Фазировка электрического оборудования

Электрическое оборудование трехфазного тока (синхронные компенсаторы, трансформаторы, линии электропередачи) подлежит обязательной фазировке перед первым включением в сеть, а также после ремонта, при котором мог быть нарушен порядок следования и чередования фаз.

В общем случае фазировка заключается в проверке совпадения по фазе напряжения каждой из трех фаз включаемой электроустановки с соответствующими фазами напряжения сети.

Фазировка включает в себя три существенно различные операции. Первая из них состоит в проверке и сравнении порядка следования фаз включаемой электроустановки и сети. Вторая операция состоит в проверке совпадения по фазе одноименных напряжений, т. е. отсутствии между ними углового сдвига. Наконец, третья операция заключается в проверке одноименности (расцветки) фаз, соединение которых предполагается выполнить. Целью этой операции является проверка правильности соединения между собой всех элементов электроустановки, т.е. в конечном счете, правильности подвода токопроводящих частей к включающему аппарату.

Фаза. Под трехфазной системой напряжений понимают совокупность трех симметричных напряжений, амплитуды которых равны по значению и сдвинуты (амплитуда синусоиды одного напряжении относительно предшествующей ей амплитуды синусоиды другого напряжения) на один и тот же фазный угол (рис. 8.1, а). Таким образом, угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае напряжения), называют фазным углом или просто фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся напряжений одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяется между одинаковыми фазами. Фазы обозначают прописными буквами А, В, С. Трехфазные системы изображают также вращающимися векторами (рис. 8.1, б).

На практике под фазой, трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи. Для распознавания фаз оборудования на кожухах аппаратов, шинах, опорах и конструкциях наносят цветные метки в виде кружков, полос и т.д. Элементы оборудования, принадлежащие фазе А, окрашивают в желтый цвет, фазы В - в зеленый и фазы С - в красный. В соответствии с этим фазы часто называют желтой, зеленой и красной: ж, з, к.

Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза - это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т.. е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.

Порядок следования фаз. Трехфазные системы напряжений и тока могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если фазы (например, сети) следуют друг за другом в порядке А, В, С это так называемый прямой порядок следования фаз (см. §7.3). Если фазы следуют друг за другом в порядке А, С, В - это обратный порядок следования фаз.

Порядок следования фаз проверяют индукционным фазоуказателем типа И-517 или аналогичным по устройству фазоуказателем типа ФУ-2. Фазоуказатель подключают к проверяемой системе напряжений. Зажимы прибора маркированы, т. е. обозначены буквами А, В, С. Если фазы сети совпадут с маркировкой прибора, диск фазоуказателя будет вращаться в направлении, указанном стрелкой на кожухе прибора. Такое вращение диска соответствует прямому порядку следования фаз сети. Вращение диска в обратном направлении указывает на обратный порядок следования фаз. Получение прямого порядка следования фаз из обратного производится переменой мест двух любых фаз электроустановки.

Иногда вместо термина "порядок следования фаз" говорят "порядок чередования фаз". Во избежание путаницы условимся применять термин "чередование фаз" только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз. Итак, под чередованием фаз следует понимать очередность, в которой фазы трехфазной цепи (обмотки и выводы электрических машин, провода линий и т. д.) расположены в пространстве, если обход их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например, сверху вниз, по часовой стрелке и т.д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветке проводов и сборных шин.

Рис. 8.1. Синусоидальное (а) и векторное (б) изображение трехфазной симметричной системы напряжений

Рис. 8.2. Варианты несовпадения (а, б) и совпадения (в) фаз двух частей электроустановки

Совпадение фаз. При фазировке трехфазных цепей встречаются различные варианты чередования обозначений вводов на включающем аппарате и подачи на эти вводы напряжения разных фаз (рис. 8.2, а, б). Варианты, при которых не совпадает порядок следования фаз, или порядок чередования фаз электроустановки и сети, при включении выключателя приводят к КЗ.

В то же время возможен единственный вариант, когда совпадает то и другое. Короткое замыкание между соединяемыми частями (электроустановкой и сетью) здесь исключено.

Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот вариант, когда на вводы выключателя, попарно принадлежащие одной фазе, поданы одноименные напряжения, а обозначения (расцветка) вводов выключателя согласованы с обозначением фаз напряжений (рис. 8.2, в).

Методы фазировки

Фазировка может быть предварительной, выполняемой в процессе монтажа и ремонта оборудования, и при вводе в работу, производимой непосредственно перед первым включением в работу нового или вышедшего из ремонта оборудования, если при ремонте фазы могли быть переставлены местами.

Предварительной фазировкой проверяется чередование фаз соединяемых между собой элементов оборудования. Так, например, при ремонте поврежденного кабеля определяют, какие жилы кабеля, находившегося в эксплуатации, и ремонтной вставки должны соединяться между собой, чтобы фазы кабельной линии и сборных шин РУ совпали. Произвольное соединение токоведущих жил может нарушить порядок чередования фаз, и это приведет к необходимости менять местами жилы у концевых муфт или изменять монтаж шин в ячейке РУ. Ясно, что обе эти операции не только нежелательны, но часто и невыполнимы. Поэтому перед соединением жил проверяют их фазировку. Предварительная фазировка производится на оборудовании, не находящемся под напряжением. Основные виды оборудования фазируются визуально, "прозвонкой", при помощи мегомметра или импульсного искателя.

Независимо от того, проводилась или не проводилась предварительная фазировка оборудования в период его монтажа или ремонта, оно обязательно фазируется при вводе в работу, так как только в этом случае можно быть уверенным в согласованности фаз всех элементов электрической цепи. Фазировка при вводе в работу производится исключительно электрическими методами. Выбор метода зависит от вида фазируемого оборудования (генератор, трансформатор, линия) и класса напряжения, на котором оно должно включаться в работу. Различают прямые (см. §8.3) и косвенные (см. §8.4) методы фазировки оборудования при вводе в работу. Прямыми методами называют такие, при которых фазировка производится на вводах оборудования, находящегося непосредственно под рабочим напряжением; эти методы наглядны и их широко применяют в установках до 110 кВ.

Косвенными называют такие методы, при которых фазировка производится не на рабочем напряжении установки, а на вторичном напряжении трансформаторов напряжения, присоединенных к фазируемым частям установки. Косвенные методы менее наглядны, чем прямые, но применение их не ограничивается классом напряжения установки.

Оперативному персоналу подстанций, как правило, не приходится иметь дело с предварительной фазировкой оборудования, поэтому методы ее проведения здесь не рассматриваются; подробно они изложены в [27]. Из прямых методов фазировки представляют интерес методы фазировки трансформаторов и линий электропередачи.

Прямые методы фазировки

Фазировка трансформаторов, имеющих обмотки НН до 380В, без установки перемычки между зажимами. Этим методом фазируют силовые трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены в звезду с выведенной нулевой точкой, а также измерительные трансформаторы напряжения, имеющие вторичные обмотки с заземленной нейтралью. Фазировку производят с помощью вольтметра со стороны обмотки НН. Вольтметр должен быть рассчитан на двойное фазное напряжение, так как появление такого напряжения между зажимами фазируемых трансформаторов не исключено.

Фазируемые трансформаторы включают по схеме, представленной на рис. 8.3. Нулевые точки вторичных обмоток при этом должны быть надежно заземлены или присоединены к общему нулевому проводу, что следует проверить перед началом фазировки. Объединение нулевых точек необходимо для создания между фазируемыми трансформаторами электрической связи, образующей замкнутый контур для прохождения тока через прибор.

Прежде чем приступить к фазировке, проверяют симметричность напряжений трансформаторов. Для этого вольтметр поочередно подключают к зажимам a₁-b₁, b₁-c_1, с₁-a_1, a₂-b₂, b₂-c₂, c₂-a₂.Если и значения измеренных напряжений сильно отличаются друг от друга, проверяют положение переключателей ответвлений обоих трансформаторов. Переключением ответвлений уменьшают разницу напряжений. Фазировка допускается, если разность напряжений не превышает 10%.

Рис. 8.3. Схема фазировки двух трансформаторов, имеющих заземленные нулевые точки вторичных обмоток (штриховой линией показан путь прохождения тока через прибор при несовпадении фаз)

После проведения перечисленных операций приступают собственно к фазировке. Сущность ее заключается в отыскании выводов, между которыми разность напряжений практически близка к нулю. Для этого провод от вольтметра присоединяют к одному выводу первого трансформатора, а другим проводом поочередно касаются трех выводов второго трансформатора (например, измеряют напряжения между выводами a₁-a₂; a₁-b₂; a₁-c₂). Дальнейший ход фазировки зависит от полученных результатов. Если при одном измерении (допустим, между выводами a₁-a₂) показание вольтметра было близким к нулю, то эти выводы замечают, а вольтметр присоединяют ко второму выводу (например, b₁) первого трансформатора и измеряют напряжение между выводами b₁-b₂; b₁-c₂. Если опять одно из показаний вольтметра (например, между выводами b₁-b₂) окажется близким к нулю, то фазировку считают законченной (рис. 8.4, а). Особой необходимости в измерении напряжения между выводами c₁-c₂ нет, так как при двух нулевых показаниях вольтметра (a₁-a₂ и b₁-b₂) напряжение между третьей парой фаз, естественно, должно быть близким к нулю. Однако для подтверждения полученных результатов о совпадении фаз вcе же производят измерение между c₁-c₂. Выводы, между которыми не было разности напряжений, соединяют при включении трансформаторов на параллельную работу. У каждого полюса коммутационного аппарата такие выводы должны находиться непосредственно друг против друга.

Рис. 8.4. Векторные диаграммы напряжений обмоток НН фазируемых трансформаторов при совпадении фаз (а) и при сдвиге векторов на 180°, например, при группах соединений ∆/Y_Н - 11 и ∆/Y_Н - 5 (б)

Если после измерения (a₁-a₂; a₁-b₂; a₁-c₂; b₁-a₂; b₁-b₂; b₁-c₂) ни одно из показаний вольтметра не было близким к нулю, то это говорит о том, что фазируемые трансформаторы принадлежат к разным группам соединений и их включение на параллельную работу недопустимо. Фазировку на этом прекращают. На основании измерений строят векторные диаграммы и по ним судят, можно ли включать трансформаторы параллельно и какие пересоединения надо для этого выполнить.

Техника построения векторных диаграмм на основании результатов измерений линейных напряжений показана на рис. 8.4, б. Треугольник линейных напряжений первого трансформатора строят произвольно, а точки вершин второго треугольника находят путем засечек, радиусы которых численно равны напряжениям между зажимами a₁-a₂; b₁-a₂; a₁-b₂; b₁-b₂.

Фазировка кабельных и воздушных линий 6-110 кВ. При фазировке линий напряжением 6-10 кВ пользуются индикаторами, например, типа УВН-80, УВНФ и др. Фазировка выполняется в следующей последовательности. На выводы разъединителей или выключателя подают фазируемые напряжения (рис. 8.5). Проверяют исправность индикатора. Для этого щупом трубки, содержащей резистор, касаются заземления, а щуп другой трубки подносят к одному из зажимов аппарата, находящегося под напряжением (рис. 8.5, а), при этом неоновая лампа должна загореться. Затем щупами обеих трубок касаются одной токопроводящей части (рис. 8.5, б). Лампа индикатора при этом не должна гореть. Проверяют напряжение на всех шести выводах коммутационного аппарата, как показано на рис. 8.5, в.Проверка производится для того, чтобы исключить ошибку в случае фазировки линии, имеющей обрыв (например, вследствие неисправности предохранителя). Абсолютные значения напряжения между фазой и землей здесь не играют роли, так как при фазировке присоединение индикатора будет производиться или на линейное напряжение (несовпадение фаз), или на незначительную разность напряжений между одноименными фазами (совпадение фаз). Поэтому о наличии напряжения на каждой фазе судят просто по свечению лампы индикатора.

Рис. 8.5. Последовательность операций при фазировке линий 10 кВ индикатором типа УВНФ:

а - проверка исправности индикатора при встречном включении; б - то же при согласованном; в - проверка наличия напряжения на выводах; г - фазировка

Процесс собственно фазировки состоит в том, что щупом одной трубки индикатора касаются любого крайнего вывода аппарата, например фазы С, а щупом другой трубки - поочередно трех выводов со стороны фазируемой линии (рис. 8.5, г). В двух случаях касаний (С - А₁ и С-В₁) лампа будет ярко загораться, в третьем (С-С₁) гореть не будет, что укажет на одноименность фаз.

После определения первой пары одноименных выводов щупами поочередно касаются других пар выводов, например, А-А₁ и А-В₁. Отсутствие свечения лампы индикатора в одном касании укажет на одноименность следующей пары выводов. Совпадение фаз третьей пары выводов В-В₁ проверяют только в целях контроля - фазы должны совпасть.

Одноименные фазы соединяют на параллельную работу. Если одноименные фазы у разъединителей или выключателя не находятся друг против друга, то с установки снимают напряжение и пересоединяют шины в том порядке, который необходим для совпадения фаз.

Фазировка воздушных и кабельных линий прямым методом возможна и на напряжении 35 и 110 кВ. Для этой цели в Мосэнерго используют индикатор типа УВНФ-35-110, конструкция которого аналогична индикатору УВНФ на 10 кВ. От последнего его отличает наличие в схеме полистирольных конденсаторов вместо резистора. Фазировка производится на отключенных разъединителях (или отделителях), выводы которых находятся под напряжением: с одной стороны от шин РУ, с другой от фазируемой линии. Сначала на всех фазах разъединителей проверяют наличие напряжения прикосновением щупов указателя к фазе и к заземленной конструкции, затем на крайних фазах разъединителей проверяют совпадение напряжений по фазе (рис. 8.6). На средней фазе проверку не производят. Если лампа индикатора не загорается при фазировке на крайних фазах, то фазировку считают законченной - фазы совпадают. При свечении лампы индикатора на обеих крайних фазах или только на одной фазировку прекращают - фазы не совпадают.

Рис. 8.6. Подключение индикатора Мосэнерго к выводам разъединителей при фазировке линий 35-110 кВ

Рис. 8.7. Принципиальная схема индикатора напряжения Ленэнерго для фазировки в установках 35 и 110 кВ:

1 - микроамперметр; 2 - выпрямители; 3 - компенсирующая емкость; 4 - дополнительный резистор; 5 - резисторы; 6 -стеклопластиковая трубка; 7 - щуп; 8 - полюс разъединителя; 9 - экран измерительной части схемы

В Ленэнерго для фазировки линий 35-110 кВ применяют индикатор, в котором использован принцип сравнения напряжений на двух одинаковых делителях напряжения, собранных из резисторов (рис. 8.7). Производят фазировку, касаясь щупами индикатора проводов каждой фазы разъединителей так, как это показано на рис. 8.8. При совпадении фаз напряжений стрелка прибора не должна значительно отклоняться от нуля шкалы. Возможно лишь небольшое отклонение стрелки, что объясняется некоторой разностью фазируемых напряжений или сдвигом напряжений по углу при фазировке линий большой протяженности. При несовпадении напряжений по фазе стрелка прибора отклонится до конца шкалы.

Условия безопасности при фазировке индикаторами напряжения. Прежде чем приступить к фазировке, необходимо убедиться в выполнении как общих требований техники безопасности по подготовке рабочего места, так и специальных требований по работе с измерительными штангами на оборудовании, находящемся под напряжением.

Электрические аппараты, на выводах которых будет производиться фазировка, еще до подачи на них напряжения должны быть надежно заперты, должны быть также приняты меры, предотвращающие их включение.

Рис. 8.8. Фазировка прямым методом индикатором Ленэнсрго:

1 - провод со стороны линии; 2 - провод со стороны шин подстанции; 3 - трубка с резисторами; 4 - микроамперметр;

5 - изолирующая штанга; 6 - соединительный проводник;

7 - заземляющий провод

Индикаторы напряжения перед началом работы под напряжением должны быть подвергнуты тщательному наружному осмотру, при этом обращается внимание на то, чтобы лаковый покров трубок и изоляции соединительного провода не имели видимых повреждений и царапин. Срок годности индикатора проверяется по штампу периодических испытаний. Не допускается применять индикаторы, срок годности которых истек.

При работах с индикатором напряжения обязательно применение диэлектрических перчаток. В ходе фазировки не рекомендуется приближать соединительный провод к заземленным частям. Располагать рабочие и изолирующие части индикатора следует так, чтобы не возникла опасность перекрытия по их поверхности между фазами или на землю.

Фазировку индикатором напряжения нельзя производить во время дождя, снегопада, при тумане, так как изолирующие части его могут увлажниться, что приведет к их перекрытию.