Трансформаторы напряжения (ТН) в электрических сетях 6–10 кВ обеспечивают безопасность измерений, питание средств учета электроэнергии, контроль изоляции оборудования, питание оперативных цепей, цепей сигнализации, автоматики и релейной защиты. Большинство расчетных счетчиков смонтировано на присоединениях 6–10 кВ. Поэтому для обеспечения надежности и точности работы к ТН 6–10 кВ предъявляются повышенные требования. В первую очередь это относится к ТН контроля изоляции (ТНКИ), которые, кроме всех перечисленных функций, должны обеспечивать защиту от повреждений при феррорезонансных процессах. Выполнение всех этих требований ведет к увеличению габаритов ТНКИ и к сложностям компоновки в малогабаритных ячейках КРУ. Надежда на повышение точности учета энергии за счет применения электронных счетчиков и автоматизированных измерительных систем не оправдалась из-за высоких систематических погрешностей. Во многом это относится к ТНКИ, условием работы которых является заземление нейтрали обмотки ВН. Ее разземление устранило бы основную причину их повреждения (протекание значительных токов через обмотки ВН на землю) и уменьшило погрешности. |
 Юрий Степанов, ООО «Диагностика-ЭС», г. Самара Анатолий Овчинников, Ассоциация «Мособлэлектро»  |
Задача, требующая решения
В течение длительного времени разрабатывались устройства защиты, многие из которых были неэффективны. Так, применение ТНКИ НТМИ-6-10, выполненных в соответствии с ГОСТ 1983-2001, ограничено из-за многих недостатков:
- частые повреждения при феррорезонансных явлениях в электрической сети. Включение резисторов в цепь разомкнутого треугольника R=25 Ом или в нулевой вывод обмотки ВН резисторов R<10 кОм не обеспечивает его защиту от повреждения*. Постоянное включение в нулевой вывод ВН как активных, так и индуктивных сопротивлений более 10 кОм обеспечивает его защиту, но в этом случае увеличивается погрешность измерения пропорционально с увеличением значения сопротивления;
- при однофазном замыкании на землю в сетях 6-10 кВ обмотка ВН замкнувшейся фазы ТН шунтируется и его схема соединения становится аналогичной схеме открытого треугольника. Известно, что в этом случае при подключенной нагрузке к выводам фаз А и С обмотки НН возникают недопустимые погрешности. Это относится к двум трансформаторам напряжения, включенным по схеме открытого треугольника, и к трансформатору НАМИ-10/6, где также используются два ТН;
- малая номинальная мощность трансформатора позволяет подключить не более четырех присоединений 6–10 кВ, где используются индукционные счетчики.
Думаем, что на данный момент наиболее надежным и эффективным оказалось устройство, разработанное в 1985 году и имеющее авторское свидетельство на изобретение N1319158 СССР, МКИ3 НО2Н9/04 (Устройство для защиты от резонансных перенапряжений трансформатора напряжения в сети с изолированной нейтралью / Ю.А. Степанов, А.П. Кузнецов, М.Н. Игнатьев // Открытия. Изобретения. – 1987, N 23).
В этом устройстве был использован индуктивный элемент, выполненный в виде однофазного трансформатора напряжения нулевой последовательности (ТНП), первичная и вторичная обмотки которого подключаются соответственно между нейтралями первичной и вторичной обмоток трехфазного трансформатора напряжения и землей.
До идеала еще далеко
У трансформаторов серии НАМИ 6-10-35 кВ и НАМИ-10/6-95 (выпускаются с 1995 года на Раменском электротехническом заводе) в качестве индуктивного элемента также используется трансформатор нулевой последовательности, включенный аналогично схеме описанного выше устройства. Отличие состоит в том, что дополнительная вторичная обмотка 3U0 расположена на стержне трансформатора нулевой последовательности. На трех стержнях первого трансформатора помещается компенсационная обмотка, соединенная в замкнутый треугольник без внешних выводов, что противоречит ГОСТ 1983-2001. Эти отклонения от схемы, предложенной в указанном авторском свидетельстве, снижают эффективность ТНКИ, а также определяют увеличение погрешностей как в нормальном режиме, так и в режиме однофазного замыкания.
Известно, что в любом случае, когда у обмотки ВН нейтраль заземлена, могут возникать феррорезонансные процессы. Примером их проявления могут служить ситуации, сложившиеся с трансформаторами НАМИ-6 на Самарской ТЭЦ и НТМИ-6–10 на двух понижающих подстанциях 35/6 и 110/10 кВ Самарской области.
Процессы происходили при симметричном режиме, но без подключенных к шинам линий электропередачи 6-10 кВ. Они сопровождались ложным сигналом о замыкании на землю, сильным нагревом резисторов, подключенных к обмотке 3U0 у трансформаторов НТМИ-6-10 (у трансформатора НАМИ резистор не устанавливается), повышением фазных напряжений у НТМИ-6–10 до 125 В, а 3U0 до 220 В. Значения линейных напряжений 100 В оставались без изменений, ток феррорезонанса в этом случае меньше номинального тока высоковольтной обмотки ТН. После отключения резисторов, реле и аппаратов (включенных на Uф или 3U0) с Uн меньшими, чем напряжения 125 или 220 В, трансформаторы длительное время работали нормально и при повышенных значениях напряжения. При этом не представлялась возможность фазировки с другими секциями.
Феррорезонанс прекращался после включения одной из линий электропередачи, хотя согласно методу, описанному в авторском свидетельстве, для прекращения феррорезонанса достаточно было бы шунтировать или дешунтировать вторичную обмотку трансформатора нулевой последовательности ТНП.
В 1985–1990 гг. на семи подстанциях 35/10 кВ ОАО «Самараэнерго» с суммарной длиной воздушных линий 10 кВ 40–60 км на секцию, где при однофазных замыканиях повреждались трансформаторы НТМИ-10, были установлены ТНП, включенные по схеме, описанной в авторском свидетельстве. В качестве ТНП применялись трансформаторы напряжения НОМ-6. При этом использовалась автоматическая схема оперативных цепей. После установки антирезонансного устройства феррорезонансные явления практически мгновенно устранялись и повреждения ТНКИ прекратились.
      |
Схемы. Проблемы остаются Возвращаясь к уже рассмотренным трансформаторам НАМИ-6-10-35 кВ (см. рис. 1) и НАМИ-10/6-95, надо отметить, что у них ток компенсационной обмотки, соединенной в замкнутый треугольник, оказывает существенное влияние на увеличение его погрешностей во всех случаях появления напряжения небаланса этой обмотки. Нулевая рабочая точка вторичной обмотки, собранной в звезду, перенесена на точку вторичной обмотки нулевой последовательности – ТНП. Вследствие этого класс точности, согласно заводским данным, при измерении фазных напряжений снижается до класса точности 3. Это является нарушением «Норм испытания электрооборудования». Например, отсутствует возможность обнаружения виткового замыкания в процессе наладки и эксплуатационных проверок, что увеличивает риск возгорания ТН. Режимы. Вопросов много На рис. 2 показана электрическая схема соединений трансформатора контроля изоляции типа НАМИ-10/6. Этот трансформатор является антирезонансным только для обмоток фаз А и С, включенных по схеме открытого треугольника, так как эти высоковольтные обмотки не имеют заземления. Однако известно, что рассматриваемая схема исключает возможность подключения нагрузки к выводам а-с из-за возникновения недопустимых погрешностей. Работа же ТНКИ с незагруженными выводами а-с практически нереальна. При использовании схемы открытого треугольника невозможен контроль состояния изоляции высоковольтной электрической сети. Для исключения этого недостатка в корпусе трансформатора установлен дополнительный трансформатор, высоковольтная обмотка которого подключена к фазе В, а второй ее вывод заземлен. Низковольтные обмотки разомкнутого треугольника собраны так, чтобы в нормальном режиме геометрическая сумма вторичных напряжений равнялась нулю. Это достигается тем, что напряжения на обмотках ах и cz равняются соответственно: Uаb/3 и Ucb/3, а на обмотку by подается напряжение Ubo. Причем полярность обмотки треугольника cz изменена. Вследствие этого векторная диаграмма трансформатора напряжения НАМИ-10 примет вид, где сумма напряжений равна нулю: Uаb/3 + Ucb/3 + Ubo= 0. При замыкании на землю любой из фаз А, В, С из этой формулы исключается одно из слагаемых и на выводах разомкнутого треугольника появится напряжение, равное геометрической сумме векторов оставшихся двух слагаемых фаз. Возникновение феррорезонансных явлений в нормальном режиме и режиме замыкания на землю фаз А или С – значительный, на наш взгляд, недостаток трансформатора НАМИ-10. В нормальном режиме при равенстве индуктивного сопротивления обмотки фазы В и суммарного емкостного сопротивления электрической сети возникает феррорезонансный процесс, который из-за малых токов не вызывает повреждений трансформатора напряжения, но предопределяет недопустимое повышение фазных напряжений и напряжения 3U0 разомкнутого треугольника** и появление ложного сигнала о замыкании на землю в электрической сети. При замыкании на землю фазы А или С при равенстве индуктивного сопротивления обмотки фазы В и емкостного сопротивления между фазами АВ или СВ возникает феррорезонанс с возможным повреждением трансформатора. Кроме того, следует отметить, что векторы фазных напряжений Uао и Uсо получены искусственным путем – сложением двух векторов других фаз, а именно: Uао= Ubo+ Uab и Uсо= Ubo+ Ucb. Вследствие этого Uао и Uсо не будут соответствовать своим истинным параметрам. Погрешности ТНКИ НАМИ-10 в нормальном режиме и при нормальной нагрузке представлены в таблице. Для класса точности 0,5 предел допускаемой погрешности напряжения +0,5%, угловой +20’. Модель, отвечающая условиям задачи В точном соответствии с авторским свидетельством на указанное выше изобретение выпускается трехфазный антирезонансный ТНКИ марки НАМИТ-10-2 (производятся с 1997 г. в ОАО «Самарский трансформатор»). На рис. 3 представлена схема соединения НАМИТ-10-2, а на рис. 4 – автоматическая схема оперативных цепей. Нормальный режим работы ТНКИ осуществляется при замкнутой вторичной обмотке ТНП посредством переключателя SA или при автоматическом режиме контактами реле KL. В этом режиме обмотка высокого напряжения ТНП имеет только активное сопротивление порядка 6 кОм, что обеспечивает снижение указанного выше негативного эффекта работы ТНКИ в режиме открытого треугольника при однофазном замыкании в электрической сети. При симметричном трехфазном напряжении за счет неидентичности полного сопротивления фаз А, В, С стороны ВН на выводах ад – хд возникает напряжение небаланса Uнб. При размыкании вторичной обмотки ТНП сопротивление его обмотки ВН увеличивается до » 300 кОм и, как следствие, из-за увеличения падения напряжения на ней повышается напряжение смещения нуля Uо обмотки ВН. Это вызовет рост напряжения Uнб на выводах ад – хд. При возникновении феррорезонанса (XL=XC), автоматически размыкается вторичная обмотка ТНП. При этом сопротивление первичной обмотки увеличивается до 300 кОм, равенство XL=XC нарушается и феррорезонанс срывается. При однофазном замыкании на землю при шунтировании и дешунтировании обмотки НН ТНП напряжение Uнб на выводах ад – хд равняется соответственно » 100 В и » 70-80 В. При шунтировании обмотки НН ТНП ток в ней достигает значения 7-8 А, что меньше допустимого значения тока этой обмотки. Однако этот ток не оказывает влияния на нагрузку ТНКИ, а следовательно, и на его погрешность. Оптимальным с точки зрения выполнения функциональных возможностей и требований к классу точности среди трансформаторов контроля изоляции в сети 6-10 кВ следует считать ТНКИ марки НАМИТ-10-2, изготовляемый в ОАО «Самарский трансформатор» в соответствии с Патентом N 1319158 на изобретение «Устройство для защиты от резонансных перенапряжений трансформатора напряжения в сети с изолированной нейтралью». Авторы: Степанов Ю.А., Кузнецов А.П., Игнатьев М.Н. Патент действует с 27.01.1999. |
Источник: Новости ЭлектроТехники
29 Июль, 2008 
50695 
Выполняется отправка...