CC BY
360
УДК 621.3:658.562;621.314.21
Г.М. МИХЕЕВ, С.Н. БАТАЛЫГИН, Ю.А. ФЕДОРОВ, В.М. ШЕВЦОВ
ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Введение
Силовые трансформаторы и высоковольтные выключатели относятся к основному системообразующему электрооборудованию энергосистем, поэтому диагностика их состояния имеет существенное значение для эксплуатации и обеспечивает надежную и бесперебойную работу системы электроснабжения потребителей [1]. Особенно важно своевременно и точно выявить развивающиеся дефекты и предупредить возникновение анормальных и аварийных режимов.
Существующие требования и рекомендации к частоте проверок электрооборудования в руководящих документах, объемах и нормах испытаний обычно не учитывают степень изношенности высоковольтного электрооборудования, в связи с чем некоторые разделы этих нормативно-технических документов [3] требуют уточнения и добавления. В частности, на основе многолетнего опыта эксплуатации известно, что регуляторы под нагрузкой (РПН) как отечественного, так и зарубежного производства в силовых трансформаторах являются одними из наиболее уязвимых узлов. Они требуют, по нашему мнению, более пристального внимания со стороны эксплуатационного персонала и нуждаются в дополнительных регламентных работах. Другим наиболее ответственным узлом системы коммутационных аппаратов является контактная система высоковольтных выключателей, а также точность механики их сочленения с приводами.
Одним из эффективных методов диагностики РПН является осциллогра-фирование работы его контактной системы. Тем более, что современная элементная база на основе микроэлектронной цифровой техники позволяет с высокой степенью точности регистрировать быстродействующие динамические процессы коммутационных элементов [2]. Как известно, в соответствии с рекомендациями [5] эта процедура осуществляется со сливом масла из бака РПН, что требует больших трудозатрат, и может быть выполнена только при благоприятных погодных условиях. Служба диагностики инженерного центра разработала новую методику осциллографирования контактов контактора быстродействующих регуляторов под нагрузкой без слива масла, осуществление которой чрезвычайно удобно для обслуживающего персонала и возможно в любое время года. Предложенная методика позволила ускоренно оценивать состояние эксплуатируемых РПН и оперативно выявлять дефекты,
особенно в силовых трансформаторах, выработавших значительную часть своего ресурса.
Цифровые методы измерения электрических величин (токов и напряжений) и цифровое осциллографирование при испытаниях высоковольтного электрооборудования как в стационарных, так и в динамических режимах имеют ряд преимуществ перед традиционными аналоговыми способами. Во-первых, благодаря современным достижениям микроэлектроники можно значительно повысить точность измерений, в том числе и в полевых условиях, существенно уменьшить габариты измерительных устройств и упростить регистрацию данных измерений. Во-вторых, универсальность цифровой формы результатов измерений и возможность их накопления в электронном виде значительно облегчают их обработку как в реальном, так и в продолжительном периоде времени. В настоящее время удается создать для энергетики на базе микропроцессорной техники новое поколение интеллектуальных устройств измерения - специальных цифровых регистраторов (осциллографов) с высокими производственно-техническими показателями. Большинство серийных измерительных приборов этого класса, выпускаемых радиоэлектронной и приборостроительной промышленностями, непригодны для применения в полевых условиях на высоковольтных подстанциях. Это вызвано неблагоприятной электромагнитной обстановкой на подстанциях с работающими электроустановками, повышенным уровнем рабочих коммутационных перенапряжений и высокими требованиями к изоляции приборов.
Цифровое определение омического сопротивления силового
трансформатора
Наиболее полная оценка состояния силового трансформатора может осуществляться по программе его комплексного обследования, которая, в частности, включает этап измерения сопротивления постоянному току обмоток трансформатора и регистрацию осциллограмм работы контактной системы РПН при переключений во всех его положениях [2]. Применение мобильного цифрового осциллографа для этой цели существенно облегчает и ускоряет выполнение этих работ, а также формирование в компьютерной среде стандартных рабочих протоколов измерений. Упрощенная схема измерений резистивных сопротивлений выведенного в ремонт силового трансформатора показана на рис.1.
Измерения осуществляются методом амперметра-вольтметра с помощью цифрового осциллографа (ЦО) и сопротивления Я каждой из фазных обмоток и вычисляются по формуле:
где п - общее число выборок интервала наблюдения и усреднения; и(к), 1(к) - выборки напряжения и тока.
1 ^
1 ^
ИСН
\
3
■в]
■о-
Рис.1. Схема цифрового измерения омического сопротивления обмоток силового трансформатора: ЦО - цифровой осциллограф; ККН - кабель канала напряжения; ККТ - кабель канала тока; СТ - силовой трансформатор; ИСН - источник напряжения
Благодаря достаточно высокой частоте дискретизации (порядка 3 кГц)
N т ’
где Т - период промышленной частоты, а N - число выборок на периоде, подавляются основная гармоника и ее кратные составляющие. Как показывает практика, определение значений сопротивлений в ЦО с 12 разрядным АЦП достигается с классом точности не менее 0,5.
Осциллографирование контактной системы РПН Достаточно продолжительным по времени видом работ при комплексном обследовании трансформатора является осциллографирование переключения контактов контактора РПН из-за значительного числа положений переключателя (19-28). Цифровое осциллографирование резко сокращает время регистрации переключения РПН и значительно облегчает действия персонала испытательной лаборатории (рис.2).
Рис. 2. Схема осциллографирования КК силового трансформатора без вскрытия бака РПН: СТ - силовой трансформатор; ЦО - цифровой осциллограф; ТИПН - трехканальный источник постоянного напряжения; К1, К2 - контактная система первого и второго плеча контактора соответственно; Яь - токоограничивающие сопротивления; П1, П2 -переключатели; Е - ЭДС внешнего источника постоянного напряжения;
Я0 - внутреннее сопротивление внешнего источника
Одним из типичных отклонений от нормы работы контактора РПН типов РНОА, 8БУ и 8ЛУ является неодновременность пофазного переключения контактов. Анализ осциллограмм наглядно показывает ремонтному персоналу, какие фазы требуют дополнительной регулировки (рис.3).
I ,А
1, мс
а
а
2,5
б
Рис. 3. Осциллограммы контактов контактора РПН типа 3РНОА-110 трансформатора АТ-1 типа АТДЦТНГ-125000/220 (заводской №77193) п/ст. «Канашская» (без слива масла)
Из рассмотрения осциллограмм токов конкретного РПН (рис. 3 а, б) видно, что контакты фазы «А» отстают значительно по времени от двух других фаз.
В том случае, если снятая осциллограмма без слива масла демонстрирует одновременность переключения, а также временные характеристики переходного процесса переключения в норме, нет необходимости выполнять трудоемкую операцию по сливу масла.
Проведение профилактических ремонтов совместно с плановым дают, таким образом, возможность значительно продлить ресурс электрооборудования. В связи этим и накопленным практическим опытом эксплуатации высоковольтного электрооборудования можно с уверенностью констатировать, что непрерывное совершенствование методов и технических средств диагностики и своевременный профилактический ремонт электрооборудования -одно из важнейших направлений электрогериатрии (долголетия электрооборудования) - нового перспективного научно-технического направления в электроэнергетике.
Цифровое осциллографирование контактной системы высоковольтных выключателей
Важное значение в обеспечении надежности современных систем электроснабжения имеют высоковольтные выключатели. В условиях повышенного износа требуемый уровень их надежности может быть обеспечен своевременным выявлением нарастающих отклонений от нормы параметров выключателя и развивающихся дефектов. Одним из достаточно быстрых и эффективных методов диагностики состояния контактных систем выключателей является снятие цифровых осциллограмм в режиме их включения и отключения. В конечном итоге на качестве работы контактной системы выключателя отражается большая часть возникающих в механических частях неисправностей и разрегулировок. Цифровое осцилллографирование позволяет наглядно представить работу контактов всех фаз выключателей, оценить в первую очередь временные характеристики: одновременность замыкания и размыкания контактов, отскоки и дребезг.
В качестве примера на рис. 4 представлена цифровая осциллограмма работы вновь введенного в эксплуатацию элегазового выключателя типа ВГТ-110 на подстанции «Западная» ОАО «Чувашэнерго» в режиме отключения. Анализ крутизны спада токов по трем фазам показывает высокие скоростные показатели элегазового выключателя и практически идеальную одновременность работы контактов в разных фазах.
!,Д
1 2 3 4 1, мс
Рис. 4. Осциллограмма работы элегазового выключателя типа ВГТ-110 в режиме отключения
Таким образом, внедрение в повседневную практику технических служб энергокомпаний цифровых устройств для осциллографирования работы высоковольтного электрооборудования существенно повысит метрологические характеристики методов измерений и испытаний, а также качество диагностики состояния ответственного оборудования, что в конечном итоге обеспечит высокую надежность системы электроснабжения.
Литература
1. Баталыгин С.Н., Михеев Г. М., Шевцов В.М. Комплексное обследование силовых трансформаторов. XXVI сессия семинара «Кибернетика электрических систем по тематике «Диагностика электрооборудования» г. Новочеркасск-2004. Новочеркасск, 2004.
2. Михеев Г.М., Федоров Ю.А. Устройство цифрового осциллографирования для диагностики состояния контактора быстродействующего РПН силового трансформатора // Промышленная энергетика. 2005. №8.
3. Объем и нормы испытаний электрооборудования. (РД 34.45-51.300-97) / Под общей ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. 6-е изд., с изм. и доп. М.: НЦ ЭНАС, 2002. С. 256.
4. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Разд. 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. ОРГРЭС. М., 1997. С.100.
5. Якобсон И.Я. Наладка и эксплуатация переключающих устройств силовых трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 120 с.
МИХЕЕВ ГЕОРГИЙ МИХАЙЛОВИЧ родился в 1955 г. Окончил Чувашский государственный университет. Кандидат технических наук, главный инженер ООО «Инженерный центр». Имеет более 60 статей в области энергетики и электротехники, а также 10 патентов на изобретения.
БАТАЛЫГИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ родился в 1975 г. Окончил Краснодарское военное командно-инженерное училище ракетных войск. Директор ООО «Инженерный центр». Имеет 5 статей в области электроэнергетики.
ФЕДОРОВ ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ родился в 1964 г. Окончил Чувашский государственный университет. Ведущий инженер НИЛ ООО «Инженерный центр». Имеет более 25 статей в области энергетики и электротехники.
ШЕВЦОВ ВИКТОР МИТРОФАНОВИЧ родился в 1939 г. Окончил Новочеркасский политехнический институт. Кандидат технических наук, заместитель директора технического института Чувашского государственного университета. Имеет более 150 статей в области энергетики и электротехники, а также более 50 изобретений.
