 |
ДИАГНОСТИКА
ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭНЕРГООБЪЕКТОВ
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ МЕТАЛЛОСВЯЗИ
Юрий Антонов, ЗАО «Сибирская Электротехническая Лаборатория»
Алексей Кочетов, Кузбасское ПМЭС
Сергей Нестеров, к.т.н., Новосибирский ГТУ
Владимир Папин, ОАО «Сибтехэнерго»
Сергей Прохоренко, к.т.н., ЗАО «Сибэлектросетьсервис»
Владимир Хныков, к.т.н., ОАО «Сибэнергосервис»
В соответствии с ПТЭ [1] заземляющие устройства (ЗУ) распределительных устройств (РУ) высоковольтных подстанций и
электрических станций должны быть обследованы в полном объеме
с периодичностью не реже, чем 1 раз в 12 лет, а также при реконструкции ЗУ или изменении уровня токов замыкания.
При этом, в соответствии с принятой методикой [2], осуществляется визуальный контроль состояния элементов ЗУ, корректируется
исполнительная схема ЗУ, измеряется сопротивление ЗУ, определяются напряжение на ЗУ и напряжения прикосновения на территории
электроустановки при однофазных коротких замыканиях, термическая
устойчивость заземляющих проводников, оценивается коррозионное
состояние устройства и, наконец, путем измерения сопротивлений
металлосвязей диагностируется связь заземляемого электрооборудования с заземляющей системой энергосвязанных объектов.
Сопротивление металлосвязи между заземляемым оборудованием и ЗУ подстанции характеризует качество исполнения ЗУ и
является, на наш взгляд, одним из наиболее значимых параметров.
Его важность обусловлена следующими обстоятельствами:
- обрывы заземляющих проводников оборудования являются наиболее распространенным дефектом ЗУ;
- наличие именно такого вида повреждений ведет к пробою, а иногда и к выгоранию присоединенных к этому оборудованию контрольных и измерительных кабелей, выходу из строя устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА);
- в местах обрывов связей оборудования с ЗУ, как правило, наблюдаются локальные превышения норм напряжения прикосновения и шага;
- именно обрывы отдельных заземляющих проводников могут быть легко устранены с привлечением минимальных финансовых и трудовых ресурсов.
И наконец, сопротивления металлосвязи косвенно характеризуют степень неэквипотенциальности заземляющей системы при
замыканиях на землю.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Опыт измерения сопротивлений металлосвязи говорит о том,
что очень часто значения этого параметра, измеренные различными
приборами, отличаются друг от друга.
С целью более подробного рассмотрения этого вопроса, группой
специалистов, занимающихся диагностикой ЗУ, были выполнены
сравнительные измерения разными приборами на подстанциях
220 кВ Кузбасского ПМЭС и подстанции 500 кВ Омского ПМЭС. В
сравнительных испытаниях принимали участие сотрудники учебных
(Новосибирский ГТУ), наладочных («Сибтехэнерго»), диагностических («Сибэлектросетьсервис», «Сибирская Электротехническая
лаборатория», «Сибэнергосервис»), эксплуатационных (Кузбасское
ПМЭС) предприятий сибирского региона. Сравнивались серийно
выпускающиеся приборы, используемые этими предприятиями в
повседневной практике, в том числе:
- измеритель напряжения прикосновения ПИНП (МП «Плюс», г. Умань, Украина, зав. № 10589);
- измеритель сопротивления заземления Ф 4103-М1 (ПО «Мегомметр», г. Умань, Украина, зав. № 19811);
- измеритель сопротивления заземления ИС-10 (ЗАО «НПФ РадиоСервис», г. Ижевск, зав. № 0639);
- измеритель сопротивления заземления MRU-101 (Польша, зав. № 125242);
- комплект диагностики ЗУ КДЗ-1 (НПФ «ЭЛНАП», МЭИ, г. Москва);
- определитель напряжения прикосновения ОНП-1, зав. № 004 («Электродиагност», Новосибирск).
Для измерения сопротивлений металлосвязи использовалась
четырехпроводная схема, применение которой предписано соответствующими нормативными документами [2, 3].
Применение других методик, в частности метода измерения «сопротивления основания» [4], на наш взгляд, недостаточно обосновано. Дело в том, что «сопротивление основания» объекта, определенное по предложенной в [4] методике оказывается тесно связанным
с положением точки, через которую замыкается токовая цепь. Если
выбрать другую точку, то и измеренное «сопротивление основания»
исследуемого объекта будет иным. С другой стороны, при применении этого метода степень точности измерения потенциала в
нужной точке полностью определяется вероятностью попадания
потенциального электрода (ПЭ) в зону нулевого потенциала. При
установке ПЭ на территории энергообъекта вероятность попадания
в эту зону крайне мала. При выносе ПЭ за пределы электроустановки
попасть в зону нулевого потенциала существенно проще, но тогда в
потенциальную измерительную цепь попадает полное напряжение на
ЗУ, которое за счет стекания токов несимметрии может составлять
единицы и десятки вольт. Разумеется, эти помехи также снижают
точность измерений и достоверность результатов.
В предписанном нормативными документами методе измерения
генератор подключается к двум точкам заземляющей системы. По
протекающему в цепи току и возникающей между этими точками разности потенциалов определяется искомое сопротивление. Измерения выполнялись на разных частотах (если таковыми возможностями
обладал прибор). Измерялись сопротивления металлосвязи между
нейтралью автотрансформатора и оборудованием на ОРУ.
Предварительно приборы проверялись путем измерения сопротивления эталонного резистора сопротивлением 1 Ом. Все приборы
показали номинальное значение. Затем были проведены серии испытаний на реальных объектах. В табл. 1 приведены некоторые
результаты измерений сопротивления металлосвязи, произведенных разными приборами. Сопротивления, полученные с помощью
прибора КДЗ-1, приведены к промышленной частоте согласно
инструкции по эксплуатации прибора.
Из результатов сравнения показаний приборов можно сделать
следующие выводы:
- Все приборы регистрируют одинаково верный результат на эталонном активном сопротивлении; при измерении сопротивления металлосвязи в показаниях приборов наблюдаются значительные расхождения.
- Наблюдается устойчивая зависимость уровня фиксируемых результатов от частоты, формы измерительного тока и алгоритма обработки сигнала используемого прибора.
- Наиболее распространенный и неоднократно проверявшийся результатами реальных замыканий на землю серийный прибор Ф4103-М1, хотя и работает на повышенной частоте, показывает средние результаты и работает достаточно устойчиво, однако вследствие узкого измерительного диапазона в области малых значений затруднено его использование при измерении сопротивлений металлосвязи.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
На наш взгляд, основная причина выявленных расхождений в показаниях тестируемых приборов заключается в том, что в процессе
измерения они используют измерительные токи разной частоты,
формы и различные алгоритмы обработки получаемых результатов.
Чтобы разобраться, рассмотрим вопрос зависимости ожидаемого
результата измерения от частоты измерительного тока.
Сопротивление металлосвязи, а значит, и степень неэквипотенциальности заземляющего устройства зависит от ряда факторов:
удельного сопротивления стали, удельного сопротивления грунта,
поперечного сечения элементов заземляющего устройства, его конфигурации и, кроме этого, частоты и величины протекающего тока.
Продольное сопротивление стального проводника – величина
комплексная. Его можно представить в виде суммы внутреннего
сопротивления Zуд.внут. и внешней индуктивности jwLуд.внеш:
Zпрод = Zуд.внут. + jwLуд.внеш (1)
Для определения величины Lуд.внеш. обычно используется формула:
где m0 = 4p · 10–7 Гн·м–1. Формула (1) не учитывает взаимную индуктивность между элементами и изменение тока вдоль элемента за
счет утечки в грунт.
Для определения внутреннего сопротивления при проявлении
поверхностного эффекта справедлива приближенная формула:
Видно, что полное продольное сопротивление стального проводника, помимо свойств самого проводника, зависит от частоты
протекающего по нему тока.
По программе PARSIZ, разработанной в НГТУ под руководством
д.т.н., проф. Ю.В. Целебровского, были произведены расчеты с целью
определения зависимости продольного сопротивления элементов заземляющего устройства от частоты. Предварительно, в соответствии
с требованиями нормативных документов, по приведенной в [5] методике была оценена работоспособность программы. Результаты расчетов не принимались за эталонные, так как любая расчетная модель
имеет свои ограничения и может отражать реальные моделируемые
процессы с какой-то погрешностью. Вычислительный метод был привлечен для проверки и оценки правомерности предположений.
Вычислялось сопротивление металлосвязи между двумя точками ЗУ на различной частоте. В качестве расчетной модели была
взята реальная исполнительная схема заземляющего устройства предсказуем, поскольку на практике приборы могут применяться в
условиях, отличных от рекомендуемых производителем (например,
при наличии значительных индуктивностей в измерительных цепях
в виде катушек с измерительными проводами и т.п.).
Как видно из представленного рисунка, у части приборов отсутствует алгоритм обработки результатов измерения и наблюдаемые
погрешности обусловлены наличием индуктивной компоненты в
комплексном сопротивлении металлосвязи. Однако лишь в инструкции по эксплуатации рекомендованного к применению [2] измерительного комплекса КДЗ-1 предписывается выполнять пересчет
результатов для учета частотной зависимости при измерении сопротивления металлосвязи с помощью поправочных коэффициентов
(3,5 и 2,0 для частот 419 и 211 Гц соответственно). После пересчета
полученные результаты оказались близки к расчетному значению на
промышленной частоте.
Судя по результатам сравнительных измерений, примерами
удачного алгоритма специальной обработки сигнала являются
алгоритмы, используемые в приборах Ф 4103-М1, ПИНП и ИС-10,
которые, несмотря на повышенную частоту измерительного тока,
дают удовлетворительные результаты, близкие к результатам, полученным на промышленной частоте.
ВЫВОДЫ
Сопротивление металлосвязи – один из важнейших параметров
заземляющей системы электроустановки, характеризующий качество исполнения ЗУ и его текущее состояние. Для качественного
анализа параметров ЗУ результаты измерений должны максимально
близко соответствовать реальным значениям сопротивлений металлосвязи токам промышленной частоты.
Используемые в настоящее время в диагностике ЗУ приборы
зачастую дают различные результаты измерений, в разы отличающиеся друг от друга. Поверка по эталонным образцам не гарантирует возможности получения достоверных результатов на реальных
станциях и подстанциях.
Причина расхождений заключается в использовании приборами
измерительного тока различной частоты. Некоторые приборы обладают встроенными алгоритмами коррекции результатов измерений.
Для других приборов, дающих систематически завышенные или
заниженные показания, можно рекомендовать использование соответствующих поправочных коэффициентов.
ЛИТЕРАТУРА
1. РД 34.20.501-95. Правила технической эксплуатации электрических
станций и сетей РФ.
2. РД153–34. 0-20. 525-00. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок. -М. : СПО ОРГРЭС,
2000. – 66 с.
3. РД 34.45-51.300-97. Объемы и нормы испытаний электрооборудования. – 6-е издание с изменениями и дополнениями. – М.: НЦ ЭНАС,
2001.
4. Матвеев М.В. Сопротивление связи между элементами заземляющего устройства // Новости ЭлектроТехники. – 2004. – № 6.
5. Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях.
СО 34. 35. 311-2004. – М.: Издательство МЭИ, 2004.
| 
|
