CC BY
83
УДК 621.311.1 ББК 31.279
Э. АЮУРЗАНА, М.И. ПЕТРОВ, А.А. КУЗЬМИН
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДУГОГАСЯЩИХ РЕАКТОРОВ В УЛАН-БАТОРСКИХ ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 КВ
Ключевые слова: дугогасящие реакторы с подмагничиванием, РОУМ, WF-PXB, система автоматической настройки катушки, однофазное замыкание на землю, гармоники в токе ОЗЗ, расстройка компенсации.
По результатам натурных исследований получены фактические эксплуатационные характеристики современных дугогасящих реакторов с помагничиванием типа РУОМ и WF-PXB. Осциллографированы переходные процессы в остаточном токе и токе компенсации при проведении опыта однофазного замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью. Реализована комплексная методика оценки работоспособности системы заземления нейтрали. В результате исследований определены фактические величины: расстройки компенсации, содержания высших гармоник как остаточного тока замыкания на землю, так и тока реактора.
В настоящее время накоплен большой мировой опыт эксплуатации сетей среднего класса напряжения. Согласно статистике около 80% всех повреждений в сетях данного класса напряжения начинаются с появления однофазного замыкания на землю. Одним из основных факторов, влияющих на надежность эксплуатации сети, является режим заземления нейтрали [7]. Хорошо изучено влияния режима заземления нейтрали на характер развития аварии. Однако большая часть опубликованных материалов ссылается на стендовые испытания или же на статистику аварийных повреждений в сети. По разными причинам данные результаты имеют недостаточную точность, поэтому для оценки фактической эффективности работы системы заземления нейтрали необходимо проведение натурных экспериментов в действующей сети с одновременной фиксацией ряда параметров, позволяющих сделать обоснованный вывод.
В городских сетях Монголии применяются изолированный или компенсированный режимы заземления нейтрали. На процесс развития аварии при возникновении однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) влияет величина тока замыкания на землю. Нормативные документы определяют величины тока, при которых необходима установка устройств компенсации емкостного тока. Большую часть систем дугогасящих реакторов (ДГР) с плавным регулированием тока компенсации в городских сетях 6-10 кВ Улан-Батора составляют катушки типа РОУМ и WF-PXB. Основной задачей работы системы компенсации является снижение величины тока через место повреждения до нуля (при строгой и точной настройки катушки в резонанс с емкостью сети). На практике через место замыкания протекает небольшой ток активных утечек, а также присутствуют высшие гармоники различной величины, значительно осложняющие процессы при возникновении дугового замыкания [1].
На основе многолетнего опыта обследования систем заземления нейтрали, сформулированы основные критерии качества работы системы компенсации:
1. Для эффективной компенсации емкостного тока ОЗЗ его компенсация должна осуществляться практически мгновенно и точностью не менее 1%, в
момент после прохождения броска емкостного тока. Механизм протекания токов при ОЗЗ достаточно подробно рассмотрен в [6].
2. При возникновении замыкания на фазе не в максимум напряжения 50 Гц ток ДГР содержит затухающую апериодическую составляющую (длительность затухания до 5-6 периодов промышленной частоты в зависимости от момента возникновения замыкания), которая, естественно, появляется и в токе ОЗЗ. Ток компенсации не должен иметь значительной апериодической составляющей.
3. Используемые в настоящее время системы компенсации в своей основе имеют устройства преобразования частоты. Применение полупроводниковых устройств может приводить к появлению дополнительных гармонических искажений, протекающих через место повреждения. Система компенсации не должна быть источником высших гармоник.
В настоящее время накоплен значительный опыт эксплуатации систем компенсации типа РУОМ [2-5]. Для рассматриваемых реакторов с подмагни-чиванием типа РУОМ в нормальном режиме работы сети его индуктивность составляет базовое значение и не совпадает с емкостным сопротивлением сети. При возникновении однофазного замыкания на землю автоматика за счет форсированного увеличения тока подмагничивания подстраивает индуктивность РУОМ к значению емкости сети, определенному этой же автоматикой в режиме отсутствия ОЗЗ.
Для оценки эффективности работы систем заземления сотрудниками улан-баторских городских электрических сетей выбраны в качестве объекта исследования несколько подстанций, в нейтрали которых установлены следующие системы компенсации: РУОМ-300/6,6/^3, РУОМ-480/11/^3, ^-РХВ-11/500.
Оценка работы системы заземления нейтрали проводилась по следующим критериям:
- точности настройки автоматики;
- скорости выхода тока компенсации на режим;
- наличию апериодической составляющей;
- гармоническому составу токов.
Методические подходы к осциллографированию переходных процессов подробно описаны, например, в [8].
Оценка эффективности работы системы типа РУОМ. На рис. 1 представлена осциллограмма опыта однофазного замыкания на землю в сети 10 кВ с компенсированной нейтралью, катушка РУ0М-480/11/^3. На осциллограммах: ток РУОМ - черный (СН5), ток ОЗЗ - серый (СН6). Длительность «металлического» ОЗЗ при проведении опыта ОЗЗ в сети 10 кВ составила 3,06 с. Параметры переходных процессов для опытов металлических ОЗЗ, осциллограммы которых представлены на рис. 1-2 и приведены в таблице.
На рис. 2 приведена характерная осциллограмма изменения тока РУОМ-300/6,6/^3 в процессе ОЗЗ и остаточного тока сети 6 кВ. Длительность «металлического» ОЗЗ в опыте составила 2,26 с. Осциллограмма переходных процессов при «металлическом» ОЗЗ свидетельствует о том, что время выхода тока РУОМ на «установившееся» значение в этом случае составляет 0,5 с, что значительно выше заявленного производителем.
Кроме того, были зафиксированы колебания тока РУОМ частоты 50 Гц около некоторого «среднего» значения даже в установившемся режиме компенсации. Уровень этих колебаний находится в пределах 2-3%.
5.МХЯГЙ6
315 5МЮ0У
50,5 А дел
м
1111 .
Рис. 1. Осциллограммы фазных напряжений тока РУОМ (черный цвет) и остаточного тока ОЗЗ (серый цвет) при ОЗЗ в сети 10 кВ РУОМ-480/11/\3
50,5 А дел 500 (500.0ms/div] лс/дел
lililí ЦП lililí ¡I»! lili lililí, lllllllr-
я* 111 II Ш lililí 111 flmrp
■5.0000 V i 2
: i____¿
Рис. 2. Осциллограммы фазных напряжений тока РУОМ (черный цвет) и остаточного тока ОЗЗ (серый цвет) при ОЗЗ в сети 6 кВ РУОМ-300/6,6/Уз
Основные параметры, характеризующие процесс «металлического» ОЗЗ в сети 6-10 кВ с реактором РУОМ
Осциллограмма Исследуемая сеть
Исследуемая система РУОМ-480/11/^3 РУОМ-300/6,6/^3
Длительность ОЗЗ, с 3,06 2,26
Время выхода РУОМ на установившийся режим, с 0,75 0,5
Точность настройки, % 28 32
Величина тока 50 Гц, А ^озз ^ост 1дгр 1озз ^ост ■^дгр
74,36 20,58 94,09 31,30 7,78 34,54
Величина высших гармоник в токе, /2_40действ.. А 5,74 5,80 1,22 1,69 3,83 2,28
В результате измерений тока ОЗЗ и тока дугогасящего реактора типа РУОМ в сети 10 кВ и 6 кВ отмечено наличие явно выраженных в сигнале тока РУОМ третьей, пятой и седьмой и других гармоник, которые значительно влияют на гармонический состав остаточного тока замыкания. Суммарный остаточный ток от высших гармоник в точке ОЗЗ для сети 10 кВ в экспериментах превысил величину 5 А.
Оценка эффективности работы системы типа WF-PXB. На осциллограммах: ток компенсации - черный (СН5), ток ОЗЗ - серый (СН6). На рис. 3 представлена осциллограмма опыта однофазного замыкания на землю в сети 10 кВ (в нейтраль включена система компенсации типа WF-PXB-11/500). При однофазном замыкании на землю появляется существенная апериодическая составляющая, насыщенная третьей гармоникой. График изменения первой и третьей гармоник во время опыта однофазного замыкания на землю в токе компенсации представлен на рис. 4 и 5, соответственно. Как видно на рисунках, время выхода катушки на установившийся режим компенсации составило 0,8 с.
Опыт показывает, что настройка реактора WF-PXB в сети 10 кВ некорректна, величина остаточного тока через место замыкания в установившемся режиме составила 89,41 А.
На рис. 3 и 5 хорошо видно, что ток компенсации насыщен высшими гармониками.
Время выхода исследуемых систем заземления нейтрали на установившийся режим компенсации при ОЗЗ может составлять до 0,5-0,8 с и определяется характеристиками ДГР с подмагничиванием и системы автоматической настройки. Реальная расстройка компенсации в сети с реактором может существенно превышать допустимую величину. Так, настройка реактора РУОМ в исследованной сети 6-10 кВ оказалась весьма далека от резонансной: при «металлических» ОЗЗ степень перекомпенсации составляла 28-5%. Зафиксировано наличие явно выраженных в сигнале тока рассматриваемых реакторов 3-й и 5-й гармоник. Измерения остаточного тока ОЗЗ в сети с включенным ДГР с подмагничиванием показали, что гармонический состав первого, а именно - наличие 3-й и 5-й гармоник - определяется главным образом влиянием дугогасящего реактора.
Таким образом, по результатам обследований, эксплуатируемые системы компенсации работают неудовлетворительно.
Рис. 3 Осциллограммы фазных напряжений тока ШБ-РХБ (черный цвет) и остаточного тока ОЗЗ (серый цвет) при ОЗЗ в сети 10 кВ ШБ-РХБ-11/500
50
40
< 30
20
10
0
0.2
0.4
0.6
t, с
0.8
1
1.2
1.4
Рис. 4 Характер изменения первой гармоники тока ^Г-РХВ-11/500 в процессе ОЗЗ 15
<
10
0
0
0.2
0.4
1
1.2
1.4
0.6 0.8 t, с
Рис. 5 Характер изменения третьей гармоники тока WF-PXB-11/500 в процессе ОЗЗ
Выводы. 1. В связи с отсутствием четких указаний по вопросу режима заземления нейтрали и выбора оборудования в настоящее время в сети 6-35 кВ эксплуатируется значительное количество различных систем заземления нейтрали. Качество их работы значительно отличается в зависимости от типа устройств, производителя и условий эксплуатации. Для оценки их работоспособности необходимо проведение натурных испытаний в действующих сетях для определения фактических характеристик оборудования.
2. Согласно проведенным исследованиям эксплуатируемые системы компенсации в сети 6-10 кВ Улан-Баторских городских электрических сетей типа РУОМ и WF-PXB работают неудовлетворительно.
Литературы
1. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1986.
2. Брянцев А.М., Бызылев Б.И., Долгополов С.Г. Результаты сетевых испытаний и опыт эксплуатации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием // Электро. 2007. № 5. С. 31-34.
3. Козлов В.Н., Петров М. Дугогасящие реакторы в сетях среднего напряжения. Компенсация емкостных токов замыкания на землю // Новости электротехники. 2012. № 2.
4. Козлов В.Н., Петров М.И. Дугогасящие катушки и автоматика управления ими // Релейная защита и автоматизация. 2010. № 1.
5. Кучеренко В., Сазонов В., Багаев Д. Дугогасящие реакторы в сетях 6-35 кВ. Опыт эксплуатации // Новости электротехники. 2007. № 3.
6. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. 152 с.
7. Обабков В.К. Многокритериальное^ показателя эффективности функционирования сетей 6-35 кВ и проблема оптимизации режимов заземления нейтрали // Режимы заземления нейтрали сетей 3-6-10-35 кВ: сб. докл. науч.-техн. конф. Новосибирск, 2000. С. 33-41.
5
8. Ширковец А.И., Ильиных М.В. Методические подходы к осциллографированию процессов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях 6-35 кВ // Научные проблемы Сибири и Дальнего Востока. 2008. Спец. вып. № 1. С. 44-51.
АЮУРЗАНА ЭРДЭНЭБИЛЭГ - инженер-исследователь, производственно-технический отдел, Национальная электропередающая сеть Монголии, Монголия, Улан-Батор (ert1969@yahoo.com).
ПЕТРОВ МИХАИЛ ИВАНОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (g374mi@yandex.ru).
КУЗЬМИН АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - ассистент кафедры техники и электрофизики высоких напряжений, Новосибирский государственный технический университет; ведущий научный сотрудник, ООО «Болид», Россия, Новосибирск (kuzmin_a_a@211.ru).
E. AYURZANA, M PETROV, A. KUZMIN EXPERIMENTAL STUDY OF PERFORMANCE ARC SUPPRESSION COILS
AT THE ULAANBAATAR CITY ELECTRIC NETWORKS OF 6-10 KV Key words: peterson coils with magnetization, roaming, WF-PXB, the system automatically adjust the coil, single-phase ground fault, harmonic current PTG, detuning compensation.
According to the results of field studies obtained by the actual performance of modern arc suppression reactors magnetization type RUOM and WF-PXB. Oscillograms of transients in the residual current and the current compensation during the experiment of single-phase earth fault in a network with compensated neutral. Implement a comprehensive performance assessment methodology earthing system. The studies to determine the actual value of: mismatch compensation, harmonic content as a residual ground fault current and power reactors.
References
1. Bazutkin V.V., Larionov V.P., Pintal' Yu.S. Tekhnika vysokikh napryazhenii. Izolyatsiya i perenapryazheniya v elektricheskikh sistemakh. 2-e izd. [Technics of high pressure. Isolation and surge in electrical systems]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1986.
2. Bryantsev A.M., Byzylev B.I., Dolgopolov S.G. Rezul'taty setevykh ispytanii i opyt ekspluatat-sii dugogasyashchikh reaktorov, upravlyaemykh podmagnichivaniem [Network test results and operating experience of Peterson coils controlled by the magnetization]. Elektro, 2007, no. 5, pp. 31-34.
3. Kozlov V., Petrov M. Dugogasyashchie reaktory v setyakh srednego napryazheniya. Kom-pensatsiya emkostnykh tokov zamykaniya na zemlyu. Novosti elektrotekhniki [Eart faults in networks with insulated neutral and compensation of capacitive currents], 2012, no. 2.
4. Kozlov V.N., Petrov M.I. Dugogasyashchie katushki i avtomatika upravleniya imi Releinaya zashchita i avtomatizatsiya [Arc suppression coil and management automation]. [Relay protection and automation], 2010, no. 1.
5. Kucherenko V., Sazonov V., Bagaev D. Dugogasyashchie reaktory v setyakh 6-35 kV. Opyt ekspluatatsii [Peterson coils 6-35 kV networks. Experience the experience]. Novosti elektrotekhniki, 2007, no. 3.
6. Likhachev F.A. Zamykaniya na zemlyu v setyakh s izolirovannoi neitral'yu i s kompensatsiei emkostnykh tokov [Earth faults in networks with insulated neutral and compensation of capacitive currents]. Moscow, Energiya Publ., 1971, 152 p.
7. Obabkov V.K. Mnogokriterial'nost' pokazatelya effektivnosti funktsionirovaniya setei 635 kV i problema optimizatsii rezhimov zazemleniya neitrali [Multiobjective performance score of 635 kV network and the problem of optimization of neutral grounding modes]. Rezhimy zazemleniya neitrali setei 3-6-10-35 kV: sb. dokl. nauch.-tekhn. konf. [Proc. of. Sci. Conf. «Earthing 3-6-10-35 kV networks»]. Novosibirsk, 2000, pp. 33-41.
8. Shirkovets A.I., Il'inykh M.V. Metodicheskie podkhody k ostsillografirovamyu pro-tsessov pri odnofaznykh zamykaniyakh na zemlyu v elektricheskikh setyakh 6-35 kV [Methodological approaches to oscillography processes in single-phase earth faults in electric networks of 6-35 kV]. Nauchnye proble-my Sibiri i Dal'nego Vostoka [Scientific problems of Siberia and Far East], 2008, Special issue, no. 1, pp. 44-51.
AYUURZANA ERDENEBILEG - Engineering Research, Production and Technical Department, National Electricity Transmission Network of Mongolia, Mongolia, Ulaanbaatar (ert1969@yahoo.com).
PETROV MIKHAIL - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Industrial Enterprises Power Supply Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (g374mi@yandex.ru).
KUZMIN ALEXEY - Post-Graduate Student of the Technology and Electrophysics High Voltages Department, Novosibirsk State Technical University, Leading Researcher of «Bolid» LTd, Russia, Novosibirsk (kuzmin_a_a@211.ru).
Ссылка на статью: Аюурзана Э., Петров М.И., Кузьмин А.А. Экспериментальное исследование эффективности работы дугогасящих реакторов в Улан-Баторских городских электрических сетях 6-10 кв // Вестник Чувашского университета. - 2016. - № 1. - С. 30-38.
