4 Експериментальні дослідження внутрішніх перенапруг в діючих мережах

Найбільш цінний матеріал про внутрішні перенапруги дають їх вимірювання в діючих мережах. Одним з видів таких вимірювань є дослідження, що проводяться в ході спеціально запланованих комутацій у виділених ділянках мережі за підготовленими програмами. Зазвичай ці дослідження проводяться при впровадженні електропередач нового вищого класу номінальної напруги, або нового устаткування, або нових схем виконання електропередач. Прикладом можуть слугувати дослідження на електропередачах 750 кВ, які проводилися в 70-х роках минулого століття. Вимірювання перенапруг проводяться, як правило, багатопроменевими катодними осцилографами з механічною розгорткою, одночасно в декількох точках мережі, із запуском їх від кіл управління вимикачами і з передачею сигналів по каналах високочастотного зв’язку. У дослідженнях цього типу зазвичай визначаються максимальні перенапруги, що виникають при запланованій комутації, або їх статистичні характеристики.

Інший вид вимірювань полягає в масовій реєстрації внутрішніх перенапруг в експлуатації за допомогою автоматичних катодних осцилографів чи іншої, більш простої, вимірювальної апаратури, яка реєструє тільки амплітуди перенапруг. Ці дослідження проводяться в багатьох країнах. В Україні вони широко поставлені в енергосистемах (power supply system) на вузлових підстанціях. Масові вимірювання перенапруг дають матеріал для статистичного аналізу амплітуд (і форм) внутрішніх перенапруг і служать основою для вибору рівнів ізоляції ліній та устаткування підстанції. Щоб служити цій меті, число вимірювань повинне бути достатньо велике і проведене на всіх ділянках електричних мереж, де можна чекати особливостей в розвитку перенапруг.

4.1 Вимірювання внутрішніх перенапруг в діючих мережах. Інформаційно-діагностичний комплекс „Реґіна”

Для розробки конкретних заходів із обмеження перенапруг і підвищення надійності роботи електрообладнання необхідно мати конкретну інформацію про види та рівні перенапруг, що виникають у конкретній електричній установці.

Аналіз результатів реєстрації перенапруг дозволяє визначити максимальні впливи на встановлене обладнання, оцінити необхідність спеціальних заходів і рекомендувати конкретні технічні рішення з обмеження перенапруг.

Сучасні інформаційні технології дозволяють здійснювати реєстрацію аварійної події у високовольтній електричній мережі із записом передаварійного режиму та реалізувати технологію моніторингу на основі аналого-цифрових перетворювачів і ПЕОМ.

Вимоги до датчиків і реєстраційної апаратури можуть бути встановлені, виходячи з параметрів перехідного процесу.

Основні характеристики перенапруг – амплітуда, частота перехідного процесу, тривалість, частота їхніх появ – визначаються випадковими факторами й мають значні розбіжності, тому технічні вимоги до комплекту обладнання для реєстрації внутрішніх перенапруг в аварійних режимах повинні розроблятися на підставі аналізу можливих перенапруг. Наприклад, верхня границя очікуваних частот перехідного процесу при дуговому замиканні для напруги становить 10-50 кГц, а частота перехідних процесів перенапруг при комутаціях вимикачами (особливо вакуумними) з багаторазовим запалюванням дуги істотно вище й може становити 100-500 кГц.

Враховуючи, що тривалість аварійних процесів при внутрішніх перенапругах може становити від 0,001 с до декількох секунд, система реєстрації повинна мати досить високу швидкодію вимірювання датчиків і реєстраційної апаратури, а також забезпечувати одночасну реєстрацію 3 фазних напруг або струмів в аварійних режимах при внутрішніх перенапругах, збереження й накопичення інформації про аварійні події.

У систему реєстрації перенапруг додатково можуть входити пристрої з’єднання та гальванічної розв'язки.

Типові трансформатори напруги при необхідних частотах дають значну похибку. Тому знімання сигналу повинно здійснюватися зі спеціальних дільників напруги.

Запис сигналів з дільників напруги здійснюється за допомогою реєстратора, виконаного на основі плат АЦП.

Знімання інформації, керування режимами реєстратора здійснюється через ПЕОМ. У зв'язку з цим реєстратор повинен мати підключення до ПЕОМ і бути оснащеним інтерфейсом та програмним забезпеченням. Це дозволяє настроювати режими осцилографування і здійснювати оперативний перегляд, а також вимірювання параметрів перехідних процесів.

Запуск реєстрації перенапруг і запис параметрів перехідного процесу звичайно здійснюється за фактом перевищення напруги фаз або під час ручного запуску.

В наш час практика моніторингу та реєстрації перехідних процесів використовується у експлуатаційних та дослідницьких організаціях ряду країн.

На сьогоднішній день існує цілий ряд інформаційних комплексів, які дозволяють проводити реєстрацію перенапруг, наприклад: мобільний універсальний промисловий реєструвальний осцилограф “Рекон-08MC” "НПП РЕКОН", Україна; система реєстрації ООО “ПНП БОЛИД”, Росія; інформаційно-діагностичний комплекс “Реґіна”, розроблений Інститутом Електродинаміки НАН України та ін.

В Україні найбільшого розповсюдження набув інформаційно-діагностичний комплекс “Реґіна”. Він призначений для реєстрації аналогових і дискретних сигналів, аналізу розвитку аварійних ситуацій, оцінювання функціонування пристроїв релейного захисту і автоматики, визначення місця пошкодження при коротких замиканнях на лініях електропередачі, визначення залишкового ресурсу високовольтних вимикачів, побудови добової відомості режимів, проведення фазового і гармонічного аналізу синусоїдальних сигналів, виділення симетричних складових в трифазних мережах змінної напруги (ac voltage; alternating voltage), виведення інформації у вигляді текстових повідомлень, графіків і таблиць на екран дисплея і на друк, а також передачі зареєстрованої і обробленої інформації на будь-які вищі рівні управління.

На сьогоднішній день реалізовано дві структури інформаційно-діагностичного комплексу “Реґіна”:

1) у вигляді двох рівнів. Нижній рівень утворюють реєстратори аналогових і дискретних сигналів, розподілені по об'єкту. Число реєстраторів визначається кількістю аналогових і дискретних сигналів, що підлягають обробці. Верхній рівень складається з ПЕОМ, модема і блока автоматичного запуску. Реєстратори з'єднуються з верхнім рівнем через послідовний інтерфейс;

2) у вигляді локальної мережі.

Базовим елементом інформаційно-діагностичного комплексу “Реґіна” є реєстратор аналогових і дискретних сигналів (рис. 4.1). Реєстратор фіксує електричні сигнали змінного (alternating current) і постійного струмів (direct current), напруги (dc voltage; direct voltage), а також дискретні сигнали типу «сухий контакт» або потенційні.

Блоки введення аналогових сигналів, введення і виведення дискретних сигналів забезпечують гальванічну розв'язку вхідних ланцюгів один від одного, від шин живлення і корпусу блока.

Аналогові сигнали від трансформаторів струму і напруги контрольованих об'єктів надходять на входи блоків вимірювальних перетворювачів, де вони перетворюються до вигляду, необхідного для введення в мікро-ЕОМ. Дискретні сигнали з вільних контактів пристроїв релейного захисту і автоматики, герконів (рис. 4.1), а також сигнали потенційного рівня логічних елементів цих пристроїв надходять на діодну матрицю і передаються в реєстратор.

Рисунок 4.1 – Структурна схема підключення інформаційно-діагностичного комплексу “Реґіна”

Програмне забезпечення реєстратора дозволяє реєструвати сигнали безперервно, у міру надходження від вхідних датчиків, а обробка їх проводиться у фоновому режимі. Передбачена робота нижнього рівня в нормальному і аварійних режимах. Режими задаються умовами функціонування контрольованого об'єкта. Існування аварійних режимів ідентифікується появою ініціативних дискретних сигналів, а також виходом за межі заданих пускових установок хоч б одного з ініціативних аналогових сигналів. Реєстратори забезпечують безперервну реєстрацію сигналів протягом заданого часу. Тривалість кожної аварії визначається перебігом аварійного процесу. Режим реєстрації аналогових сигналів за відсутності аварії - буферний з неперервним оновленням. Розмір буфера встановлюється заздалегідь та становить, як правило, 200 мс. Режим реєстрації дискретних сигналів - неперервний. За відсутності аварії реєстратор накопичує всі дискретні пасивні сигнали, що не вимагають реєстрації аналогових сигналів, протягом хвилини, години, доби, до початку аварії, або до заданого обсягу. Після цього відбувається автоматична передача цієї інформації на АРМ диспетчера (рис. 4.1), де вона архівується і відображається у вигляді, наведеному на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 – Відображення інформації на АРМ диспетчера