Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема I

Автоматизация систем электроснабжения предприятий

1. Назначение автоматики и ее роль в системах электроснабжения

В условиях эксплуатации систем электроснабжения возможны повреждения отдельных элементов (источники питания, линии электропередач, ГПП, распределительные пункты, трансформаторы и т.д.)

Необходимо отметить, что повреждение одного из элементов системы электроснабжения и его отключение может отразиться на работе всей системы. Например отключение части потребителей приводит к избытку вырабатываемой мощности и, как следствие, к повышению частоты и напряжения в ряде случаев сверх допустимых величин. С другой стороны, при отключении мощного генератора появится дефицит электроэнергии, что может привести к глубокому снижению частоты и напряжения, расстройству работы потребителей, выходу из синхронизма генераторов и нарушению устойчивости всей системы. Процессы нарушающие нормальное функционирование элементов, протекают так быстро, что оперативный персонал не в состоянии предотвратить их развитие и с требуемой быстротой восстановить нормальный режим.

Эту задачу выполняют устройства автоматики: автоматическое регулирование возбуждения генераторов (АРВ); автоматическая частотная разгрузка(АНР); автоматический ввод резервного источника питания (АВР); автоматическое повторное включение (АПВ); и другие устройства автоматики.

Имеется также группа устройств автоматики, предназначенных для работы в условиях нормального режима; автоматика включения двигателей; автоматика включения и отключения компенсирующих устройств; автоматическая синхронизации генераторов.

Устройства автоматики, установленные в системах электроснабжения предназначены для: быстрого отключения повредившегося элемента; предотвращения, локализации и ликвидации аварий; обеспечения распределения электрической энергии между отдельными частями энергетической система; быстрого восстановления электропитания потребителей, автоматически отключенных от источника питания в следствии возникшего в системе повреждения; поддержание в заданном режиме уровня напряжения у потребителей и т.д.

Появление первых устройств автоматики в энергосистемах СССР можно отнести к 30 годам. Это были устройства автоматического ввода резерва (АВР), устройства автоматического повторного включения (АПВ), устройства автоматической форсировки возбуждения генераторов. Одновременно в это же время получили развитие устройства релейной защиты, отключающие поврежденный элемент от источника питания.

Массовое внедрение перечисленных технических мероприятий происходило в 1942- 1945гг в энергосистемах Урала в условиях особо напряженной работы в период Великой Отечественной войны дало исключительно высокий эффект.

В дальнейшем приобретенный опыт эксплуатации устройств автоматики Уральцев был передан в другие энергосистемы СССР. И уже в ( 1966 году применение устройств входящих в комплект системной автоматики в соответствии с ПУЭ стало обязательным при проектировании и вводе новых объектов.

2. Классификация устройств автоматики по назначению и выполняемым функциям

Все устройства автоматики можно разделить на две группы по своему назначению и области применения это такие как: системная автоматика технологическая.

В свою очередь, устройства автоматики в каждый из этих групп делятся на устройства автоматического управления и устройства автоматического регулирования.

Технологическая автоматика обеспечивает автоматическое управление или регулирование в основном в нормальном режиме работы, например, автоматическое включение синхронных компенсаторов или автоматическое регулирование напряжения , автоматическая синхронизация генераторов. Устройства технологической автоматики имеют, ?как правило местное значение.

Системная автоматика обеспечивает автоматическое управление или регулирование в основном в аварийных условиях. Поэтому к ней относятся устройства обеспечивающие предотвращение или наиболее эффективную локализацию аварий, возникающих в энергосистеме, например, устройства АРВ и форсировки возбуждения генераторов, устройства АЧР, АВР и АПВ.

3. Назначение и общая характеристика элементов составляющих автоматические устройства

Любое устройство автоматики имеет в том или ином виде следующие основные органы: воспринимающий воздействие внешнего фактора; преобразующий указанное воздействие по заранее намеченной программе в выходной сигнал и исполнительный, реализующий воздействие выходного сигнала на изменение регулируемого или управляемого параметра. B этих органах в определенных сочетаниях могут использоваться элементы различного функционального назначения - усиления сигналов, задержки, логических операций, математических преобразований (суммирования, инвертирования, дифференцирования, интегрирования, умножения, деления и т.п.) В качестве элементов автоматических устройств используются также датчики, реле и регуляторы.

Датчики или измерительные органы служат для, того « чтобы вое» принимать внешние воздействие.

Автоматический регулятор является устройством обеспечивающим поддержание требуемого режима регулируемого параметра в соответствии с заданной заранее программой.

Автоматические устройства осуществляют алгоритм автоматического управления и функционируют на основе информационных процессов. Изменяющиеся параметры процесса называются информационными. Характерными электрическими сигналами являются случайно изменяющейся постоянный или переменный ток, в частности синусоидальный, ток изменяющейся амплитудой, фазой или частотой. Значения постоянного тока и является информационными параметрами несущих процессов - постоянного и синусоидального токов.

Измерительные органы автоматических устройств можно разделить на аналоговые, аналого-дискретные, и дискретные, в частности цифровые.

Основной информационной операцией измерительной части автоматических устройств является сравнение сигналов. Сравнение состоит в сопоставлении однородных информационных параметров.

Кaк указывалось, в качестве информационных параметров используются амплитуда (абсолютное значение), фаза и частота переменного тока, значение и знак постоянного тока. Поэтому необходимо различать принципы сравнения электрических величин по абсолютному значению, фазе и частоте. Принцип сравнения фаз относится лишь к 1 измерительным органам переменного тока.

Если информационным параметром является частота переменного тока, то в измерительной части изменение частоты сначала преобразуется в изменение амплитуды или фазы, а затем производится сравнение по одному из указанных принципов. Для выполнения операции уравнения необходимо не менее двух значений тока или напряжения (электрических величин). Поэтому в измерительных органах с одной входной величиной производится либо сравнение информационного параметра с заданным (эталонным) значением, либо амплитуд или фаз двух величин, которые являются разными функциями информационного параметра.

К дополнительным элементам часто относят элементы, которые могут и не входить в измерительный орган. Наиболее важным дополнительным элементом измерительного органа является усилитель мощности выходного сигнала элемента сравнения. В ряде случаев между элементом сравнения и линейным усилителем устанавливается частотный фильтр, для снижения гармонических составляющих на выходе элемента сравнения в целях повышения относительного уровня сигнала.

В электромеханических измерительных органах производится преобразование физической природы выходного сигнала. Например, изменения амплитуды переменного тока преобразуется в изменение средних значений механического усилия (или вращающего момента) которое сопоставляется с усилием (или противодействующим моментом) пружины, пропорциональным заданному току. Соответствующие преобразователи сигнала называются также воспринимающими элементами. Они обычно конструктивно связаны с элементов сравнения.

В устройствах автоматики, аппараты относящиеся к категории элементов релейного действия содержат четыре основных органа: воспринимающий, исполнительный, замедляющий и регулировочный.

ВОСПРИНИМАЮЩИЙ орган реагирует на внешние параметры и при достижении ими определенных значений производит скачкообразное изменение состояния исполнительного органа (положение контактов, перемещение спускового механизма и т.д.).

Орган, вводящий задержку в действие реле, называется ЗАМЕДЛЯЮЩИМ или органом выдержки времени. Если исполнительный орган воздействует на изменение у ставок срабатывания своего воспринимающего органа или воспринимающих органов других устройств, то такой исполнительный орган называется РЕГУЛИРОВОЧНЫМ.

Работать в релейном режиме, могут различные автоматические устройства, содержащие электромеханические, электропневматические, электромагнитные или электрогидравлические аппараты, полупроводники, магнитные элементы и т.п. В таком режиме работают всевозможные типы выключателе и автоматов, исполнительным орган которых контролирует включенное или отключенное состояние силовой цепи,

Релейный режим характерен еще и тем, что незначительное изменение внешнего фактора, на которое реагирует воспринимающий орган, может вызвать большое изменение величин, управляемых исполнительным органом.

В устройствах системной автоматики, так же как и в устройствах релейной защиты, в большинстве случаев реле служат для управления электрическими цепями. Воздействие исполнительного органа на управляющую цепь осуществляется при помощи контактов или бесконтактно. Контакты реле бывают замыкающие и размыкающие (проскальзывающие ). Если после исчезновения действующего фактора (контролируемый параметр принял исходные величины) возврат исполнительного органа и всех рабочих частей происходит в исходное положение самостоятельно, то реле называется "РЕЛЕ С САМОВОЗВРАТОМ", если рабочие части остаются в сработанном состоянии - "РЕЛЕ С САМОУДЕРЖАНИЕМ". Если возврат реле происходит не сразу, а с некоторой выдержкой времени, то говорят, что "РЕЛЕ С ВРЕМЕНШМ ВОЗВРАТОМ".

Параметром срабатывания реле Пср является минимальная величина внешнего фактора, на который реагирует воспринимающий орган (например, замыкаются замыкающие контакты) или размыкаются размыкающие контакты.

Параметром отпускания реле Потп является максимальная величина внешнего фактора, на который реагирует воспринимающий орган, вызывающая действие исполнительного органа, обратное тому, которое производится при срабатывании.

Параметром возврата реле Пв является максимальная величина внешнего фактора, на который реагирует воспринимающий орган, обуславливающая переход всех органов реле в исходное первоначальное состояние.

Параметры срабатывания и возврата не следует смешивать с параметрами трогания реле при срабатывании или отпускании, т.е. с теми значениями внешнего фактора при которых происходит качественные изменения состояния внутри реле, являющиеся необходимыми, но не обязательно достаточными для срабатывания или возврата.

Для анализа действия различных устройств автоматики важное значение имеет величина коэффициента возврата, определяющаяся соотношением:

В настоящее время имеются различные способы, позволяющие приблизить значение KВ различных релейных устройств в единице, что требуется для повышения чувствительности воспринимающих органов.

Качественные характеристики явлений, на которые реле предназначены реагировать, следующие: реле значения величин (значение тока, напряжения, сопротивления, мощности и т.п.), реле длительности явлений (реле времени), реле последовательности явлений (органы логических операций), реле частоты импульсов (счетные устройства и т.д. Кроме того реле различают по областям значений величины, на которые реагирует воспринимающий орган: реле увеличения или уменьшения - максимальное или минимальное реле и знака - величины - направленные реле, поляризованные реле.

Для максимальных реле коэффициент возврата КВ меньше единицы, для минимальных KВ больше единицы.

Реле подразделяются на электрические, механические, гидравлические, тепловые, оптические и т.д. В зависимости от состояния объектов, контролируемых при помощи реле различают: реле защиты, контроля, перегрузки, соответствия, синхронизации и т.п.

В зависимости от положении в устройстве автоматики и выполняемых функций реле классифицируют как первичные - воспринимающий орган реле включен непосредственно в цепь, на изменение состояния которой реле предназначены действовать; вторичные - воспринимающий орган включен в контролируемую цепь через индуктивную или емкостную связь; промежуточные - реле являются в схеме устройства промежуточным звеном; замедляющие - реле являются звеном создающим требуемое замедление в работе устройства; сигнальное - реле указывает состояние исполнительного устройства в целом или его отдельных элементов.

В зависимости от явлений, используемых для действий реле, последние подразделяются на электромагнитные, поляризованные, полупроводниковые, электронные, индукционные, фотоэлектрические и ферромагнитные и т.п.

Реле классифицируются также и по времени срабатывания или возврата ( tср и tв) т.е. по времени от момента достижения действующего фактора, на который реагирует воспринимающий орган, величины параметра срабатывания или возврата, до момента срабатывания или возврата исполнительного органа. Время срабатывания (t ? 0,02 с) быстродействующие.

Как было отмечено ранее, в результате переработки информации о состоянии управляемого (контролируемого) элемента и о действующих на него возмущениях должны быть определены необходимые управляющие воздействия. Формирование сигналов, преобразуемых затем в управляющие воздействия, производится логической; частью автоматических устройств.

Схемы логической части современниых автоматических устройств во многих случаях достаточно сложны. Применение при анализе и синтезе логических схем аппарата математической логики позволяет в значительной степени формализовать их описание и свести решение логических задач к операциям с алгебраическими символами по правилам, установленным алгеброй логики, называемой также булевой алгеброй. Использование терминов и символов алгебры логики позволяет обеспечить достаточную наглядность и дает изображение схем не зависящим от типа применяемых элементов.

Переменные величины в алгебре логики могут принимать только два значения, в соответствии с которым в зависимости от условий рассматриваемой задачи могут ставиться различные пары противоположных понятий: истине - ложно, включено - отключено, есть -нет и т.д.

Для обобщенного описании задачи приняты эти два значения переменной обозначать цифрами 0 и 1.

Основные понятия алгебры логики

Логические элементы автоматических устройств выполняются на базе элементов релейного действия или элементов работающих в режиме переключения, поскольку как аргументы, так и сами функции принимают только два значения (0 или I).

Логические функции, значения которых полностью определяются только существующим сочетанием значений аргументов и изменяются и одновременно с изменением этого сочетания, принято называть комбинационными или однотактными.

Комбинационные логические функции не содержат временных операторов задержки или памяти. Схемы реализующие комбинационные логические функции, относятся к так называемым простым или примитивным автоматам.

Логические схемы, реализующие на ряду с комбинационными логическими функциями также и временные операторы задержки или памяти, относятся к классу цифровых или КОНЕЧНЫХ АВТОМАТОВ.

Если независимые переменные (аргументы) обозначить Х1, Х2, Х3 и т.д., а функцию через Y, то все комбинационные логические функции, устанавливающих соответствие значений функции значениям аргументов

Yi = fi (X1, X2,...)

или в виде таблиц, содержащих все возможные комбинации значений аргументов и соответствующие им значения функций.

Рассмотрим основные функции и некоторые тождества алгебры логики в объеме необходимом для понимания изучаемого материала. Логическое сложение - функций или - называют функцию, в результате которой получается логическая сумма, или дизъюнкция:

Y = Х1 + Х2 + X3 + . . .+ Xn.,

Логическая сумма Y равна нулю только в том случае, когда все входные переменные одновременно равны нулю, и равна единице, если хотя бы одна из них равна единице. Логический элемент или обозначается следующим образом.

Логическое умножение. Логическим умножением - функцией и называют функцию, результатом которой является логическое произведение, или конъюнкция переменных:

Y = Х1, Х2, X3 … Xn.,

Логическое произведение X равно единице в том случае, когда все переменные X равны одновременно 1, и равно 0, если хотя бы одна из переменных равна 0. Для обозначения логического сложение и умножения используются знаки ?и ?.

Логическое отрицание. Логическим отрицанием, или инверсией, называют функцию

Y = , которая означает, что Y = 1 при X = 0 и наоборот, Y = 0, когда X = 1 ( читается "НЕ х")

При анализе и синтезе логических схем устройств автоматики, помимо элементарных функций ИЛИ, И, НЕ, могут оказаться необходимыми некоторые основные тождества и законы, устанавливаемые алгеброй логики. К тождествам, истинность которых легко устанавливается при помощи элементарных функций, относятся следующие:

X1 + = 1; X1 · = 0;

XI + 1 = 1; XI· I = XI; XI + XI = XI

XI·XI = XI;

= XI.

Для логических функций сложения и умножения справедливы основные законы элементарной алгебры, на основании которых могут быть записаны соответствующие тождества:

сочетательный закон: (XI+X2) + X3=(XI+X3); (XI · X2)X3 =(X2·X3)XI

переместительный закон: XI+X2=X2+XI; XI·X2=X2·XI

раcпределительный закон: XI(X2+X3)=XI·X2+XI·X3; (XI+X2)(XI+X3)=XI·X2·X3 данное выражение получается на основе тождеств указанных выше

Основные виды ПА

При всем многообразии конкретный исполнений устройств ПА все они могут быть сведены к следующим основным видам:

а) ПА для предотвращения нарушения устойчивости АПНУ

Устройства АПНУ выявляют возникновение опасных перегрузок или набросов мощности, внезапное отключение участков электропередач или их полные разрывы, возникновение неполнофазных режимов и другие аналогичные нарушения нормального режима работы.

Во всех случаях угрозы нарушения устойчивости АПНУ производят быструю дозированную разгрузку электропередач и меж естественных связей.

Для разгрузки используются 3 основных вида воздействий: отключение гидро- и турбогенераторов (ОГ) или быстрая разгрузка паровых турбин (РТ) с последующим ограничением мощности (ОМ) по условиям после аварийного режима.

В некоторых случаях целесообразно совмещать с ОГ и РТ в избыточной части ОЭС производить ограничения нагрузки (ОН). Кроме рассмотренных основных видов воздействия применяются дополнительные воздействия, способствующие повышению пределов передаваемой мощности; принудительная форсировка возбуждения генераторов и СК; форсировка установок продольной, емкостной компенсации (УПК) путем отключения части параллельных ветвей (мостов); отключения шунтирующих реакторов.

б) ПА для ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Устройства АЛАР выявляют моменты в приближения к пределу устойчивости или момент возникновения асинхронного режима и воздействует на его прекращение путем деления энергосистем в заранее намеченных сечениях, либо ресинхронизации энергосистем.

В этих случаях они производят ОГ и РТ в избыточной части энергосистемы для выравнивания частот, что ускоряет процесс ресинхронизации.

в) ПА для ограничения повышения частоты (АОПЧ)

Устройства АОПЧ выявляют повышение частоты и при превышении допустимых значений производят ОГ и гидрогенераторов и при необходимости отделение ТЭС от энергосистемы со сбалансированной нагрузкой.

г) ПА для ограничения повышения напряжения (АОПН)

Устройство АОПН выявляет повышение напряжения до определенных установленных значений и производят включение шунтирующих реакторов и отключение линий, являющихся источниками повышенного напряжения.

Тема 2

Автоматическое включение резервного питания и оборудования

1. Назначение АВР

Для повышения надежноcти питания потребителей осуществляется их двустороннее электроснабжение. В этом случае при повреждении одного из питающих элементов и его отключении работа потребителей; будет продолжаться по исправным звеньям энергосистемы. Вместе и тем при двухстороннем электропитании, релейная защита становится более сложной, усложняются условия работы аппаратуры из-за увеличение токов короткого замыкания, утяжеления эксплуатации параллельно работающих звеньев энергосистемы.

Поэтому в системах электроснабжения часто бывает целесообразно работать разомкнуто (нагрузка равномерно подключена к различным секциям, трансформаторам, подстанциям и т.д.) при наличии двух и более источников питания. При этом все источники включены, но не связаны между собой каждый из них обеспечивает питание выделенных потребителей (рис. 2.1). Такой режим работы сети объясняется необходимостью уменьшить токи короткого замыкания, упростить релейную защиту, создать необходимый режим по напряжении и т.п. Однако при этом надежность электроснабжения в разомкнутых сетях оказывается более низкой, чем в замкнутых, так как отключение единственного источника приводит к прекращению питания всех потребителей. Электроснабжение потребителей потерявших питание, можно восстановить автоматическим подключением потребителей к другому источнику питания с помощью устройства АВР. Основной задачей устройств АВР является сокращение времени перерыва питания, так как прекращение электропитания собственных нужд электростанций на 20-З0 секунд вызывает необходимость остановки котельных агрегатов и в конечном итоге приводит к полному сбросу мощности станции. Последующий пуск агрегатов и выход станции на нормальные параметры занимает несколько часов и как следствие перерасход топлива, недоотпуск энергии и т.д. Перерыв в электроснабжении некоторых химических производств более чем на Зс вызывает нарушение их технологического процесса. Для выхода на нормальные параметры после такого нарушения необходимо около суток и более.

При наличии устройств АВР время перерыва электропитания потребителей в большинстве случаев определяется лишь временем включения выключателей резервного источника и составляет 0,3-0,8с.

Как известно, ответственные потребители электроэнергии требуют как минимум двух источ-ников питания. Рассмотрим принципы исполь-зования АВР.

Питание п/ст (А) осуществляется от (Рис. 1.) рабочей линии JI1 и от источника Е2. Вторая линия Л2 приходящая от источника Е1, является резервной и находится под напряжением (выключатель В3 нормально отключен. При отключении линии Л1 автоматически от устройства АВР включается выключатель В3 линии Л2, и таким образом подается питание потребителям п/ст (A). Схемы АВР могут быть односторонние иди двустороним. При двустороннем АВР любая из лини может быть рабочей и резервной.

Питание электродвигателей и других (Рис. 2.) потребителей собственных нужд каждого агрегата электростанции осуществляется обычно от отдельных рабочих трансформаторов (T1 и Т3). При отключении рабочего трансформатора автоматически от устройства АВР включается выключатель В5 и один из выключателей B6 или B7 в зависимости от того какой из рабочих трансформаторов T1 или Т3 отключился. Трансформаторы T1 и Т2 являются (Рис. 3.) рабочими, но параллельно работать не могут и поэтому включены на разные системы шин. Шиносоеденительный выключатель В5 нормально отключен. При аварийном отключении любого из рабочих трансформаторов автоматически включается выключатель В5 подключал нагрузку шин, потерявшей питание, к оставшемуся в работе трансформатору. Каждый трансформатор в рассматриваемом случае должен иметь мощность, достаточную для питания всей нагрузки подстанции. В случае если мощность одного трансформатора недостаточна для питания всей нагрузки п/ст, при действии АВР должен быть подан управляющий сигнал для отключения менее ответственной нагрузки.

Подстанции А и Б нормально питаются от двух источников (Рис. 4.) электроэнергии Е1 и Е2 соответственно. Линия Л3 находится под напряжением со стороны п/ст (А), а выключатель В6 нормально отключен.

При аварийном отключении линии Л2 устройство АВР установленное на п/ст (Б), включит выключатель B6, таким образом питание п/ст (Б) переводится на п/ст (А) по линии Л3. При отключении Л1 п/ст (А) вместе с линией Л3 остается без напряжения. Исчезновение напряжения на трансформаторе ТН также приводит в действие устройство АВР на п/ст (Б), которое включением выключателя B6 подает напряжение на п/ст (А) от п/ст (Б). Опыт эксплуатации энергосистем СССР показывает, что АВР является весьма эффективным средством повышения надежности электроснабжения. Успешность действия АВР 90-95%. Простота схем и высокая эффективности обусловили широкое применение АВР на электрических сетях, п/ст, трансформаторов и т.д. Однако необходимо отметить, что yспешность устройств АВР на п/ст с синхронными двигателями имеет очень низкий процент успешного срабатывания порядка 40-60% это обусловлено особенностью работы пусковых органов АВР. Нo об этом мы поговорим позже, когда будем рассматривать схемы АВР на п/ст с СД.

2. Основные требования к схемам АВР

В эксплуатации находится большое количество Устройств АВР разных типов, которые имеют свои специфические особенности. Однако все устройства АВР должны удовлетворять к следующим основным требованиям:

1) Схема АВР должна приходить в действие в случае исчезновения напряжения на шинах потребителей по любой причине. Исключение составляет тот случай, когда нагрузка отключается действием устройств автоматической частотной нагрузки.

2) Производить включение резервного источника сразу же вслед за отключением рабочего, чтобы избежать включения резервного источника на КЗ в не отключившемся рабочем источнике. Выполнение этого требования исключает также в отдельных случаях несинхронное включение двух источников.

3) Осуществлять контроль отключения рабочего ввода для предотвращения несинхронного объединения питающих источников.

4) Иметь однократность действия, чтобы не допускать нескольких включений резервного источника на не устранившееся короткое замыкание.

5) Иметь техническое диагностирование с помощью систем встроенного или внешнего контроля обеспечения надежности функционирования.

6) Обладать максимальным быстродействием, для того, что бы уменьшить длительность перерыва питания потребителей.

7) Секционный выключатель включаемый от устройства АВР должен иметь защиту, действующую с ускорением после АВР. Это необходимо для быстрого отключения резервного источника питания от резервируемой секции шин при включение на неустановившееся КЗ.

3. Принцип действия АВР линий, трансформаторов, секционных выключателей

Рассмотрим принцип действия АВР на примере двухтрансформаторной подстанции (рис. 3.1). Питание потребителей нормально осуществляется от рабочего трансформатора T1. Резервный трансформатор Т2 отключен и находится холостом резерве.

При отключении по любой причине выключателя B1 трансформатора T1 его вспомогательный контакт БК1.2 разрывает цепь обмотки промежуточного реле РП1. В результате якорь реле РП1, подтянутый при включенном положении выключателя, при снятии напряжения отпадает с некоторой выдержкой времени и размыкает контакты.

Второй вспомогательный контакт БКЬЗ выключателя B1, замкнувшись, подает штос через еще замкнутый контакт РП1.1 на обмотку промежуточного реле РП2, которое своими контактами производит включение выключателей ВЗ и В4 резервного трансформатора, воздействуя на контакты включения КВЗ и КВ4. ПО истечении установленной выдержки времени реле РП1 размыкает контакты и разрывает цепь обмотки промежуточного реле РП2. Если резервный трансформатор будет включен действием АВР на не устранившееся к.з. ш и отключится релейной защитой, то его повторного включения не произойдет. Таким образом, реле РП1 обеспечивает однократность действия АВР и noэтому называется РЕЛЕ ОДНОКРАТНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ. Реле РП1 вновь замкнет свои контакты и подготовит схему АВР к новому действию лишь после, того, как будет восстановлена нормальная схема питания подстанции и включен выключатель B1. Выдержка времени на размыкание, контакта реле РП1 должна быть больше времени включения выключателей ВЗ и В4, для того чтобы они успели надежно отключиться.

С целью обеспечения действия АВР при отключении выключателя В2 от его вспомогательного контакта БК2.2 подается импульс на катушку отключения KO1 выключателя B1. После отключения выключателя B1 АВР запускается и действует, как рассмотрено выше.

Кроме рассмотренных случаев отключения рабочего трансформатора потребители также потеряют питание, если по какой-либо причине останутся без напряжения шины высокого напряжения подстанции E1. Схема АВР при этом не подействует, так как оба выключателя рабочего трансформатора остались включенными. Для того чтобы обеспечить действие АВР и в этом случае, предусмотрен специальный пусковой орган минимального напряжения, включающим в себя реле PH1, РН2, PB1 и РПЗ, При исчезновении напряжения на шинах Е2, а следовательно, и на шинах п/ст. В реле минимального напряжения, подключенные к трансформатору напряжения TH1, замкнут свои контакты и подадут плюс оперативного тока на обмотку реле времени PB1 через контакт реле РНЗ. Реле PB1 при этом запустится и по истечении установленной: выдержки времени подаст плюс на обмотку выходного промежуточного реле РПЗ, которое производит отключение выключателе B1 и В2 рабочего трансформатора» После отключения выключателя B1 АВР действует, как рассмотрена выше.

Реле напряжения РНЗ предусмотрено для того, чтобы предотвратить отключение трансформатора T1 от пускового органа минимального напряжения в случае отсутствия на шинах высшего напряжения Е2 резервного трансформатора Т2, когда действие АВР будет заведомо бесполезным. Реле напряжения РНЗ, подключенное к трансформатору напряжения ТН2 шин Е2, при отсутствии напряжения размыкает свой контакт и разрывает цепь от контактов реле PHI и РН2 к обмотке реле времени PB1.



Схема АВР трансформатора одностороннего действия. а) Схема первичных соединений; б) Цепи переменного напряжения; в) Цепи оперативного тока

В схеме АВР предусмотрены две накладки: H1- для отключения пускового органа минимального напряжения и Н2 для вывода из работы все схемы АВР. Действие АВР и пускового органа минимального напряжения сигнализируется указательными реле РУ.

Пусковые органы устройств АВР

Напряжение срабатывания (замыкания) размыкающих контактов реле, реагирующих на снижение напряжения (минимальных реле), следует выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Орган минимального напряжения не должен действовать при неисправностях ]в цепях напряжения. В схеме рассмотренной нами контакты двух реле минимального напряжения PH1 и РН2 включены последовательно, что предотвращает ложную работу АВР при перегорании одного из предохранителей и отключении одного из автоматов в цепях напряжения трансформатора ТН1. Но надежность такой схемы несколько ниже чем схемы в которой реле PH1 и РН2 включены на разные трансформаторы напряжения.

Схемы пусковых органов минимального напряжения могут быть, выполнёны также с помощью двух реле времени типа ЭВ-235. переменного напряжения. Эти реле подключены непосредственно к трансформаторам напряжения, выполняют одновременно функциях двух реле: реле минимального напряжения и реле времени. При исчезновении напряжения реле начинают работать с установленной выдержкой времени замыкают контакты в цепи отключения выключателей рабочего источника питания. Контакты PB1.2 и РВ2.2 замыкают цепь сигнализации в случае возникновения неисправности в цепях напряжения.

Пусковой орган может быть выполнен на одном реле времени ЭВ-235К. Включенного через вспомогательное устройство ВУ-200, в цепь трехфазного выпрямителя включено реле, которое начинает работать, в том случае если исчезнет напряжение одновременно на трех фазах.

Осуществление блокировки от ложных срабатываний можно осуществлять с помощью реле минимального тока РТ, включенного в цепь трансформатора тока рабочего источника питания. В нормальных условиях, когда рабочий источник питает нагрузку, по обмотке РТ проходит ток и оно держит свой контакт разомкнутым. В случае отключения рабочего источника или исчезновении напряжения на питающих шинах, реле РТ замыкает, контакт и совместно с реле РН отключают рабочий источник питания. Замыкание одного из контактов реле РТ или РН приводит к отключению источника питания.

Наличие на секции шин п/ст нагрузки в виде СД и АД большой мощности приводит к замедлению срабатывания устройств АВР до (0,5-Зс). Для ускорения действия АВР пусковой орган дополняют реле понижения частоты. Использование реле понижения частоты позволяет намного раньше выявить аварийный режим, так как в момент потери питания (рабочий источник отключен) напряжение на секции шин поддерживается на значительном уровне СД. Однако при этом происходит резкое снижение частоты остаточного напряжения. При уставке срабатывания реле понижения частоты 48 Гц оно срабатывает при снижении частоты вращения на 4%, что происходит уже через 0,1- 0,2с.

Рассмотрим схему использующую в качестве пусковых органов два реле частоты РЧ1 и РЧ2, два реле времени РB1 и РВ2, два реле напряжения реле PH1 и РН2. Реже PB1, PB2, РЧ1, и PH1 подключены к трансформатору TH1. Реле РЧ2 и РН2 к трансформатору ТН2 резервного источника.

При отключении рабочего источника электродвигатели поддерживают достаточно высокое остаточное напряжение на секции шин потерявшей питание, однако частота снижается довольно быстро. При снижении частоты до уставки РЧ1 оно срабатывает и через контакт РЧ1, PH1 замкнутый за счет остаточного напряжения и размыкающий контакт РП1 воздействует на отключение выключателей рабочего источника питания. Контакт PH1 предотвращает ложные срабатывания при кратковременных потерях напряжения на обмотках реле РЧ1, что приводит к срабатыванию этих реле.

В случае общесистемного снижения частоты срабатывает реле РЧ2 которое настраивается на более высокую уставку чем реле PЧ1. Сработав реле РЧ1 воздействует на промежуточное реле РП1, которое своим размыкающим контактом размыкает цепь от контакта РЧ1, предотвращая отключение рабочего источника питания при срабатывании реле РЧ1.

Имеются пусковые органы использующие в качестве индикаторов аварийной ситуации реле разности частот (вместо реле снижения частоты), к которому подводиться напряжения от двух секций и минимальное реле активной мощности (вместо токового реле). Необходимо отметить, что данный пусковой орган обладает большим быстродействием, чем реле снижения частоты.

Автоматическое включение резерва на подстанциях

На подстанциях высокого напряжения находят широкое применение АВР разных типов. Наряду с АВР трансформаторов применяются АВР секционных и шиносоединительных выключателей и АВР линий.

Рассмотрим АВР секционного выключа-теля. В качестве нагрузки на одной из секций шин подключен мощный СД. При отключении любого из трансформаторов T1 или Т2 происходит автоматическое включение секционного выключателя В5. Однократность в действия АВР в схеме обеспечивается специальным реле положения «Включено» РПВ1 в схеме управления соответствующим выключателем.

В случае отключения выключателя B1 трансформатора T1, питающего первую ceк-цию, замыкается вспомогательный контакт этого выключателя БК1.2 и через замкнутый в рабочем состоянии схемы контакт РПВ1.1 реле FHB1 подает импульс на катушку включения выключателя В5 КВ5. Из-за наличия на 2-й секции синхронного двигателя действие АВР при отключении ВЗ происходит по-другому. После отключения трансформа-тора Т2, питающего 2-ю секцию, частота вращения СД будет уменьшаться постепенно вследствие чего при действии АВР он может быть включен не синхронно через трансформатор T1. В связи с этим толчок тока при несинхронном включении может превысить допустимую величину (величина тока может достигать двукратного значения тока к.з.).Для снижения тока при коммутации СД отключают от секции шин и при переводе на резервный источник секции включается выключатель В6.

Отключение выключателя В6 СД производится от вспомогательного контакта БКЗ.2 выключателя ВЗ при его отключении. В цепи отключения предусмотрена накладка HI для вывода цепи отключения из действия, на случай питания обеих секций от тр-ра T1 при замкнутом секционном выключателе В5. После отключения выключателя СД его вспомогательным контактом БК6.2 будет замкнута цепь на включение в-ля В5.

Допускается вместо отключения в-ля В6 кратковременно включать автомат гашения поля (АГП) и выключать его вновь после включения секционного выключателя. Толчок тока при этом будет меньше, чем при несинхронном включении, а после включения СД на резервную секцию шин СД втянется в синхронизм, т.е. произойдет его самосинхронизация. При наличии на секции шин нескольких СД контроль допустимости включения СВ обычно осуществляется с помощью реле минимального напряжения (U=0,5-0,6 номинального).

Ускорение защиты секционного выключателя осуществляется контактами РПВ1.2 и РПВ3.2 реле РПВ1 и РПВЗ. (в случае включения на не устранившееся к.з. )

В данной схеме отсутствует ПО минимального напряжения т.к. оба источника питаются от общих шин минимального напряжения. При исчезновении напряжения на этих шинах действие АВР будет бесполезным.

АВР на переменном оперативном токе

Наряду с устройствами АБР. работающими на постоянном оперативном токе. большое распространение на подстанциях получили АВР на переменном оперативным токах. Рассмотрим схему секционного АВР на п/ст с двумя трансформаторами, питающимися ответвлениями от двух линий без выключателей на стороне высшего напряжения трансформаторов, Секционный выключатель ВЗ нормально отключен. Оперативный ток для питания схемы автоматики подается от трансформаторов собственных нужд TCH1 и ТСН2. Особенностью схемы является то. что при исчезновении напряжения на одной из линий (Д1 или Л2) АВР включает секционный выключатель, а при восстановлении напряжения на линии автоматически собирает нормальную схему подстанции. Пусковым органом схемы являются реле времени PB1 и РВ2 типа ЭВ-235, контакты которых PB1.2 и РВ2.2 включены последовательно в цепи KO1. Последовательно с контактами этих реле включен мгновенный контакт РВЗ.1реле времени PBЗ трансформатора Т2, которое контролирует напряжение на этом трансформаторе. Обмотки реле PB1 и РВ2 включены на разные трансформаторы (TCH1 и TH1), что исключает возможность ложного действия пускового органа в случае неисправности в цепях напряжения одного из них.

Реле времени PB1, подключенное к трансформатору собственных нужд TCH1, установленному до выключателя трансформатора T1, используется также для контроля за появлением напряжения на трансформаторе Т2 , при включении линии Л1. В случае исчезновения напряжения после отключения линии Л1 запускается реле времени PB1 и FB2 и замыкает свои мгновенные контакты PB1.1 и PB2.1, снимая напряжение с обмотки реле времени РВЗ типа ЭВ-248. Это реле при снятии напряжения мгновенно возвращается в исходное положение, а при подаче напряжения срабатывает с установленной выдержкой времени.

Если действием АПВ линии напряжение не будет восстановлено (например, в следствии устойчивого к.з. на линии), то с установленной выдержкой времени (большей времени АПВ линии) замкнутся контакты реле времени PB1.2 и РВ2.2 и создадут цепь на катушку отключения KO1 выключателя B1.

Схема ABP секционного выключателя на переменном токе оперативном токе. а - поясняющая схема; б -цепи управления и ABP выключателя В1 (цепи управления вык. В2 выполняются аналогично) в- цепи управления вык. ВЗ; пунктиром обведены цепи, относящиеся к трансформатору Т2

При отключении выключателя B1 замкнется его вспомогательный контакт БК1 в цепи катушки включения КВЗ секционного выключателя ВЗ через замкнутый контакт РПВ1.1 реле однократности включения. Секционный выключатель включится и подаст напряжение на первую секцию подстанции. При этом подтянется реле времени РВ2 , замкнет контакт PB2.1 и разомкнет РВ2.2 Реле времени PB1 останется без напряжения. Поэтому его контакт PB1.1 останется разомкнутым , а реле времени РВЗ будет по прежнему находиться в исходном положении, держа разомкнутыми все свои контакты. При восстановлении напряжения на линии Л1 напряжение появится и на трансформаторе T1, поскольку его отделитель оставался включенным. Реле PB1 подтянется, замкнет контакт PB1.1 и разомкнет PB1.2. При замыкании контакта PB1.1 начнет работать реле времени РВЗ, которое своим проскальзывающим контактом РВЗ.2 создаст цепь на включение выключателя B1 , а конечным контактом РВЗ.З - на отключение секционного выключателя ВЗ, чем автоматически восстанавливается исходная схема подстанции. При этом цепь на отключение секционного выключателя создается при условии, что включен выключатель В2 трансформатора Т2.

Для действия автоматики все выключатели должны быть оснащены пружинными или грузовыми приводами. (КГП1 - контакт готовности привода 1)

Рассмотрим схему АВР когда на резервной линии нет трансформатора напряжении. В этой схеме для действия катушек отключения и включения выключателей используется энергия предварительно заряженных конденсаторов C1 и С2.



Схема АВР одностороннего действия для подстанции с переменным оперативным током с использованием энергии заряженных конденсаторов (предварительно), а) поясняющая схема, б) цепи АВР

В рассматриваемой схеме используется пусковой орган, состоящий из реле минимального тока PT1 и реле времени FB1 типа ЭВ-235. При отключении рабочей линии или исчезновения напряжения на шинах, питающих рабочую линию, сработает реле PT1 и PB1, подключающие своими контактами цепь РТ1 и РВ1, катушки отключения KO1 к предварительно заряженному конденсатору С2. При этом происходит срабатывание катушки отключения под действием тока разряда конденсатора и отключении вык. B1. Вспомогательный контакт выключателя В1 БК1.1 замыкает цепь катушки включения КВ2 выключателя резервной линии В2 на предварительно заряженный конденсатор 01. Катушка включения срабатывает под действием тока разряда конденсатора и освобождает груз или пружины, которые и производят включение В2. В случае отключения выключателя B1 не от пускового органа, а по другой причине, АВР работает так же.

В цепь катушки отключения B1 введен контакт готовности привода выключателя В2 КГП2, замкнутый, когда пружина заведена (груз поднят). Таким образом.» схема АВР будет действовать на отключение B1 только в том случае, если готов к автоматическому включению В2.

Для заряда конденсаторов от TH1 установлено специальное зарядное устройство ЗУ. Для предотвращения разряда конденсаторов в случае исчезновения напряжения, от TH1 в схеме АВР предусмотрено промежуточное реле РП1 которое, отпадая, отключает заряженные конденсаторы от зарядного устройства.

В случае включения резервной линии на устойчивое к.з. на шинах пст она отключится своей защитой. При этом схема АВР будет подготовлена лишь после восстановления нормальной схемы пст, когда появится напряжение на TH1 и вновь зарядятся конденсаторы.

АВР резервных механизмов (электродвигателей)

В установках собственных нужд тепловых электростанций наряду с рабочими предусматривается установка резервных механизмов, предназначенных для замены рабочего механизма при ремонте или неисправности. Кроме того, резервный механизм используется для участия в совместной работе с рабочим механизмом, когда последний один не может обеспечить нормального режима. Для выявления нарушения технологического режима используется специальное реле, реагирующее на неэлектрические величины. Так, например, реле давления , срабатывающее при понижении давления питательной воды в напорных линиях, могут быть использованы как датчики для пуска электродвигателя резервного питательного насоса. Для ускорения пуска резервного агрегата включение в работу эл-дв-ля (АВР резервного агрегата) производится также от вспомогательного контакта выключателя рабочего агрегата при его отключении.

На приведенной схеме АВР электронасосов, каждый, из которых может быть рабочим или резервным. Выбор рабочего эл-насоса производится ключом Кавр. Пусковым органом АВР является электромагнит контактный манометр КМ контролирующий давление в магистрали за насосом после обратных клапанов.

Автоматическое включение резервных линий низкого напряжения

Рассмотрим схему одностороннего АВР на контакторах схема довольно проста в своем исполнении позволит иметь представление об существующих схемах АВР линий низкого напряжения.

Нормально контактор рабочего источника К1 включен и удерживается во включенном положении своей удерживающей обмоткой, а контактор резервного источника питания отключен. В случае исчезновения напряжения на рабочем источнике питания удерживающая обмотка К1 остается без напряжения и контактор отключается. При этом замыкается его вспомогательный контакт БК1 в цепи удерживающей обмотки К2. Последний включается и подает напряжение на шины подстанции. После восстановления напряжения питания контактор К1 включается и отключается контактор К2, разрывая своим вспомогательным контактом БК1 цепь его удерживающей обмотки. Таким образом, АВР автоматически восстанавливает питание п/ст от рабочего источника и отключает резервный, электрическая схема АВР выполнена так, что одновременное включение обоих контакторов исключается. Однако для большей надежности между контакторами выполняется механическая блокировка. Для отключения контакторов и шунтирования вспомогательного контакта БК1 в схеме предусмотрены рубильники Р1, Р2, РЗ.

Существенным недостатком рассмотренной схемы АВР является то, что контактор рабочего питания К1 постоянно включен и удерживается своей втягивающей обмоткой, что приводит к излишним потерям электроэнергии. Кроме того, постоянно работающая магнитная система К1 создает излишний нагрев и вибрацию. Для устранения отмеченного недостатка применяется специальная механическая защелка, удерживающая контактор во включенном положении обесточенной втягивающей обмотке, а схема АВР дополняется пром. реле.

Расчёт установок АВР

Напряжение срабатывания (замыкания) размыкающих контактов реле, реагирующих на снижение напряжения, следовало бы выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Однако при термической устойчивости стандартных реле их напряжение срабатывания не должно быть ниже 15В. Наряду с этим выбор очень низкого напряжения срабатывания вызовет замедление действия АВР, поскольку двигатели нагрузки, вращаясь, по инерции после отключения питания могут при определенных условиях поддерживать на шинах достаточно медленно снижающиеся напряжение. Потому рекомендуется принимать значение срабатывания минимальных реле напряжения

(2.1)

где (Uост.к.з - наименьшее расчетное значение остаточного напряжения при к.з.; Uзап - наименьшее напряжение при самозапуске электродвигателей; kн - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1-1,2;

Kv - коэффициент трансформации трансформатора напряжения. В большинстве случаев обоим условиям удовлетворяет напряжение срабатывания, равное U= (0,25-0,4) Uном, где Uном - номинальное напряжение установки.

При выполнении пускового органа с помощью реле времени переменного напряжения типа ЭВ-215 - ЭВ-245 следует отбирать реле, имеющие напряжения срабатывания в пределах (0,25 -0,4)Uном, что не всегда возможно. Напряжение срабатывания реле времени ЭВ-215к-ЭВ-245к по данным завода не превышает 0,35Uн. Поэтому в схемах пусковых органов можно применять любые реле этих типов.

Напряжение срабатывания максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике, определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения:

(2.2)

где Uраб.мин - минимальное работе напряжение; kн - коэффициент надежности, принимаемый в пределах 1,1-1,2; kв - коэффициент возврата реле, который для реле серии РН-50 равен 1,2 -1.25. Таким образом из выражения (2,2) (2.3)

Частота срабатывания частотного пускового органа АВР принимается в пределах 48-49Гц. При установке старых реле понижения частоты типа ИВЧ требуется дополнительное замедление действия пускового органа на 0,3-0,5 с во избежания излишнего действия реле при снятии с него напряжения. При установке новых реле типа РЧ1 такое замедление частотного пускового органа не выполняется.

Ток срабатывания реле минимального тока должен быть меньше минимального тока нагрузки и определяется по формуле:

где Iнагр.мин - минимальный ток нагрузки трансформатора; kн - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5; KI -коэффициент трансформации трансформатора тока.

Выдержка времени срабатывания реле времени пускового органа должно выбираться из условия согласования с защитой действующей в зоне действия, которых к.з., могут вызвать снижение напряжения ниже принятого по (2.1):

где t1 - наибольшее время срабатывания защиты присоединений шин высокого напряжения подстанции (например, защиты линий ЛЗ или Л4 при выборке установок АВР2 в схеме на рис. ); t2 - то же для присоединений шин, где установлен АВР (для АВР2 - линий Л5, Л6 или трансформаторов ); Дt - ступень селективности, принимаемая равной 0,5 с при использовании реле времени АВР ЭВ со шкалой до 9 с и равной 1,5 - 2 с - со шкалой 20 с.

Тема 3

Автоматическое повторное включение АПВ

1. Назначение АПВ

Многолетний опыт эксплуатации линий электропередачи показал, что значительная часть К.З., вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами» при достаточно быстром отключении линий релейной защитой самоустраняется. При этом электрическая дуга, возникшая в месте к.з., гаснет, не успев вызвать существенных разрушений, препятствующих обратному включению линий под напряжение. Такие самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивыми. Операцию обратного включения под напряжение отключившейся линии называют повторным включением . Линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому повторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

Назначением АПВ, как указывалось, является автоматическое восстановлением питания потребителей в случае отключения питающей линии устройством релейной защиты путем повторного включения. По статичёским данным однократное АПВ воздушных линий успешно в 65-70% случаев; а при двукратном АПВ удаётся восстановить питание в 80-90% случаев после отключения линий устройствами релейной защиты. Согласно правилам устройств электроустановок (ПУЭ) обязательно применение АПВ на всех воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях, сборных шинах, понижающих трансформаторах и др. Успешность действия АПВ весьма высока и составляет в сетях разного напряжения 50-90%. Автоматическое повторное включение восстанавливает нормальную схему также и в тех случаях, когда отключение выключателя происходит вследствие ошибок персонала или ложного действия релейной защиты.

...