Практическое применение метода гальванической развязки для исключения влияния электромагнитной помехи от переходных процессов при коммутациях в индуктивных цепях низкого напряжения

Введение:

Надежность работы энергетических и промышленных объектов во многом определяется надежностью работы электронной (сейчас, как правило, цифровой) аппаратуры релейной защиты и автоматики (далее – РЗА). Специфика энергообъектов такова, что устанавливаемая на них электронная аппаратура систематически подвергается воздействию высоких уровней электромагнитных помех, что в свою очередь может привести к неправильной или излишней работе этой аппаратуры.

В данной работе рассматривается практический пример по обнаружению и устранению электромагнитных помех, связанных с переходными процессами при коммутациях в индуктивных цепях низкого напряжения на конкретном объекте ПС 110/35/6 кВ «Талакан», предложен эффективный метод по устранению ее влияния на микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики.

Характеристика объекта:

Подстанция располагается в Ленском районе республики Саха (Якутия) и предназначена для электроснабжения объектов Талаканского нефтегазоконденсатного месторождения ОАО «Сургутнефтегаз». Подстанция проектировалась институтом «Энергосетьпроект» ОАО «Инженерный центр энергетики Урала», Екатеринбург. Открытое распределительное устройство 35 кВ выполнено по схеме «Две системы шин с полуторным присоединением

линий и трансформаторов» производства ЗАО «ГК-Электрощит-ТМ-Самара» на 14 присоединений. Всего установлено 24 вакуумных выключателя типа ВР35НТ-35-25/1600 УХЛ1 с пружинным приводом, производства ЗАО «Высоковольтный союз», Екатеринбург. Релейная защита элементов ОРУ-35 кВ выполнена с применением микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, размещенных в шкафах РЗА производства ЗАО «Радиус Автоматика». Проектом учтены требования СО 34.20.116-93 (РД 34.20.116-93) «Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех». Год ввода подстанции в эксплуатацию – 2008. Питание электромагнитов привода, выполнено фазным напряжением 220 В от щита переменного тока по кольцевой схеме.

Описания проблемы:

Во время выполнения планового включения выключателя В20 произошло несанкционированное автоматическое отключение выключателей В7 и В8 от действия устройств РЗА Сириус-Т по входу «Внешнее отключение» (Рис.1). Причиной является появление импульса электромагнитной помехи при включении выключателя 35кВ и влияние его на входные цепи микропроцессорных терминалов, что приводит к их некорректной работе и ошибочному отключению коммутационных аппаратов других присоединений.

Рисунок.1. Схема ПС 110/35/6кВ «Талакан», ОРУ-35 кВ

Проведенные работ по обнаружению проблемы:

В ходе проведения противоаварийных мероприятий были произведены следующие работы:

·     ревизия и проверка металлосвязи;

·     проверка состояния (внешний осмотр трассы, заземление экранов) контрольных кабельных связей;

·     проверка схем вторичных соединений, присоединений по принципиальным и монтажным схемам;

·     проверка сопротивления изоляции вторичных кабельных связей;

·     проверка омического сопротивления электромагнитов включения, отключения, взвода включающей пружины, контактора включения взвода включающей пружины выключателей;

·     замеры омического сопротивления контура заземления.

По результатам измерений отклонений от норм не зафиксировано.

Далее путем измерения переносным осциллографом величины наведенного напряжения и импульсной помехи на дискретных входах микропроцессорных устройств защиты при выполнении операций включения выключателей ОРУ-35 кВ в разных «двориках» было определено, что без коммутации выключателями на дискретных входах терминалов РЗА присутствует емкостное напряжение от 30 до 64В. При коммутации выключателями наблюдается появление одиночного импульса напряжения от 50 до 112В с длительностью от 80 до 200 мс. (Емкостное напряжения для предварительно снято, путём заземления жил кабеля на землю). Причем на дискретных входах, к которым подключены более длинные кабельные связи, величина импульса больше, чем на дискретных входах, к которым подключены более короткие кабельные связи. (Рис.2 а, б).

Рисунок 2. Измерения переносным осциллографом величины наведенного напряжения и импульсной помехи на дискретных входах микропроцессорных устройств защиты

По результатам проведённого анализа был сделан вывод что, основным источником возникновения электромагнитных помех является момент коммутации электромагнита взвода включающей пружины и воздействие импульса на дискретные входа микропроцессорных терминалов РЗА. То есть, исходя из этого, можно определить, что воздействие осуществляется в хаотичном порядке, которое невозможно предугадать.

Решение проблемы:

Для устранения влияния вредоносного импульса электромагнитной помехи на микропроцессорные устройства РЗА была проверена эффективность следующих мероприятий:

· проверка целостности экранированной оболочки кабелей управления приводами выключателя, изменение точки заземления экранов;

· подключение к электромагнитам включения, отключения, взвода пружин диодовс обратной полярностью;

· выполнили вынос контакторного устройства включения взвода включающей пружины за пределы привода, установив его в металлический шкаф в 4 метрах от привода. Проверялось возможное воздействие на вторичные цепи в приводе электромагнитной помехи при разрыве контактором дуги;

· произвели установку емкостей в цепи оперативного тока со стороны возникновения помехи;

· выполнение всех цепей, заходящих с клеммного шкафа в привод выключателя экранированным кабелем, выходящие из разделки проводники кабеля в приводе не более 10–15 см посажены напрямую без загибов;

· свивка проводов шинок питания.

Выполнение данных мероприятий, не принесло нужного результата.

Только при подключении питания электромагнита взвода через независимый источник (генератор автомобиля электролаборатории) отдельным кабелем, электромагнитная помеха практически полностью устранилась (наибольший наблюдаемый уровень помехи составил 20В и длительностью 50мс), при заземлении одной из генераторных цепей уровень электромагнитной помехи резко возрос до уровня 50–112В с продолжительностью до 200мс. (Рис.2 в) Из этого можно сделать вывод, что использование изолированной нейтрали в цепях питания взвода включающей пружины, а не глухозаземленной, как ранее, позволит устранить источник данной помехи.

Таким образом, по результатам выполненных работ был определен источник возникновения и тип помехи, определено оптимальное решение по ее устранению.

Вывод:

Данное техническое решение должно применятся при проектировании организации питания переменным током, электромагнитных приводов у высоковольтных выключателей, также использование изолированной нейтрали повысит надежность и бесперебойность в питании данного оборудования.