Technologie

Aktualne możliwości sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych, w tym kierunkowości zabezpieczeń

Aktualne możliwości sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych, w tym kierunkowości zabezpieczeń
Wykorzystując wieloletnie doświadczenie firmy Energopomiar Elektryka w zakresie rozruchu obiektów energetycznych autor przedstawia aktualne możliwości sprawdzania nie tylko kierunkowości zabezpieczeń odległościowych oraz ziemnozwarciowych, ale również pozostałych obwodów prądowych i napięciowych układów pomiaru energii, Systemu Sterowania i Nadzoru (SSiN), synchronizacji, rejestracji i innych jeszcze na etapie badań pomontażowych tj. przed załączeniem obiektu do ruchu i wymuszeniu odpowiedniego obciążenia. Sposób ten jest przydatny w szczególności na stacjach elektroenergetycznych nowobudowanych, modernizowanych (Np. wymiana przekładników prądowych, napięciowych, zabezpieczeń, układów pomiaru energii) oraz w sytuacjach, kiedy w czasie prób prąd obciążenia będzie zbyt mały, aby określić jednoznacznie kierunkowość zabezpieczeń.

Przedstawione metody zostały już sprawdzone na wielu obiektach elektroenergetycznych. Ostatnio na obiektach SE 400/110 kV Słupsk, SE 400/220 kV Mikułowa SE 400/110 kV Siedlce Ujrzanów.

1. Wprowadzenie

Rozwój Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej (EAZ) to również, wzrost ilości obwodów prądowych i napięciowych oraz urządzeń, które z nich korzystają (zabezpieczenia, układy synchronizacji, układy pomiaru energii, system sterowania i nadzoru, układy rejestracji
i inne). Sprawdzenie poprawności ich wykonania w czasie uruchomienia tj. podczas podania napięcia, a następnie obciążenia zajmuje obecnie coraz więcej czasu, co z punktu widzenia niezawodności pracy systemu elektroenergetycznego ma istotne znaczenie. Dlatego poszukiwanie skutecznego sposobu sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych, w tym kierunkowości zabezpieczeń i innych układów, jeszcze na etapie badań pomontażowych jest dla naszej firmy ciągłym wyzwaniem, ponieważ korzyści jakie to daje są niepodważalne. Pozwala to uniknąć angażowania służb dyspozytorskich, które często zmuszone są do wykonywania niekorzystnych dla stabilności systemu przełączeń, obsługi wybranego do zasilania uruchomianego obiektu oraz służb zabezpieczeń obsługujących zasilający i uruchamiany obiekt.

2. Sprawdzanie poprawności wykonania obwodów prądowych i napięciowych w tym kierunkowości zabezpieczeń.

W trakcie uruchamiania obiektu elektroenergetycznego zachodzi konieczność nie tylko potwierdzenia poprawności wykonania obwodów prądowych i napięciowych, ale poprawności parametryzacji zabezpieczeń, układów, urządzeń i systemów z tymi obwodami powiązanymi.
Norma PN-E-04700 „Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych”, mówi o tym, czego się oczekuje od układów zabezpieczeń po wykonaniu badań pomontażowych odbiorczych.
p. 1.2.5 Pomontażowe badania odbiorcze
Pomontażowe badania odbiorcze to oględziny, pomiary oraz próby urządzeń i układów przeprowadzone po ich zainstalowaniu, w celu stwierdzenia przydatności i gotowości urządzeń i układów do eksploatacji w miejscu zainstalowania.
p. 3.1 Program pomontażowych badań odbiorczych
Program badań urządzenia i/lub układu obejmuje wykonanie co najmniej następujących prób i sprawdzeń:

  • sprawdzenie dokumentacji,
  • oględziny urządzenia,
  • próby i pomiary parametrów urządzenia i/lub układu,
  • sprawdzenie działania urządzenia i/lub układu oraz próby działania w warunkach pracy o ile to jest możliwe,
  • badania dodatkowe.

W p.3.1.d mówi się o sprawdzeniu działania układu zabezpieczeń oraz wykonania prób działania w warunkach pracy oczywiście, jeżeli to jest możliwe, co oznacza, że należy wykorzystać wszystkie możliwe i dostępne środki, aby ten punkt spełnić, ponieważ nie spełnienie tego w trakcie badań pomontażowych powoduje wiele problemów.
p. 3.2 Warunki przystąpienia do badań i przeprowadzenia pomiarów.
p. 3.2.2 Przeprowadzenie badań w czasie ruchu próbnego lub eksploatacji wstępnej.
Badania mogą być przeprowadzone w czasie ruchu próbnego lub w czasie eksploatacji wstępnej, jednak wówczas przeprowadzający badania nie wykonuje łączeń w obwodach głównych.
W tym punkcie dopuszcza się, że niektóre badania układów zabezpieczeń wykonuje się w trakcie ruchu próbnego lub nawet eksploatacji wstępnej jednak istnieją dodatkowe uwarunkowania, jakimi jest to, że wszystkie przełączenia i łączenia w obwodach pierwotnych muszą być uzgadniane z odpowiednią dyspozycją ruchu. Zazwyczaj jest to opracowany, uzgodniony i zatwierdzony program prób napięciowych i prądowych. Dlatego lepiej te próby zrobić w czasie badań pomontażowych.

3. Urządzenia i aparatura do sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych.

3.1. Zespół Regulacyjny Prądowo-Napięciowy typu ZRPN-6.

Zespół regulacyjny prądowo-napięciowy typu ZRPN-6 produkowany przez firmę ZPrAE Siemianowice Śląskie (rys.1.) przeznaczony jest do sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych stacji elektroenergetycznej po jej modernizacji lub budowie, a przed pierwszym załączeniem obiektu. Zespół ten umożliwia jednoczesne, długotrwałe podanie napięcia 3 x 6000 V/f (500 VA) i wymuszenie prądów 3 x 150 A (450 VA) w trzech fazach obwodów pierwotnych, co pozwala na kompleksowe sprawdzenie poprawności wykonania obwodów prądowych i napięciowych, ich podłączenia i działania.

Rys. 1. Zespół Regulacyjny Prądowo-Napięciowy ZRPN-6. Walizka (czarna) sterująco-zasilająca WSZ i jedna z 3 walizek (pomarańczowa) wykonawcza WWN.

Podstawowe cechy zespołu ZRPN-6 to:

  • jednoczesne sprawdzenie wszystkich obwodów pierwotnych i wtórnych, w trzech fazach wszystkich rdzeni wtórnych przekładników prądowych i napięciowych, a w szczególności:- sprawdzenie poprawności filtra składowej zerowej napięcia 3U0,

– sprawdzenie poprawności filtra składowej zerowej prądu 3J0,
– identyfikacja faz obwodów wtórnych prądowych i napięciowych,
– sprawdzenie kierunkowości zabezpieczeń odległościowych,
– sprawdzenie kierunkowości zabezpieczeń ziemnozwarciowych (po zmniejszeniu nastaw można doprowadzić do działania lub blokowania),
– sprawdzenie wskazań kierunku przepływu mocy w miernikach, prądów i napięć,
– sprawdzenie wskazań I/U/P w systemach sterowania i nadzoru,
– sprawdzenie wskazań kierunku przepływu mocy w licznikach pomiaru energii,
– oszacowanie obciążeń rdzeni przekładników prądowych,
– sprawdzenie przekładni prądowych i napięciowych przekładników,
– sprawdzenie biegunowości prądowych i napięciowych przekładników,
– sprawdzenie prawidłowości uziemienia napięciowych obwodów wtórnych.

  • podanie wysokiego napięcia – potwierdza stan izolacji oszynowania pierwotnego (normalnie pomiary trudne lub wręcz niemożliwe do wykonania z powodu podłączeń do uziemienia uzwojeń pierwotnych przekładników napięciowych),
  • wymuszając przepływ prądów przez wiele elementów aparatury pierwotnej pola można dokonać pomiaru rezystancji przejścia styków torów prądowych,
  • możliwość sprawdzenia uzwojeń przekładników prądowych w przepustach transformatorów,
  • możliwość sprawdzenia zabezpieczenia szyn zbiorczych (wymuszenie prądu przez dwa pola),
  • możliwość sprawdzenia układów synchronizacji i fazowania (podanie napięcia na dwa pola).

Na rysunku 2 pokazano zdjęcia układów do sprawdzenia obwodów prądowych i napięciowych na rozdzielniach 400 kV gdzie były zainstalowane przekładniki prądowe odpowiednio 2000/1 A/A w stacji Mikułowa i 1000/1 A/A w stacji Słupsk. Prądy pierwotne wymuszone w tych obwodach wynosiły ok. 150 A/fazę (to zależne było od poziomu napięcia 3×0,4 kV na budowie). Prądy wtórne wynosiły odpowiednio ok.75 mA/fazę tj. ok. 7,5 % w stacji Mikułowa i ok.150 mA/fazę tj. ok. 15 % w stacji Słupsk. Napięcia pierwotne wymuszone w obwodach napięciowych wynosiły 6000 V/fazę, a wtórne dla obu rozdzielni wynosiły ok. 1,5 V/fazę tj. ok. 2,6 %.

Rys. 2. Zastosowanie ZRPN-6 do sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych na rozdzielniach 400 kV Mikułowa i Słupsk.

W tych warunkach w obu przypadkach, zarówno dla stacji Mikułowa i Słupsk zabezpieczenia i pozostałe układy rozróżniały kierunek przepływu mocy, co pozwoliło jednoznacznie ocenić prawidłowość wykonania obwodów prądowych i napięciowych.
Na rozdzielniach 220 kV i 110 kV prądy pierwotne były podobne jak na rozdzielni 400 kV, natomiast prądy wtórne zależne były od przekładni. Na przykład dla przekładni 1200/1 A/A prąd wtórny wynosił ok. 125 mA tj. ok. 12,5 %, a dla przekładni 600/1 A/A prąd wtórny wynosił 250 mA tj. ok. 25 %. Natomiast napięcia wtórne na rozdzielniach 220 i 110 kV przy napięciu pierwotnym 6000 V/fazę wynosiły odpowiednio 2,72 V/fazę tj. ok. 4,7 % dla rozdzielni 220 kV
i 5,45 V/fazę tj. 9,4 % dla rozdzielni 110 kV.

3.2. Analizator Obwodów Trójfazowych typu ANOT-11 BKZ.

Mikroprocesorowy Analizator Obwodów Trójfazowych typu ANOT-11 BKZ (rys.3.) służy do pomiarów i automatycznej rejestracji parametrów jedno i trójfazowych sieci elektrycznych.
W odróżnieniu od ANOT-11 charakteryzuje się on dużo większą czułością (50 mV w obwodach napięciowych i 5 mA przez cęgi w obwodach prądowych), co pozwala na wygenerowanie wykresu wektorowego w obwodach wtórnych, przy zasilaniu obwodów pierwotnych napięciem 3 x 0,4 kV.

Rys. 3. Analizator Obwodów Trójfazowych ANOT-11 BKZ.

ANOT-11 BKZ może zmierzyć:

  • napięcia fazowe i międzyprzewodowe,
  • prądy fazowe,
  • moce czynne, bierne i pozorne w układach jedno- i trójfazowych oraz w układzie Aarona,
  • moce czynne dowolnej kombinacji prądów i napięć,
  • wartość maksymalną mocy za określony czas,
  • energię czynną, bierną i pozorną,
  • częstotliwość sieci,
  • przekładnię przekładników prądowych,
  • kąt między prądami a napięciami układu trójfazowego oraz kąty pomiędzy prądami pierwotnymi i wtórnymi w układach automatyki oraz cos φ.

oraz

  • sprawdzić poprawność połączeń w dowolnych układach sieci wraz z wykreśleniem wykresu wektorowego prądów i napięć (rys.4.),
  • sprawdzić kolejność wirowana faz,
  • skontrolować liczniki energii elektrycznej z podaniem procentowego uchybu,
  • dokonać analizy harmonicznej.

Rys.4. Wykres wektorowy generowany z Analizatora Obwodów Trójfazowych ANOT-11 BKZ.

Wskazania tego analizatora są poprawne także dla przebiegów odkształconych (true RMS). Wybór rodzaju pomiaru wykonuje się przy pomocy klawiatury. Przyrząd posiada automatyczną zmianę zakresów pomiarowych oraz automatyczne dopasowanie do napięcia zasilania i jest wyposażony w czułe cęgi prądowe, tak aby nawet przy małych prądach nie rozpinać obwodów prądowych tylko sprawdzać w warunkach pracy układu.
Doświadczenia i uzyskane wyniki badań wykazały, że analizator obwodów trójfazowych, ANOT-11 BKZ spełnia wymagania pomiaru już dla bardzo małych prądów (przez cęgi) rzędu 10 mA/fazę i napięć rzędu 50 mV/fazę. Wynika to z przyjętych założeń, że czułość powinna zapewniać generowanie wykresów wektorowych w obwodach wtórnych już przy zasileniu obwodów pierwotnych napięciem 3×0,4 kV AC. Przyjmując maksymalną przekładnię przekładników napięciowych: 400/0,1 kV/kV oraz maksymalną przekładnię przekładników prądowych: 2400/1 A/A z wyliczeń wynika, że czułość wejść napięciowych powinna być nie mniejsza od 55 mV, a czułość wejść prądowych poprzez cęgi powinna być nie mniejsza od 10 mA.
Tak duża czułość obwodów prądowych i napięciowych pozwalająca na generowanie wykresów wektorowych z ANOT-11 BKZ przy zasilaniu napięciem 3×0,4 kV jest bardzo przydatna w takich przypadkach np. kiedy chcemy zasilić transformator po stronie GN napięcia
i zewrzeć po stronie DN napięcia, tak aby kompleksowo sprawdzić obwody prądowe zabezpieczenia różnicowego transformatora, na co nie pozwala wykorzystanie ZRPN-6.
Dla przykładu poniżej przedstawiono wyliczenia dla transformatora 220/110 kV 160 MVA i wielkości prądów po stronie wtórnej przekładników prądowych.
Przy zasileniu transformatora od strony napięcia 220 kV napięciem 3×0,4 kV i zwarciu po stronie 110 kV za przekładnikami prądowym otrzymujemy odpowiednio prądy pierwotne i wtórne przy przekładniach 600/1 A/A po stronie 220 kV i 1200/1 A/A po stronie 110 kV.
Strona 220 kV prąd pierwotny IP220=7,3 A, prąd wtórny IW220=12,1 mA,
Strona 110 kV prąd pierwotny IP110=29,2 A, prąd wtórny IW220=24,3 mA,
Dla tego przypadku sprawdzono poprawność podłączenia obwodów prądowych do zabezpieczenia różnicowego transformatora przy pomocy ANOT-11 BKZ.
Innym z przypadków, w którym ZRPN-6 nie zdaje egzaminu jest zabezpieczenie odcinkowe linii. Wówczas przy zasileniu linii napięciem 3×0,4 kV na jednym końcu oraz obciążeniu drugiego końca linii np. dławikiem kompensacyjnym ED3K opisanym poniżej, który pozwala na wymuszenie prądu do 14 A (w zależności od długości linii). Przy przekładnikach prądowych o przekładni 600/1 A/A na obu końcach linii prądy po stronie wtórnej wynosiły ok. 23 mA, co pozwoliło potwierdzić poprawność podłączenia obwodów prądowych do zabezpieczenia odcinkowego linii przy pomocy ANOT-11 BKZ.

3.3. Dławik kompensacyjny.

Do obciążenia, które odpowiadałoby zwarciu na linii lub transformatorze i było do zastosowania w każdym polu, zastosowano dławik 3-fazowy kompensacyjny typu ED3K (rys.5) o parametrach: napięcie-400 V; prąd-14,4 A; częstotliwość-50Hz oferowany przez naszą firmę w obudowie ze stali nierdzewnej do zamontowania na wózku.

Rys. 5. Dławik kompensacyjny ED3K, U=3×0,4 kV i J=3×14,4 A.

Dławik ten był wykorzystywany jako obciążenie do sprawdzania zabezpieczeń odcinkowych na kilku liniach. Poniżej przedstawiono układy z obciążeniem przy pomocy dławika ED3K i zasilaniu napięciem 3×0,4 kV. Układ do sprawdzania zabezpieczeń odległościowych przedstawiono na rysunku nr 6.

Rys. 6. Układ do sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych zabezpieczenia odległościowego.

Układ do sprawdzania zabezpieczeń ziemnozwarciowych, w którym na wyjściu filtrów, aby wygenerować składową zerową prądu i napięcia, należało zasilić tylko 2 fazy co przedstawiono na rysunku nr 7.
W takim stanie układu należy, przy pomocy przyrządu ANOT-11 BKZ, sporządzić wykresy wektorowe na zasilaniu po stronie pierwotnej oraz po stronie wtórnej na zaciskach zabezpieczenia, sprawdzając w ten sposób poprawność podłączenia obwodów prądowych i napięciowych. Natomiast chcąc potwierdzić kierunkowość należy podłączyć tester zabezpieczeń, wygenerować podobny wykres wektorowy, a następnie sprawdzić działanie zabezpieczenia przy prawidłowym kierunku.

Rys. 7. Układ do sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych zabezpieczenia ziemnozwarciowego.

Podsumowanie

Przedstawione aktualne możliwości kompleksowego sprawdzania obwodów prądowych i napięciowych jeszcze na etapie badań pomontażowych pozwalają praktycznie na pełne sprawdzenie obwodów prądowych i napięciowych łącznie z kierunkowością zabezpieczeń oraz innych układów. Korzystanie z przedstawionych metod ma też wpływ na podniesienie jakości oddawanych do eksploatacji urządzeń, skrócenie okresu uruchomienia. Istnieją również przypadki, kiedy inwestycja nie może być zakończona, ponieważ nie można przeprowadzić prób uruchomienia ze względu na fakt, że drugi obiekt z którym uruchamiany obiekt ma współpracować jest jeszcze nie gotowy, ponieważ jest to inna inwestycja realizowana przez innego inwestora. W takich sytuacjach przedstawione metody pozwalają zakończyć inwestycją łącznie ze sprawdzeniem kierunkowości zabezpieczeń i innych układów niezależnie od stanu powiązań systemowych.

mgr inż. Eugeniusz Smolarz, ZPBE ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA Sp. z o.o. Gliwice

LITERATURA:

[1] E. Smolarz, R. Pasuga: Praca rozwojowa dla PSE – Operator pt.: „Sprawdzenie kierunkowości elektroenergetycznych zabezpieczeń odległościowych i ziemnozwarciowych przy minimalnym prądzie obciążenia (poniżej 20%In) i opracowanie metod sprawdzania kierunkowości różnego typu zabezpieczeń stosowanych w KSE” Etap I – 2007 r.
[2] E. Smolarz, R. Pasuga, G. Kania, P. Wziętek: Praca rozwojowa dla PSE – Operator pt.: „Sprawdzenie kierunkowości elektroenergetycznych zabezpieczeń odległościowych i ziemnozwarciowych przy minimalnym prądzie obciążenia (poniżej 20%In) i opracowanie metod sprawdzania kierunkowości różnego typu zabezpieczeń stosowanych w KSE” Etap II – 2008 r.
[3] Polska Norma PN-E-04700. Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych.
[4] Instrukcja fabryczna ZRPN-6.
[5] Instrukcja fabryczna ANOT-11 BKZ

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top