PL211952B1 - Sposób i układ do pomiaru impedancji elementów składowych sieci elektroenergetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru impedancji elementów składowych sieci elektroenergetycznych, takich jak odcinki linii czy elementy obwodów zwarciowych.

W sieciach elektroenergetycznych dla zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych oraz bezpieczeństwa przeciwporażeniowego potrzebna jest zmierzona wartość impedancji odcinka linii zasilającej bądź też impedancji elementu obwodu zwarciowego, na przykład impedancji uziemienia rozległego, impedancji szyn roboczych lub szyn połączeń wyrównawczych. Najczęściej impedancje elementów składowych mają małe wartości i wyznacza się je przy zasilaniu napięciem z transformatora potrzeb własnych stacji elektroenergetycznej. We współczesnych systemach elektroenergetycznych krzywa napięcia w sieciach wysokiego napięcia jak również po stronie wtórnej transformatora może być wyraźnie odkształcona, co może powodować niepoprawne wyznaczenie impedancji badanego elementu.

Zwykle impedancje elementów obwodów zwarciowych mają bardzo małe wartości, na przykład impedancje uziemień rozległych i szyn w stacjach elektroenergetycznych lub szyn połączeń wyrównawczych nie przekraczają wartości kilkuset milionów.

Znane sposoby pomiaru impedancji elementów składowych obwodu zwarciowego w sieci elektroenergetycznej na przykład impedancji uziomu rozległego stacji elektroenergetycznej, polegają na stosowaniu metody technicznej, czyli metody woltomierza i amperomierza z wykorzystaniem bardzo dużej wartości prądu pomiarowego. W sposobie tym amperomierzem mierzone jest natężenie prądu przepływającego przez obwód złożony z uziomu badanego i pomocniczego oraz woltomierzem spadek napięcia na uziomie badanym. Woltomierz podłączony jest jednym zaciskiem do uziomu badanego, a drugim do sondy umieszczonej w strefie potencjału ustalonego. Mierzoną impedancję określa stosunek zmierzonego spadku napięcia do zmierzonego natężenia prądu.

Układ do pomiaru impedancji elementów zwarciowych w stacjach wysokiego napięcia celem uzyskania dużej wartości prądu pomiarowego zasilany jest najczęściej z transformatora potrzeb własnych stacji elektroenergetycznej. Obwód prądowy tworzą następujące elementy: uzwojenie transformatora, wydzielona do celów pomiarowych linia napowietrzna średniego napięcia, uziom pomocniczy wykonany przy jednym ze słupów linii, uziom badanej stacji oraz impedor obciążenia pomiarowego włączona między uzwojenie transformatora i uziom badany.

Wymuszany w tym układzie prąd o dużej wartości można regulować poprzez zasilanie obwodu napięciem międzyprzewodowym lub fazowym oraz przez włączenie do obwodu dodatkowej impedancji obciążenia pomiarowego. Najczęściej jako dodatkowe obciążenie pomiarowe stosuje się rezystory.

Znany sposób pomiaru impedancji uziemień daje poprawne wyniki przy zasilaniu układu pomiarowego napięciem sinusoidalnym oraz przy pominięciu klasycznych źródeł błędów pomiaru. Obecnie w sieciach elektroenergetycznych rozpowszechniają się układy energoelektroniczne pobierające prąd odkształcony i w miarę jak rośnie ich udział w obciążeniu sieci, rośnie odkształcenie krzywej napięcia. Odkształcenie napięcia pomiarowego przyczynia się do powstania błędów pomiarowych szczególnie w sytuacjach, gdy nie można mówić o rezystancji uziemienia, lecz o impedancji uziemienia. Impedancja takich uziemień jest niewielka, a ze względu na duże długości elementów takiego uziomu, argument impedancji uziemienia może przekraczać 30°. Błędy wynikające z odkształcenia krzywej napięcia pomiarowego mogą w takiej sytuacji osiągać wartość nawet kilkudziesięciu procent w zależności od stopnia odkształcenia krzywej napięcia oraz zastosowanej impedancji ograniczającej prąd pomiarowy.

Wadą sposobu z wykorzystaniem woltomierza i amperomierza jest to, że nie zapewnia ona prawidłowego pomiaru impedancji elementów obwodów zwarciowych na przykład uziemień rozległych przy zasilaniu układu pomiarowego napięciem z transformatora stacji. Wynika to stąd, że napięcie w sieciach wysokiego napięcia jak również po stronie wtórnej transformatora może być wyraźnie odkształcone, co powoduje znaczny błąd pomiaru impedancji badanej.

Sposób pomiaru impedancji elementów składowych sieci elektroenergetycznych wykorzystujący zasilanie napięciem odkształconym z transformatora stacyjnego oraz impedancję pomiarową o stałej wartości modułu i nastawnym argumencie, polegający na pomiarze napięć występujących na impedancji badanego elementu obwodu zwarciowego w czasie kolejnych załączeń wyłącznikami tyrystorowymi obciążeń pomiarowych według wynalazku charakteryzuje się tym, że wyłącznikami tyrystorowymi załącza się kolejno impedancje pomiarowe o jednakowych modułach i różnych argumentach na czas:

M1T, m2T ...mnT, gdzie: m1 = m2 = .. mn = m oznacza celowo wybraną możliwie małą liczbę całkowitą,

PL 211 952 B1 jednocześnie mierzy się i zapamiętuje skuteczne wartości napięć występujących na impedancjach pomiarowych oraz w czasie przepływu prądu pomiarowego mierzy i zapamiętuje się skuteczne wartości napięć występujących na zespole połączonych szeregowo: impedancji badanej oraz impedancjach obciążenia pomiarowego. Następnie, w układzie pomiarowo-sterującym wyznacza się największą różnicę między wartością napięcia na zespole impedancji a wartością napięcia na impedancjach pomiarowych lub największy stosunek tych napięć, które wystąpiły w czasie cyklu pomiarowego. Największa różnica, bądź największy stosunek tych napięć przy znanej i odpowiednio dobranej wartości modułu impedancji pomiarowej jest miarą modułu impedancji badanej.

Układ do pomiaru impedancji elementów składowych sieci elektroenergetycznych zawierający człon obciążenia składający się z wyłączników tyrystorowych dużej mocy i impedorów obciążenia pomiarowego, cyfrowego układu pomiarowo-sterujący oraz łączników sterowanych według wynalazku charakteryzuje się tym, że do drugiego i trzeciego zacisku prądowego dołączona jest impedancja badana, która poprzez trzeci zacisk prądowy połączona jest szeregowo z pierwszym zaciskiem prądowym przez człony obciążeniowe złożone z połączonych równolegle n gałęzi, z których każda utworzona jest z szeregowo połączonego wyłącznika tyrystorowego oraz impedancji pomiarowej o jednakowych wartościach modułu i różnych argumentach. Do pierwszego i trzeciego zacisku prądowego dołączone są odpowiednio pierwszy i drugi zacisk napięciowy stanowiące wejście główne cyfrowego układu pomiarowo-sterującego, którego wyjścia sterujące połączone są z wyłącznikami tyrystorowymi i łącznikami sterowanymi, a wyjście pomiarowe połączone jest z łącznikiem pomiarowym. Pomiarowe wejścia napięciowe układu pomiarowo-sterującego poprzez łączniki sterowane połączone są z trzecim zaciskiem prądowym, a jego wejście pomiarowe poprzez łącznik pomiarowy połączone jest z drugim zaciskiem napięciowym.

Wykorzystanie wynalazku pozwala na pomiar impedancji uziemień rozległych stacji oraz impedancji innych elementów obwodów zwarciowych systemów elektroenergetycznych z większą pewnością i dokładnością niż według znanych sposobów.

Wynalazek objaśniony jest bliżej na rysunku przedstawiającym schemat układu do pomiaru impedancji oraz w przykładzie wykonania.

Sposób pomiaru impedancji elementów obwodów zwarciowych w systemach elektroenergetycznych wykorzystujący zasilanie napięciem odkształconym z transformatora stacyjnego oraz impedancję pomiarową o stałej wartości modułu i nastawnym argumencie polega na tym, że mierzy się i zapamię tuje wartoś ci skuteczne napięć wystę pują cych na impedancjach pomiarowych Z01, Z02, ...Z0n o jednakowych moduł ach i róż nych argumentach załączanych kolejno na czas:

m1T, m2T ...mnT, gdzie: m1 = m2 = .. mn = m oznacza celowo wybraną możliwie małą liczbę całkowitą.

Jednocześnie w czasie przepływu prądu pomiarowego mierzy się i zapamiętuje skuteczne wartości napięć występujących na całym zespole połączonych szeregowo impedancji badanej Ze z impedancjami pomiarowymi Z01, Z02, ... Z0n oraz na samych impedancjach pomiarowych. Wszystkie te napięcia wprowadza się do mikroprocesorowego układu pomiarowo-sterującego MUPS, który reaguje na największą różnicę lub największy stosunek tych napięć, tj. napięcia na szeregowo połączonych impedancji badanej i impedancji pomiarowej oraz na impedancji pomiarowej, które wystąpiły w czasie cyklu pomiarowego, co zachodzi przy równości argumentów impedancji pomiarowej oraz impedancji badanej. Przy równości argumentów błąd od odkształcenia napięcia zasilającego osiąga wartość zero. W tym przypadku spadek napię cia na impedancji pomiarowej jest w fazie ze spadkiem napię cia na badanej impedancji elementu. Największa różnica bądź największy stosunek mierzonych napięć przy znanej wartości obciążenia pomiarowego jest miarą modułu impedancji badanej Ze.

Układ do pomiaru impedancji elementów obwodów zwarciowych lub impedancji uziemień rozległych przedstawiony na rysunku posiada przyłączone do pierwszego i trzeciego zacisku prądowego 1I, 3I, stanowiących zaciski wejściowe prądowe, równoległe człony obciążenia pomiarowego złożone z szeregowo połączonych wyłączników tyrystorowych WT1, WT2, ...WTn dużej mocy i impedancji pomiarowych Z01, Z02, ... Z0n o równych wartościach modułów i różnych argumentach. Człony te poprzez trzeci zacisk prądowy 3I połączone są szeregowo z impedancją badaną Ze, która dalej połączona jest z drugim zaciskiem prą dowym 2EI. Równolegle do zespołu złożonego z członów obciążeniowych połączonych szeregowo z impedancją badaną przyłączony jest, poprzez odpowiednio pierwszy i drugi zacisk napięciowy 1U, 2EU, mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący MUPS, którego wyjścia sterujące S1,S2,...Sn połączone są z wyłącznikami tyrystorowymi WT1, WT2, ...WTn i łącznikami sterowanymi ŁU1, ŁU2,.....ŁUn, a wyjście pomiarowe Sc połączone jest z łącznikiem pomiarowym ŁUc.

PL 211 952 B1

Natomiast pomiarowe wejścia napięciowe U1, U2, ... Un układu pomiarowo-sterującego MUPS poprzez łączniki sterowane ŁU1, ŁU2,.....ŁUn połączone są z trzecim zaciskiem prądowym 3I, a wejście pomiarowe Uc poprzez łącznik pomiarowy ŁUc połączone jest z drugim zaciskiem napięciowym 2EU.

Po przyłączeniu sieci układ jest gotowy do pracy. Po naciśnięciu przycisku P mikroprocesorowy układ pomiarowo sterujący MUPS rozpoczyna pracę według określonego programu. Na wyjściu układu pojawiają się sygnały sterujące ściśle związane z okresem napięcia sieci T. Sygnały te podawane są do wyłączników tyrystorowych WT1, WT2, ...WTn oraz do łączników sterowanych ŁU1, ŁU2,.....ŁUn i łącznika pomiarowego ŁUc według okreś lonych czasów trwania. Pierwszy o czasie trwania t1 = mT wysyłany jest sygnał do pierwszego wyłącznika tyrystorowego WT1 oraz do pierwszego łącznika sterowanego ŁU1. Po nim wysyłane są kolejno po sobie sygnały o tym samym czasie trwania t2 = ...tn = mT do następnych wyłączników tyrystorowych WT2, ...WTn oraz łączników sterowanych ŁU2, ..ŁUn. Jednocześnie z sygnałami podawanymi do wyłączników tyrystorowych WTn i do łączników sterowanych ŁUn, podawany jest również sygnał o czasie trwania t1, t2, .tn do łącznika pomiarowego ŁUc. Przy kolejno zamykanych wyłącznikach tyrystorowych WT1, WT2, ..WTn, w obwodzie badanym płyną prądy o różnych wartościach. Jednocześnie przy zamkniętych łącznikach sterowanych ŁU1, ŁU2, ...ŁUn oraz łączniku pomiarowym ŁUc mierzone są napięcia na impedancji badanej Ze oraz na zespole impedancji badanej Ze i kolejno załączanych impedancjach pomiarowych Z01, Z02, ...Z0n, przy czym wszystkie wartości impedancji pomiarowych mają jednakowy moduł a różnią się jedynie wartościami argumentów. Wartości mierzonych napięć wprowadzane są do mikroprocesorowego członu pomiarowego MUPS, który reaguje na największą ich różnicę lub stosunek, jakie wystąpiły w czasie cyklu pomiarowego. Wartości największej różnicy bądź stosunku napięć na połączonych szeregowo impedancjach pomiarowych i impedancji badanej oraz napięć na załączanych kolejno impedancjach pomiarowych o znanej wartości są miarą impedancji badanego elementu obwodu zwarciowego wolnego od wpływu odkształcenia napięcia. Błąd pomiaru osiąga wartość równą zero przy równości argumentów - impedancji pomiarowej oraz impedancji badanego elementu. Cyfrowy człon pomiarowy może być wykonany jako woltomierz bądź miernik ilorazowy, a wynik pomiaru przedstawiany jest w jednostkach wielkości mierzonej.

Claims (2)

1.Sposób pomiaru impedancji elementów składowych sieci elektroenergetycznych wykorzystujący zasilanie napięciem odkształconym z transformatora stacyjnego oraz impedancję pomiarową o stałej wartości modułu i nastawnym argumencie, znamienny tym, że mierzy się napięcia występujące na impedancji badanego elementu składowego sieci elektroenergetycznej w czasie kolejnych załączeń wyłącznikami tyrystorowymi obciążeń pomiarowych, przy czym wyłącznikami tyrystorowymi (WT1, WT2, ..WTn) załącza się kolejno impedancje pomiarowe (Z01, Z02, .. Z0n) o jednakowych modułach i różnych argumentach na czas:

m1T = m2T = .. mnT, gdzie m1 = m2 = .. mn = m oznacza celowo wybraną możliwie małą liczbę całkowitą, jednocześnie mierzy się i zapamiętuje skuteczne wartości napięć występujących na impedancjach pomiarowych (Z01, Z02, .. Z0n) oraz w czasie przepływu prądu pomiarowego mierzy i zapamiętuje się skuteczne wartości napięć występujących na zespole połączonych szeregowo: impedancji badanej (Z_e) oraz impedancjach obciążenia pomiarowego (Z₀₁, Z₀₂, ...Z_0n), następnie w układzie pomiarowosterującym (MUPS) wyznacza się największą różnicę między wartością napięcia na zespole impedancji a wartością napięcia na impedancjach pomiarowych lub największy stosunek tych napięć, które wystąpiły w czasie cyklu pomiarowego, przy czym największa różnica bądź największy stosunek tych napięć przy znanej i odpowiednio dobranej wartości modułu impedancji pomiarowej jest miarą modułu impedancji badanej (Ze).

2.Układ do pomiaru impedancji elementów składowych sieci elektroenergetycznych zawierający człon obciążenia składający się z wyłączników tyrystorowych dużej mocy i impedorów obciążenia pomiarowego, cyfrowego układu pomiarowo-sterujący oraz łączników sterowanych, znamienny tym, że do drugiego i trzeciego zacisku prądowego (2EI, 3I) dołączona jest impedancją badana (Ze), która poprzez trzeci zacisk prądowy (3I) połączona jest szeregowo z pierwszym zaciskiem prądowym (1I) przez człony obciążeniowe złożone z połączonych równolegle n gałęzi, z których każda utworzona jest z szeregowo połączonego wyłącznika tyrystorowego (WT1, WT2, ...WTn) oraz impedancji pomiarowej

PL 211 952 B1 (Z01, Z02, ...Z0n) o jednakowych wartościach modułu i różnych argumentach, a do pierwszego i trzeciego zacisku prądowego (1I, 3I) dołączone są odpowiednio pierwszy i drugi zacisk napięciowy (1U, 2EU) stanowiące wejście główne cyfrowego układu pomiarowo-sterującego (MUPS), którego wyjścia sterujące (S1, S2, ...Sn) połączone są z wyłącznikami tyrystorowymi (WT1, WT2, ...WTn) i łącznikami sterowanymi (ŁU1, ŁU2,....ŁUn), a wyjście pomiarowe (Sc) połączone jest z łącznikiem pomiarowym (ŁUc), natomiast pomiarowe wejścia napięciowe (U1, U2, ...Un) układu pomiarowo-sterującego (MUPS) poprzez łączniki sterowane (ŁU1, ŁU2,....ŁUn) połączone są z trzecim zaciskiem prądowym (3I), a jego wejście pomiarowe (Uc) poprzez łącznik pomiarowy (ŁUc) połączone jest z drugim zaciskiem napięciowym (2EU).