CC BY
18
ВТСНИК ТТРИАЗОВСЪКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНТЧНОГО УНТВЕРСИТЕТУ 2005 р. л [ Вип. №15
УДК 621.316
12 3
Журах1вський A.B. , Кене Ю.А. , Яцейко А.Я.
КОНТРОЛЬ 130ЛЯЦП ОЛИВОПАПОВНЕНОГО ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ
ШД РОБОЧОЮ НАПРУГОЮ
Проаналгзовано методы контролю гзоляцп електрообладнання nid робочою напругою та ïx недолжи. Запропоновано принципово новий метод контролю гзоляцп обладнання nid робочою напругою та npucmpiü для його здшенення. Наведено основт переваги пропонованого методу.
В енергосистемах Украши експлуатуеться велика кшььасть електротехшчного обладнання (трансформатори струму, вводи вимикач1в, реактор1в i силових транс форматор! в тощо), в якому в якост1 1золяцшного матер1алу використовуеться олива та комбшована 1золящя,
Тому, з метою забезпечення надшно! роботи обладнання та виявлення дефект1в 1золяцп, розроблено ряд способ1в та метод1в контролю 1золяцшних характеристик. Шд час контролю характеристик обладнання без виводу його з роботи вдаеться виявити факт попршення стану 1золяцп за оптимальних для виявлення дефект1в умов, бо контрольований об'ект знаходиться в реальних експлуатацшних умовах.
Методи контролю 1золяцп шд робочою напругою можна под1лити на три групи [1]: мето-ди прямого вим1рювання контрольовано! величини; методи пор1вняння м1ж собою характеристик р1зних об'ект1в дано! розпод1льчо! злагоди; методи, засноваш на пор1внянш характеристик 1золяцп вим1рювального об'екта з вщомим, прийнятим за вз1рцевий.
Важливим недолжом в1домих схем та метод1в контролю е те, гцо принципово неможливо виключити з результат1в BHMipiB струми вплив1в, через як1 вим1рян1 параметри д1електричних характеристик можуть в1др1знятись в1д д1йсних. Тому в кожному конкретному випадку необ-х1дно встановлювати значения похибки вщ струм1в вплив1в та И стабшьшсть.
Ряд автор1в пропонуе pi3Hi схеми, способи та методики вдосконалення даних метод1в, од-нак, на наш погляд, Bei вони не можуть дати позитивного результату.
Зокрема, в [2] наведено даш про те, гцо неперервний балансовий контроль з використан-ням нер1вноважно-компенсацшного методу в шнуючому вигляд1 непридатний для експлуатацп та вимагае доопрацювання. Ефективним шбито е лише першдичний балансовий контроль. Од-нак, bîh може застосовуватись на п1дстанц1ях, де напруга на обмотках роз1мкпутого трикутника кожного ТН за нормальных та ремонтних схем не перевищуе 0,5 В. При цьому в1дносний струм I . за в!дсутност! дефект1в в ¿золяци ввод1в не перевищить значения 0,005, що не виходить за
меж1 норми [3]. Про неефектившеть цих схем контролю евщчать висновки, наведен! в [2], згщ-но яких достов1рних випадк1в вибраковки 1золяцп ввод1в за допомогою методу балансового контролю в енергосистемах Украши не зафжсовано.
Пристрш контролю та вим1рювання опору 1золяц1!, запропонований в [4], м1стить посль довно з'еднан1 блоки приеднання, п1д'еднапня та вим1рювання. У цьому пристро! вим1рювання здшснюеться на зм1нному струм1 за допомогою моста змшного струму, з використанням ета-лонного трансформатора струму, фшьтра низьких частот тощо, що суттево ускладнюе схему та процес вим1рювань i не забезпечуе необхщно! достов1рност1 та точност1 BHMipiB.
У [5] пропонуеться cnoci6 вдосконалення icHyi040Ï системи контролю стану 1золяцп за рахунок усунення струм1в вплив1в, який ор1ентований на використання цифрово! техн1ки та промислових ЕОМ. Однак у цього способу також е ряд недол1к1в: складшсть алгоритму та ви-
1 НУ "Льв1вська пол1техшка", д-р техн. наук, проф.
2
НУ "Льв1вська пол1техн1ка", канд. техн. наук, доц.
НУ "Льв1вська пол1техшка", acnipaHT
користання багатьох блоклв обчислень, що попршуе надшшсть та точшсть; необхщшсть вико-ристання м1кропроцесорно1 техшки та необхщшсть наявност1 АСУ ТП, яка поки що використо-вуеться на небагатьох ПС I це призводить до зростання кашталовкладень; прив'язашсть алгоритму розрахунку струму впливу до конкретно! схеми та м1сця розташування об'екта.
Таким чином, оскшьки вщом1 системи контролю е неефективними, необхщна розробка нового методу контролю характеристик 1золяци ввод1в, який забезпечував би необхщну точшсть отримуваних результат1в, та дозволяв ефективно виявляти пошкоджений об'ект з мппма-льними затратами часу 1 пращ. Нами пропонуеться принципово новий метод контролю 1золяцп оливонаповненого електроообладнання та пристрш для його реал1зацп. Суть пропонованого методу полягае в тому, що до 1золяцп контрольованого об'екта прикладаеться невелика постш-на напруга (100А200 В), що дозволяв вим1рювати постшну складову струму, яка проикае по опору 1золяци.
Принцип реал1заци запропонованого способу розглянемо на приклад1 трансформатора струму (ТС).
На рис. 1 наведено схему нсперервного вим1рювання постшного струму спливу в ¡золяцн ТС шд робочою напругою. Постшна напруга вщ джерела уншолярноТ напруги Ud = +140 В (вщносно „землГ') через еталонний резистор 112 ] резистор Я1 поводиться до вим1рного в и воду (ВВ) „И" ТС. Вив1д „3" ТС - заземлений.
0=^
С1
__. ^¡эолчшя ТС
КВВ ТС I.
С2
ш
С5
-
Т Ч,
----
ЕБ
пус<ч Сигнал ¡зпцп па ЩУ ПС
и.1 и.
Рис. 1 — Схема неперервного вим1рювання постшного струму спливу в ¡золяцн ТС тд робочою напругою:
КВВ - коробка вторинних вивод1в; ЕБ - електронний блок; и а - джерело постшноУ напруги; ГУ-обмотка трансформатора напруги тдстанцп
МЬк ВВ „И" ТС та землею увшкнена емшсть С4 = 4,0 мкФ, яка призначена для обмежен-ня величини змшноТ напруги м!ж ВВ „И" та землею. За промисловсн частоти 50 Гц реактивний ошр щеУ емносгп становитиме - 795,8 Ом. Наприклад, для ТС ТФКН-ЗЗО [6] значения емностей ¡золяцн (рис. 1), вимфяних на заводк
С1 = 710± 60 пФ;
С2 - 32000 ±5000 пФ; (1)
СЗ = 1600±350 иФ.
Напруга на вивод! „И" вщносно земл! за увшкнення емност1 С4 визначаеться:
и и = 1/С4
С1
чо-ю
-12
1,1-330 10-
Г- - П .-> г- г -36,9 В. (2)
С1 + С2 + С4 73 710 10_ + 32000 ■ 10" + 4 ■ 10" л/3
Додаткове паралельне шд'сднання К.-С ланки = 10 МОм I С5 - 1 мкФ паралельно конденсатору С4 практично не вплине на величину напруги и!(, оскшьки Я1 = 10 МОм » = 795,8 Ом. Ланка Ш-С5 необидна для того, щоб звести до мЫмуму змшну складову напруги промислово'1 частоти мереж1 ис5<50)> поступае через резистор 112 до джерела постшноТ напруги в1д ВВ „И" ТС. Ця напруга визначаеться за виразом:
1 ' (3)
1 + ]2п/1ПС5
а п модуль буде р^вним
+ (2п/тС5)
.....
/] + (2л;-50-107
10~6)2
■36,9 = 0,01 17 Б.
Отже напруга UC5(50) ~ 0,0117 В « Ud = -140 В, що забезпечить нормальну роботу джере-ла у и ¡полярно')' напруги Ud - схеми двотвперюдного мостового випростувача. Через резистор R2 практично протжатиме постшний струм без пульсацш, оскшьки конденсатор С5 заряджа-тиметься вщ джерела напруги Ud через резистор R2 = 1 МОм, а розряджатичеться - через R! = ЮМОм.
Для ТС типу ТФКН-330 номшальж опори ¡золяцп окремих ланок становлять: основноУ ¡золяцп (Cl) - R¡| = 10000 МОм; ¡золяшя М1Ж вим]рювальною „И" i заземленою „3" обкладками (С2) - Ri2 = 5000 МОм.
Постшний струм 11? який npoTÍKae через ¡золящю контрольованою ТС. становитиме:
Вщповщно напруга U2:
/, =
Rn Rn
U,
+ Ra
RnR¡2
UüR7.
(4)
(5)
U2
За номшальних величин onopie ¡золяцп ТС типу ТФКН-330 огримаемо значения нанруги
(10000 + 5000) 106
с/г =
10000ао6•5000■10fi
Т40 -10 - 42 ТО" В,
Величину напруги, визначено!за (5), можна приймати за основу для визначення вибрако-вувального критер1ю контрольованого ТС.
Отже, запропонований спос1б дозволяв контролювати струм спливу через 1золяцт контрольованого об'екта та робити висновки про доцшьшсть його подальше! експлуатаци.
Для реал1заци запропонованого способу пропонуеться пристрш контролю 1золяцп пщ ро-бочою напругою (К1ПРН), який складаеться 1з пристрою приеднання (ППР), пристрою шд'еднаная (ППД) та пристрою вим1рювання (ПВ).
Схема ППР наведена на рис. 2. Вх1дш затискач1 ППР -1,2 шд'сднано до коакс1ального кабеля КК1, а вихщш - 3, 4 до КК2. Центральна жила КК1 сполучена з виводом И „ПИН", а екран - до заземленого корпусу „ПИН". Вхщ ППР захищено розрядником КУ та до нього шд'еднано шунтуючу накладку для заземления виводу ,,ПИП" ВВ (коли в цьому виникае потреба). За допомогою накладки 52 ув1мкнено шунгуючу емжсть С (С4, рис. 1). Для обмежен-ня поштовху розрядних струм1в у момент закорочеиня зарядженоУ до напруги 100-И 40 В ем-носп С (накладкою 82 чи за спрацювання розрядника) ув1мкнеж> розрядний резистор Я = 52 Ом.
до «ходу ППД в ГШ тс
Рис. 2 - Пристрш приеднання (ППР)
Схема ППД наведена на рис. 3, де вхщш затискач1 -1,2, вихщш - 3, 4. КК2 вщ ППР шд'еднуеться сво!м центральним проводом до затискача 1, а екран до затискача 2. Затискач1 1. 2 розташоваш всередиш корпуса ППД, а вихщш затискач1 ППД 3, 4, як так1, що вважаються пщ напругою до 1000 В - зовш корпуса ППД. Зовш, б1ля корпуса ППД, розм1щена накладка 82. До затискач1в 3, 4 поеднуються проводи контрольного кабеля, який прокладено вщ ППД до щита управлшня (ЩУ) ПС (до панел1, де встановлено пристрш вим1рювання).
металевий корпус ППД)
вш вихсшу ППР
до
пристрою вимфювання (на панел:
ЩУ)
Рис. 3 - Пристрш шд'еднаний (ППД)
Накладка 51 потр1бна для закорочення входу 1 на екран КК2 (вивщ 2), а розрядник РУ -для захисту вщ перенапруг вихщного затискача 4 у випадку обриву екрана КК2. Фшьтр К2-С служить для зведення до мЫмуму змшиоУ напруги на виход1 ППР. Накладка 82 служить для вщ'еднання або заземления резистора (коли це необхщно).
Структурна схема пристрою вим1рювання наведена на рис. 4. Джерелом постшно! уншо-лярноУ напруги +140 В (вщносно земл1) с мостовий двошвперюдний випростувач УБ, який живиться вщ вторинноТ обмотки ¡золюючого трансформатора Т з номшальним коефЫентом трансформацн 100/100 В. Трансформатор Т живиться вщ обмотки ТН.
Випрямлена напруга вщ випростувача У5 через резистор Я тдводиться до затискач1в I. 2, яю через проводи контрольного кабеля вщ ЩУ ПС пщ'еднуються вщповщно до клем а, 0 у схем1 ППД. Сумарний постшний струм Ц який пщводиться до вхщних затискач1в ППД, конт-ролюеться електронним блоком (ЕБ). Якщо прирк:т струму !(,, а значить I напруги на ета-лонному резистор! И, викликаний зменшенням опору ¡золяцп вводу, стане большим за напругу уставки иу, то ЕБ подасть команду на пуск сигнал1зацп на ЩУ ПС про попршення ¡золяци (зменшення опору) контрольованого об'екта. Напруга ик служить для компенсацп початкового струму спливу контрольованого об'екта.
КБ
100 В, 0,1 л, 50 Гц _
Ч=Ь
Г
зс
и.,
Щит упраалшня
У5
Л
В схем I ППД
Пуск сигнапващИ на ЩУ ПС
С, о„
Рис. 4 - Схема пристрою вим1рювання
Для дослщження запропонованого методу контролю д1електричних характеристик 1золя-цп пщ робочою напругою використовувалась розрахункова схема (рис. 5).
Розрахункова схема складаеться на основ1 схеми неперервного вим1рювання постшного струму спливу в 1золяцп ТС пщ робочою напругою.
В схем1 рис. 5: К1, С1, И2, С2 - вщповщно активж опори та емност! ¡золяцп ТС (для ТС ТФКН-330 [6], вимфян! на завод^; СЗ - шунтуюча емжсть С = 4 мкФ (в схем! ППР рис. 2); Ю, 114, Я5 - опори ¡золяцн вщповщно емностей СЗ, С4, С5; Я4, С5 - моделюють фшьтр 1*2-С, який служить для зведення до м1шмуму змшноТ напруги на виход] ППД (рис. 3); И6 - еталонний резистор в схем! пристрою вим£рювання (рис. 4); Я7, С7 - моделюють подавлювач змшноУ напруги на еталонному резистор] Й6. Отже, в розрахунковш схем1 враховано вЫ основж елементи схеми вим^рювання поепйного струму спливу в ¡золяцн (рис. 1).
ззоооо
Уг - г V 3
■Л * 8)11(13 * I)
'О
Н2
£ и
_х
С2
СЗ
и. =140 В
дз
С51_ Г>5
141 - 10000 МОм;
к: • 5000 МОм,
Я3= I 5ООО МОм; 14.4 = 3 МОм;
К5 - 15000 МОм; Я6 - ! МОм; 1*7 -3 МОм; С! = 750 мФ; С2 - 32000 пФ, СЗ - 4 мкФ; С5 ■■ I мкФ. С7 - 5 чкФ
Рис. 5 - Спрощена розрахункова схема пристрою К1Г1РН
Дос/мджелня роботи пристрою К1ПРН на основ1 розрахунковоУсхеми (рис. 5) виконуемо за допомогою програми ЯЕ (Цифровий комплекс для доапдження електротехтчних схем) [7].
Оскшьки в розрахункову схему входять велик! емносп, то на точшсть отримуваних результате впливатимуть крок \ час розрахунку [8]. Час розрахунку приймаемо I = 300 с, а крок розрахунку I = 1 мс, що вщповщае 1/10 постжноУ Л-С контура для розраховуваноУ схеми та враховуе рекомендашУ, наведен 1 у [8].
Як вщм1чалось вище, призначення пропонованого пристрою К1ПРН - контроль струму витоку через ¡золяц1ю контрольованого об'екта. В розрахунковж схем1 (рис. 5) ¡золяшя ТС за-модельована опорами Ш ] Я2 (Ш - враховуе активт втрати в основнш ¡золяцп ТС, 112 - в ¡зо-лящ"1 вим1рювальноУ обкладки). Тому розраховуемо вплив змши опор1в Ш 1 112 на значения контрольованоУ величини. Результати розрахунку наведено на рис. 6 \ 7.
Рис. 6 - Залежшсть иконт^^и): 1 - за (Уа = 0; 2 - за 0\ ~ и.
Рис. 7 - Залежшсть иКо|Гф=А(К2и) за и, =и,
Анал1зуючи результати розрахунку можемо зробити висновки про те, що зменшення опору основно! 1золяцп ТС з 10000 до 1000 МОм спричинило змшу контрольовано! величини з 60,7 до 193,6 мВ, а зменшення опору 1золяцп вим1рювально1 обкладки в 10 раз1в - з 60,67 до 310,2 мВ.
Висновки
1. Для надшно! роботи електрообладнання необхцщо контролювати стан його 1золяцп методами без виведення контрольованого об'екта з експлуатацп.
2. 1снуюч1 пристро! для контролю 1золяцп електрообладнання шд робочою напругою, розроблеш для реал1зацп вщомих метод1в контролю, не забезпечують достатньо! достов1рност1 та точност1 отримуваних результат1в, а тому навиь квал1ф1кованому персоналу важко (а найча-CTinie неможливо) оцшювати реальний стан 1золяцп.
3. Запропоновано новий метод контролю 1золяцп електрообладнання шд робочою напругою, який полягае у вим1рюванш величини постшного струму спливу через 1золящю контрольованого об'екта незалежно вщ величин змшних струм1в спливу, гцо дозволить усунути основн1 недолжи метод1в вим1рювання на змшному струм1 - струми вплив1в, вплив похибки трансформатор1в напруги шдстанцп та комутацш на ВРЗ.
А. Для реал1зацп запропонованого методу розроблено пристрш К1ПРН, який встановлю-еться на контрольованому об'ект1 та може оцшювати доцшьшсть його подалыно! експлуатацИ.
5. Результати дослщжень пристрою К1ПРН за допомогою математично! модел1 показали, гцо:
пропонована система неперервного контролю постшного струму витоку через 1золя-цшну конструкщю дозволить в будь-який момент оцшювати загальний стан 1золяцИ та попере-джати розвиток повного пошкодження та руйнування обладнання;
за результатами розрахунюв можна визначити для кожного типу контрольованого обладнання допустимий д1апазон змши контрольованого параметра, виконати дв1 уставки спра-цювання: перша - на сигнал, гцоб обслуговуючий персонал Mir простежити динамжу змши икотр; друга - на вимкнення, за досягнення ик0,1тр деякого граничного значения.
Перелис посилань
1. Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения / ИМ, Сви -М.: Энергоатомиздат, 1992.- 150с.
2. Шинкаренко Г.В. Контроль опорных трансформаторов тока и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением в энергосистемах Украины / Г.В. Шинкаренко II Электрические станции. - 2001. - №5. - С.55-63.
3. Методические указания по контролю изоляции электрооборудования под рабочим напряжением. - М.: РАО „ЕЭС России", 1996.
4. Перев1рка 1золяцп трансформатор1в струму 330-750 кВ шд робочою напругою. Методичш вказ1вки. ГКД 34.46.301-99,- Кшв: Укренерго, 2001. - 31с.
5. Полянчиков O.I. Cnoci6 контролю д1електричних характеристик внутр1шньо1 1золяцп конденсаторного типу ввод1в силових трансформатор1в i вим1рювальних трансформатор1в струму шд робочою напругою та елемент АСУ ТП шдстанцп для його реал1зацп / O.I. Полянчиков, В.О. Бондаренко, A.A. Мшченко //Новини енергетики. - 2002. - №8. - С.55-56.
6. Трансформатор тока ТФКН-ЗЗО. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ОВЛ 412.079ТО, 1971.
7. Равлик О. Цифровий комплекс роботи та проектування пристро!в релейного захисту i автоматики / О.Равлик, Т. Гречин, В. 1ваноньтв II В1сник ДУЛП. - 1997. - №340 - С.96-101.
8. Перхач B.C. Математичш задач1 електроенергетики / B.C. Перхач - Льв1в: Вигца шк., 1982. -378 с.
Стаття надшшла 15.02.2005
