Диагностика заземляющих устройств электрических станций и подстанций

Введение

Заземляющее устройство (ЗУ) электрических станций и подстанций — сложная система, обеспечивающая электробезопасность персонала и надежную работу оборудования.

Периодический контроль состояния ЗУ осуществляется в соответствии с нормативными документами /1-5/. К сожалению, действующие нормативные документы далеки от совершенства и давно не пересматривались. Контроль состояния ЗУ электрических станций и подстанций выполняется как эксплутационным персоналом, так и специализированными организациями. Из-за существенных различий в квалификации персонала, в оснащенности техническим средствами, а также  в методиках проведения измерений и анализа результатов, качество контроля ЗУ часто невысокое. Необходимо установить четкие требования к выполнению диагностики ЗУ, включая перечень контролируемых параметров, методики проведения измерений и расчетов, характеристики технических средств, применяемых при измерениях, методы анализа и форму представления результатов диагностики.

Цель диагностики — ЗУ не только выявить недостатки, но и разработать мероприятия по их устранению.

Контролируемые параметры

Заключение о состоянии ЗУ основывается на сопоставлении определенных при диагностике параметров с допустимыми значениями.

Контролируемые параметры по электробезопасности: напряжение прикосновения и шага. Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов для частоты 50Гц, 400Гц даны в /6/. Напряжение шага не нормируется и, как правило, принимается равным напряжению прикосновения. Для импульсных воздействий можно руководствоваться /7/, где в качестве предельно допустимой энергии импульса рекомендуется принимать 6Дж.  В пересчете к импульсным напряжениям предельно допустимые значения составляют: примерно 5кВ для 1-ого импульса и 9кВ для последующих импульсов тока молнии.

Контролируемые параметры по условиям обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС), которые определяются состоянием ЗУ: воздействующие на вторичное оборудование и системы связи напряжения и токи промышленной частоты при коротких замыканиях в первичных цепях; импульсные токи и напряжения при ударах молнии, коммутациях силового оборудования и коротких замыканиях. В качестве допустимых значений принимаются уровни испытательных напряжений и токов /8/.  

Нормативными документами предусматривается также контроль (и устанавливаются допустимые значения) следующих параметров: сопротивление ЗУ (напряжение на ЗУ), коррозионный износ заземлителей, сопротивление соединений заземлителя с заземляемыми элементами /2, 3/.

Измерения, выполняемые при диагностике заземляющих устройств электрических станций и подстанций

При проведении диагностики ЗУ на электричес­ких станциях и подстанциях должны выполняться измерения:

- напряжения прикосновения на оборудовании при имитации КЗ на землю;

- сопротивления ЗУ для токов промышленной частоты (напряжения на ЗУ);

- импульсного сопротивления ЗУ оборудования (импульсных помех в цепях вторичной коммутации при имитации ВЧ составляющей тока короткого замыкания) и молниеотводов;

- сопротивления соединений заземлителя с заземляемыми элементами;

- распределения потенциалов и токов по ЗУ при имитации КЗ на землю и удара молнии в молниеотводы.

В соответствии с требованиями /2/ проводятся измерения для определения исполнительной схемы ЗУ: трасс прокладки заземлителей и заземляющих проводников (искусственных и естест­венных), глубины залегания, типа и сечения и заземлителей.

Дополнительно выполняется измерение удельного сопротивления грунта: зависимость удельного сопротивления грунта от глубины.

Также определяется степень коррозии заземлителей и заземляющих проводников методом выборочного вскрытия грунта.

По результатам измерений должны быть определены наибольшие возможные значения контролируемых параметров, чтобы сравнить их с допус­тимыми значениями. Все результаты измерений должны быть пересчитаны к реальным токам короткого замыкания, импульсным высокочастотным токам и нормированным токам молнии, а также к наиболее неблагоприятным климатическим условиям.

На основании опыта диагностики ЗУ электрических станций и подстанций (более 500 объектов класса напряжения от 6кВ до 750кВ) можно утверждать, что измерения на объекте позволяют лишь качественно оценить состояние ЗУ (в отношении большинства контролируемых параметров). Достоверные численные результаты диаг­ностики получаются при применении расчетно-экспериментальной методики. Причем, измерения большей частью используются для тестирования расчетов.

Расчет контролируемых параметров

Для проведения расчетов применяются специальные компьютерные программы.

Исходные данные для расчетов:

- результаты измерений на объекте, расчетные токи короткого замыкания (с учетом развития энергосистемы);

- время отключения короткого замыкания (основная, резервная защиты, время работы УРОВ);

- сведения о климатических условиях и геологические разрезы грунта;

- оперативная схема первичных цепей;

- характеристики силового оборудования.

С помощью программ выполняют расчет переходных процессов в разветвленной 3-мерной схеме заземляющего устройства электросетевых объектов, включающей систему проводников в воздухе и грунте, при коротких замыканиях на землю и ударах молнии.

При проведении расчетов должны учитываться:

- удельное сопротивление грунта;

- материал и сечение проводников и заземлителей;

- составляющие тока КЗ на землю;

- кабели с экраном, броней или оболочкой;

- трубопроводы различного сечения.

В результате расчетов получают распределение потенциалов и токов по элементам заземляющего устройства, и определяют:

- сопротивление заземляющего устройства (напряжение на ЗУ);

- напряжение прикосновения и шага;

- напряжение, воздействующее на вторичные кабели и оборудование;

- токи в экранах, броне и оболочках кабелей.

Для расчета напряжений и токов, воздействующих на вторичное оборудование, могут применяться, например, программы ОРУ-М,  Parsiz, Контур, KWIK GRID, «Расчет заземляющих устройств»  фирмы  Safe  Engineering Services  technologies ltd.

Для расчета импульсных помех могут применяться программы: Interferences, EMTP-RV, PisPice. MicroCAP. С помощью программ выполняют расчет переходных процессов при КЗ и коммутациях в первичных цепях. В результате расчетов определяют импульсные токи в первичных цепях и импульсные напряжения (токи) во вторичных цепях.

Источник: журнал "Энерго-Инфо",  №12(24) декабрь 2008