Использование оптического ТТ серии COSI-CT для определения обрыва фазы резервного ТСН в режиме холостого хода

В последние несколько лет активно обсуждается тема цифровых подстанций: есть скептические высказывания, есть оптимистичные. Вероятно, истина где-то посередине.  Если какое-то новое техническое решение дает экономические или технические преимущества для заказчиков, оно будет применяться. В противном случае оно уйдет с рынка.

Проиллюстрируем данную мысль на примере цифровых (оптических) трансформаторах тока (в англоязычной литературе – Digital Instrumental Transformer или DIT). Измерительный трансформатор, который для измерения силы тока/напряжения в проводнике использует альтернативные методы (например, оптический эффект Фарадея) и выдает измеренные значения в цифровом виде в шину процесса в формате МЭК 61850-9.2LE. Еще несколько лет назад к DIT относились как к лабораторной экзотике, хотя они внедряются с 2001 года и только компания GE их уже поставила более 12 000 фаз. Следующий доводом против обычно выступает большая стоимость по отношению к традиционным измерительным трансформаторам, что не совсем верно т.к. соотношение зависит от класса напряжения и явно видна оптимизация стоимости DIT в последнее время. При их массовом внедрении стоимость сравняется с традиционными измерительными трансформаторами.

При этом оптические трансформаторы имеют принципиально лучшие технические характеристики по отношению к традиционными (точность, динамический диапазон, полосу пропускания и т.д.), что позволяет решать задачи ранее недостижимые из-за несовершенства технологии измерения. Одной из таких «новых» ниш для применения DIT стало приложение по созданию систем мониторинга обрыва фазы трансформатора.

Обрыв фазы трансформатора (резервного ТСН) сам по себе относится к ненормальным режимам, могущий вести к развивающимся авариям. Проблема в том, что существующими методами (ток нулевой и обратной последовательности) он не диагностируется до момента появления нагрузки. Следовательно, существует вероятность, что резервный контур питания собственных нужд на станции не обеспечит работоспособность потребителей в случае необходимости (например, асинхронные двигатели не могут работать в неполнофазном режиме). К дополнительным факторам риска можно отнести появление несимметричной составляющей из-за чего возможна ложная работа терминалов РЗА. Также возникновение перенапряжений, могущих привести к повреждению первичного оборудование.

Примеров подобных ситуаций на АЭС достаточно много. Они происходят по всему миру. В качестве примера в РФ можно назвать аварию 1993 года на Кольской АЭС, когда из-за обрыва питающей линии при урагане и ложной работы терминалов РЗА, 1 и 2 блоки оставались без энергии в течении 1 часа 40 минут. Для борьбы с такими ситуациями американский регулятор атомной индустрии NRC обязал оснастить все системы собственных нужд АЭС в США система определения обрыва фазы (Open Phase Detect – OPD) до 30 января 2019 года (https://www.nrc.gov/reactors/operating/ops-experience/open-phase-electric-systems.html)

Как правило, резервный ТСН имеет эффективное заземление по высокой стороне и изолированную нейтрали по низкой стороне. Определять обрыв фазу необходимо в режиме холостого хода, когда токи, протекающие в фазах, имеют значения несколько сотен мА. Новый метод определения обрыва фазы базируется на прямом измерении токов намагничивания в фазах. По сути, ток намагничивания характеризует потери, которые происходят в трансформаторе. При этом было зафиксировано, что при обрыве фазы или ее заземлении происходит падение тока намагничивания. Измеряя этот параметр достаточно точно (до мА) и сохраняю гармоническую составляющую (проводя гармонический анализ), можно со 100% гарантией зафиксировать ситуацию обрыва фазы резервного ТСН на холостом ходе.

Предлагаемая система состоит из оптического трансформатора серии COSI-CT, у которого сенсорный элемент выполнен в виде кольца, надеваемого на ввод ТСН, а также терминала РЗА P40 Agile P645, который фиксирует обрыв фазы как в ненагруженном, так и нагруженном состоянии. Плюс были разработаны специальные (запатентованные) алгоритмы для обработки, фильтрации данных и определение факта обрыва.В 2012-2014 система OPD на базе оптического ТТ COSI-CT тестировалась на нескольких АЭС в США. По полученным результат была подтверждена ее работоспособность и дано разрешение регулятором на ее массовой внедрение.

Ниже результаты работы системы при тестировании резервного ТСН 138кВ на холостом ходу:

Пример системы определения обрыва фазы резервного ТСН хорошо иллюстрирует, что у оптических трансформатором есть будущее. Существуют ниши, в которых они по соотношению характеристики/стоимость выигрывают у традиционных (например, измерение постоянного тока). С учетом тенденции по оптимизации их стоимости можно ожидать в будущем более широкого их применения в передающих и распределительных сетях.

Компания GE, понимая эту тенденции, развивает свою линейку оптических измерительных трансформаторов. На ближайшей сессии СИГРЭ (Париж, август 2018) будет официально анонсирование появление в линейке новой модели оптического ТТ (модель COSI-CTO), полностью оптического ТН (модель COSI-VTO) на базе ячейки Поккельса и их совмещение в одном конструктиве/колонне (модель COSI-CMO).

Информация по теме:
http://prod.gegridsolutions.com/youtube_vdo/watch.aspx?v=qKcp4sZsT8A
http://www.gegridsolutions.com/HVMV_Equipment/catalog/digital-instrument-transformers.htm
https://goo.gl/QELXhg

Дополнительную информацию вы можете узнать на сайте или обратившись на почту [email protected]