Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения

Область знаний: «Физика, Экономика»

Тематика Энергопрорыв 2013: «Умные приборы и датчики»

Тематика Энергопрорыв 2014: «Новые сенсоры и датчики актуального состояния технических параметров активов и оборудования»

Тематика Энергопрорыв 2015: «Эффективные приборы и измерительное оборудование»

Социальная активность: 97

Команда + Вступить в команду

Описание

В настоящее время ток и напряжение в ЛЭП и на подстанциях измеряют с помощью аналоговых измерительных трансформаторов тока и напряжения и высоковольтных емкостных делителей. Анализ аналоговых трансформаторов показывает, что более 50% из них не обеспечивают свой метрологический класс точности из-за перегрузки по вторичным цепям, трансформаторы тока (ТТ) имеют искажения формы сигналов в переходных режимах, особенно во время коротких замыканий (КЗ), из-за насыщения сердечников ТТ передают недостоверную информацию о токах КЗ, приводя к задержкам и неселективной работе релейной защиты. Традиционные трансформаторы тока и напряжения не исключают коммерческие потери из-за низкого класса точности аналоговых трансформаторов и возможности хищения электроэнергии.

Цель работы состоит в создании нового класса высоковольтного энергетического оборудования – цифровых трансформаторов тока и напряжения 6-500 кВ (ЦТТН), не имеющих аналогов, выпускаемых в Российской Федерации.

Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения работает следующим образом: измеренные с помощью инновационной датчиковой системы, состоящей из пояса Роговского, магнитотранзисторного преобразователя, безиндуктивного шунта, трансформатора тока с нанокристаллическим магнитопроводом и резистивного делителя напряжения, значения тока и напряжения оцифровывается непосредственно на первичном проводе и передаются по оптоволокну на низковольтную сторону, где производится их обработка и упаковка в соответствии с протоколом IEC 61850-9.2LE.

Внедрение цифровых трансформаторов тока и напряжения обеспечит:

  • создание высокоинтегрированных активно-адаптивных сетей нового поколения SMART GRID, внедрение автоматизированных подстанций (без постоянного дежурного персонала), создание автоматизированных систем управления, а также интеллектуальных систем учёта электроэнергии;
  • получение единого источника информации в стандартном формате для всех информационных и управляющих устройств;
  • повышение управляемости и надёжности систем автоматики и защиты на современной микропроцессорной основе с использованием новых информационных компьютерных и Интернет-технологий;
  • мониторинг и диагностику всех составляющих подстанции, включая вторичные цепи;
  • простое подключение новых устройств, неограниченное количество получателей данных;
  • повышение класса точности по току и напряжению по сравнению с аналоговыми электромагнитными трансформаторами (класс точности 0,2s по току и 0,2 по напряжению в установившемся режиме);
  • селективность работы и устойчивость функционирования устройств релейной защиты и автоматики за счёт линейности характеристик преобразования тока и напряжения в установившихся режимах и переходных процессах;
  • помехозащищённость, за счёт использования оптоволокна для передачи информации от РУ;
  • снижение количества кабельных связей;
  • исключение выноса высокого потенциала с места КЗ на щит управления по вторичным цепям;
  • упрощение и гибкость проектирования и наладки;
  • уменьшение коммерческих потерь электроэнергии.

Преимущества ЦТТН перед аналоговыми электромагнитными трансформаторами тока и напряжения:

1. Устойчивость к феррорезонансным явлениям за счет использования безиндуктивного преобразователя напряжения.

2. Более высокий класс точности за счет исключения разделительных трансформаторов и наводок на аналоговые вторичные цепи.

3. Использование разных датчиков тока для целей релейной защиты и автоматики и целей коммерческого учета электроэнергии.

4. Передача без искажений всей информации в режимах короткого замыкания, включая апериодическую составляющую тока КЗ для систем РЗА с магнитотранзисторного преобразователя (не происходит насыщения магнитопровода, в отличие от стандартных ТТ).

5. Улучшенные показатели взрывобезопасности за счет отсутствия масла и элегаза (даже при внутреннем повреждении высоковольтной изоляции взрыва и пожара не произойдет, в отличие от существующих ТТ 110–750 кВ).

6. Улучшенные массогабаритные показатели (в 5-7 раз легче существующих ТТ).

7. Соответствие инновационной концепции развития электроэнергетики Smart Grid (или интеллектуальная энергетическая система с активно-адаптивной сетью).

Преимущества ЦТТН перед оптическими трансформаторами тока и напряжения:

1. Уменьшенные стоимостные характеристики (в несколько раз) за счет отсутствия прецизионной оптомеханики и оптоэлектроники.

2. Работа в заданном классе точности при наличии температурных и вибрационных воздействий (устойчивость к температурным и вибрационным воздействиям).

3. Широкий динамический диапазон измерения токов за счет отсутствия в преобразовании искусственной модуляции, приводящей к фазовым сдвигам и задержкам. Широкий частотный спектр предлагаемого трансформатора позволит наиболее эффективно использовать алгоритмы релейной защиты выполняемых на волновых принципах.

4. Использование нескольких первичных преобразователей выполненных на различных базовых физических принципах позволит полностью удовлетворить потребности устройств релейной защиты и автоматики и систем АИИС КУЭ.

5. Повреждение вторичной оптоволоконной цепи не приводит к необходимости замены всего трансформатора.

    В чем нуждается проект

    Проект нуждается в финансировании в размере 20 млн рублей.

    Комментарии

    Ответить +1 21 мая 2013 в 14:07
    Андрей Яблоков В нашем университете работает учебно-научный центр "Высоковольтные измерительные преобразователи и трансформаторы", в рамках работы которого осуществляется данный проект. Более 20 лет в научном коллективе выполняются исследования с изготовлением экспериментальных образцов электронных измерительных преобразователей (имеется прототип). В данном проекте планируется обобщить имеющиеся наработки коллектива.
    Ответить +1 24 мая 2013 в 17:54
    Вадим Моржин Знав лично Владимира Николаевича Гречухина, общаясь с ним по вопросам усовершенствования ТТ и ТН, могу сказать, что у Вас коллеги очень серьезные задачи стоят впереди! Прежде всего, не ударить, что называется в грязь лицом и вести работы на том же профессиональном уровне и с той же энергией, как вел их Владимир Николаевич! Удачи коллеги!
    Ответить +3 29 мая 2013 в 13:13
    Dmitry Levin Как в вашем случае решается вопрос насыщения железа МТТН? (т.е. каково принципиальное отличие получения сигнала от МТТН и традиционного ТТ и ТН?) Каким образом осуществляется преобразование сигнала в цифровой код - АЦП или что-то еще? Какова погрешность измерений вашего МТТН по сравнению со стандартными ТТ и ТН используемыми в России? Есть ли аналоги за рубежом и если есть, то как оцениваете эффективность их по сравнению с вашим вариантом и традиционными ТТ и ТН используемыми в России? Каково ценовое соотношение с традиционными ТТ и ТН , и вариантами за рубежом(если они есть)?
    Ответить +2 29 мая 2013 в 21:16
    Андрей Яблоков

    МТТН имеет несколько датчиков тока: магнитотранзисторный преобразователь, пояс Роговсокго, безиндуктивный шунт и электромагнитный трансформатор тока. Первые два преобразователя тока не имеют железного магнитопровода, а соответственно, не насыщаются, имеют линейный сигнал на выходе, кроме того магнитотранзисторный преобразователь может измерять постоянный ток и аппериодические составляющие. Оцифровка производится с помощью микропроцессорной платы, содержащей АЦП. По результатам испытаний МТТН имеет класс точности 0,2s и достижим 0,1. При этом если сравнивать с традиционными трансформаторами, имеющими класс точности 0,2s, то у них имеются наводки на вторичные цепи, дополнительные погрешности вносят разделительные трансформаторы, что в приводит к увеличению общей погрешности измерения тока и напряжения до 0,7%. Прямого аналога за рубежом и в России у МТТН нет. Конкурентом являются оптические трансформаторы, имеющие высокую стоимость, не выпускающиеся на классы напряжения 6-35 кВ, а также зависимость погрешности от температуры и вибраций. МТТН будет дороже традиционных ТТ и ТН, однако дешевле оптических ТТ и ТН.

    Жанна Кадылева

    Андрей, я правильно понимаю, что вы заявляетесь в качестве участника конкурса-2014?)

    Ответить 0 25 августа 2014 в 16:04
    Андрей Яблоков

    Да, вы понимаете все правильно. В этом году добавились организаторы и партнеры, мы приняли решение об необходимости участия.

    Ответить 0 29 августа 2014 в 17:08
    Анна Типикина

    Андрей, не очень понимаю, зачем так много устройств помещать в одно? Ведь известный факт: чем больше элементов, тем менее надежно устройство в целом.

    Ответить 0 22 сентября 2014 в 18:29
    Андрей Яблоков

    Анна, увеличение количества датчиков направлено от части на дублирование функций, что повышат надежность и соответствует принципам выполнения релейной защиты и автоматики

    Ответить 0 27 сентября 2014 в 09:11
    Владимир Дорофеев

    Считаю, что если разработать и реализовать проект с заявленными функциональными свойствами и характеристиками, то это будет серьезный шаг на пути продвижения интеллектуальной энергетики. Желаю успехов на этом пути. В.В.Дорофеев

    Андрей Яблоков

    Большое спасибо за положительный отзыв о нашей работе, это важно для нас. Сейчас у нас есть экспериментальные образцы и мы делаем опытный образец.

    Ответить 0 29 августа 2014 в 17:10
    Дмитрий Приходько

    Коллеги ! Это безусловно эффективный способ измерения токов и напряжений. А как конкретно происходит подключение к высоковольтному оборудованию (Шинам ПС) ? Чем изолируете вторичку от первичного высокого напряжения? А так же есть ли возможность использования встроенных измерительных преобразователей в силовые трансформаторы, высоковольтные выключатели?

    Андрей Яблоков

    Дмитрий, подключение к шинам ПС осуществляется аналогично подключению традиционных измерительных трансформаторов. Вторичный сигнал передается по оптическому волокну (диэлектрику), чем обеспечивается гальваническая развязка. Наше решение может быть встроено в высоковольтные выключатели

    Ответить 0 27 сентября 2014 в 10:09
    Андрей Яблоков

    Игорь, у нас 6 патентов на наше устройство и подано еще 6 заявок на патенты.

    Ответить 0 27 сентября 2014 в 10:10
    Вадим Федоров

    Работа весьма интересная и перспективная. Будем надеяться что будет доведена до конечного результата. Для полноты картины следует пошире раскрыть вопрос электромагнитной совместимости "начинки" ИТ и устойчивости к перенапряжениям в сети 6, 10 кВ, особенно при перемежающихся дугах.

    Ответить +1 5 сентября 2014 в 12:28
    Андрей Яблоков

    Добрый день, Сергей!
    На данный момент нами разработан, изготовлен и испытан цифровой трансформатор 110 кВ. Сейчас начали заниматься вопросами его сертификации и внесения в реестр средств измерений. Разработан и изготовлен цифровой трансформатор напряжения на 6,10 кВ. Также мы разрабатываем комбинированные трансформаторы 6, 10, 35 и 110 кВ и автоматизированную точку коммерческого учета электроэнергии 6, 10 кВ. По всем интересующим вопросам можете обращаться ко мне по электронной почте AndrewYablokov@yandex.ru или телефону: 89203627978, а также к руководителю проекта: vd_lebedev@mail.ru. Будем рады рассказать о проекте и его текущем статусе подробнее

    Ответить +1 15 июля 2016 в 12:01
    Евгений Парфенов

    Добрый день!
    Вопросы от эксплуатации:
    1. Каков срок службы микроэлектронной базы?
    2. Как организовано питание электронных компонентов?

    Ответить 0 11 августа 2016 в 09:57
    Андрей Буйнов

    Современные (аналоговые) ТТ и ТН достаточно точны и не требуют значительных эксплуатационных расходов. Единственным основанием для применения цифровых ТТ и ТН может стать их стоимость. Проводилась ли оценка предполагаемой стоимости аппаратов?
    Кроме этого применение цифровых ТТ и ТН не может быть единичным, оно возможно только при полной реконструкции подстанции или новом строительстве.

    Ответить 0 24 августа 2016 в 07:05

    Добавление комментария