Оперативный ток — это ток, при помощи которого производится управление первичной коммутационной аппаратурой (выключателями, отделителями и т. д.), а также питание цепей РЗиА, разных видов управления и сигнализации. Источники оперативного тока должны быть готовы к действию во всех необходимых: случаях, в том числе при КЗ на элементах защищаемой установки (когда напряжение на ней может снижаться до нуля). [5]

Система оперативного постоянного тока (СОПТ) — это система, предназначенная для обеспечения рабочего и резервного питания ответственных потребителей, таких как:

— устройств РЗиА;

— устройств управления приводов выключателей;

— устройств сигнализации;

— устройств противоаварийной автоматики;

— устройств коммерческого учета;

— светильников аварийного освещения помещений аккумуляторной батареи, ОПУ, релейного щита, ЗРУ, насосных, камер задвижек пожаротушения. [2]

Примерный состав СОПТ:

— Аккумуляторная батарея (АБ);

— Стационарные зарядные устройства (ЗУ);

— Щит постоянного тока (ЩПТ);

— Шкафы распределения оперативного тока;

— Отключающие аппараты защит;

— Коммутационные аппараты;

— Устройство контроля изоляции;

— Система поиска повреждения изоляции. [1]

Устройство контроля изоляции

УКИ является встраиваемым контрольно-измерительным оборудованием для контроля состояния сети оперативного постоянного тока (далее — сеть) напряжением 220 В, 110 В или 24 В собственных нужд энергетического объекта. УКИ функционирует без отключения потребителей системы оперативного постоянного тока.

УКИ выполняет следующие функции:

— контроль сопротивления изоляции полюсов сети;

— определение полярности полюса со сниженной изоляцией;

— формирование нейтрали;

— формирование дискретных сигналов о состоянии изоляции;

— сигнализация о состоянии изоляции сети с помощью светодиодов УКИ.

В системах оперативного постоянного тока нашли применение устройства контроля изоляции, позволяющие определить присоединения с ухудшенной изоляцией, например: «Микро-СРЗ» (НПЦ «Энергоавтоматика»), «Сапфир» и «Скиф» (Белэнергоремонтналадка), ИПИ-1М (ОРГРЭС), УКИ-МП и СПК (ЮРГТУ), устройства фирм ГОСАН, НИПОМ, Bender, Merlin Gerin и т. д. Эти устройства отличаются по применяемым способам измерения сопротивления изоляции и полученным на их основе характеристикам. [3] Проведенный анализ систем контроля изоляции показал, что эти устройства используют следующие способы измерения сопротивления изоляции, основанные на:

— наложении на сеть линейно-изменяющегося напряжения (ИПИ-1М);

— наложении на сеть одно или двухполярного напряжения прямоугольной формы от регулируемого источника постоянного тока (устройства ФГУП «ЦНИИ судовой электротехники и технологии»);

— наложении на сеть импульсов напряжения прямоугольной формы относительно земли (УКИ-3);

— наложении на сеть напряжения контрольного источника переменного тока («Сапфир», «Скиф», устройства НИПОМ, ГОСАН, Merlin Gerin);

— подключении к шинам аккумуляторной батареиR импеданса («Микро-СРЗ», устройства Bender);

— применении мостовой схемы с включением в ее диагональ измерительного прибора (УКИ-2).

В стандарте ОАО «ФСК ЕЭС» «Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования» (приложение к приказу ОАО «ФСК ЕЭС» № 191 от 29.02.2010) приведено следующее требование к системам контроля изоляции в СОПТ: поиск земли должен обеспечиваться без отключения электроприемников и без инжекции в сеть СОПТ токов, способных вызвать ложное срабатывание устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики, при этом инжектируемый в сеть ток должен быть менее 1,8 мА. [3]

На главной схеме АЭС используют следующие устройства контроля изоляции:

— Электроавтоматика Микро СРЗ

— Bender IRHD 575

Генераторы данных устройств при поиске мест повреждения изоляции испускают токовые импульсы, которые по мнению автора [4] могу привести к ложной работе микропроцессорных терминалов.

Проектирование симулятора в Matlab

Для определение возможных влияний на дискретный ввод МПРЗА инжектируемых токов УКИ в данной работе был разработан симулятор системы оперативного постоянного тока.

Рис. 1. Структурная схема СОПТ

Резисторы 5 и 6 — это сопротивление кабеля между источником постоянного тока и ЩПТ

Резисторы 10 и 11 — это сопротивления кабеля между ЩПТ и релейным комплектом

Резисторы 12 и 13 — это сопротивление кабеля между дискретного входа и управляющего контакта

Резистор 14 — это сопротивление ЩПТ

Резисторы 7 и 8 — это сопротивление положительного и отрицательного полюса

Резистор 17 — это сопротивление между УК и ДВ

Резисторы 15 и 16 — это сопротивление при неметаллическом замыкании на землю

Ключи 1–8 позволяют проводить опыт с разными условиями в цепи.

ГИ 1 и ГИ 2 позволяют выдать импульсный ток моделируюУКИ.

Конденсаторы 3 и 4 — емкость положительного и отрицательного полюса

Конденсатор 6 — емкость между УК и ДВ.

Значение сопротивлений резисторов R5 и R6 было выбрано равным 0,22 Ом. Для расчета принято сечение кабеля 185 мм и протяженность 20 метров на полюс.

Сопротивление резисторов Rl0 и R11 определяется аналогично R5 и R6, и составляет 0,01161 Ом. Для расчета принято сечение кабеля 50 мм и протяженность 30 метров на полюс. Погонное сопротивление для такого кабеля с медными жилами составляет 0,0387 Ом/км. Сопротивление округлено до 0,01 для удобства расчетов

Резисторы R12 и R13 модели представляют собой сопротивления кабеля, проложенного от МПРЗА до управляющего сухого контакта. Длина контрольного кабеля от РЩ до сухого контакта может достигать 1000 метров в некоторых случаях, а сечение кабеля порядка 2,5 мм. Для расчета принято сечение кабеля 50мм и протяженность 100 метров на полюс. Погонное сопротивление такого кабеля с медными жилами составляет 7,41 Ом/км. Сопротивление резисторов R12 и R13 определяется аналогично R5 и R6, и составляет 0,741 Ом. Значение сопротивления округлено до 0,75 для удобства расчетов.

Емкости СЗ, Сц, Св модели представляют собой емкости положительного и отрицательного полюсов СОПТ и участка сети УК-ДВ относительно земли соответственно. Емкости участков сети определяются сосредоточенными емкостями (емкостные элементы подключенных к СОПТ устройств) и распределенными емкостями (распределенные емкости кабелей и шин сети относительно земли). Распределенные емкости относительно земли длинного кабеля, например длиной 1000 м, могут достигать 0,2–0,3 мкФ на полюс. Емкость одного из полюсов СОПТ относительно земли на подстанции обычно составляет от 5 до 200 мкФ. Значение емкости зависит от размера сети (протяженности кабелей) и количества подключенных устройств (сосредоточенных емкостей). За среднее типовое значение принято ЮмкФ. На практике известны случаи, когда емкость полюса СОПТ достигала 500 мкФ.

Резисторы R-15, R16 и R17, включенные в схему модели представляют собой сопротивления изоляции положительного и отрицательного полюсов СОПТ и участка сети УК-ДВ относительно земли соответственно. Значения сопротивлений изоляции не постоянны и зависят от многих факторов (срок службы изоляции, способ прокладки кабелей, погодные условия, состояние и чистота клеммных колодок и других причин). Обычно значение сопротивления изоляции СОПТ на подстанциях составляет от сотен кОм до сотен МОм. Для имитации замыканий на землю в модели СОПТ предусматриваются ключи Кл3, Кл4, Кл7. Для замыкания между землей и положительным полюсом сети, отрицательным, участком сети за ДВ соответственно. Минусовой полюс ДВ подключается жестко к отрицательному полюсу сети в релейном щите — физически, за соответствующими сопротивлениями кабелей — на модели.

Положительный полюс ДВ подключается к положительному полюсу СОПТ через управляющий контакт (УК). Кабель между ДВ и сухим контактом является самым уязвимым местом СОПТ, т. к. из-за больших входных сопротивлений ДВ в режиме ожидания приборы поиска земли не могут определить наличие замыкания на землю за ДВ

Существует возможность задания неметаллического замыкания на землю, для этого в цепях ключей Кл3, Кл4 и Кл7 предусмотрены резисторы R16, R15 и R14 соответственно.

Исследование влияния активных приборов поиска поврежденного присоединения требует добавления в модель элементов, имитирующих инжекцию в СОПТ токовых импульсов. Подобные импульсы характерны для работы большинства активных стационарных устройств поиска поврежденного присоединения. Для создания этих импульсов в модель были добавлены два управляемых источника тока УИ1 и УИ2. Было применено два источника импульсов, т. к. устройства поиска мест снижения полюсной изоляции относительно земли в СОПТ обычно инжектируют импульсы попеременно в каждый из полюсов СОПТ. Управление источниками происходит посредствомспециальных генераторов ГИ1, ГИ2

Авторы [4] провели исследование на предмет определение напряжения срабатывания дискретных входов МПРЗА. При проведение опытов были выбраны микропроцессорные терминалы следующих производителей:

1. Schneider Electric Sepam
2. ABB REG 670
3. Siemens siprotec

Были получены следующие характеристики (таблица 1):

Таблица 1

Характеристики срабатывания ДВ МПРЗА

Ложное срабатывание дискретных входов, вызванное работой УКИ

В компьютерную модель СОПТ была добавлена модель поиска замыкания на землю Bender EDS 460. Данное устройство инжектирует ток в цепь от 10 до 50 мА, для исследования было выбрано среднее значение инжектируемых токов 25мА.

На рисунке 2 приведены результаты моделирования работы ДВ при инжекции токов 25 мА.

Рис. 2. Напряжение на входе ДВ при работе УКИ

Исследование показало, что напряжение на входе ДВ при инжектируемом токе 25мА, достигает 186В, что достаточно для работы МПРЗА и возможно ложное отключение присоединений.

Литература:

1. Стандарт организации ПАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007–29.120.40.262–2018. / Руководство по проектированию систем оперативного постоянного тока (СОПТ) ПС ЕНЭС. Типовые проектные решения, утвержденное приказом ПАО «ФСК ЕЭС» от 18.12.2018 № 476.
2. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007–29.120.40.102–2011/ Методические указания по инженерным расчетам в системах оперативного постоянного тока для предотвращения неправильной работы дискретных входов микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, при замыканиях на землю в цепях оперативного постоянного тока подстанций ЕНЭС, утвержденные приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 11.10.2011 N 619.
3. 3.Алимов, Ю. Н. Система контроля изоляции и поиска поврежденного фидера в цепях оперативного постоянного тока 220 В «ЭКРА-СКИ» / Ю. Н. Алимов, И. А.Галкин, Н. И. Шаварин // Новое в российской электроэнергетике. –2011. — № 1. –С. 44–52.
4. Монаков Ю. В. Разработка рекомендаций по предотвращению срабатываний микропроцессорных средств защиты и автоматики энергообъектов от замыканий в системах оперативного постоянного тока.
5. Гуревич В. И. Оперативные цепи постоянного тока. Проблемы контроля изоляции. // Новости ЭлектроТехники. 2012. — № 1(73) — С. 30–32.