперервному контролі ланцюгів розімкнутого трикутника.
- На ПС «Новодонбаська – 500 кВ» 14.12.2004 р. Донбаської ЕС сталося пошкодження ф.«У» трансформатора напруги ТН №1 другої системи шин 220 кВ (типу НКФ-220) з руйнуванням порцелянової сорочки. Причина – термічне пошкодження ізоляції обмоток при тривалому, протягом 1 години 06 хвилин, впливі ферорезонансних напруг. При цьому значення напруги 3Uo значно зростала.
- На ПС-330 кВ "Кам'янець-Подільський" від 07.02.05 р. Південно-західної ЕС о 10.00 черговими було виявлено і доповіли керівництву про небалансе у відкритому трикутнику ТН-330 кВ "Чернівці". О 10.48 дією захистів відключилася ПЛ-330 кВ «Кам.Подолський – Чернівці» з неуспішним АПВ. Оглядом выявленна зруйнована ф.“З" ТН-330 кВ "Чернівці" (тип НКФ-330, зав.№1019225, рік виготовлення – 1972).
Причина: при монтажі ТН були неправильно зібрані з'єднання між верхнім і середнім каскадом. Перевірка коефіцієнта трансформації не була виконана і ТН був включений під напругу, поки не було виявлено невідповідність показань напруги. Після перевірки ТН був включений в роботу з нормальною схемою з'єднань. Неправильне з'єднання під час монтажу призвело до нагрівання з'єднувальних обмоток та погіршення стану твердої ізоляції обмоток. В результаті виткового замикання була пошкоджена ізоляція первинної обмотки. Після пошкодження основної ізоляції верхнього каскаду стався пробій середнього та нижнього каскадів, що і призвело до руйнування ТН.
Розвитку порушення сприяло відсутність у місцевій інструкції ДС-25 з ліквідації технологічних порушень вказівки оперативного персоналу про необхідність негайного виведення з роботи трансформатора при підвищенні показників 3U0, як передбачено у п. 8.5.1 СОУ-Н МПЕ 40.1.20.563:2004 (6.4.13. 6.4.18 6.5.10. 6.5.3).
Фахівцями ВАТ "Електротехнічний завод" (Київ р.) під торговою маркою РЕЛСiЗ®, за сприяння працівників кафедри "Електричні станції" Донецького Національного Технічного Університету і фахівців регіонального представника заводу ТОВ "Сервисэнергоэксплуатация", було розроблено мікропроцесорний пристрій УКН-01 контролю стану ланцюгів напруги, призначений для безперервного автоматичного контролю справності ланцюгів розімкнутого трикутника вимірювальних трансформаторів напруги.
Цей пристрій не має аналогів на території України, країн СНД і Європи. Застосування в пристрої мікроконтролера алгоритму цифрової фільтрації функції контролю та індикації напруги забезпечує високу точність вимірювання вхідного сигналу.
Робота пристрою заснована на вимірюванні середньоквадратичного значення напруги вхідного сигналу і складової напруги частотою 150 Гц цього сигналу. Для вимірювання напруги використовується цифрова обробка сигналу. За допомогою АЦП періодично проводиться вимірювання миттєвого значення досліджуваного сигналу, ці виміри обробляються мікроконтролером по алгоритму, що реалізує цифровий фільтр і выделяющему напруга частотою 150 Гц протягом 256 мс, по закінченню накопичення запускається алгоритм обчислення середньоквадратичного значення для вхідного сигналу та його складової частотою 150 Гц. Одержані значення порівнюються з заданими напругами - уставкою спрацьовування пристрою, якщо напруги не перевищують задані, їхні значення виводяться на дисплей.
При виявленні перевищення заданих параметрів, запускається таймер і по закінченню відліку заданої витримки часу, вихідне реле спрацьовує, при цьому на дисплеї фіксується значення напруги в момент спрацьовування вихідного реле. Якщо тривалість перевищення заданих параметрів спрацювання менше витримки часу таймера (заданої уставки), спрацьовування вихідного реле не відбувається.
Повернення пристрою в початковий стан відбувається за допомогою натискання кнопки «СКИДАННЯ».
Пристрій забезпечує:
автоматичне вимірювання величини діючої напруги на висновках розімкнутого трикутника в межах від 0,1 до 10 В;
вимірювання складової напруги частотою 150 Гц на висновках розімкнутого трикутника в межах від 0,1 до 10 В;
спрацьовування при перевищенні вхідної напруги вище заданої уставки в межах від 0,05 до 10 В;
спрацьовування при зниженні вхідної напруги частотою 150 Гц нижче заданої уставки в межах від 0,05 до 10 В;
витримку часу на спрацьовування на сигнал в межах від 0,5 до 10 сек.
Передбачена гальванічна розв'язка між джерелом електроживлення, вимірювальним входом, контактів вихідного реле відносно корпуса та між собою, що витримують напругу 1000 В частотою 50 Гц протягом однієї хвилини. Опір ізоляції всіх гальванічно не пов'язаних ланцюгів відносно корпуса та між собою становить не менше 20 МОм. Електроживлення пристрою здійснюється від джерела постійної або змінної напруги 220 в Потужність, споживана пристроєм від джерела живлення, не перевищує 3,5 Вт. Габаритні розміри 150 х 70 х 120 мм. Маса пристрою не більше 0,7 кг.
Дослідна експлуатація експериментальних зразків пристрою УКН-01 на
підстанції «Чайкіно – 330 кВ» Донбаської ЕС дозволило своєчасно виявити
несправність у ланцюгах напруги через пошкодження трансформатора в пристрої
пуску осцилографа типу УПО, яке виражалося в шунтуванні ланцюгів розімкнутого
трикутника ТН-220 кВ системи шин опором 5 - 6 Ом, при цьому пристрій
УКН-01 зафіксувало зниження складової напруги небалансу частотою 150 Гц
з 0,4 В (звичайне значення для ланцюгів цього трансформатора напруги) до 0,1 В.
На ПС-220 кВ «Смолянка» Донбаської ЕС 29.08.2006 р. пристрій УКН-01 спрацював при підвищенні напруги небалансу 3Uо в ланцюгах ТН-110 кВ першої системи шин. Аварійна перевірка ланцюгів напруги цього трансформатора виявила слабку затяжку на контакті прохідного ізолятора в ящику затискачів трансформатора напруги фази «А».
На підставі досвіду експлуатації пристрою УКН-01, виготовлених під торговою маркою РЕЛСiЗ® ВАТ «Електротехнічний завод» (Київ р.), можна зробити висновок про доцільність встановлення подібних пристроїв в ланцюгах всіх знаходяться в експлуатації трансформаторів напруги 35 – 750 кВ.