Подсистема диагностирования сопротивления изоляции в системах оперативного постоянного тока подстанций

УДК 621.316.925

ПОДСИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ В СИСТЕМАХ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОДСТАНЦИЙ

© 2010 г. В.Г. Шуляк, А.С. Дордий

НИИ энергетики Южно-Российского Research Institute of Power Engineering

государственного технического университета of the South-Russian State Technical University

Рассматриваются особенности построения серийных устройств контроля сопротивления изоляции для систем оперативного постоянного тока подстанций. Устройства реализуют принцип измерения сопротивления изоляции при наложении на сеть адаптивных импульсов постоянного напряжения.

Ключевые слова: изоляция; сеть; система; сопротивление; импульсы; напряжение.

The insulation resistance monitoring instruments being scrutinized in the article operate due to the principle basing on currents measurement in elements of a complex while constant voltage network superposition of an auxiliary source, which allows localizing a fault both in a network switched - off from the power source, and in a network alive.

Keywords: isolation; web; system; resistance; pulses; pressure.

Электрические сети постоянного тока электрических подстанций характеризуются разветвленностью и наличием большого количества ответственных потребителей. Ухудшение изоляции присоединений и потребителей относительно земли приводит к появлению значительных величин токов утечки, приводящих к возникновению тлеющих разрядов, которые могут перейти в дуговые замыкания. Длительное наличие повреждения изоляции одного полюса может привести при повреждении изоляции другого полюса к коротким замыканиям между полюсами.

В соответствии с техническими требованиями к системе оперативного постоянного тока подстанции (СОПТ) на подстанциях должны быть предусмотрены: контроль общего сопротивления изоляции цепей оперативного тока; автоматизированный поиск замыканий на землю в сети постоянного тока; автоматическое определение поврежденного (замыкание на землю) присоединения щита постоянного тока.

Поэтому среди мероприятий, направленных на повышение безаварийности и бесперебойности электроснабжения, особое значение придается решению задачи своевременного обнаружения дефектов, начинающих развиваться в изоляционной конструкции. При этом существуют два подхода при выборе системы поиска фидера (оборудования) со сниженным сопротивлением изоляции.

При контроле только общего сопротивления изоляции электрической сети метод поиска поврежденного фидера основывается на восстановлении уровня эквивалентного сопротивления изоляции системы при отключении фидера с поврежденным элементом. Поиск проводится путем поочередного отключения фидеров от распределительных щитов. Основными недостатками такого подхода являются следующие. Определение поврежденного участка сети сопровождается нарушением электроснабжения потребителей, в том числе с нормальным сопротивлением изоляции,

требует значительного времени и невозможно в режимах, не допускающих отключения потребителей. Большинство применяемых в настоящее время устройств общего контроля сопротивления изоляции, как правило, имеет одноканальное исполнение, и поэтому на каждый гальванически развязанный участок сети необходимо устанавливать дополнительное устройство контроля. В последнее время были разработаны многоканальные устройства контроля общего сопротивления изоляции, позволяющие измерять общее сопротивление изоляции нескольких электрически несвязанных участков. Однако принцип нахождения поврежденного присоединения путем поочередного отключения остался без изменения.

Второй подход к указанной проблеме заключается в применении устройств, совмещающих свойства методов контроля общего сопротивления изоляции и контроля сопротивления изоляции отдельных фидеров. В настоящее время существуют несколько основных методов контроля сопротивления изоляции фидеров, использующих активные способы, основанные на подключении к шинам сети резисторов, наложении на сеть напряжения переменного тока определенной частоты, наложении на сеть однополярного или двух-полярного импульса напряжения (тока) от вспомогательного регулируемого источника. Характеристики устройств, реализующих данные способы контроля сопротивления изоляции фидеров, определяются величиной напряжения вспомогательного источника тока, величиной подключаемых резисторов и чувствительностью датчиков, устанавливаемых на контролируемых фидерах.

Для исключения возможных ложных срабатываний выходных органов защит токи относительно земли, создаваемые этими устройствами, предлагается ограничивать величиной до 2 мА. При этом для обеспечения контроля сопротивления изоляции фидеров в диапазоне (5 - 100) кОм и высоком сопротивлении

общего сопротивления изоляции сети требуется чувствительность датчика менее 0,1 мА. С учетом реального сопротивления изоляции аккумуляторной батареи и наличия в сети большого количества фидеров указанные токи, распределяемые между фидерами обратно пропорционально их сопротивлениям изоляции, могут быть значительно меньше, чем 0,1 мА, что усложняет правильное функционирование данных устройств в некоторых режимах работы сети постоянного тока.

На наш взгляд, целесообразным является осуществление совместной работы устройств контроля сопротивления изоляции и защиты не путем наложения ограничений на устройства контроля, которые ухудшают характеристики последних, а путем принятия технических решений в схеме защит, исключающих их возможные ложные срабатывания при замыкании на землю.

В НИИ Энергетики ЮРГТУ (НПИ) разработан ряд устройства контроля сопротивления изоляции для низковольтных электрических сетей переменного и постоянного тока, которые прошли межведомственные испытания, поставлены и эксплуатируются на ряде автономных объектов. Устройства используют (рис. 1) активный принцип контроля с применением вспомогательного источника (ВИ) постоянного напряжения и отстройкой по времени от емкостных составляющих токов утечки. В состав устройств входят блоки общего контроля (БОК), фильтры подключения (ФП), блоки селекции (БС), преобразователи токов утечки (ПТУ), а для некоторых устройств -блок центральный (БЦ). Разработанные устройства позволяют обнаружить повреждения изоляции с предельно низким уровнем сопротивления (вплоть до нуля).

Rg

Rg

С

т

Rtti

R-

Участок сети

Фидер

R+

V

Рис. 1

Система пофидерного контроля сопротивления изоляции типа СПК-02 предназначена для применения в автономной сети переменного тока с изолированной нейтралью и обеспечивает контроль сопротивления изоляции четырех гальванически несвязанных участков сети при общем числе фидеров до 96. Система состоит из БЦ, двух блоков БОК, четырех блоков БС и 96 ПТУ. Блоки системы связаны в информационную

локальную сеть магистральной структуры для управления обменом информацией. Е - вспомогательный источник; Rд - резистор, ограничивающий величину тока источника Е; - контакт реле, посредством которого источник может быть отключен от сети; Rш -измерительный резистор для получения сигнала, пропорционального общему току утечки данного участка сети; R+, - сопротивления изоляции полюсов фидера.

Результаты контроля, включая сообщения о результатах автотестирования отдельных узлов, выводятся на индикаторы всех блоков, при этом из БЦ возможен просмотр информации по любому фидеру. По информации о состоянии блок - контактов выключателей система автоматически подключает к группе гальванически связанных участков сети ВИ только одного из БОК, при этом остальные остаются в горячем резерве, обеспечивая автоматическое продолжение контроля (если это возможно для текущей структуры сети) при обнаружении неисправности в блоке БОК, являющимся в данный момент главным на участке. Для обеспечения живучести в системе предусмотрен ручной ввод информации о положении выключателей сети, а также возможность блокирования обработки информации любым блоком или каналом контроля фидеров. Диапазон контроля сопротивлений изоляции: в режиме общего контроля - от 5 до 500 кОм, в режиме селективного контроля - от 5 до 100 кОм. Уставки срабатывания сигнализации в режиме общего контроля: 50 кОм - предупредительная, 5 кОм - аварийная. Уставка срабатывания сигнализации при снижении сопротивления изоляции фидера -30 кОм.

Система контроля сопротивления изоляции типа СПОК-12Я предназначена для применения в сетях постоянного тока и обеспечивает контроль сопротивления изоляции трех гальванически несвязанных участков сети при общем числе фидеров до 14. Система состоит из БЦ, ПТУ (до 14 штук), блока БОК, трех ФП и трех блоков БС. Блоки системы связаны в ЛС радиальной структуры для управления обменом информацией. Выдача информации на блоки системы аналогична СПК-02. Диапазон контроля сопротивлений изоляции: в режиме общего контроля - от 5 до 999 Ом, в режиме селективного контроля - от 5 до 200 кОм. Уставки срабатывания сигнализации аналогичны СПК-02.

Система пофидерного контроля типа СПК-21 позволяет осуществлять контроль сопротивлений изоляции до 62 фидеров в сети постоянного тока при числе гальванически не связанных участков до 14, а также общий контроль до 28 участков в сети переменного тока и имеет близкие к системе СПОК-12Я характеристики. Однако в отличие от СПОК-12Я в состав системы не входит БЦ. Информация по результатам контроля передается по интерфейсу RS232 в подсистему управления подстанцией, а также может быть прочитана из любого блока системы с помощью переносного прибора индикации.

Эксплуатация систем СПК-21 и СПОК-12Я имеет особенности, связанные с установкой ряда ПТУ на

+

o

фидерах главных распределительных щитов при питании потребителей по схеме резервирования через диодные развязки. Для нормального функционирования данных ПТУ необходимо перевести всю сеть или ее часть на одностороннее электропитание указанных потребителей. Поэтому в нормальных условиях информация по соответствующим каналам контроля фидеров блокируется оператором. Разблокирование информации выполняется после принятия решения о поиске места повреждения изоляции и предварительного перевода потребителей на одностороннее электропитание, что является лучшим решением по сравнению с отключением потребителей.

На основе имеющегося задела разработан совместно с ООО «НИИ энерготехнологий» унифицированный комплекс (рис. 2) устройств с уменьшенными габаритами и расширенными функциональными возможностями, состоящий из устройства контроля общего сопротивления изоляции сетей постоянного тока (УКОС) и устройств контроля сопротивления изоляции присоединений постоянного тока (УКСП).

ЩПТ 1

I

СУ Рис. 2

Устройство контроля общего сопротивления изоляции сетей постоянного тока (УКОС) предназначено для контроля сопротивления изоляции до четырех гальванически развязанных сетей постоянного тока напряжением до 400В и состоит из блока общего контроля (БОК) и фильтров подключения к сети (ФП). Устройство осуществляет контроль общего сопротивления изоляции в диапазоне - 5.. .999 кОм. Допустимая общая емкость сети относительно земли - до 200 мкФ. Предусматриваются уставки срабатывания сигнализа-

ции: предупредительная - 30 кОм, аварийная - 5 кОм. Длительность одного цикла контроля (4 точки подключения) - 10 с. Напряжение, накладываемое на полюса сети относительно корпуса - от 40 до 200 В. В устройстве предусматривается индикация, позволяющая отображать информацию о сопротивлении изоляции в точках контроля и состоянии устройства, а также предусмотрен интерфейс связи Л5"485 для передачи данных в систему управления подстанцией.

Устройство контроля сопротивления изоляции присоединений постоянного тока (УКСП) в сочетании с УКОС позволяет определять присоединение с поврежденной изоляцией без его отключения от сети. Устройство содержит блок контроля сопротивления изоляции присоединений (БКС) и измерительные трансформаторы (ИТ). Тип ИТ определяется его внутренним диаметром. Блок БКС обеспечивает контроль сопротивления изоляции 16 присоединений. Диапазон контроля сопротивления изоляции присоединения - (5 - 300) кОм при допустимой емкости присоединения относительно земли - 20 мкФ. Информация о состоянии сопротивления изоляции присоединений будет отображаться на лицевой панели УКСП или УКОС.

Информация о сопротивлении изоляции сети в точках контроля и сопротивления изоляции отдельных присоединений отображается на лицевой панели УКОС или может передаваться по интерфейсу ^£485 в систему управления подстанцией. Система обеспечивает автоматический непрерывный контроль общего сопротивления изоляции четырех гальванически несвязанных участков, а также контроль сопротивления изоляции 320 присоединений.

Литература

1. Редькин Ю.В. Анализ методов повышения достоверности передачи данных в беспроводных сетях // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Спецвыпуск. С. 45 - 49.

2. Прозоровский Е.Е. Организация протокола обмена данными в системе связи на базе распределительных силовых сетей // Материалы междунар. науч. конф. «Информационные технологии в современном мире» Ч. 5 Таганрог: ТРТУ, 2006. С. 66 - 72.

3. Прозоровский Е.Е. Техническая реализация приемопередающей аппаратуры связи для информационного обмена по силовым линиям электропередачи // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Спецвыпуск. С. 61- 65.

Поступила в редакцию 18 февраля 2010 г.

Шуляк Виктор Григорьевич - канд. техн. наук, профессор, кафедра «Электрические станции», директор НИИ Энергетики Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. (8635) 2228-12. E-mail: schul@novoch.ru.

Дордий Анатолий Стефанович - канд. техн. наук, зам. главного конструктора НИИ Энергетики ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. (8635) 222409.

Shuljak Victor Grigorjevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Power Plants», director Research Institute of Power Engineering of the South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnik Institute). Ph. (8635)2228-12. E-mail: schul@novoch.ru.

Dordy Anatoly Stefanovich - Candidate of Technical Sciences, deputy chief designer Research Institute of Power Engineering of the South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnik Institute). Ph. (8635)222409.