Регистрация событий в сетях электроснабжения промышленных предприятий: когда нужен цифровой регистратор?

В сетях электроснабжения, даже самой совершенной случаются перебои. Хорошо, когда причина неисправности установлена, тогда можно принять меры для устранения аварии. Некоторые аварии остаются не исследованы, их причины скрыты, что уменьшает надежность электроснабжения. Порой происходит пробой изоляции оборудования, даже разрушения, но оборудование остается в работе. В кабеле может произойти повреждение, но потом оно заплывает мастикой, и изоляция восстанавливается так, что выдерживает рабочее напряжение. Изолятор иногда разваливается от воздействия электрической дуги, а воздушный промежуток между проводниками и заземленной частью будет держать рабочее напряжение. Такие повреждения оборудования выявляются осмотрами.

Рис. 1 Повреждение кабеля

На промышленных предприятиях длина линий электропередач исчисляется десятками километров, а количество подстанций в несколько десятков. Даже наличие оперативной мнемосхемы не всегда даёт причину произошедшего отключения. Например, на рис. 1 показано повреждение кабеля, которое найти быстро можно, если кто-то видел вспышку от короткого замыкания, при условии, что эта часть кабеля находится на виду.

Рис. 2 Повреждение кабелей электрической дугой

На рис. 2 показано повреждение электрической дугой кабелей в камере выключателя нагрузки. Такое «событие» сопровождается громким хлопком, световым представлением и большим количеством дыма. Но не все подстанции находятся в поле зрения персонала. В реальной работе электротехнический персонал чаще видит срабатывание защит и отключение оборудования или слышит звуковую сигнализацию.

Но защита не всегда работает корректно. Когда, например, не отключается основной выключатель, а срабатывает вышестоящий по ступени селективности, круг поиска повреждений значительно расширяется (рис. 3). А когда случается ложное срабатывание, начинаются поиски «иголки в стоге сена». Мы имеем факт отключения, а произошло оно правильно или нет, если нет информации о токе, можно только догадываться.

Рис. 3 Когда не отключается основной выключатель

Использование цифровых защит облегчает работу по регистрации и анализу аварий. Цифровые реле позволяют считать показания или просмотреть журнал событий, если у них есть энергонезависимая память. У цифровых систем возможности большие, но и стоимость иногда такая, что конкретный объект не выгодно защищать таким оборудованием. Более простые реле, как правило, регистрируют событие по факту срабатывания защиты.

Применение цифровых регистраторов качества электроэнергии

В отличие от реле постоянно следят за параметрами сети цифровые регистраторы событий. Они имеют более широкий набор регистрируемых параметров сети, чем реле. Стоимость их довольно высока и их не размещают на каждом присоединении сети. Как правило, такие регистраторы размещаются на ответственных потребителях, на главных выключателях на вводах предприятия. Совместное использование с цифровыми реле даёт экономию в используемом числе регистраторов. Всё это оборудование можно обвязать компьютерной сетью и удалённо получать требуемую информацию. Данные от реле и регистраторов сопоставляются и дают представление о произошедших событиях более информативно.

Регистрация неисправностей в системе релейной защиты

Рассмотрим случай отключения выключателя в схеме (рис. 3), который отмечен красным маркером сверху. Определить из-за какой линии питания трёх трансформаторов произошло отключение сразу невозможно. Могла быть просадка напряжения и последующий бросок тока от самозапуска, приведший к срабатыванию максимальной токовой защиты (МТЗ). Возможно короткое замыкание на одной из линий, или ее перегрузка. Чтобы уточнить причину необходимо осмотреть каждый трансформатор. Если в результате осмотра мы видим картинку рис. 1 или 2, то тут всё понятно, а если явных повреждений нет, нужно приступать к высоковольтным испытаниям линий.

Другое дело, когда мы располагаем информацией с регистратора параметров сети. Предположим реле отключает ток короткого замыкания (рис.4). Четко видно на верхнем графике падение напряжения, и бросок тока до 12 000 Ампер на нижнем. Показания на трендах подтверждают, что произошло именно короткое замыкание. В каждой сети значение токов короткого замыкания известно из расчётов. По данным с регистратора легко оценить насколько верны были эти расчеты. Графики подтверждают правильность работы реле, которое отключает аварийный ток.

Рис. 4 Реле отключает ток короткого замыкания

А если такой картинки на регистраторе нет, токи намного ниже короткого замыкания, то стоит озаботиться проверкой релейной защиты.

Регистрация неисправностей в цепях питания мощных потребителей

Теперь рассмотрим случай, когда в электрической сети предприятия произошло падение напряжения (рис. 5).

Рис. 5 В электрической сети предприятия произошло падение напряжения

Здесь на верхнем графике показан тренд напряжения по стороне 6 кВ трансформатора. На этом графике видно падение напряжения практически до нуля и его восстановление до рабочего, затем снова падение, но уже с отключением выключателя линии. Далее из графика видно, что срабатывает автоматическое повторное включение (АПВ) и линия снова в работе. Вероятно, за время бестоковой паузы плазма дуги и токопроводящие частицы с поверхности изоляции исчезли, свойства изоляторов восстановились.

На нижнем графике (рис. 5) показан график напряжения трансформатора, который питается от другой линии, идущей параллельно. Здесь просадка напряжения происходит в то же время, но напряжение восстанавливается без отключения линии. Зная что внешние линии электропитания обоих трансформаторов идут в одном «коридоре», можно предположить, что аварийные броски тока в первой линии могли вызвать «отклик» во второй. На предприятии со сложным технологическим процессом при таком падении напряжения обычно производство приостанавливается. С первой линией питания всё понятно - электроснабжающая организация информирует, что имело место отключение с успешным повторным включением. А вторая питающая линия не отключалась, но производство может почувствовать это короткое, в миллисекунды, колебание напряжения. Например, отключится какой-нибудь контактор среди потребителей второго трансформатора и остановит целую технологическую линию. Начнутся поиски причин, персонал на всякий случай заменит сработавший контактор, а реальная причина отключения останется неизвестной и в будущем может продолжить досаждать случайными проявлениями.

Цифровые регистраторы параметров сети, не смотря на цену, себя оправдывают. Легче находить истинные причины отключений и выявлять отказы, читая отчеты регистратора, чем предполагать и догадываться не имея информации, и строить теории.

Неоценимую помощь регистратор оказывает в спорных случаях. Например, одно из предприятий закупило частотный преобразователь для крупного электродвигателя мощностью 4 МВт. И у этого преобразователя периодически выходили из строя тиристорные ключи. Поскольку оборудование находилось на гарантии, то предприятие выставило претензии поставщику. Прибывшие инженеры производителя оборудования стояли на позиции, что с их продуктом всё в порядке, а виноват заказчик, у которого в сети происходят перенапряжения. Заказчик установил на питающем фидере двигателя регистратор. Замеры показали, что сеть до включения частотного преобразователя выглядит почти идеально (см. рис. 6).

Рис. 6 До включения частотного преобразователя сеть выглядит почти идеально

В итоге оказалось, что в схеме питания частотного преобразователя производитель установил фильтры, которые пропускали в сеть высшие гармоники что и приводило к пробою полупроводниковых элементов.

Пока что регистраторы не имеют интеллекта, чтобы давать готовые рекомендации в случаях происшествий. Чтобы анализировать графики, выдаваемые прибором, нужны немалые знания и опыт. Тем не менее, регистратор - это источник ценной информации, заменить который стоит больших затрат. На практике такие затраты могут быть гораздо выше, чем стоимость владения регистратором.

Заполни форму и мы поможем выбрать регистратор или анализатор качества ЭЭ от компании fluke: