Початок arrow Архів arrow Контроль опорных ТТ и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением

Контроль опорных ТТ и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением

Зміст статті
Контроль опорных ТТ и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением
Варианты и выводы

Контроль опорных трансформаторов тока и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением в энергосистемах Украины

Шинкаренко Г. В., канд. техн. наук Донбасская электроэнергетическая система

Опорные трансформаторов тока (ТТ) 330 - 750 кВ и вводы силовых трансформаторов (ВСТ) 110 - 750 кВ, которые контролируются под рабочим напряжением, оснащаются устройствами присоединения и подключения (УПР и УПД). УПР включается в рассечку шинки заземления измерительного вывода - вывода от наружной обкладки изоляции или экрана ТТ или ВСТ и предназначено для его защиты от перенапряжений и выдачи в УПД тока, пропорционального току утечки. Под током утечки понимается ток в цепи измерительного вывода, поступающий на вход УПР. Он складывается из тока изоляции, протекающего внутри изоляции под действием приложенного напряжения, и тока влияния, вызываемого рядом расположенными и находящимися под напряжением влияющими электроустановками. Перенапряжения на входе УПД могут возникнуть при:
скачках напряжения в электрической сети и операциях с разъединителем, через который ТТ присоединяется к электрической сети;
обрыве кабеля, соединяющего УПР с УПД. Устройство подключения имеет постоянную электрическую связь с УПР и предназначено для подключения переносных устройств измерения.
В энергосистемах Украины применяются два основных метода контроля под рабочим напряжением. С помощью первого, называемого мостовым, контролируется изменение разности тангенсов угла диэлектрических потерь изоляции двух одноименных фаз электрических установок разных присоединений [1]. При использовании второго метода, называемого неравновесно-компенсационным [1], проверяется нормированный ток Is* - отношение суммы предварительно выравненных токов на выходе УПР трех фаз ТТ или ВСТ Is к току УПР одной из фаз, например, с минимальным током утечки, принимаемым за базовый 1б. Кроме этого, распространена разновидность второго метода, когда измеряется только h.
Далее виды контроля, реализуемые перечисленными методами, для краткости названы соответственно дифференциальным, балансировочным и упрощенным балансировочным контролем (ДК, БК и УБК). Кроме этого, вводятся понятия: группа объединенных трансформаторов тока или вводов - группа ТТ или ВСТ, используемая для получения одного измерения, применяемого при оценке состояния;
начальные измерения - измерения при периодическом ДК или БК, которые проводятся первый раз при конкретной схеме ОРУ и температуре окружающего воздуха.
Пятнадцать подстанций и ОРУ электростанций Украины напряжением 330 - 750 кВ оборудованы централизованными системами (ЦС) автоматического и полуавтоматического БК и УБК, к которым подключены 216 фаз ТТ 750 кВ и 291 фаза ТТ 330 кВ. Около 1000 фаз ТТ 330 кВ на территории Днепровской, Центральной, Юго-Западной и Донбасской электроэнергетических систем (ЭС) поставлены под периодический ДК. Число контролируемых ВСТ существенно меньше. Три комплекта устройств собственной разработки для непрерывного БК ВСТ 110 - 330 кВ внедрены в Донбасской ЭС. На 58 трехфазных группах ВСТ 110 - 330 кВ на территории Центральной и Юго-Западной ЭС осуществляется периодический УБК.

Схема устройства присоединения
Рис. 1. Схема устройства присоединения

схемы подключения
Рис. 2. Однофазная (а ) и трехфазная (б ) схемы подключения

В энергосистемах Украины нашли применение схема УПР, которая показана на рис. 1 [1], и ее модификация, не содержащая разрядника FV1. Отсутствие FV1 резервируется использованием разрядников во входных цепях переносных и стационарных устройств измерения. В качестве FV1 применяется в основном газоразрядный элемент типа Р-350. Он имеет статическое напряжение пробоя 310 - 390 В и не нормируется на динамическое напряжение пробоя, которое в 5 - 6 раз больше [2], поэтому при высокочастотных перенапряжениях, вызываемых обычно коммутациями разъединителей на ОРУ и зависящих от соотношения емкостей главной изоляции и изоляции наружных слоев контролируемого ТТ или ВСТ, работает часто не разрядник, а искровой промежуток FV2, что неоднократно подтверждалось результатами ревизий УПР. При периодическом контроле ТТ или ВСТ применяются резисторы R1 и R2 типа С5-35, ПЭВ- 25 или ТВО-20 с суммарным сопротивлением 1- 1,5 кОм.

Общие сведения об эксплуатации централизованных систем контроля изоляции ТТ 330 - 750 кВ в Минэнерго Украины


Наименование объекта

Число фаз ТТ в системе

Эксплуатация системы

330 кВ

750 кВ

Начало

Окончание

Славянская ГРЭС

36

-

1972

1979

Кураховская ГРЭС

45

-

1974

1992

Углегорская ГРЭС

21

-

1974

1984

3апорожская АЭС

3

51

1986

1995

Чернобыльская АЭС

-

30

1987

1990

Южно-Украинская АЭС

-

24

1988

-

Хмельницкая АЭС

-

33

1994

-

Подстанция:

 

 

 

 

Красноармейская-330

12

-

1976

1995

Донбасская-750

21

6

1977

1987

3ападно-Украинская-750

39

33

1982

1990

Винницкая-750

24

18

1982

-

Днепропетровская-330

18

-

1991

-

Днепродзержинская-330

24

-

1991

-

Прометей-330

12

-

1991

-

Днепровская-750

36

21

1993

-

В случае непрерывного контроля в подавляющем числе случаев - только ТВО-20. Это связано с тем, что УПД, применяемые при периодическом ДК или БК, имеют однофазный или трехфазный коммутационный элемент S (рис. 2), с помощью которого R1 и R2 постоянно зашунтированы и не подвергаются высокочастотным перенапряжениям. Они кратковременно расшунтируются только при измерениях. В это время на ОРУ не разрешаются операции с разъединителями и вводится запрет автоматического повторного включения, что сводит к минимуму появление высокого напряжения на входе УПР. При непрерывном БК резисторы R1 и R2 не шунтируются и вследствие этого подвергаются частому воздействию высокочастотных перенапряжений, хотя и ограниченных по уровню искровым промежутком. Проволочные резисторы С5-35 и ПЭВ-25, как показал опыт эксплуатации, такого воздействия часто не выдерживают. Поэтому на подстанциях и электростанциях Украины, где применяется непрерывный БК, произошел массовый переход на более надежные резисторы с объемным проводящим слоем типа ТВО-20. Схема УПР с нелинейным ограничителем перенапряжений ОПН-0,4, рекомендуемая [3], на Украине не используется. Вместо FVl, R1 и R2 целесообразно применять полупроводниковые ограничители напряжения или специальные разрядники, выдерживающие длительное протекание тока утечки, обладающие в закрытом состоянии большим сопротивлением и нормированные на динамическое напряжение пробоя [2].
Для периодического ДК используется однофазное УПД (рис. 2, а ). Каждая фаза УПД может размещаться в отдельном корпусе, прикрепленном к железобетонной стойке соответствующей фазы ТТ. Во многих случаях три фазы УПД устанавливаются в одном корпусе, смонтированном на железобетонной стойке ТТ фазы В. В УПД, размещенных в групповых шкафах (ГШ) и значительно удаленных от ТТ, имеются разрядники, которые защищают от перенапряжений, возникающих при К3 на ОРУ.
схема канала измерения устройства измерения централизованной системы контроля ТТ
Рис. 3. Используемая на практике схема канала измерения устройства измерения централизованной системы контроля ТТ
Модернизированная схема канала измерения
Рис. 4. Модернизированная схема канала измерения

Трехфазное УПД, показанное на рис. 2, б, начало внедряться в Донбасской ЭС для периодического БК вводов силовых трансформаторов. В ЭС, где применяется УБК, внедрены трехфазные УПД, у которых нет клеммы b, предназначенной для получения нормированного тока, а ток УПР ВСТ фазы B суммируется с токами УПР ВСТ остальных фаз не через переносное устройство измерения, а внутри УПД.
Из таблицы видно, что ЦС, смонтированные 15 - 25 лет назад, в настоящее время почти все выведены из работы. Отбраковок ТТ с помощью ЦС практически не было. Отсутствие положительных результатов применения при больших материальных затратах на монтаж и текущую эксплуатацию требует детального критического анализа принципов функционирования ЦС.
Возьмем в качестве примера централизованную систему контроля ТТ, которая внедрялась в разных модификациях на подстанциях 750 кВ фирмой ОРГРЭС (Москва). ЦС осуществляет непрерывный БК, при котором ее устройство измерения постоянно включено в работу. Устройство измерения размещается в релейном зале, имеет отдельные каналы измерения, число которых соответствует числу контролируемых групп объединенных ТТ, и соединяется со всеми УПР с помощью коаксиальных кабелей. УПД не применяется. Канал выполняет функции выравнивания и суммирования токов УПР и нормирования. Его выход подключается к переключателю, выход которого присоединяется к измерителю нормированного тока. Измеритель имеет в своем составе реле с регулируемой уставкой для организации внешней сигнализации при возрастании нормированного тока до заданного предельного значения. Выравнивание токов УПР осуществляется переменными резисторами Ra, Rb, Rc (рис. 3). Токи УПР поступают на соответствующие первичные обмотки   разделительного трансформатора тока TA. Переменный резистор Rs используется для процедуры нормирования.
При внедрении ЦС предполагалось, что после действия ее сигнализации дефектные ТТ будут выводится из работы для устранения неисправности или замены. На практике уставки сигнализации предельно загрублены и выбраны с учетом максимально возможных колебаний Is*, не связанных с ухудшением изоляции ТТ. Анализ работы ЦС на энергообъектах Украины показал, что для ТТ 330 кВ значения Is* могут достигать 0,025, а для ТТ 750 кВ - 0,02, что существенно превышает уровни, которые соответствуют развивающемуся дефекту, равные соответственно 0,005 - 0,015 и 0,005 - 0,01 [3]. В связи с этим квалифицированный персонал служб или лабораторий изоляции вынужден постоянно контролировать работу ЦС, для чего на ряде подстанций организована ежедневная или еженедельная запись в журналы учета значений Is*.
В Минэнерго Украины отбраковка периодически контролируемых под рабочим напряжением фаз ТТ 330 кВ составляет ориентировочно 0,008 1/год на фазу. При такой отбраковке действующие ЦС помогут зафиксировать возникновение дефектов в ТТ 330 кВ от 1 (ПС Прометей-330) до 3 (ПС Днепровская-750) раз за 10 лет эксплуатации. В таких условиях трудно требовать от квалифицированных специалистов тщательного рутинного поиска причин появления Is*. Показанная на рис. 3 схема канала измерения может найти распространение только после ее модернизации, направленной на устранение причин нестабильной работы. Принципиальные технические решения, которые могут быть реализованы различным образом и позволяют сделать непрерывный БК пригодным для эксплуатации, показаны на рис. 4.
Схема ОРУ подстанции
Рис. 5. Схема ОРУ подстанции
Одной из самых существенных причин изменения Is*, не связанных с возникновением дефекта в изоляции, является отключение присоединения, к которому подключена группа объединенных ТТ. Выравнивание токов УПР осуществляется при находящихся под напряжением влияющих электроустановках. Поэтому после отключения группы объединенных ТТ в соответствующем канале измерения начинают протекать токи УПР, содержащие только составляющие, которые пропорциональны токам влияния и не выравнены. Следует учитывать также, что наведенные на незаземленной ошиновке ТТ напряжения создают в УПР остаточные токи изоляции, которые также не выравнены. Поэтому первая модернизация заключается в следующем. Последовательно с одним из входов канала измерения, например, в фазе В, включается второй разделительный трансформатор тока ТАЬ, к вторичной обмотке которого присоединяется реле К. Оно находится в сработанном состоянии, когда группа объединенных ТТ включена и по фазе В протекает ток УПР. При отключении ТТ ток резко уменьшается, реле К переходит в несработанное состояние, его контакт K1 размыкается и блокирует поступление сигнала к переключателю каналов измерения.
Второй причиной колебаний нормированного тока является небольшое изменение напряжения нулевой последовательности U0 на шинах подстанции при коммутациях мощных высоковольтных линий, обладающих несимметрией фазных параметров. Это характерно для ВЛ 750 кВ. Компенсация изменений U0 может быть осуществлена с помощью дополнительной обмотки w0 трансформатора ТА, которая подключается к цепи 3U0 TH через конденсатор СТН [4]. Емкость этого конденсатора подбирается в соответствии с выражением

где nТНдоп - коэффициент трансформации между обмоткой высокого напряжения и вторичной дополнительной обмоткой ТН; wраб и Uраб - угловая частота и фазное напряжение электрической сети в момент измерения базового тока I6 в обмотке Wф.
Один из вариантов выбора СТН заключается в следующем. Сопротивление резистора в цепи базового тока полностью выводится и после этого не регулируется. Остальные резисторы вводятся на 10 - 15% номинального значения. Обмотка w закорачивается. Затем измеряется получившийся ток I6 и по приведенной формуле находится СТн. После подключения СТн производятся выравнивание токов УПР и процедура нормирования с использованием тока I6 [5].
Третьей существенной причиной изменения нормированного тока является отключение влияющих электроустановок или участка влияния ОРУ, когда в токах УПР исчезают составляющие, пропорциональные соответствующим токам влияния. Под участком влияния (УВ) понимается элемент ОРУ, ограниченный со всех сторон коммутационными аппаратами (выключателями и разъединителями), отсоединяющими источники напряжения, и не имеющий внутри других коммутационных аппаратов. Компенсация таких изменений может быть осуществлена второй дополнительной обмоткой wM, к которой подключаются через контакты реле К1, К2, ... искусственные источники тока I1, I2, ..., фаза и модуль которых подобраны таким образом, что при включении УВ и замыкании соответствующего контакта происходит компенсация скачка нормированного тока [5]. Наличие или отсутствие напряжения на УВ может контролироваться по характерным признакам. Условно можно выделить два вида УВ:
с электрическим аппаратом, позволяющим контролировать наличие или отсутствие напряжения;
без элементов проверки напряжения.
На рис. 5 показан фрагмент ОРУ, собранного по полуторной схеме и имеющего типичные УВ. Участки влияния с ТН без собственного разъединителя, ТТ, вводами реакторов и силовых трансформаторов относятся к первому типу. У ТТ измеряется уровень тока утечки в каждой фазе. Показателем снятия напряжения будет скачкообразное снижение фазных токов утечки. Таким образом, можно контролировать УВ, заключенный, например, между выключателем Q1 и разъединителем QS2 (Q5 и QS12 ). Контроль напряжения на УВ, заключенных между выключателем Q4 и реактором LR1, разъединителем QS20 и силовым трансформатором T осуществляется с помощью измерения токов утечки вводов реактора или силового трансформатора. Отключение напряжения на линиях электропередачи W1 и W2 проверяется по скачкообразному снижению вторичных фазных напряжений ТН TV1 и TV3.
Необходимым и достаточным условием для принятия решения об отсутствии напряжения на УВ второго типа является отключенное положение всех его коммутационных аппаратов. При включенном разъединителе со стороны смежного УВ первого типа в качестве измерительного элемента можно использовать принадлежащие им ТТ, ТН или вводы. Если смежный УВ также относится ко второму виду, то наличие или отсутствие напряжения на нем проверяется по положению собственных коммутационных аппаратов.
Рассмотрим УВ, ограниченный разъединителями QS2, QS3, QS8 и QS9. Если разъединитель QS2 включен, то напряжение на этом участке можно проверять одновременно с участком влияния первого типа, ограниченным выключателем Q1 и разъединителем QS2, используя трансформатор тока TA1. Для этой же цели можно применить трансформатор тока TA2 и трансформатор напряжения TV1 при включенных разъединителях QS3 и QS8 соответственно. В качестве другого примера возьмем УВ между выключателем Q2 и разъединителем QS4. Если оба коммутационных аппарата отключены, то напряжения на УВ нет. При включенном Q2 проверка напряжения осуществляется с помощью ТТ TA2. Если Q2 отключен, то при включенном разъединителе QS4 отсутствие напряжения подтверждается отключенными разъединителями QS5 и QS7. Если один из них включен, то для контроля используется ТТ TA3 или ТН TV3. Трансформатор TV4 позволяет проверять напряжение на собственной ошиновке. Если он не в ремонте и его разъединитель QS16 включен, то появляется возможность контроля напряжения на шинах 2. Реле K1, K2, ..., по сути дела, являются выходными реле логических схем, с помощью которых анализируется состояние УВ первого и второго типов.
При атмосферных осадках, когда на поверхности фарфоровых покрышек ТТ образуется тонкая пленка воды, изменяющая Is*, сигнализация ЦС должна вручную выводиться из работы.
Реализация всех технических решений, направленных на повышение стабильности работы ЦС, предпочтительна на основе промышленных ЭВМ.

Устройство измерения для периодического дифференциального контроля
Рис. 6. Устройство измерения для периодического дифференциального контроля:
1 - устройство подключения проверяемого ТТ; 2 - устройство подключения эталонного ТТ; 3 - схема согласования; 4 - мост переменного тока Р5026
Наиболее результативным в энергосистемах Украины оказался периодический ДК трансформаторов тока 330 кВ, с помощью которого ежегодно  отбраковывается около 6 - 8 фаз. Большая эффективность периодического ДК связана с тем, что он проводится:
квалифицированным персоналом специализированных высоковольтных лабораторий;
при одной и той же схеме включения влияющих электроустановок; в сухую погоду.
Кроме того, ДК по принципу действия не реагирует на появления несимметрии фазных напряжений (на напряжение нулевой последовательности) на шинах ОРУ, к которым подключены контролируемые ТТ.
В энергосистемах Украины процедура измерений при ДК практически ничем не отличается от принятой в [3], т.е. при начальных измерениях один из двух объединенных ТТ включается в схему моста Шеринга в качестве проверяемого, у которого тангенс угла диэлектрических потерь равен tg Sx, а второй - эталонного ТТ, имеющего tg 50. Мост переменного тока в этом случае измеряет тангенс дифференциального угла



 
< Коммутационные процессы в вакуумных выключателях с параллельным соединением дугогасительных камер   О двухпараметричности критерия пробоев, инициируемых макрочастицами в вакууме >