Logo

Применение нетрадиционных первичных преобразователей с цифровым выходом в сетях классом напряжения 6-35 кВ

А.В. Панащатенко, А.А. Яблоков, В.Д. Лебедев, С.Н. Литвинов, Е.Е. Готовкина, Г.А. Филатова, Н.В. Сиренко, ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», ООО НПО «Цифровые измерительные трансформаторы», АО ПО «Элтехника»

Применяемые сегодня на энергообъектах измерительные устройства — электромагнитные трансформаторы тока и напряжения, обладают рядом существенных недостатков и не могут быть интегрированы в системы цифровых подстанций без применения дополнительных преобразователей аналоговых сигналов, работающих в соответствии со стандартом МЭК 61850.

Недостатки существующих трансформаторов тока и напряжения заключаются в следующем.

  1. Возможность искажения формы сигнала при неправильно выбранных параметрах измерительных трансформаторов, что наиболее актуально при возникновении коротких замыканий (КЗ). Из-за насыщения магнитопровода апериодической и периодической составляющими тока КЗ, ТТ могут передавать недостоверную информацию, что может повлечь за собой возникновение задержек и неселективной работы устройств РЗиА [1]. Пример сигнала, поступающего с электромагнитного трансформатора тока в режиме насыщения, представлен на рисунке 1.

    Рисунок 1. Сигнал, поступающий с электромагнитного трансформатора тока в режиме насыщения

  2. Индуктивные ТН могут вступать в феррорезонанс, при этом по обмотке высокого напряжения трансформатора будут проходить недопустимые токи, которые могут привести к повреждению ТН с отключением всей системы шин. Существуют специальные устройства для подавления феррорезонансных явлений, они устанавливаются на вторичной обмотке ТН и при фиксации резкого увеличения тока цепи — увеличивают вторичное сопротивление цепи (процесс демпфирования). Однако даже в сетях с такой защитой известны случаи возникновения феррорезонанса при использовании таких демпфирующих устройств [2]. В качестве примера можно привести аварию на ПС 500 кВ «Бескудниково» в конце 2011 г., где вследствие феррорезонанса был повреждён ТН с устройством подавления феррорезонанса [3] (рисунок 2 а). Также в качестве устройства подавления могут применяться специальные заземляющие трансформаторы, однако даже их применение зачастую не является эффективным (рисунок 2 б). Помимо специальных устройств защиты от феррорезонанса существуют и специальные антирезонансные трансформаторы (например, типа НАМИ) [4].

    Рисунок 2. Последствия феррорезонанса в трансформаторах напряжения: а) повреждение трансформатора с установленным устройством демпфирования; б) повреждение установленного в сети трансформатора ЗНОЛ-35 кВ с устройством подавления феррорезонанса (трансформатор заземления нейтрали)

    Но и применение этих трансформаторов не гарантирует отсутствие феррорезонансных явлений (в практике имели место возникновения феррорезонанса даже в сетях с применением антирезонансных трансформаторов). При этом необходимо отметить, что стоимость таких ТН на порядок выше стоимости традиционных. Дополнительно при использовании в сетях 6-35 кВ ТН традиционного исполнения и ТН типа НАМИ никто не гарантирует защиту традиционных ТН от феррорезонанса, а использование большого количества ТН типа НАМИ на параллельной работе снижает их антирезонансные свойства.

  3. Зависимость погрешности измерения от величины подключенной нагрузки, длины вторичных кабелей и электромагнитной обстановки на подстанции. Традиционные принципы построения метрологических каналов неизбежно приводят к появлению больших погрешностей, вследствие влияния электромагнитных наводок на аналоговые вторичные кабели и применения дополнительных входных преобразователей тока и напряжения (ВПТ и ВПН), эти погрешности в сумме могут достигать 0,7 % (рисунок 3) при этом необходимо учитывать, что на конечный результат измерений влияние может оказывать величина нагрузки, подключаемой к вторичным цепям традиционного трансформатора.

    Рисунок 3. Иллюстрация, поясняющая повышенные погрешности традиционных метрологических цепочек

  4. Явление остаточной намагниченности, присущее электромагнитным трансформаторам, также может приводить к неправильной работе устройств РЗиА. Последнее влечёт за собой возникновение небалансов при организации коммерческого учёта электроэнергии, так в зависимости от величины тока, протекающего через трансформатор, негативное влияние остаточной намагниченности, может проявляться более 8 ч [4, 5].
  5. Для обеспечения изоляции в электромагнитных трансформаторах тока и напряжения применяются взрыво- и пожароопасные материалы, что ведёт к возможности возникновения опасных аварийных процессов. Дополнительно такой тип выполнения изоляции, требует обслуживания и влечёт за собой увеличение эксплуатационных затрат.
  6. Электромагнитные трансформаторы имеют высокие массу и габариты: так масса трансформатора тока ТОГФ-110 кВ составляет 450 кг, ТОЛ-35 кВ — 155 кг. Этот фактор ведёт к увеличению стоимости применения традиционных устройств, поскольку стоимость доставки до места монтажа зачастую может быть сопоставима со стоимостью трансформатора, для размещения этого тяжёлого оборудования необходимы дополнительные строительные работы — возведение специальных конструкций, при установке необходимо применение подъёмных механизмов. Всё это приводит к тому, что стоимость электромагнитного трансформатора на заводе и его стоимость на объекте размещения (стоимость самого трансформатора + стоимость доставки + стоимость монтажа) может различаться в разы из-за его массогабаритных показателей.

При переходе к строительству цифровых подстанций (ЦПС) вышеуказанные проблемы необходимо обязательно решать, поскольку ЦПС — позиционируются как объекты нового качества с повышенной надёжностью и эксплуатационными характеристиками. Игнорируя проблемы оборудования, созданного на заре энергетики, есть риск не достичь нужного экономического и технического эффекта от внедрения ЦПС.