Практика проверки измерительных цепей при ПНР электродуговой печи

Иногда проверка цепей измерения электроустановки не кажется такой уж простой задачей и требует творческого подхода. В настоящей статье Прохор Наумович хотел бы поделиться с вами одним интересным случаем из практики, который, уверен, будет полезен новичкам.

Сокращения и понятия

В статье используются следующие сокращения и понятия:

• АСУ — Автоматизированная система управления (печью) — система управления на базе ПЛК, предназначенная для управления механизмами печи, контроля за состоянием оборудования печи посредством сбора данных с датчиков и представлением информации оператору в виде сигнализации и визуализации. В нашем случае АСУ выполнена на основе контроллера Siemens S7-300 и визуализации на основе WinCC.
• КРУ — Комплектное распределительное устройство — распределительное устройство напряжения 6 кВ, состоящее из отдельных самостоятельных ячеек, предназначенное для принятие и распределения напряжения 6 кВ.
  
• МП (МПЗ) — Микропоцессорная защита — Устройство для защиты оборудования печи при возникновении аварийных режимов (коротких замыканий) на основе микропроцессорного терминала.
  
• ПЛК — Программируемый логический контроллер — логическое устройство, исполняющее алгоритмы, реализующие технологию управления печью.
  
• СИФУ — Система импульсно-фазового управления — система управления тиристорами выпрямителя. Это отдельная подсистема, управляемая ПЛК АСУ, предназначенная для регулирования тока печи за счёт управления углом открытия тиристоров.
• Собственные нужды — вспомогательное напряжение 0,4 кВ, предназначенное для питания шкафов управления печью, розеточной сети и сети освещения. Запитывается от ближайшей трансформаторной подстанции цеха.
  

О чём речь?

Речь пойдёт о проверке измерительных цепей при наладке электродуговой печи. Интересность случая заключается в том, что данная печь имеет множество измерительных цепей, как по высокой стороне, так и по низкой, к тому же печной трансформатор имеет четыре обмотки низкого напряжения с различными группами, да еще может переключать обмотки высокого напряжения со "звезды" в "треугольник" во время плавки.

Печь питается от сети 6 кВ, напряжение подаётся на печное КРУ. Печное КРУ состоит из ячейки с трансформатором напряжения и ячейки с вакуумным выключателем — отходящей линия с трансформаторами тока. Трансформаторы тока подключены: в учёт, систему АСУ печи, МП защиту по высокой стороне. Выключатель КРУ подаёт 6 кВ на печной трансформатор с группой обмоток (Y/Δ)/Δ_пΔ_оY_пY_о 0-6-1-7. У печного трансформатора на вторичных обмотках в фазах "a" и "c" встроены измерительные трансформаторы тока, которые подключены к МП защите и системе управления выпрямителем (СИФУ). Наша задача проверить правильность подключения всех этих измерительных цепей после монтажа.

Подготовительные меры

Прежде всего нужно проверить правильность подключения и определить направления обмоток трансформаторов тока. В печном КРУ это делается при проверке обтекания подачей поочерёдно в первичные обмотки тока и контроля направления вторичного тока. Подробно эта процедура описана в статье "Токовые цепи". После того, как определены полярности обмоток, выполняется прозвонка соединительных проводов от трансформаторов тока до измерительных приборов и приборов защиты.

Для цепей напряжения обязательно нужно выполнить проверку соответствия расцветки шин 6 кВ подключённым к ним фазам трансформатора напряжения и вызвонить вторичные цепи до приборов защиты и измерения.

Немного сложнее обстоит дело с проверкой полярности встроенных в печной трансформатор измерительных трансформаторов тока. В зависимости от мощности печного трансформатора можно попробовать ниже приведённую процедуру:

1. Замкнуть накоротко вывода обмотки высокого напряжения проводником сечением не менее 35 кв. мм.
2. Подать на вывода вторичной обмотки ток от источника: в нашем случае в каждую пару выводов "а" и "с".
3. Проконтролировать направление вторичного тока на выводах встроенных трансформаторов тока: в нашем случае вторичный ток в фазе "а" должен совпасть с направлением первичного тока, а в фазе "с" развёрнутым на 180°.
4. Проделать такую операцию для всех вторичных выводов.

После проверки встроенных трансформаторов тока нужно проверить подключение отходящих кабелей прозвонкой. На этом предварительный этап можно считать завершённым.

Проверка измерительных цепей рабочим напряжением без нагрузки

После подачи напряжения 6 кВ в КРУ нужно проверить цепи вторичного напряжения.

1. Проверяем чередование фаз "звезды" 100 В на ближайших клеммах с трансформатора напряжения;
   
2. Так как фаза "b" вторичных цепей напряжения заземлена, то на этом же ближайшем клеммнике снимаем векторную диаграмму, подключая щуп вместо фазы "b" на "землю". Эта векторная диаграмма будет для нас исходной и она должна совпадать с диаграммой, снятой в предыдущем пункте;
   
3. Снимаем относительно цепей напряжения 100 В векторную диаграмму сети собственных нужд (СН), от которой запитаны розетки и все шкафы управления печью. Полученная диаграмма пригодится нам там, где отсутствуют цепи напряжения 100 В.
   



4. Снимаем векторные диаграммы цепей напряжения 100 В на всех измерительных приборах, куда подводятся цепи напряжения с подключением щупа фазы "b" к "земле".

В точках измерения 1, 2, 3 и 4 векторные диаграммы будут одинаковые, потому что туда приходят 3 фазы от трансформатора напряжения. Напомню, что щуп фазы "b" должен быть подключён к "земле" во время снятия векторной диаграммы.

С проверкой цепей напряжения у СИФУ несколько сложнее: к СИФУ подводится только напряжение U_b и U_c, поэтому правильность проверяем относительно сети собственных нужд, которая питает СИФУ.

Видно, что U_bc от КРУ будет совпадать с напряжением собственных нужд фазы "В", если силовой трансформатора имеет группу Δ/Y_н-11. Относительно фазы "А" напряжение U_bc отстаёт на 120°, а относительно фазы "С" — опережает его на 120°.

После проверки векторных диаграмм цепей напряжения измерительных приборов, этот этап можно считать завершённым. Ждём нагрузку.

Проверка цепей измерения рабочим током

После розжига печь может работать в стабильном режиме с почти постоянным током плавки. Нужно воспользоваться этим режимом для анализа измерительных цепей.

Снятие базовой векторной диаграммы в КРУ-6 кВ

Вначале снимаем векторную диаграмму в КРУ (в точке 1), но уже с токами относительно цепей напряжения 100 В. В точке 1 будет выполнено столько измерений, сколько вторичных обмоток (кернов) у трансформаторов тока. В нашем случае их всего два — 0,5 и 10Р. Для обоих обмоток величина и направления токов должны быть одинаковые. Векторные диаграммы приведены ниже:

Векторная диаграмма соответствует характеру нагрузки, т. е. мы получили то, что ожидали. Обычно Прохор Наумович перепроверяет её, снимая векторную диаграмму ещё и на подстанции, которая питает печное КРУ. Но в нашем случае это не обязательно, потому что далее мы перепроверимся по вторичным токам, когда будем снимать диаграммы токовых цепей на вторичных выводах печного трансформатора. Аналогичные векторные диаграммы должны получиться и в точках 2, 3 и 4.

Снятие векторной диаграммы на стороне НН печного трансформатора

Переходим к проверке токовых цепей на вторичных выводах печного трансформатора. Следует отметить, что во время плавки ПБВ обмотки 6 кВ находится в положении "треугольник", в таком положении группа обмоток будет Δ/YYΔΔ-1,7,0,6.Трансформаторы тока вторичных выводов силового трансформатора имеют по два измерительных вывода (керна). Один уходит в защиту, а второй — в СИФУ.

В точке 1 мы имеем возможность сравнить токи по низкой стороне относительно токов по высокой стороне. Первая обмотка низкого напряжения НН1 относительно линейного тока высокого напряжения ожидаем будет отставать на 30° (образует группу 1), так как линейный ток из сети 6 кВ в "треугольнике" высокой стороны смещается и в "звезде" низкой стороны выходит смещённым:

На векторной диаграмме видно, что токи НН1 отстают от токов КРУ на 30°. Видно так же, что по величине они равны около 3,3 А и с высокой и с низкой стороны. Пересчитаем токи к первичным величинам:

1. Коэффициент трансформации трансформаторов тока КРУ составляет 1500/5 = 300;
2. Коэффициент трансформации трансформаторов тока на выводах НН составляет 8000/5 = 1600;
3. Первичный ток по 6 кВ будет равен 3,3x300 = 990 А;
4. Первичный ток по стороне НН равен 3,35x1600 = 5360 А;
5. Коэффициент трансформации трансформатора для любой обмотки НН при положении ПБВ в "треугольнике" равен 6000x√3/273 = 38.067, так как первичное напряжение линейное 6000 В, а вторичное на любой из обмоток — 273 В при соединении ПБВ в "треугольник";
   
6. Расчётный коэффициент трансформации по замеренным токам: 5360x4x√3/990 = 37,51; где 4 берётся из расчёта, что по всем четырём обмоткам НН протекает равный ток, а √3 применяется, потому что токи по 6 кВ измеряются линейные.

Полученное значение коэффициента трансформации измеренными рабочими токами (37,51) близко к номинальному коэффициенту трансформации печного трансформатора (38,067), следовательно это косвенно подтверждает правильность сборки токовых цепей и высокой, и низкой стороны. Поэтому перепроверка из питающей печное КРУ подстанции не требуется.

Для справки: Возможно, вы заметили, что трансформаторы тока встроены только в обмотки "а" и "с" сторон НН, а на векторной диаграмме имеется ток I_b. Откуда же он взялся? Это ток, измеренный в обратном проводе. Обратный провод есть только в цепях защиты. В цепях СИФУ обратного провода нет.

Ту же операцию проделаем и для обмотки НН2:

Видно, что токи стороны НН2 находятся в противофазе относительно токов НН1 (предыдущая диаграмма) и по величине соответствуют коэффициенту трансформации.

Токи обмотки НН3 совпадают с токами стороны 6 кВ по паспорту трансформатора, образуя группу 0. Действительно, линейный ток стороны 6 кВ поворачивается в треугольнике высокой стороны трансформатора на 30° в сторону отставания (так как раскладывается на составляющие I_a и I_b), а во вторичной обмотке НН3 снова поворачивается на 30° в сторону опережения, так как является результатом разности I_a и I_b. Отсюда и получается совпадение фаз.

Из векторной диаграммы видно, что линейные токи стороны 6 кВ совпадают с токами обмотки НН3. Коэффициент трансформации так же соответствует паспортному значению.

Для обмотки НН4 токи должны находиться в противофазе относительно токов НН4 и, следовательно, — стороны 6 кВ, образуя группу 6:

Векторная диаграмма оправдывает наши ожидания и не подводит ни по фазам, ни по значениям. Теперь с уверенностью можно сказать, что токовые цепи в защиту собраны верно. Осталось проверить токовые цепи, подключенные в СИФУ выпрямителя.

Снятие векторной диаграммы токов в СИФУ

В СИФУ не заходят токи по 6 кВ, но мы можем снять векторную диаграмму относительно напряжения U_bc трансформатора напряжения 6 кВ или относительно питающей сети (сети собственных нужд). В данной ситуации удобнее было снять диаграммы относительно U_bc. Оставлю "звезду" фазных напряжений ТН для удобства восприятия.

Проанализируем диаграмму:

1. Из диаграммы видно, что токи стороны НН3 находятся на "месте" токов стороны 6 кВ;
2. Токи обмоток НН4 — в противофазе токам обмотки НН3;
3. Токи обмоток НН1 отстают от токов обмотки НН3 на 30°;
4. Токи обмоток НН2 находятся в противофазе токам обмоток НН1;
5. Величины всех токов равны около 3,3 А что свидетельствует о соблюдении коэффициента трансформации.

Принимая во внимание всё вышеизложенное, можно сказать, о правильности сборки измерительных цепей. Последним штрихом является сопоставление показаний мощности, измеренной на постоянном токе, с активной мощностью, потреблённой из сети 6 кВ. А если ещё и шестое чувство технолога-плавильщика подскажет ему, что "так и должно быть, всё соответствует", то вообще праздник.

Заключение

На первый взгляд может показаться, что работа по проверке такого количества измерительных цепей довольно трудоёмкая и нереально её сделать, но при должной подготовке всё проходит гладко. Нужно, просто, заранее определить точки измерения, подцепить приспособления и разузнать про режимы работы. Надеюсь, статья будет полезна и с практической и с теоретической точки зрения!

Удачных вам запусков!