Головко С. И., Потапов П.Н.
Согласно [1] ДГР должны иметь резонансную настройку. Допускается настройка с перекомпенсацией, при которой реактивная составляющая тока замыкания на землю должна быть не более 5 А, а расстройка компенсации - не более 5%.
Для реализации указанных требований необходимы соответствующие технические средства, непосредственно измеряющие расстройку компенсации v в сетях со ступенчатым регулированием индуктивности и осуществляющие автоматическую настройку при плавном регулировании индуктивности.
В настоящее время получили распространение два основных метода, с помощью которых решается рассматриваемая задача.
Первый метод основан на измерении фазового сдвига между напряжением смещения нейтрали и опорным напряжением, которое создается введением в сеть искусственной несимметрии. Последнее выполняется либо с помощью силового конденсатора, включаемого между одной из фаз сети и землей, либо посредством наложения на сеть напряжения 50 Гц с помощью дополнительного трансформатора, включаемого последовательно с ДГР.
Второй метод основан на наложении на сеть контрольного тока с частотой 25 Гц [2, 3].
Первый метод имеет следующие недостатки: работа аппаратуры зависит от естественной несимметрии, имеющей случайный характер. В случае, когда напряжение естественной несимметрии противоположно по фазе и близко по амплитуде к напряжению искусственной несимметрии, этот метод становится неработоспособным либо появляется большая погрешность, которую невозможно устранить аппаратными способами;
метод в полной мере применим лишь в сетях, оборудованных ДГР с плавным регулированием индуктивности. Причем, в автоматическом режиме он позволяет настроить реакторы лишь на одно значение v = 0, в то время как, например, в ГРУ 6 кВ ТЭЦ часто необходимо поддерживать некоторую перекомпенсацию, при которой ток замыкания на землю достаточен для срабатывания земляных защит двигателей собственных нужд.
Недостатком второго метода считается то, что для его реализации требуется специальный источник контрольного тока 25 Гц. Несмотря на это, в Сибирском регионе и Казахстане метод нашел широкое распространение.
Рис. 1. Габаритные размеры делителя частоты и обозначения его обмоток
В настоящее время эксплуатируется 27 измерителей расстройки компенсации. Срок их эксплуатации на различных объектах составляет от 20 лет до 1 года. В сетях 35 кВ эксплуатируются пять измерителей (Иркутскэнерго, Ангарская нефтехимическая компания), остальные - в сетях 6 - 10 кВ (Кузбассэнерго, Иркутскэнерго, Алтайэнерго, Восточный Казахстан). Большая часть измерителей (20 комплектов) эксплуатируется в ГРУ 6 - 10 кВ ТЭЦ, три комплекта установлены в распредустройствах 35 кВ ТЭЦ, четыре комплекта - на крупных подстанциях 35 и 10 кВ.
Распространенность этого метода обусловлена тем, что с его помощью создаются напряжения и токи с частотой 25 Гц, не зависящие от параметров сети и поэтому позволяющие точно измерять v как в сетях со ступенчатым регулированием индуктивности, так и в сетях с плавным регулированием индуктивности. В последнем случае метод позволяет осуществлять автоматическую настройку ДГР не только в резонанс, но и на любое заданное значение v. Помимо решения вопроса измерения v распространению данного метода способствует и то, что наложение контрольного тока с частотой 25 Гц одновременно позволяет качественно решить вопрос защиты от замыканий на землю высоковольтных двигателей и генераторов, работающих на сборные шины, а также вопрос селективной сигнализации однофазных замыканий кабельных сетей 6 - 35 кВ и мощных шинопроводов 6-10 кВ [2,3].
Рис. 2. Схема подключения ИКТ к ДГР
Для получения тока 25 Гц используется источник контрольного тока (ИКТ) на базе электромагнитного делителя частоты, адаптированного к условиям работы в цепи ДГР [4]. Многолетний опыт эксплуатации десятков таких ИКТ показал их исключительно высокую надежность, обеспеченную соответствующим режимом работы всех узлов ИКТ.
Источник контрольного тока включает делитель частоты (ДЧ), дроссель (Др) и косинусный конденсатор (С). ДЧ и Др находятся в маслонаполненных баках одного размера. На рис. 1 показаны габаритные размеры ДЧ и обозначены обмотки, выведенные на его крышку.
Выходная обмотка разбита на три секции Н1 - К1, Н2 - К2, Н3 - КЗ. С помощью согласного или встречного включения секций обеспечивается изменение наложенного напряжения 25 Гц в необходимом диапазоне. Выходная обмотка наматывается медным проводником, сечение которого рассчитано на длительное протекание суммарного тока ДГР. Питание ИКТ осуществляется через автомат А от сети 220 В, 50 Гц. Предусмотрена измерительная обмотка 30 В, 25 Гц, которой непрерывно контролируется исправность ИКТ с помощью реле минимального напряжения, находящегося на главном щите управления (ГЩУ).
Схема подключения ИКТ к ДГР показана на рис. 2. В случае, если сеть содержит несколько ДГР, то их заземляемые выводы объединяются и подключаются к контуру заземления через выходную обмотку ИКТ. На рис. 2 выходная обмотка сформирована согласным соединением всех трех секций. Разъединители Р1 и Р2 предназначены для выведения ИКТ из цепи ДГР.
В настоящей статье описана последняя модификация измерителя расстройки компенсации типа ИРК-5А, в которой учтен многолетний опыт эксплуатации предыдущих вариантов измерителей. Ценные предложения и замечания при работе над этой статьей были сделаны Р. А. Вайнштейном (Томский политехнический университет).
Схема подключения ИРК-5А показана на рис. 3.
Рис. 3. Схема подключения ИРК-5А при подключении ДГР к одной секции:
Т - трансформатор для подключения ДГР; ИКТ - источник контрольного тока 25 Гц; Р - реактор; R - резистор
В качестве ТН1 и ТН2 используются трансформаторы напряжения типа ЗНОМ или ЗНОЛ на номинальное напряжение сети.
Из рис. 3 следует, что к ИРК-5А подведены три сигнала: UL, U, UI. Сигнал UL формируется как сумма двух сигналов UдгР и Uр. Uдгp - это сигнал, пропорциональный падению напряжения на ДГР, которое обусловлено контрольным током I, 25 Гц; Uр - падение напряжения на реакторе, обусловленное вторичным током I и приведенное ко вторичной стороне Р. Опорное напряжение U пропорционально наложенному напряжению 25 Гц, вырабатываемому ИКТ. Сигнал UI пропорционален току I, так как этот сигнал представляет собой напряжение на активном сопротивлении R, включенном в цепь вторичной обмотки ТТ.
Сигналы UL и UI имеют сложную форму, так как помимо составляющей 25 Гц, обусловленной ИКТ, они содержат составляющую 50 Гц и высшие гармоники, обусловленные смещением нейтрали. Опорное напряжение U также не является чисто синусоидальным, так как напряжение 25 Гц, вырабатываемое ИКТ, содержит значительные нечетные гармоники. Поэтому под этими сигналами в дальнейшем подразумеваются составляющие с частотой 25 Гц, поскольку именно эти составляющие используются устройством ИРК-5А для измерtния v.
Сопротивление реактора Хр, приведенное к числу витков его вторичной обмотки, выбирается по условию
Рис. 4. Схема замещения нулевой последовательности компенсированной сети:
L - суммарная индуктивность ДГР и заземляющего трансформатора; C - суммарная емкость сети где Х0Т - сопротивление нулевой последовательности Т; пТТ и nТН1 - соответственно коэффициент трансформации ТТ и ТН1.
Учет Up, при формировании UL устраняет погрешность измерения v, вызванную влиянием Х0Т, так как U при таком подходе равно приведенному к низкой стороне ТН1 падению напряжения на Х0Т, обусловленному током I.
Действительно,
Принцип измерения v показан на рис. 4.
В этой схеме не учтены активные потери и индуктивности кабельных линий, поскольку их влияние незначительно. Из рис. 4 найдем
(1)
где ω - круговая частота напряжения U, вырабатываемого ИКТ.
По определению расстройка компенсации
(2)
где Iс = 2UфωC и 1дГР= Uф/2ωL - соответственно суммарный емкостный ток сети и ток ДГР на промышленной частоте ωπ = 2ω; Uф - фазное напряжение сети.
Подставив в формулу (2) 1с и 1дГР и сделав несложные преобразования, получим
(3)
Из уравнения (3) найдем
(4)
Подставив формулу (4) в выражение (1), получим
(5)
Если от UL отнять U/3, получим
(6)
Далее разделим уравнение (6) на уравнение (5)
(7)
Из формулы (7) следует, что величина (UL - U/3)/UL однозначно зависит от v, причем эта зависимость носит линейный характер, обеспечивающий наилучшие метрологические возможности. Из формулы (7) следует также, что сигнал (UL - U/3)/UL не зависит от наложенного напряжения U, значение которого определяется суммарным емкостным током сети и поэтому может меняться.
Решив уравнение (7) относительно v, получим
(8)
Данное выражение является алгоритмом рассматриваемого способа измерения v.
