http://digitalsubstation.com/wp-content/uploads/2014/10/Medvedev.jpg

Медведев Андрей Станиславович

ООО«ТЭЛПРО Инжиниринг»

Опубликованная нами статья вызвала отклики, самые развёрнутые из которых были опубликованы на сайте «Комментарии на статью «Метрологические проблемы…» Максима Анатольевича Янина, начальника испытательного центра ЗАО «Профотек».

Благодарим Максима Анатольевича за обстоятельные комментарии. Вместе с тем, хотелось бы добавить несколько уточнений и дополнений для более полного осмысления.

Существующие стандарты на электронные трансформаторы тока и напряжения не могут являться основой для разработки измерительных устройств ввиду несоответствия нормам других стандартов, ныне действующих в Российской Федерации, а также сырой проработки методов испытания.

Максим Анатольевич привел дополнительный перечень несоответствий ГОСТ 60044-7 и 60044-8 с другими действующими нормами в Российской Федерации, а также указал на непроработанность стандарта в области методик испытаний, о чем мы в исходной статье вообще не упоминали. Признаться, только наметив небольшой перечень расхождений, мы рассчитывали на подобную реакцию и благодарны Максиму Анатольевичу за развитие данного вопроса.

Но хочется внести ясность.

Смысл разработки и выпуска стандарта на оборудование – «уравнять» всех производителей однотипного оборудования путем задания единой планки технических параметров и применяемых методик проверки оборудования на соответствия этим параметрам. Для производителя это означает упрощение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ввиду четко установленных параметров, а также снижение себестоимости ввиду спланированного бюджета на проведение исследований, разработки и сертификации.

Выпуск и принятие этих «сырых» стандартов привели только к хаосу – теперь производители электронных трансформаторов должны подгонять параметры и методы испытаний, как к старым стандартам, так и к новым требованиям.

Один из наглядных примеров, иллюстрирующих эту мысль, упомянут Максимом Анатольевичем: проведение ЗАО «Профотек» полного комплекса испытаний по наиболее жесткой версии различающихся видов испытаний, с проведением испытаний по методикам одновременно старых и новых стандартов.

Привело это к увеличению надежности? Возможно. Но конструкция аппарата скорее всего подгонялась под требования как старых, так и новых стандартов, что внесло в неё излишние усложнения, а бюджет на проведение испытаний был в 1,5-3 раза больше, чем расчетный для проведения комплекса испытаний только по новому стандарту.

Кто от этого выиграл? Все оказались в проигрыше – производитель затратил большие средства на разработку и сертификацию, получил более сложное в производстве изделие. Потребителю после этого предлагается оплатить более дорогую, зато инновационную аппаратуру.

По нашему мнению, все нормируемые параметры должны быть прописаны в новом стандарте (или должны быть даны через ссылки на другие стандарты РФ), и не должно быть никаких дополнительных «Сводов норм расчетных параметров», пускай выпущенных даже самой уважаемой организацией – это опять приведет к разночтениям. Также в стандарте должен быть четко прописан перечень испытаний и приведены методики, по которым должно проверяться оборудование на соответствие нормируемым параметрам. Закон (Стандарт) должен быть одинаков для всех.

Позволим себе высказать крамольную мысль: принятие упомянутых стандартов в нынешнем виде имело единственную цель – пустить на отечественный рынок зарубежных производителей электронных трансформаторов без дополнительных испытаний и сертификации.

Неготовность метрологических центров и лабораторий к поверке цифровых трансформаторов

По мнению Максима Анатольевича, эта проблема больше похожа на «пугалку». Но внедрение цифровых средств измерения и концепции «цифровой подстанции» началось (по крайней мере, продекларировано) уже почти восемь лет назад. Это большой срок, но метрологическая инфраструктура до сих пор не готова массово обеспечивать поверку электронных трансформаторов. Внедрение в энергетику нового класса оборудования, основанного на новых принципах, требует и подготовленной инфраструктуры (тем более, метрологической). Если эта проблема не стоит выеденного яйца – почему она до сих пор не решена?

Попытка разбить общий вопрос на много частных сводится к декларированию разработок, которые ведутся сейчас в стране, но не закончены и не имеют реальных результатов.

Разработанные эталоны имеют только 2 метрологических института – а это далеко не вся страна, стационарные устройства поверки «Марс-Энерго» только начали предлагаться на рынке и существуют в единичных экземплярах, а по переносным приборам решения пока вообще не существует, и есть большое сомнение, что в течение года – полутора лет этот вопрос закроется.

По наличию методик – если каждый производитель будет к каждому отдельному типу прибора писать свою методику поверки, то в результате огромное количество разных методик внесет путаницу, разночтения при поверках разных приборов и установит разные планки для производителей. Как ни крути, должна быть разработана общая стандартная методика поверки, чтобы все производители ориентировались на нее. Как мы писали выше, закон (Стандарт) должен быть одинаков для всех.

Проблема адекватности метрологических характеристик новых измерительных устройств в условиях действующей подстанции.

Оставим за скобками упрёк в том, что помимо компенсации взаимного влияния соседних фаз перед разработчиками цифровых трансформаторов стоит ещё много проблем. Мы этого никогда не отрицали. Просто формат статьи не позволяет подробно описать все проблемы.

Нашей задачей было привлечь внимание инженерной общественности к тому, что при внедрении новых измерительных устройств, особенно для высоковольтных сетей, действующие нормы и методики испытаний не могут в полной мере подтверждать метрологические характеристики в реальной сети.

Почему эта проблема не так актуальна для электромагнитных трансформаторов? Просто в силу гораздо более длительного срока их эксплуатации и огромного объёма исследований, как теоретических, так и натурных, позволивших изучить и снизить внешние влияния до приемлемых уровней.

Остальные же методы измерения, как справедливо отметил Максим Анатольевич, подвержены влиянию внешних электрических и магнитных полей достаточно серьёзно. Об этом свидетельствуют как научные публикации, так и большое количество патентов, решающих данную проблему с разной степенью успешности.

Мы не хотели подвергнуть сомнениям эффективность решений компании «Профотек» и не сомневаемся, что проблема успешно решена. Хотим только отметить, что сам по себе эффект Фарадея тоже не исключает внешних магнитных воздействий, и пояснения про регистрацию магнитного поля только проводника, проходящего внутри замкнутого измерительного контура в силу закона полного тока, выглядят неубедительно.

Поднятые нами в статье вопросы имели общий для всех производителей характер. Но поскольку в комментариях много внимания уделяется конструкции автономного пункта коммерческого учета  i-TOR-110 и предложениям дополнительных испытаний, выскажемся и на эту тему.

Устройство i-TOR-110 является инновацией не в силу своих конструктивных особенностей, пусть и защищённых патентом на изобретение, а в силу способа использования, никогда ранее не применявшегося в энергетике и открывающего новые возможности для организации коммерческого учёта в любой точке сети 110 кВ – на опоре ЛЭП, на портале, на подстанции.

Теперь перейдем к разбору предлагаемых дополнительных исследований.

1. Исследование влияния внешних предметов на точность измерений, особенно изгиба вокруг изолятора фазных проводов, металла опоры, наличия вблизи них проводников соседних фаз.

Данное исследование проводилось в лабораторных условиях, в результате была выявлена зона, в которой недопустимо наличие посторонних предметов. Эта зона практически совпадает с зоной минимального изоляционного расстояния для сетей класса напряжения 110 кВ и, тем не менее, в эксплуатационных документах на устройство она отражена.

2. Испытания полными и срезанными грозовыми импульсами обоих полярностей в условиях эффективного электромагнитного экранирования от влияния соседних фаз.

Вообще не понятно, что имелось в виду, так как стандартная методика ГОСТ 1516.2 не предусматривает при испытании влияния каких-либо «соседних фаз», так как методика испытаний изоляции приложением напряжения грозового импульса обеспечивает контроль устойчивости изоляции к экстремальным воздействиям, превышающим реально возникающие в сети. Поэтому проведение испытания «в условиях эффективного электромагнитного экранирования от влияния соседних фаз» звучит странно и непонятно.

Во-вторых, непонятно, зачем проводить испытание срезанными грозовыми импульсами, если по действующему стандарту ГОСТ 1516.3 это испытание для класса напряжения 110 кВ проводится только для силовых трансформаторов, шунтирующих реакторов и электромагнитных трансформаторов напряжения, а по ГОСТ Р МЭК 60044-7 и 8 это испытание является определяемым дополнительно. По нашей многолетней практике, испытание срезанным грозовым импульсом проводится для устройств, содержащих в точке ввода высокого напряжения обмотку (катушку индуктивности). Это испытание позволяет проверить слоевую и витковую изоляцию только электромагнитной обмотки, в остальных случаях проведение этого испытания бессмысленно. В устройстве i-TOR-110 сразу на входе высокого напряжения отсутствует какая-либо электромагнитная катушка, поэтому проведение этого испытания не имеет смысла.

3. Тест на термическую и динамическую стойкость, учитывая, что малогабаритные трансформаторы тока коммерческого учета с большим числом витков очень тонким проводом не вполне рассчитаны на токи К.З. линий 110 кВ. Сохраняется ли работоспособность и как быстро восстанавливается точность?

Современные трансформаторы тока коммерческого учета крайне редко выполняются с числом первичных витков больше одного (в виде проходной шины). Все это связано с применением в сердечниках аморфных или нанокристаллических сталей с малыми потерями. Первичная же обмотка – проходная шина – имеет большое сечение и выдерживает как односекундный ток термической стойкости (40 кА действующего значения), так и пик тока динамической стойкости (108 кА). Работоспособность после протекания таких токов сохраняется, и точность уходит крайне незначительно ввиду опять-таки свойств аморфной стали сердечника – крайне малого уровня остаточного намагничивания. Этот вопрос был бы актуален для трансформатора тока, у которого сердечник выполнен из классической холоднокатанной электротехнической стали.

4. Испытание, при котором на одну шину совмещенного ТТ подается стандартный грозовой импульс, который проходит через ТТ и с другой стороны уходит на землю? Т.е. достаточно вероятный режим подвесного ТТ+ТН, при попадании молнии в линию? Не самоликвидируется ли низковольтный ТТ из-за мгновенного броска ЭДС самоиндукции? Успеет ли переключиться внутренняя схема электропитания или будут проблемы с работоспособностью?

Непонятен смысл и методика проведения такого испытания – подача грозового импульса на заземленный объект. Такой режим возможен при попадании молнии в заземленную линию в случае, если между местом попадания молнии и заземлением стоит аппарат. Нас больше интересует режим, когда в рабочем режиме аппарата на него падает грозовое перенапряжение.

Обратимся к теории электромагнитных трансформаторов тока. Еще в 70-е годы прошлого столетия проводились исследования и были выведены формулы для расчета напряжения на первичных выводах трансформатора тока, при приходе на один из выводов грозового импульса. При расчёте напряжения для трансформатора, примененного в i-TOR-110, получено значение пика напряжения около 900 В (при условии минимально возможного значения волнового сопротивления воздушной линии электропередачи, пик напряжения при этом максимален). С вторичной схемой питания и измерения тем более ничего не произойдет, так как трансформатор тока просто не передаст во вторичную обмотку этот пик перенапряжения из-за инерционности магнитных процессов сердечника. Если же грозовой импульс придет на неработающий и заземленный аппарат, то тепловая мощность, выделившаяся в первичной обмотке, будет мизерной, а схема питания не запустится ввиду короткого импульса тока (пока не будет набран необходимый уровень напряжения).

Такой вопрос подразумевает, что разработчики стандарта на электромагнитные трансформаторы тока (ГОСТ 7746) упустили это испытание, так как для высоковольтных трансформаторов тока наружной установки тоже возможен такой режим (тем более что высоковольтные трансформаторы тока наружной установки имеют до 4 витков первичной обмотки, например стандартный TG 145 фирмы АВВ).

5. Исследование дрейфа погрешности подвесного совмещенного ТТ+ТН при испытании длительным нагревом номинальным током. Основное тепловыделение шины ТТ в этом случае будет греть обкладки конденсатора, у которого из-за неравномерности температурного поля верхнего плеча (нагреваемого) и нижнего (в верхней части ТН, т.е. области подвеса и хорошо охлаждаемого) порядка 40 и более градусов приведет, вследствие ТКЕ, к большой (а вполне вероятно – и запредельной) погрешности ТН от протекающего тока.

Ввиду применения термостабильного, именно высокоомного (резистивного), а не конденсаторного делителя напряжения, нагрев или охлаждения части делителя не даст выход погрешности преобразования за нормируемые пределы.

6. Исследование погрешности датчика напряжения при различных режимах электропитания (вопрос задан из предположения, что система питается методом, аналогичным заявленному в патенте «Устройство для измерения тока и напряжения в высоковольтной сети»): Недостаток питания электроники от трансформатора тока – это невозможность измерения напряжения в ненагруженной линии. Питание электроники от делителя напряжения (тем более высокоомного, как написано в статье) тоже проблематично, т.к. приведет к существенной потере фазовой точности (в первую очередь фазовой) при измерении напряжения.  К тому же, для снижения внешних воздействий, в этом случае нужно, чтобы через делитель шел ток 30-50мА, а это уже далеко не высокоомный делитель, и как следствие – вопросы по погрешности, частотным свойствам и т.д. особенно при работе линии в режиме перетока.

Почему питание от высокоомного делителя представляется проблемой, не совсем понятно. Потребление электронной части (только преобразователя напряжения) не превышает долей ватта, что не приводит к значительному снижению точности. Точность блока напряжения при включении питания от делителя изменяется примерно на -0,02%, фазовая – примерно на -1’, что вполне допустимо. Для снижения внешних воздействий применено эффективное экранирование, поэтому ток через делитель значительно меньше указанных величин.

Новая концепция установки аппарата действительно вызывает те вопросы, которые справедливо ставил Максим Анатольевич. В первую очередь – вопросы поверки и текущей эксплуатации. Ответы на них даст только опыт, который сейчас нарабатывается.

Но уже сейчас можно заявить, что нет никакой необходимости привлекать краны для снятия и подъема при проведении поверки i-TOR-110, что проверено на практике. Устройство весом не более 60 кг легко поднимается на опору и спускается с неё обычным тальблоком вручную. В лаборатории же для поверки вообще нет никаких препятствий – достаточно просто перевернуть аппарат «вверх ногами», установив на специальную площадку.

В заключение хотелось бы поблагодарить уважаемого Максима Анатольевича за комментарии и пожелать ему успехов в профессиональной деятельности. Надеемся, что корректные и содержательные дискуссии между разработчиками и испытателями разных технических решений приведут к качественному скачку в развитии отечественной электротехнической отрасли.