Автоматизация систем электроснабжения предприятий

На трансформаторах устройства АПВ выполняются так, чтобы их действие происходило при отключении трансформатора МТЗ-й. Повторное включение при повреждении самого трансформатора, когда он отключится защитами от внутренних повреждений, как правило, не производится.

Применение АПВ позволяет в ряде случаев упростить схемы релейной защиты и ускорить отключение к.з. в сетях, что также является положительным качеством этого вида автоматики.

2. Основные требования к схемам АПВ

Классификация АПВ.

К устройствам АПВ предъявляются ряд требований:

1). Обеспечение установленной кратности действия т.е. действовать с заданной кратностью. Наибольшее распространение получили АПВ однократного действия. Применяются также АПВ двукратного, а в некоторых случаях и трехкратного действия, АПВ с большой кратностью в энергосистемах России не применяются.

2). Исключения возможности действия после отключения выключателя персоналом.

3). Исключение возможности действия при аварийном отключении выключателя от устройств защиты сразу же после его включения персоналом вручную, дистанционно или телемеханически.

4). Автоматический возврат устройств АПВ в исходное положение. Готовность к новому действию после включения в работу выключателя, на который действует АПВ.

В эксплуатации получили применение следующие виды АПВ: трехфазные, осуществляющие включение трех фаз выключателя после их отключения релейной защитой; комбинированные, осуществляющие включение трех фаз (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных к. з.).

Трехфазные АПВ в свою очередь подразделяются на несколько типов: простые (ТАПВ), быстродействующие (БАПВ), с проверкой наличия напряжения (АПВНН), с ожиданием синхронизма (АПВОС), с улавливанием синхронизма (АПВУС) и др.

По виду оборудования, на которое действием АПВ повторно подается напряжение, различают: АПВ линий, АПВ шин, АПВ трансформаторов, АПВ двигателей.

По числу циклов (кратности действия) различают: АПВ однократного действия и АПВ многократного действия.

Устройства АПВ, которые осуществляются с помощью специальных релейных схем, называются электрическими, а встроенные в грузовые или пружинные приводы - механическими.

3. Механические устройства АПВ

При наличии выключателя используются механические или электрические АПВ. Устройствами механического АПВ снабжаются пружинные и грузовые приводы выключателей. Такое устройство во время отключения выключателя освобождает защелку, удерживающая включающий механизм привода, в результате чего выключатель включается повторно за счет запасенной энергии груза или пружин. Устройство механического АПВ не имеет выдержки времени на включение выключателя, а следовательно АПВ может быть успешным только при очень быстрой деионизации среды в месте к.з..

Наличие механического АПВ усложняет конструкцию привода и приводит к его ускоренному износу, так как привод не успевает подготовиться к повторному включению выключателя. Поэтому более, предпочтительнее использовать электрическое АПВ. Однако несомненным пре имуществом механического АПВ является отсутствие необходимости в источнике оперативного тока.

4. Электрическое АПВ однократного действия

Электрические АПВ однократного действия с автоматическим возвратом получили наиболее широкое распространение. Наиболее часто такие АПВ выполняются с помощью комплектного устройства РПВ-58. Рассмотрим схему АПВ с масляным выключателем. В комплектное устройство РПВ-58 входят: реле времени РВ1 типа ЭВ-133 с добавочным резистором R1 для обеспечения термической стойкости реле; промежуточное реле РП1 с двумя обмотками, параллельной и последовательной; конденсатор С (20 мкФ), обеспечивающий однократность действия АПВ; зарядный резистор R2 (1,1М и разрядный резистор R3 (510 Ом).

В рассматриваемой схеме дистанционное управление выключателем производится ключом управления КУ, у которого предусмотрена фиксация положения последней операции, и таким образом после операции включения ключ остается в положении «Включено» (В2), а после операции отключения - в положении «Отключено» (О2). Когда выключатель включен и ключ управления находится в положении «Включено», к конденсатору С подводится плюс оперативного тока через контакты ключа, а минус - через зарядный резистор R2. При этом конденсатор заряжен и схема АПВ находится в состоянии готовности к действию.

При включенном выключателе реле положения «Отключено» РПО, осуществляющее контроль исправности цепи включения, током, не обтекается, и контакт его в цепи пуска АПВ разомкнут. Пуск АПВ происходит при отключении выключателя под действием релейной защиты рёзультате возникновения несоответствия между положением ключа которое не изменилось, и положением выключателя, который теперь отключен.

Несоответствие положений ключа управления и выключателя характеризуется тем, что через контакты ключа 1-3 на схему АПВ по-прежнему подается плюс оперативного тока, а ранее разомкнутый вспомогательный контакт (блок-контакт) выключателя БКВ переключился и замкнул цепь обмотки реле РПО, которое, срабатывая, подает минус на обмотку реле времени FB1.

При срабатывании реле времени размыкается его мгновенный размыкающий контакт PB1.1, вводя в цепь обмотки реле дополнительное сопротивление (резистор 1). Это приводит к уменьшению тока в обмотке реле, благодаря чему обеспечивается его термическая стойкость при длительном прохождении тока.

По истечении установленной выдержки времени реле FB1 замыкает замыкающий контакт РВ1,2 и подключает параллельную обмотку реле РП1 к конденсатору С. Реле РП1 при этом срабатывает от тока разряда конденсатора и, само удерживаясь через свою вторую обмотку, включенную последовательно с обмоткой контактора КП, подает импульс на включение выключателя. Благодаря использованию у реле РП1 последовательной обмотки обеспечивается необходимая длительность импульса для надежного включения выключателя, поскольку параллельная обмотка этого реле обтекается током кратковременно при разряде конденсатора. Выключатель включается, размыкается его вспомогательный контакт БКВ, и возвращаются в исходное положение реле РПО, РП1 и РB1.

Если повреждения на линии было неустойчивым, то она останется в работе. После размыкания контакта реле времени РВ1.2 конденсатор С начнет заряжаться через зарядный резистор К2. Сопротивление этого резистора выбирается таким, чтобы время заряда составило 20-25с. Таким образом, спустя указанное время схема АПВ будет автоматически подготовлена к новому действию.

Если повреждение было устойчивым, то выключатель включившись, вновь отключится защитой и вновь сработает реле РПО м PB1. Реле РП1 однако, при этом второй раз работать не будет, так как конденсатор С был разряжен при первом действии АПВ и зарядиться еще не успел.

Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает однократное действие при устойчивом к.з. на линии и оперативном отключении выключателя ключом управления КУ несоответствия между положением ключа управления и выключателя не возникает и АПВ не действует, так-так одновременно с подачей импульса на отключение выключателя контактами ключа 6-8 размыкаются контакты 1-3, чем снимается плюс оперативного тока со схемы АПВ, Поэтому срабатывает только реле РПО, а реле PBI и РП1 не сработает. Одновременно со снятием оперативного тока контактами 1-3 ключа КУ замыкаются контакты 2-4, конденсатор С разряжается через резистор R3. При оперативном включении выключателя ключом управления готовность АПВ к действию наступает после заряда конденсатора С через 20-25с. Поэтому при оперативном включении выключателя отключать АПВ не требуется.

При отключении линии защитой та. когда действие АПВ не требуется, через резистор R3 производится разряд конденсатора С.

Для предотвращения многократного включения выключателя на устойчивое к.з., что могло бы иметь место в случае застревания контактов реле РП1 в замкнутом состоянии, в схеме управления устанавливается специальное промежуточное реле РБМ типа ТП-232 с двумя обмотками: рабочей последовательной и удерживающей параллельной. Реле РБМ срабатывает при прохождении тока по катушке отключения выключателя и удерживается в сработавшем положении до снятия команды на включение. При этом цепь обмотки разомкнута размыкающим контактом РБМ, чем предотвращается включение выключателя.

5. Выбор установок АПВ для линий с односторонним питанием

Параметрами действия устройства АПВ являются время его срабатывания и время возврата в исходное состояние. Время срабатывания АПВ определяется по следующим условиям:

где tд.с - время де ионизации среды в месте к.з. после его отключения; tг - время готовности привода выключателя к его повторному включению, которое зависит от типа привода находится в пределах от 0.1 до 0,2 с. tзап = 0.4 - 0.5 с.

где tг.в - время готовности выключателя, которое зависимости от типа выключателя обычно находится в пределах от 0,2 до 2 с, но для некоторых типов может быть больше; tв.в - время включения выключателя.

Запуск устройств АПВ может производится от несоответствия положения ключа управления и выключателя или от релейной защиты.

В первом случае время срабатывания принимается равным большему из дух значений

При пуске от релейной защиты tc.АПВ увеличивается на время отключения выключателя - tо.в

В отдельных случаях выдержку времени tс.АПВ принимают несколько больше, чем получается по приведенным выше формулам (2-3 с), что как показывает опыт эксплуатации, повышает устойчивость АПВ.

Время автоматического возврата устройств АПВ, выполняемых с помощью специальных реле серии РПВ. может не рассчитываться, так как оно определяется продолжительностью заряда конденсатора (15-25 с), которая надежно обеспечивает однократность действия АПВ.

Время срабатывания второго цикла двукратного АПВ определено ПУЭ в 10 - 15 с. Время третьего автоматического включения устройств АПВ трехкратного действия составляет 1 -5мин,

6. Ускорение действия релейной защиты до и после АПВ

Селективное действие некоторых защит достигается за счет выдержки времени. Если на линии установлено устройство АПВ, то такая задержка в отключении может оказаться неоправданной. С помощью АПВ может быть предпринята попытка восстановить нормальную работу поврежденной линии, не ожидаясь стечёния времени релейной защиты, выбранной по условию селективности. Для этого действие релейной защиты должно быть ускорено до цикла АПВ.

Возможен другой вариант согласования действия релейной защиты и устройства АПВ. Релейная защита отключает поврежденную линию избирательно с выдержкой времени. При успешном цикле АПВ линия остается в работе. Если цикл АПВ неуспешен, релейная защита снова отключит линию. Для повторного отключения линии нет надобности выжидать истечения выдержки времени релейной защиты. Теперь уже известно, какая линия повреждена, поэтому действие релейной защиты может быть ускорено. Такое мероприятие называют ускорением действия релейной защиты после АПВ.

Рассмотрим примеры электрической сети, где целесообразно ускорение действия релейной защиты до и после АПВ.

Ускорение до АПВ. На линиях предполагается установка максимальной токовой защиты с выдержками времени, выбранными по ступенчатому принципу. Ступенчатый принцип обеспечивает селективность.

Схема сети

действия релейной защиты. Недостатком способа является наличие больших выдержек времени особенно у защит на участках линии, близких к источнику питания.

Устройство АПВ устанавливается только на головном участке сети. Релейная защита этого участка действует с ускорением до АПВ. Это значит, что до цикла АПВ время срабатывания защиты 3 участка уменьшается до величины, меньшей t1, Несомненно, что такая перестройка приведет к неселективному действию защиты. Однако при наличии АПВ на головном участке такое неселективное действие оправдано. В случае короткого замыкания на любом участке сети в первую очередь сработает защита 3 участка и отключит магистраль целиком. Устройство АПВ производит повторное включение магистрали. При успешном цикле АПВ все линии сохраняются в работе. Если короткое замыкание устойчивое, то после АПВ опять придет в действие релейная защита. Однако теперь защита будет действовать с выдержкой времени и произведет селективное отключение только поврежденного участка сети.

Ускорение действия релейной защиты до АПВ имеет свои положительные и отрицательные стороны. Достоинством метода является быстрая ликвидация проходящих коротких замыканий независимо от места их возникновения.

Следует иметь в виду. что ускореннее отключение повреждений линии повышает вероятность успешного АПВ, так как в ряде случаев проходящее короткое замыкание не успевает перейти в устойчивое, Отрицательной стороной ускорения действия релейной защиты до АПВ является утяжеление условий работы выключателя на головном участке сети. Этот выключатель работает наиболее часто и, следовательно чаще обычного должен выводиться в ремонт.

Ускорение защиты после АПВ. Повторное включение на устойчивое повреждение линии, не имеющей быстродействующей защиты, вредно отражается на работе потребителей, приводит к увеличению размеров повреждений в месте к.з. и усугубляет опасность нарушения устойчивой работы параллельной электростанций. Быстрое отключение достигается за счет ускорения действия релейной защиты после АПВ. Отсутствие выдержки времени при повторном срабатывании приводит к неселективному отключении, так как место повреждения уже определено при первом отключении.

Ускорение защиты после АПВ предусматривается директивными материалами не только для линий, не имеющих быстродействующую защиту, но также для линий, имеющих сложные быстродействующие защиты, как мера повышения надежности защиты линий в целом.

На кабельных линиях ускорение защиты после АПВ необходимо применять для предотвращения повреждения кабелей из-за перегрева при длительном прохождении тока.

Рассмотрим схему выполнения укореняя максимальной токовой защита после АПВ. Ускореннее действие защиты осуществляется через мгновенный контакт PB1.1 реле времени РВ. Цепь ускоренного действия нормально разомкнута контактом промежуточного реле ускорения РПУ, которое срабатывает перед повторным включением выключателя и, имея замедление на возврат, держит свой контакт замкнутым в течении 0,7-1. Поэтому если повторное включение происходит на устойчивое к.з. то защита второй раз подействует без выдержки времени по цепи ускорения через контакт реле РПУ, в качестве которого обычно используется реле типа РП-252.

Для запуска промежуточного реле ускорение наряду с рассмотренной схемой применяется схема приведенная ниже. При отключении выключателя срабатывает реле РПО и кроме рассмотренных действий замыкает контакт в цепи обмотки реле РПУ, которое, сработав, в свою очередь замыкает цепь ускорения. При подаче команды на включение выключателя реле РПО возвращается и снимает плюс с обмотки реле РПУ. Однако последнее возвращается не сразу а с замедлением 0,7-1 с, что является достаточным для срабатывания защиты по цепи ускорения при включении выключателя на устойчивое к,з.

Для ускорения защиты могут использоваться непосредственно контакты реле РПО. При этом специальные реле РПУ не устанавливается, а в качестве РПО используется замедленное на возврат реле типа РП-252.

Схема, приведенная на нижнем рисунке обеспечивает ускорение защиты при любом включении выключателя, как от АПВ, так и от ключа управления КУ, что является ее достоинством,

7. Особенности выполнения АПВ на воздушных выключателях

Нормальная работа воздушного выключателя обеспечивается при условии, что сжатый воздух в его резервуарах находится под определенным давлением. При снижении давления сжатого воздуха ниже минимального допустимого выключателе работать не может. Эта особенность требует осуществления контроля за давлением сжатого воздуха и блокировки давления до недопустимого значения.

При отключении и включении выключателя расходуется часть воздуха, запасенного в его резервуарах, что сопровождается снижением давления. Особенно большой расход воздуха и соответственно снижение давления наблюдается при отключении выключателя.

В случае АПВ запас и давление воздуха должны обеспечить нормальную работу выключателя в цикле неуспешного АПВ, т.е. в цикле отключение - включение - отключение (цикл 0-В-0). Этот цикл требует наибольшего расхода воздуха и сопровождается наибольшим снижением давления.

Для каждого типа выключателя наряду с другими данными заводы-изготовители указывают: номинальное давление в резервуарах, наименьшее давление воздуха, при котором разрешается АПВ, т.е. цикл 0-В-0, и наименьшее давление, при котором сохраняется номинальная мощность отключения. Для современных отечественных воздушных выключателей 110-500 кВ с воздухонаполнением отделителем типов ВВ и ВВН эти давления составляют соответственно 2,2; 1,9; и 1,6 МПа. В настоящее время выпускаются также выключатели унифицированной серии с рабочим давлением 4 МПа (1 МПа = 10 кгс/см2).

Контроль за давлением сжатого воздуха и блокировка цепей управления выключателем производится с помощью электроконтактных манометров, настроенных на соответствующие установки. Поэтому схемы АПВ с указанными блокировками называют схемы АПВ с ожиданием восстановления давления.

Как показывает опыт эксплуатации, после отключения воздушного выключателя в течении времени около 1 с в воздушной системе происходят резкие колебания давления, вследствие чего контакты манометра вибрируют, то размыкая, то замыкая цепь. что может привести к отказу АПВ. Поэтому на АПВ. выполненных на воздушных выключателях устанавливают выдержку времени больше 1 с.

8. Выполнение АПВ на переменном оперативном токе

Рассмотренные нами схемы, электрического АПВ работают на постоянном оперативном токе; при этом необходима энергия, для включения и отключения выключателей и работы реле, входящих в схему АПВ которая поступает от аккумуляторных батарей.

В схемах на переменном оперативном токе в качестве источников энергии используются измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также трансформаторы собственных нужд (ТСН).

Наиболее просто выполняются устройства на выключателях оборудованных грузовыми или пружинными приводами. В этих приводах энергия, необходимая для операции включения, запасается в предварительно натянутых пружинах или поднятом грузе. Подъем груза или натяжение пружины производится вручную или с помощью специального автоматического электродвигателя редуктора (АДР), который состоит из электродвигателя типа МУН мощностью 80-100 Вт и редуктора. Наибольшее распространение получили приводы ПМГ-10(грузовые); пружинные приводы ППМ-10, ПП-б1,2, ПП-61-К, ВМП-10П и пружинно-грузовые приводы УПГП.

Рассмотрим схему однократного электрического АПВ, мгновенного действия для выключателей с приводом ПП-67. При включенном выключателе, когда пружины его привода натянуты, контакт готовности привода КГП замкнут. В цепи катушки включения выключателя имеется также специальный вспомогательный контакт привода БКА. Этот вспомогательный контакт замкнут, когда выключатель включен, при отключении выключателя от защиты остается замкнутым, а при отключении от ключа управления КУ размыкается, предотвращая действие АПВ,

При отключении выключателя от защиты замыкается вспомогательный контакт выключателя БКВ и кратковременно проскальзывающий вспомогательный контакт привода БКП чем на время замыкается цепь включающей катушки КВ. Включающая катушка срабатывает и освобождает механизм зацепления, удерживающий пружины в заведенном состоянии, которые при этом производят включение выключателя. Одновременно замыкается концевой выключатель ВК и включает ЭД устройства АДР, которое вновь натягивает пружины. Процесс натяжения пружин продолжается 6-20 с.

Если АПВ было успешным, то схема приходит в состояние готовности к новому действию после натяжения пружин и замыкания готовности привода КГП. Если АПВ было неуспевшим, то выключатель остается отключенным, но пружины будут вновь натянуты и привод подготовлен к дистанционному включению.

Для обеспечения однократности действия минимальное время натяжения пружин должно быть больше наибольшей выдержки времени защиты, действующей на этот выключатель, т.е.

На линиях 6 - 35 кВ АПВ с выдержкой времени (около 1-3 с) имеют более высокий процент успешных действий по сравнению с АПВ без выдержки времени.

Имеется ряд других схем АПВ на стременном оперативном токе с ними Вы можете познакомиться в следующей литературе (Беркович).

9. АПВ двукратного действия

Применение двукратного АПВ позволяет повысить эффективность этого вида автоматики. Как показывает опыт эксплуатации, успешность действия при втором включении составляет 10-20% что повышает общим процент успешных действий АПВ до 75-95%. Двукратное АПВ применяют, как правило, на линиях с односторонним питанием и на головных участках кольцевых сетей, где возможна работа в режиме одностороннего питания.

Рассмотрим схему АПВ двукратного действия с комплектным устройством типа РПВ-258 для линий, на которых установлены масляные выключатели. В отличие от устройства РПВ-58, рассмотренного нами ранее, РПВ-258 содержит два конденсатора C1 и С2 и реле времени PB1 с трем контактами: PB1.1, размыкающимся без выдержки времени, и двумя контактами, замыкающимися с выдержками времени (временно замыкающий - проскальзывающий PB1.2 и упорный PB1.3).

Пуск схемы двукратного АПВ осуществляется так же, как и рассмотренной ранее схемы однократного АПВ, контактами реле РПО, которое срабатывает при отключении выключателя и подает минус на обмотку реле времени. Спустя установленную выдержку времени заменятся проскальзывающий контакт реле времени PB1.2 и создаст цепь для разряда конденсатора C1 на обмотку промежуточного реле РП, которое, сработав, включит выключатель.

В случае успешного АПВ работа схемы прекратится, так как реле РП после включения выключателя возвратится в исходное положение.

Если же АПВ было неуспешным и выключатель отключится вновь, опять сработает реле РПО и запустит реле времени. В этом случае при замыкании контакта РВ1.2 промежуточное реле РП не сработает, так как конденсатор C1 к этому времени не успеет зарядиться. Реле времени, продолжая работать, замкнет контакт FB1.3. При этом под действием разряда конденсатора С2 вновь сработает промежуточное реле РП и произойдет второй цикл АПВ. В схеме реле-повторители ключа управления: РКО - реле команды «Отключить» и РКВ - реле команды «Включить».

Для предотвращения срабатывания АПВ в случае отключения выключателя защитой после включения его ключом управления на к.з. в данной схеме осуществляется разряд конденсаторов C1 и С2 через замыкающие контакты РКВ и резисторы R3 и R5.



Схема электрического АПВ двукратного действия с комплектным устройством РПВ-258 для линий с масляными выключателями

Цепь пуска АПВ контролируется контактом реле фиксации РФ, которое работает, переключая свои контакты фиксируя команду «включить» а также подготовить цепь обмотки 0.

Работа АПВ сигнализируется указательными реле: РУ1 - первый цикл; РУ2 - второй цикл; РУЗ - срабатывание АПВ. Запрет действия АПВ осуществляется контактами реле защит РЗ, запрещающих действие АПВ, подающими минус на разрядные резисторы R3 и R5 устройства РПВ-258. В схеме предусмотрены два отключающих устройства: H1 -выводящие из действия схему АПВ полностью и Н2 - исключающие второй цикл АПВ.

Выдержка времени первого цикла АПВ определяется из выражения:

как и для АПВ однократного действия. Второй цикл согласно ПУЭ должен происходить спустя 10-20 с после вторичного отключения выключателя. Такая большая выдержка времени АПВ во втором цикле диктуется необходимостью подготовки выключателя к отключению третьего к.з. в случае включения на устойчивое повреждение. За это время из камеры гашения удаляются разложившиеся и обугленные частицы, камера вновь заполняется маслом, и отключающая способность выключателя восстанавливается. Для того чтобы предотвратить многократное действие АПВ, время заряда конденсаторов C1 иС2 (через резисторы R2 и R4) должно превышать выдержки времени обоих циклов АПВ. В заводском комплекте АПВ время готовности к последующим действиям после второго цикла составляет 60 -100 с.

Автоматическое повторное включение параллельных линий с односторонним питанием

На обоих концах линии предусматриваются однократные устройства АПВ. В режиме работы обеих линий операции АПВ должны начинаться только после двустороннего отключения поврежденной линии. Приемный конец отключает направленная защита с нулевой или небольшой выдержкой времени, тогда как питающий конец может отключать резервная защита с большим временем. Поэтому tc.АПВ приемного конца должно быть больше времени питающего конца. Однако это несущественно, так как при работе одной линии выключатель приемного конца не отключается, а в режиме двух линий сохраняется питание по неповрежденной линии.

Если в режиме двух линий АПВ питающего конца неуспешно, то АПВ приёмного конца бесцельно, но приводит к еще одному включению на к.з., что может быть нежелательным. Тогда в пусковую цепь УАПВ приемного конца вводится замыкающий контакт реле напряжения, питаемого от устройства отбора напряжения линии, и АПВ приемного конца происходит только в случае успешного АПВ питающего конца.

АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС)

Принцип АПВОС заключается в том, что включение разделившихся частей энергосистемы разрешается, когда напряжения по концам отключившейся линии синхронны или близки к синхронным, а угол между напряжениями не превышает определенного значения. Когда напряжения по концам отключившейся линии синхронны, АПВОС контролирует угол между ними и осуществляет включение линии, если угол невелик и включение не будет сопровождаться большим толчком тока. Когда напряжения несинхронные, АПВОС осуществляет замыкание линии в транзит, если разность частот невелика, и включение не будет сопровождаться большим толчком тока и длительными качаниями.

Если напряжения по концам линии будут несинхронными и разность частот недопустимо велика, схема АПВОС будет ожидать, пока не восстановится синхронизм между разделившимися частями энергосистемы или когда разность частот будет столь незначительна, что замыкание линии в транзит не повлечет за собой асинхронного хода, и не будет сопровождаться большим толчком тока.

Рассмотрим схему АПВОС, она отличается схем АПВ у рассмотренных нами ранее, наличием двух дополнительных реле: контроля напряжения на линии РНЛ и контроля синхронизма РКС. Рассматриваемая схема АПВ устанавливается до обоим концам линии, при этом с одной стороны линии действие АПВ разрешается при отсутствии на линии напряжения через верхний размыкающий контакт РНЛ, когда включена накладка Н2), а с другой стороны - при наличии на линии напряжения и при синхронности встречных напряжений (замкнут нижний замыкающий контакт РНЛ и контакт РКС). Цикл АПВ происходит в следующей последовательности. После отключения линии сначала подействует АПВ с той стороны, где контролируется отсутствие напряжения, и включит выключатель. В случае наличия на линии устойчивого повреждения выключатель отключится вновь. Устройство АПВ на другой стороне линии при этом действовать не будет. Если же повреждение устранилось, линия останется под напряжением и вступит в действие устройство АПВ, установленное с другого конца линии.

Реле напряжения РНЛ, контролирующее наличие напряжения на линии, сработает и замкнет свой нижний замыкающий контакт. Если угол между напряжениями по концам линии будет невелик, реле контроля синхронизма РКС также замкнет контакт, разрешая после истечения заданной выдержки времени включение выключателя, чем линия будет замкнута в транзит.

Накладка Н2 изменяет функции АПВ. С той стороны линии, где осуществляется контр6ль отсутствия напряжения, накладка Н2 включена. Следует отметить, что с той стороны линии, где контролируется отсутствие напряжения, по следовательно включенные контакты РНЛ и РКС из работы не выводятся. Благодаря этому предотвращаётся отказ АПВ при одностороннем отключёнии линии.

В рассматриваемой схеме предусмотрено также использование АПВОС для оперативного замыкания транзита при наличии синхронизма. Для этого установлены накладки НЗ иН4.



Принципиальная схема АПВОС для присоединений с масляными выключателями

При необходимости осуществить синхронизацию накладка НЗ отключается, чем снимается блокировка АПВ после перевода ключа управления в положение «Включено», а Н4 устанавливается нижнее положение. При подаче импульса от ключа управления сработает РКВ и одним контактом шунтирует обмотку указанного реле, установленного в выходной цепи АПВ, а вторым контактом подает импульс на обмотку В реле фиксации РФ. Контакт БВ реле фиксации в этот момент был замкнут. Реле фиксации срабатывает и замыкает свои контакты в цепях пуска АПВ, удерживания реле РКВ и своей обмотки 0. Синхронизация при этом происходит автоматически. Устройство АПВ, срабатывая при условиях, допустимых для замыкания транзита, пойдет импульс на включение выключателя.

АПВ трансформаторов

На одно-трансформаторной подстанции АПВ трансформатора является обязательным. Осуществление на двух трансформаторной подстанции АПВ трансформаторов рекомендуется, если при отключении одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор не может обеспечить питание нагрузки без отключения части потребителей.

Запрет АПВ при повреждении внутри бака трансформатора осуществляется с помощью сигнального контакта газового реле.

Для осуществления АПВ трансформатора используется те же устройства, что и для АПВ линии. При этом АПВ должно действовать с выдержкой времени для исключения срабатывания при внутренних к.з., сопровождающихся бурным газовыделением, когда отключающий контакт газового реле замыкается раньше, чем сигнальный.

АПВ шин и токопроводов

Неустойчивость большинства повреждений; на шинах указывает на целесообразность использования АПВ шин. Если шины специальной защиты не имеют, то восстановление напряжения на них осуществляется устройствами АПВ питающих подсоединений. При наличии специальной защиты шин можно применять отдельные устройства АПВ шин, запускаемые этой защитой. С помощью этих устройств напряжение на шины подается сначала от одного из отключившихся присоединений (т.е. делается опробование шин), а затем, если опробование шин оказалось успешным, включаются остальные присоединения.

Одной из разновидностей устройств АПВ шин является АПВ с контролем напряжения на шинах. Такое устройство АПВ разрешает включение первого присоединения при отсутствии напряжения на шинах, а включение остальных присоединений - при наличии напряжения. Недостатком АПВ контролем напряжения является то, что при отказе на включение выключателя, который должен включаться первым. АПВ шин вообще не происходит.

АПВ электродвигателей

АПВ электродвигателей применяется для обеспечения их само запуска после восстановления питания. Рассмотрим схему АПВ электродвигателей после восстановления напряжения.

В схеме обмотка реле времени находится под напряжением и контакт его замкнут. При исчезновении напряжения якорь реле вернется не сразу, а с замедлением 1-2 с. Если за это время напряжение восстановиться, обмотка магнитного пускателя ПМ вновь окажется под напряжением и магнитный пускатель включиться в работу. Если же время восстановления напряжения превысит допустимую выдержку времени,

якорь реле РВ вернется и контакт его разомкнется. В этом случае цепь обмотки ПМ окажется разомкнутой и магнитный пускатель при последующем восстановлении напряжения не включится.

Автоматическое повторное включение электродвигателей применяется также в установках 3-10 кВ в тех случаях, когда для обеспечения, само запуска наиболее ответственных электродвигателей приходится отключать кроме неответственных также часть ответственных электродвигателей.

Тема 4

Автоматическая частотная разгрузка энергосистем

автоматический электроснабжение энергосистема

1. Назначение и основные принципы выполнения АЧР

В нормальном режиме работы в энергосистеме существует баланс генерируемой и потребляемой мощностей:

Pг = Pн

при номинальной частоте fном =50 Гц

При нарушении условия (4.I) т.е. в случае возникновения дефицита генерируемой мощности возникает небаланс между вырабатываемой и потребляемой мощностями:

ДP = Pг - Рн

Под воздействием этого небаланса скорость вращения всех агрегатов энергосистемы - генераторов и двигателей начинает уменьшаться (при отрицательном значении ДP) или увеличиваться (при положительном, значении ДP).

Поддержание номинальной частоты возлагается на регуляторы частоты и мощности, которые, воздействуя на впуск энергоносителя (воды или пара) в турбины, обеспечивают соблюдения условия (4,1) в соответствии с принятым законом регулирования.

С помощью регуляторов частоты и мощности возникший дефицит активной мощности может быть устранен при наличии мобильного «горячего» резерва, т.е., если турбины генераторов энергосистемы были загружены не полностью и добавочный впуск энергоносителя не ограничивается ограничителями регуляторов скорости вращения турбин. Если указанный резерв мощности отсутствует, то под воздействием образовавшегося дефицита мощности вращающиеся агрегаты энергосистемы начнут тормозиться.

При снижении скорости вращения, т.е. при снижении частоты, величина возникшего первоначально дефицита мощности уменьшается, так как при этом уменьшается производительность механизмов и потребляемая ими мощность. Например, производительность вентиляторов пропорциональна квадрату частоты, производительность ряда насосов пропорциональна кубу частоты. Процесс снижения частоты приостановится, когда ДР станет равно нулю, т.е. когда при новом установившемся значении частоты (конечном) fкон, мощность, вырабатываемая генераторами, РГ fкон станет равна мощности потребляемой нагрузкой Рн.кон.. Небольшое снижение частоты (на несколько десятых герца) не представляет опасности для нормальной работы энергосистемы, хотя и влечет за собой ухудшение экономических показателей. Однако снижение частоты на 2-3 Гц приводит к уменьшению на 20-40% подачи воды в конденсатор циркуляционными насосами. При таком же снижении частоты почти полностью прекращают подачу воды в котел питательные насосы. Вследствие снижения производительности механизмов собственных нужд резко уменьшается располагаемая мощность тепловых электростанций, особенно электростанций высокого давления, что влечет за собой дальнейшее ее снижение частоты в энергосистеме. Таким образом, происходит лавинообразный процесс - «лавина частоты», который может привести к полному расстройству энергосистемы. Следует также отметить, что современные крупные паровые турбины не могут длительно работать при низкой частоте из-за опасности повреждения их рабочих лопаток.

Процесс снижения частоты в энергосистеме сопровождается также снижением напряжения, что происходит вследствие уменьшения частоты вращения возбудителей установленных на одном валу с основными генераторами. Если регуляторы возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов не смогут удержать напряжение, то также может возникнуть лавинообразный процесс - «лавина напряжения» так как снижение напряжения сопровождается увеличением потребления реактивной мощности, что еще более осложнит положение в энергосистеме.

Аварийное снижение частоты в энергосистеме, вызванное внезапным возникновением значительного дефицита активной мощности, протекает очень быстро, в течение нескольких секунд. Поэтому дежурный персонал не успевает принять каких-либо мер, вследствие чего ликвидация аварийного режима должна возлагаться на устройства автоматики. Для предотвращения развития аварии должны быть немедленно мобилизованы все резервы активной мощности, имеющиеся на электростанциях. Все вращающиеся агрегаты загружаются до предела с учетом допустимых кратковременных перегрузок.

При отсутствии вращающегося резерва единственно возможным способом восстановления частоты в сети является отключение части наименее ответственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специальных устройств - автоматов частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты в сети.

Следует отметить, что действие АЧР всегда связано с определенным народнохозяйственным ущербом, поскольку отключение линий, питающих электроэнергией промышленные предприятия, сельскохозяйственных потребителей и др. влечет за собой недовыработку продукции, появление брака и т.п. Несмотря на это АЧР широко используется в энергосистемах как средство предотвращения значительно больших ущербов из-за полного расстройства энергосистемы, если не будут приняты срочные меры по ликвидации дефицита активной мощности.

Глубина снижения частоты зависит не только от значения дефицита активной мощности в первый момент аварии, но и от характера нагрузки. Потребление мощности одной группой потребителей, к которой относятся электроосветительные приборы и другие установки, имеющие чисто активную нагрузку, не зависит от частоты и при ее снижении остаётся постоянной. Потребление же другой группы потребителей (электродвигателей переменного тока) при уменьшении частоты снижается. Чем больше в энергосистеме доля нагрузки первой группы, тем больше снизится частота при возникновении одинакового дефицита активной мощности. Нагрузка потребителей второй группы будет в некоторой степени сглаживать эффект снижения частоты, поскольку одновременно будет уменьшаться потребление мощности электродвигателями.

Отношение дефицита мощности к вызываемому им отклонению частоты

носит название коэффициент регулирующего эффекта нагрузки.

Коэффициент Kн показывает, на сколько процентов уменьшается потребление нагрузкой активной мощности на каждый процент снижения частоты. Значение коэффициента регулирующего эффекта нагрузки должно определяться специальными испытаниями и принимается при расчетах и принимается равным 1/3,5.

Отклонение частоты в процентах, входящее в выражение (4.2)

Подставляя это значение в выражение (4.2), получаем:

откуда

Таким образом, зная коэффициент Kн можно по выражению (4.3) определить на сколько герц снизиться частота при определенном значении дефицита активной мощности ДP выраженном в процентах к полной нагрузке энергосистемы. Зная величину снижения частоты в аварийном режиме fад по сравнению с номинальной частотой 50 Гц, можно определить установившееся значение частоты:

или (4.4)

Если до возникновения дефицита энергосистема работала с частотой fc, отличной от 50 Гц, выражение (4.4) будет иметь вид:

При разработке принципов выполнения АЧР на современном этапе были выдвинуты следующие требования:

1) Устройства АЧР должны устанавливаться там, где возможно возникновение значительного дефицита активной мощности во всей энергосистеме или отдельных ее районах.

2) Мощность потребителей, отключаемых при срабатывании АЧР, должна быть достаточной для предотвращения снижения частоты, угрожающего нарушению работы механизмов собственных нужд электростанций, что может повлечь за собой лавину частоты.

3) В соответствии с ПУЭ устройства АЧР должны исключать возможность даже кратковременного снижения частоты ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с а с частотой ниже 48,5 Гц - 60 с.

При выполнении АЧР необходимо учитывать все реально возможные случаи аварийных отключений генерирующей мощности и разделения энергосистемы или энергообъединения на части, в которых может возникнуть дефицит, активной мощности, а также то обстоятельство, что нагрузка, а следовательно, и возможный дефицит активной мощности меняются в зависимости от сезона, времени суток, дней недели. Для мощности нагрузки потребителей, отключаемых действием АЧР, хотя бы примерно соответствовала дефициту активной мощности возникшему данной аварии, АЧР, как правило, выполняется многоступенчатой, в несколько очередей, отличающихся уставками по частоте срабатывания.

Рассмотрим кривые, характеризующие процесс изменения частоты в энергосистеме при внезапном возникновении дефицита активной мощности. Если в энергосистеме отсутствует АЧР, то снижение частоты, вызванное дефицитом активной мощности, будет продолжаться до такого установившегося значения, при котором за счет регулирующего эффекта нагрузки и действия регуляторов частоты вращения турбин вновь восстановиться баланс генерируемой и потребляемой мощности при новом снижении частоты (кривая 1). Для восстановления в энергосистеме нормальной частоты в этом случае необходимо вручную отключить часть нагрузки потребителей, суммарное потребление мощности которыми при частоте 50 Гц равно дефициту мощности, вызвавшему аварийное снижение частоты.

Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая 2). Пусть, например АЧР состоит из трёх очередей с уставками срабатывания 48; 47,5 и 47 Гц. Когда частота снизится до 48 Гц (точка 1), сработает АЧР первой очереди и отключит часть потребителей: дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,5 Гц (точка 2) сработают АЧР второй очереди и, отключив дополнительную часть нагрузки, еще больше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения частоты. При частоте 47 Гц (точка 3) сработает АЧР третьей очереди, и отключат потребителей, мощность которых достаточна не только для прекращения снижения частоты, но и для ее восстановления, Устройства АЧР. используемые для ликвидации аварийного дефицита активной мощности в энергосистемах, подразделяются на три основные категории.

Первая категория АЧР1- быстродействующая (t = 0,1-0,3 с) с уставками срабатывания от 49 Гц (в отдельных случаях от 49,2-49,3 Гц) до 46,5 Гц. Назначение очереди АЧР1 - не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии. Уставки срабатывания отдельных очередей АЧР1 отличается одна от другой на 0,1 Гц.

Мощность потребителей, подключаемых к устройствам АЧР1, Pачр определяется по формуле:

где - дефицит генерирующей, мощности; - учитываемая часть резерва мощности; 0,05 -запас.

В качестве учитывается только гарантированный вращающийся резерв тепловых электростанций. Все величины в формуле указаны в относительных единицах, причем за базисную мощность принята потребляемая мощность энергосистемы в исходном режиме возникновения дефицита мощности. Мощность, подключаемая к АЧР1, примерно равномерно распределена между очередями.

Вторая категория АЧР11предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной или как говорят, "зависает" на уровне около 48 Гц; AЧP11 работает после отключения части потребителей от АЧР1, когда снижение частоты прекращается и она устанавливается на уровне 47.5-48.5 Гц.

Уставки срабатывания всех A4P11 принимается одинаковыми, равными верхней уставки АЧР1 или несколько большими (до 0,5 Гц), но не выше 49,2 Гц. Bыдeржки времени (очереди) АЧР11 отличаются друг от друга на Зс. и принимаются равными 5-90 с. Большие выдержки времени A4PII принимаются для того, чтобы за это время были мобилизованы резервы активной мощности, имеющиеся в энергосистеме: загружены все работающие агрегаты, пущены и загружены резервные гидроагрегаты. При этом наибольшие выдержки времени (70-90с) следует принимать в условиях возможной мобилизации мощности ГЭС. Объем нагрузки, подключаемой к AЧP2, зависит от способа осуществления этого вида автоматики, который может быть раздельным и совмещенным с АЧР1. B первом случае к AЧP11 подключаются другие потребители а не те, которые подключены к АЧР1. При совмещении и выполнении на отключение одних и тех же потребителей действует как АЧР1, так и AЧP11.

При раздельном выполнении АЧР1 и AЧP11 суммарная мощность потребителей, подключенных к AЧP11, должна удовлетворять следующему условию:

но не менее 0,1.

При совмещении действия АЧР1 и AЧP11 мощность потребителей, подключенных только к устройствам AЧP11, должна составлять:

В результате суммарная мощность потребителей, подключенных к устройствам АЧР, составит:

Кроме указанных категорий автоматической частотной разгрузки АЧР1 и AЧP11 в эксплуатации применяется также так называемая дополнительная категория нагрузки. Такие устройства АЧР применяются для осуществления местной разгрузки при возникновении большого дефицита активной мощности в районе энергосистемы или на отдельной подстанции, когда суммарной мощности потребителей, подключенных к очередям АЧР1 АЧР11, оказывается недостаточно для ликвидации возможного дефицита активной мощности в этом районе.

Действие АЧР должно сочетаться с другими видами автоматики. Так, например, для того чтобы действие АЧР было эффективным, нагрузка потребителей, отключенных при аварийном снижении частоты должна подхватываться устройствами АПВ и АВР. Поэтому АПВ линии, отключенной действиями АЧР, должно блокироваться.

Впервые устройства АЧР были широко применены в энергосистемах Советского Союза (1947 -1949г.г.) и до настоящего времени успешно эксплуатируются, предотвращая наиболее тяжелые системные аварии. В последнее время АЧР находят все более широкое применение за рубежом.

2. Реле частоты

Измерительными органом устройства АЧР1 и АЧР11 служит реле частоты. Широкое распространение получили индукционные реле частоты типа ИВЧ-3 и полупроводниковые реле понижения частоты типа РЧ-1.

Реле частоты ИВЧ-3 выполняется на индукционном принципе равнения фаз токов I1, I2 (аналогично реле направления мощности).

На статоре реле имеется несколько катушек. Практически они составляют две обмотки W1 и W2, которые создают два магнитных потока, сдвинутых в пространстве. Последовательно с обмоткой щ1 включено сопротивление R. С обмоткой W2 последовательно включен конденсатор С. Напряжение сети, подводится к обеим обмоткам реле.

Вращающий момент, действующий на ротор индукционного реле, определяется известной формулой:

где ц1 =() - фаза тока I1.

Фазовые сдвиги ц1 и ц2 токов I1 и I2 в обмотках реле по отношению к напряжению U являются различными функциями частоты-f

где L1, L2, R1, R2 - индуктивные активные сопротивления обмотки щ1 и щ2

При некотором значении частоты fс.р ц1 = ц2 и Мвр=0. При f >fс.р , ц1 < ц2 и Мвр=0, а при f < fс.р ц1 > ц2 и Мвр >0, Следовательно, при f < fс.р реле сработает. Частоту срабатывания реле fс.р можно менять путем изменения сопротивления R.

Недостатком индукционного реле частоты является возможность его ложного срабатывания при резких изменениях подведенного к реле напряжения.

Более совершенным является реле понижения частоты типа РЧ-1, выполненное на основе полупроводниковых элементов. Структурная схема реле частоты типа РЧ-1 приведена ниже.

Напряжение сети Uc через разделительный трансформатор (Т) и фильтр высших гармоник(Ф) подается на фаз содвигающие схему, состоящую из двух частотно-измерительных элементов (Ч1) и (Ч2) и активного дросселя (А) Цепь с элементом (Ч1) служит для задания уставки реле по частоте срабатывания, а цепь с элементом (Ч2) для задания уставки реле по частоте возврата (при использовании реле в схеме АЧР ЧАПВ). Цепь срабатывания подключена к фазочувствительной схеме постоянно, цепь возврата подключена при необходимости (через внешние контакты), например, при осуществлении ЧАПВ. Активный делитель(А) служит для создания опорного напряжения (U2) относительно которого производится измерение углов сдвига фаз токов цепей (Ч1) или (Ч2) зависящих от частоты сети на входе реле.

Принцип действия реле основан на изменении фазы тока в цепи Ч1 и Ч2 при изменении частоты напряжения, на входе реле. Параметры этих цепей подобраны таким образом, что при уставке срабатывания реле возникает резонанс напряжений. При этом сопротивление цепи становится чисто активным, и ток в ней совпадает по фазе с приложенным напряжением. Если частота приложенного напряжения выше частоты срабатывания реле, то в цепи преобладает индуктивное сопротивление и ток отстает от напряжения. Если частота напряжения сети ниже частоты срабатывания, то преобладающим становится емкостное сопротивление, и ток опережает напряжение. Схема дает разрешение на срабатывание реле, если ток в измерительной цепи совпадает с приложенным напряжением или опережает его. Фазочувствительная схема, реагирующая на угол между напряжением, состоит из двух идентичных формирователей импульсов(Ф1) и (Ф2), дифференцирующего элемента ДЭ и логического элемента ЛЭ, выполняющего операцию "Запрет". Формирователи импульсов преобразуют синусоидальные напряжения, в импульсы прямоугольной формы с длительностью близкой к полупериоду (UФ1 и UФ2). Положение импульсов относительно друг друга во времени определяется соотношением частота срабатывания реле и частоты сети.

Дифференцирующий элемент формирует короткий импульс Uд соответствующий переднему фронту прямоугольного импульса UФ2 (см. диаграмму). Импульсы от элементов Ф1 и ДЭ поступают на логический элемент, представляющий собой схему несовпадения. Прохождение импульса Uд через элемент ЛЭ возможно только при условии отсутствия на входе этой же схемы импульса UФ1(f >fс.р). Наличие на входе элемента ЛЭ импульса UФ1 блокирует прохождение импульса Uд(f >fс.р). В первом случае на выходе элемента ЛЭ появляются импульсы Uд, поступающие на вход расширителя импульсов РИ. При наличии этих импульсов выходное реле не сработает. При исчезновении импульсов на входе РИ на его выходе появится с выдержкой времени сигнал постоянного тока, который через усилитель У, вызывает срабатывание исполнительного органа ИО. Для предотвращения ложного срабатывания реле в случае исчезновения напряжения сети, а вместе с ним и импульсов на входе РИ в схему введен пусковой орган ПО, который пускает РИ только при наличии на входе реле переменного напряжения,

Время срабатывания РЧ-1 задается замедлением действия РИ, уставка по времени срабатывания составляет 0,15;0,3 и 0,5 с,

Аналогично P3-1 выполняется реле повышения частоты РЧ-2.

Предотвращение ложных срабатываний АЧР при кратковременных снижениях частоты в энергосистеме

Режимы которые могут вызвать срабатывание АЧР, могут иметь место в следующих случаях: при кратковременные снятии напряжения питания с шин подстанции, на которых установлены крупные синхронные и асинхронные электродвигатели; во время к.з. в энергосистеме малой мощности; во время асинхронного хода.

...