CC BY
204
Михеев Г.М. Mikheev G.M.
доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», «Чебоксарский политехнический институт» (филиал) ФГБОУ ВО «МГМУ», Россия, г. Чебоксары
Каландаров Х. У. Qalandarov ^ ^
аспирант кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий имени А.А. Федорова», ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», Россия, г. Чебоксары
Иванова Т.Г. Ivanova T.G.
кандидат технических наук, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий», «Чебоксарский политехнический институт» (филиал) ФГБОУ ВО «МГМУ», Россия, г. Чебоксары
УДК 621.316.543.3:621.314.2
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ
В статье рассмотрено диагностирование контактной системы регулятора напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов со вскрытием бака контактора и сливом из него трансформаторного масла. Разработан алгоритм диагностирования трехфазного быстродействующего регулятора напряжения под нагрузкой с токоограничивающими резисторами, применительно к переключающим устройствам производства Болгарии серии РС. Подобные устройства подключаются к обмоткам высшего напряжения силового трансформатора, соединенные по схеме «звезда». Приведенный алгоритм диагностирования дает возможность определить работоспособность трехфазных регуляторов напряжения под нагрузкой серии РС. В процессе диагностирования снимаются осциллограммы токов контактов контактора переключающего устройства. По осциллограммам токов контактной системы определяется правильность чередования переключения контактов контактора. Работа алгоритма основана на сверке данных измеренных значений токов и времени процесса переключения с типовой осциллограммой, указанной в паспорте регулятора напряжения под нагрузкой. Каждое измерение записывается в базу данных цифрового осциллографа. Анализ осциллограмм токов производится на трех участках. Первый и третий участки соответственно являются отображением продолжительности времени работы левых и правых плеч контактов контактора регулятора напряжения под нагрузкой. Второй участок является отображением времени совместной работы левых и правых плеч контактора, так называемая схема «моста». Кроме проверки правильности чередования переключения контактов контактора, разработанным алгоритмом можно определить обрыв в электрической цепи с токоограничивающими резисторами левого и правого плеч контактора. Во время диагностирования во втором участке (схема «моста») выявляется обрыв ветви с токоограничивающими резисторами. Так как диагностируемый быстродействующий регулятор напряжения под нагрузкой с то-коограничивающими резисторами выполнен в трехфазном исполнении, то проверка работоспособности контактов контактора переключающего устройства производится одновременно для всех трех фаз контактора. После окончания работы алгоритма на всех трех участках цепи контактной системы регулятора напряжения под нагрузкой серии РС производится сверка общего времени процесса переключения контактов контактора с условиями, указанными в типовой осциллограмме. Далее выводится запрос о повторном диагностировании переключающего устройства. Если в этом нет необходимости, то работа алгоритма завершается.
Ключевые слова: переключающее устройство, диагностирование, регулятор напряжения под нагрузкой, алгоритм, контактная система, осциллографирование, токоограничивающий резистор, схема соединения «звезда», обмотка.
DIAGNOSTICS OF ON-LOAD TAP CHANGER CONTACT SYSTEM
In the article the diagnostics of on-load tap changer contact system of power transformers with opening the contactor tank and draining the transformer oil is considered. An algorithm for diagnosing of high-speed three-phase voltage regulator under the load with current-limiting resistors regarding to switching devices produced in Bulgaria of RS series. Such devices are joined to the high-voltage power transformer windings connected in star scheme. The algorithm given makes it possible to determine the diagnosis performance of the three-phase voltage regulators under load of RL series. In the diagnosing process current waveforms of the switching device contactor contacts are collected. Basing on the current oscillograms of the contact system the correct order of contactor contacts alternation is determined. The algorithm is based on comparison the data of the measured values of the currents and time of the switching process with the standard waveform specified in the control voltage under load passport. Each measurement is stored in a database of digital oscilloscope. Current waveforms analysis is carrying out on three sections. The first and the third section represent active time of left and right shoulders of the on-load tap changer contactor contacts respectively. The second section represent active time of left and right shoulders of the on-load tap changer contactor and is so-called scheme of contact system "bridge". Besides checking the correct alternation of the contactor contacts switching, the algorithm developed can determine the break in the circuit with current limiting resistors of the left and right contactor shoulders. At the time of diagnosis in the second section (the "bridge" scheme) the break of the branch with the current-limiting resistors is found out. Since diagnosed fast voltage regulator under the load with current-limiting resistors is performed in three-phase version, checking the switching device contactor contacts is carrying out for all three phases of the contactor simultaneously. After the end of the algorithm in all three sections of the circuit of voltage regulator under the load contact system of PC series checking the total time of switching the contactor contacts is carrying out with the conditions specified in the standard waveform. Further the switching device re-diagnostics request is displayed. If there is no need for this the algorithm ends.
Key words: switching device, diagnostic, on-load tap changer, algorithm, contact system, oscilloscope, current limiting resistor, connection scheme, winding, star.
Одним из способов регулирования напряжения на шинах подстанций является применение переключающих устройств (ПУ), установленных на обмотках силового трансформатора (СТ). Различают два вида ПУ. Первый тип используется после отключения от сети СТ и носит название переключатель без возбуждения (ПБВ). Второй тип ПУ используется для переключения ответвлений обмоток в режиме работы силового трансформатора и поэтому его называют регулятором напряжения под нагрузкой (РПН).
В конструкции ПБВ применяются только избиратели ответвлений, количество которых обычно не превышает пяти. По этой причине он достаточно прост по конструкции и считается более надежным устройством. Основным его недостатком является невозможность обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей во время переключения ответвлений обмотки трансформатора.
В настоящее время РПН широко применяется для более плавного регулирования напряжения на шинах трансформатора в автоматическом режиме.
Они выпускаются многими производителями на разные классы напряжения. РПН имеет регулировочные ответвления, переключаемые под нагрузкой с помощью специальных механически программируемых достаточно сложных устройств. В зависимости от типа и серии число ответвлений колеблется от девяти и более.
Из трехфазных РПН в системе энергетики самое большое распространение получили ПУ с токоогра-ничивающими резисторами (ТР) серии РС. Подобные устройства производятся на напряжение 35-220 кВ и устанавливаются на обмотке СТ мощностью до 100 МВ А [1].
Конструкция механизма переключения РПН серии РС состоит из контактора, избирателя и предызбирателя, а также приводного механизма. С точки зрения надежности устройства, к нему предъявляются жесткие требования. Мощные аккумулирующие пружины способствуют развитию больших скоростей подвижных частей. В связи с этим в такой конструкции возникают сильные механические удары. В данном электрическом аппарате наличие
токоограничивающих резисторов указывает на кратковременную работу контактора. По этой причине в быстродействующих ПУ серии РС для проверки последовательности работы контактора осциллогра-фируются токи в его контактной системе [1].
Ниже на рис. 1 приведена схема осциллогра-фирования токов контактной системы РПН с токо-
ограничивающими резисторами с помощью многоканального цифрового осциллографа (ЦО) со вскрытием бака контактора и сливом из него трансформаторного масла [2]. При осциллографировании токов обычно используется источник напряжения постоянного тока (ИНПТ) от 6 до 24 В.
Рис. 1. Схема осциллографирования токов в контактной системе РПН типа РС: I - силовой трансформатор; II - приводной механизм РПН; III - соединительный кабель; IV - источник напряжения постоянного тока, где Е и R0 - ЭДС и сопротивление источника напряжения постоянного тока соответственно; V - многоканальный
Данная процедура предполагает оценку параметров процессов переключения контактов контактора РПН с разбивкой цифровых осциллограмм тока на три последовательных во времени интервала с нарастающей нумерацией ^^ tм, t2). В последующем они сравниваются с типовой осциллограммой токов контактной системы РПН типа РС, указанной в паспорте оборудования. Порядок чередования сраба-
тывания контактов и время процесса переключения в каждом участке должны соответствовать типовой осциллограмме, приведенной на рис. 2.
Согласно паспорту на ПУ разных серий РС типовые осциллограммы имеют различие по времени работы контактора. Ниже в таблице указаны паспортные значения времени работы контактов контактора РПН типа РС серии РС-3, РС-4 и РС-9 [3-5].
Рис. 2. Типовая осциллограмма работы контактов контактора переключающих устройств серии РС: /1 - время работы контактов левого плеча, мс; ( - время работы контактов схемы моста, мс; /2 - время работы контактов правого плеча, мс; - общее время работы контактов, мс
Время работы контактов контактора РПН серии РС
Тип РПН Время работы контактов контактора по типовым осциллограммам, мс
t1 (левое плечо) tM (схема моста) t2 (правое плечо) tобщ (общее время)
РС(Г)-3 > 12 < 7 > 12 < 50
РС-4 > 12 0,1-6 > 12 30 - 50
РС-9 > 12 0,1-6 > 12 < 45
Нами разработан алгоритм определения работоспособности РПН серии РС со вскрытием бака контактора и слива из него трансформаторного масла. Ниже приводим описание работы данного алгоритма (см. рис. 3).
Перед началом работы алгоритма вводится наименование подстанции, диспетчерское наименование СТ, заводской номер РПН. Затем вводятся временные параметры работы контактора ?1Ап, ^Вп,
^сп ^ ^ ^ ^ ^вп ^сп указанные в типовой
осциллограмме ПУ
Опишем дальнейшую работу алгоритма для фазы «А» (для остальных фаз действия алгоритма будут аналогичными).
Вначале проверяется условие М;1Ак > 12. При его выполнении формируется сообщение «Норма ф. «А» левого плеча» и результат записывается в базу данных ЦО. Далее происходит переход к проверке первого условия в схеме «моста» контактной системы РПН.
Если не выполняется условие Л1;1Ак > 12, то алгоритм переходит к проверке Л1;1Ак < 12. При его выполнении констатируют: «разбалансировка расстояния между подвижным и неподвижным контактами (РРМК) левого плеча ф. «А» и результат записывается в базу данных ЦО. Далее происходит переход к проверке первого условия в схеме «моста» контактной системы РПН.
^¡Oi, Гобщ = Ail Ак + Лг„ + AfcAk £50
Если не выполняется условие А11Дк < 12, алгоритм проверяет отсутствие тока в цепи контактора, т. е. I = 0. Выполнение этого условия означает «обрыв ТР левого плеча контактора ф. «А». После этой процедуры происходит запись значений А1:1Дк и 11Дк в базу данных для ее пополнения, после чего идет переход на следующий шаг опроса и производится проверка условия 0,1 < А1мДк < 6.
Если условие 0,1 < А1мДк < 6 выполняется, то формируется сигнал «Норма ф. «А» схемы моста». Если данное условие не выполняется, то алгоритм переходит к проверке А1мДк > 6. В случае его выполнения ставится диагноз «дефект в контактной системе (ДКС) левого и (или) правого плеча». Полученные значения также записываются в базу данных осциллографа. Если условие А1мДк > 6 не выполняется, то алгоритм переходит к проверке цепи схемы моста на отсутствие тока 1мДк = 0. Его выполнение свидетельствует: «обрыв ТР левого и (или) правого плеча контактора ф. «А» и результаты записываются в базу данных осциллографа. После этой процедуры происходит запись значений А1мДк и 1мДк в базу данных ЦО для ее пополнения, после чего идет переход на следующий шаг опроса и производится измерение
Здесь так же, как в предыдущих двух рассмотренных интервалах, в случае выполнения А12Дк > 12, формируется сигнал «Норма ф. «А» правого плеча» и результат измерения записывается в базу данных ЦО. После чего алгоритм переходит к проверке общего времени процесса переключения РПН. При
невыполнении условия А12Дк > 12 алгоритм переходит к проверке А12Дк < 12. Его выполнение означает «разбалансировка расстояния между подвижным и неподвижным контактами (РРМК) правого плеча ф. «А». Результат измерения сохраняется в базу данных ЦО и происходит переход к проверке общего времени процесса переключения трехфазного РПН. В случае невыполнения условия А1:2Дк < 12 проверяется отсутствие тока (12Дк = 0) контактора этой фазы. При его выполнении констатируют: «обрыв ТР правого плеча контактора ф. «Д». Полученный результат записывается в базу данных осциллографа.
Далее проверяется условие 30 < 1:общ < 50, где 1:общ = А1:1Дк + А1м + А1:2Дк. При его выполнении формируется сигнал «РПН исправен». В противном случае алгоритм выводит сообщение: «Дефект в контактной системе РПН». Результат проверки условия записывается в память ЦО и алгоритм выводит запрос о повторном диагностировании РПН. Если нет необходимости в повторной проверке полученных результатов, работа алгоритма завершается.
На рис. 4. представлена осциллограмма тока контактора РПН типа РС-3 фазы «Д», установленного на обмотке высокого напряжения трансформатора Т-1, эксплуатируемого на ТЭЦ-2 г. Чебоксары. Она получена при переключении избирателя с 14-го положения на 15-е с помощью многоканального цифрового осциллографа. Из рисунка видно, что временные параметры работы контактора данной фазы не выходят за рамки паспортных значений, что говорит об удовлетворительном состоянии РПН.
А
1 1 1 1 1 1 1 _ _______1_______
1 1
¿1=18 мс
/м=6 МС
¿2=13 МС
и ¿общ=37 мс
^общ
1 1 1 м-I-I-!-!—*
10 20 30 40
50
60
70 80
90 и мс
Рис. 4. Осциллограмма тока контактора РПН типа РС-3 фазы «Д»
Выводы
1. В процессе диагностирования кроме определения продолжительности работы контактной системы на экране осциллографа выводится надпись о видах выявляемых дефектов РПН.
2. Разработанный алгоритм диагностирования контактной системы РПН типа РС с использованием многоканального цифрового осциллографа дает возможность в режиме «т^йн» проверить его работоспособность и сокращает время диагностирования в два раза.
Список литературы
1. Якобсон И.Я. Наладка и эксплуатация переключающих устройств силовых трансформаторов [Текст] / И.Я. Якобсон. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 120 с.
2. МихеевГ.М. Электростанции и электрические сети. Диагностика и контроль электрооборудования [Текст] / Г.М. Михеев. - М.: Издательский дом «До-дэка ХХ1». - 2010. - 224 с.
3. Переключающее устройство типа РС(Г)-3-110/400: Паспорт на ПУ зав. № 2595 [Текст]. - София: Элпром - Сильноточный завод имени Василя Коларова, 1971. - 11 с.
4. Переключающее устройство типа РС-4: Паспорт на ПУ зав. № 577 [Текст]. - София: ГХК «ЭЛПРОМ-ЭНЕРГО» сильноточный завод им.
В. Коларова, 1974. - 12 с.
5. Переключающее устройство типа PC-9: Паспорт на ПУ зав. № 915 [Текст]. - ^фия: Комбинат ЭЛПPОM-ЭHЕPГО трансформаторный завод, 1988.
- 12 с.
References
1. Jakobson I.Ja. Naladka i jekspluatacija perekljuchajushhih ustrojstv silovyh transformatorov [Tekst] / I.Ja. Jakobson. - M.: Jenergoatomizdat, 1985.
- 120 s.
2.Miheev G.M. Jelektrostancii i jelektricheskie seti. Diagnostika i kontrol' jelektrooborudovanija [Tekst] / G.M. Miheev. - M.: Izdatel'skij dom «Dodjeka HHI».
- 2010. - 224 s.
3. Perekljuchajushhee ustrojstvo tipa RS(G)-3-110/400: Pasport na PU zav. № 2595 [Tekst]. - Sofija: Jelprom - Sil'notochnyj zavod imeni Vasilja Kolarova, 1971. - 11 s.
4. Perekljuchajushhee ustrojstvo tipa RS-4: Pasport na PU zav. № 577 [Tekst]. - Sofija: GHK «JeLPROM-JeNERGO» sil'notochnyj zavod im. V. Kolarova, 1974.
- 12 s.
5. Perekljuchajushhee ustrojstvo tipa RS-9: Pasport na PU zav. № 915 [Tekst]. - Sofija: Kombinat JeLPROM-JeNERGO transformatornyj zavod, 1988. -12 s.
