Характеристика, виды и принцип работы устройств автоматического повторного включения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Противоаварийная автоматика предназначена для ограничения развития и прекращения аварийных режимов в энергосистеме. Важнейшей её задачей является предотвращение общесистемных аварий, сопровождающихся нарушением электроснабжения потребителей на значительной территории.

ПАА находится во взаимодействии с релейной защитой и другими средствами автоматического управления в энергосистеме, включая АПВ, АВР, АРВ, АРЧМ, вместе с автоматическим ограничением перетоков и выполняет следующие функции:

* автоматическое предотвращение нарушения устойчивости энергосистемы (АПНУ), автоматическое управление мощностью в целях сохранения устойчивости энергосистемы (АУМСУ);

* автоматическую ликвидацию асинхронного режима (АЛАР)

* автоматическое прекращение асинхронного хода (АПАХ);

* автоматическое ограничение снижения частоты (АОСЧ);

* автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН);

* автоматическое ограничение повышения частоты (АОПЧ);

* автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН);

* автоматическое ограничение перегрузки оборудования (АОПО);

* автоматическая разгрузка оборудования (АРО).

ПАА энергетического района состоит из систем, выполняющих функции (районом может быть энергосистема или её часть, энергообъединение или её часть, как правило, обладающие сильно выраженной зависимостью режимов входящих в них электростанций и сетей). Система ПАА реализуется совокупностью устройств, объединённых единым принципом действия, взаимно координированными параметрами настройки, в ряде случаев- аппаратурно. Система может быть централизованной (с центральным устройством передачи информации объектам) и децентрализованной (без центрального устройства).

При выполнении любой из функций ПАА осуществляет:

* выявление аварийной ситуации;

* определение вида и значения (дозировки) управляющего воздействия (УВ);

* исполнение управляющего воздействия.

Указанные операции могут выполнятся, как отдельными устройствами (пусковыми-ПУ), так и устройствами совмещающими выполнение двух или всех приведенных операций (например, пуско-дозирующее устройство).

При выполнении любой из указанных операций и на стыке между ними могут использоваться устройства телепередачи информации, сигналов и команд управления.

Порядок учёта и оценки работы устройств ПАА при их эксплуатации установлен действующей Инструкцией по учёту и оценке работы РЗА.

Оценка экономической эффективности затрат на создание и эксплуатацию ПАА при сопоставлении вариантов её выполнения должна производиться на основании приведенных затрат, которые рассчитываются с учётом средних годовых издержек, обусловленных как правильной, так и неправильной работой ПАА.

1. Автоматическое повторное включение. Назначение и область применения АПВ

Значительная часть КЗ на воздушных линиях электропередачи вызванных перекрытием изоляции, набросами, схлёстыванием проводов и другими причинами, при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняются. При этом электрическая дуга, возникшая в месте КЗ, гаснет, не успевая вызвать существенных разрушений, препятствующих обратному включению линии под напряжение. Такие самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивыми, Статистические данные о повреждаемости ВЛ за многолетний период эксплуатации показывают, что доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет 50-90%.

Поскольку отыскание места повреждения на ВЛЭП путём её обхода требует длительного времени, а многие повреждения имеют неустойчивый характер, обычно при ликвидации аварийного нарушения режима оперативный персонал производит опробование ВЛЭП обратным включением под напряжение. Эту операцию называют повторным включением. ВЛЭП, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остаётся в работе. Поэтому повторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

Реже на ВЛЭП возникаю такие повреждения, как обрывы проводов, тросов или гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т.д. Такие повреждения не могут самоустраняться, поэтому их называют устойчивыми. При повторном включении ВЛЭП, на которой произошло устойчивое повреждение, вновь возникает КЗ, и она вновь отключается защитой. Поэтому повторное включение линий при устойчивых повреждениях называют неуспешными. Для ускорения повторного включения линий и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются специальные устройства автоматического повторного включения (АПВ). Время действия АПВ составляет от 0,5 до нескольких секунд.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) обязательно применение АПВ на всех воздушных и смешанных, кабеле воздушных линиях напряжением выше 1000 В. АПВ восстанавливает нормальную схему сети и в тех случаях, когда отключение выключателя происходит вследствие ошибок персонала или ложного действия релейной защиты.

Как показывает опыт эксплуатации успешность действия АПВ на ВЛ 110-220 кВ достигает 75-80%, а на линиях 330 кВ-65-70%, 500-750 кВ-около 50%. Наиболее эффективно применение АПВ на линиях с односторонним питанием, так как в этих случаях каждое успешное действие АПВ восстанавливает питание потребителей и предотвращает аварию.

Неустойчивые КЗ возникают не только на ВЛ, но и на шинах подстанций. Поэтому на подстанциях, оборудованных быстродействующими защитами шин, также применяется АПВ, которое производит повторную подачу напряжения на шины в случае их отключения релейной защитой; АПВ шин имеет высокую эффективность, поскольку каждый случай успешного действия предотвращает аварийное отключение целой подстанции или её части.

Устройствами АПВ оснащаются также все одиночно работающие трансформаторы мощностью 1000 кВА и более и трансформаторы меньшей мощности, питающие ответственную нагрузку. Устройства АПВ на трансформаторах выполняются так, чтобы их действие происходило при отключении трансформатора МТЗ. Повторное включение при повреждении самого трансформатора, когда он отключается защитами от внутренних повреждений, как правило, не производится. Успешность действий устройств АПВ трансформаторов и шин так же высока, как и у ВЛ, и составляет 70-90%.

В ряде случаев АПВ используется на кабельных и смешанных кабельно-воздушных тупиковых линиях 6-10-20 кВ. При этом, несмотря на то, что повреждение кабелей бывают, как правило, устойчивыми, успешность АПВ составляет 40-60%. Это объясняется тем, что АПВ восстанавливает питание потребителей при неустойчивых повреждениях на шинах подстанции питаемых кабельной линией, при отключении линии вследствие перегрузки, при ложных и неселективных действиях релейной защиты. Применение АПВ позволяет в ряде случаев упростить схемы релейной защиты и ускорить отключение КЗ в сетях, что также является положительным качеством этого вида автоматики. (ПУЭ, п. 3.3.2.)

2. Требования к схемам АПВ. Классификация схем АПВ

В эксплуатации получили применение следующие виды устройств АПВ:

* трёхфазные, осуществляющие повторное включение трёх фаз выключателя после их отключения релейной защитой;

* однофазные, осуществляющие включение одной фазы выключателя, отключённой релейной защитой при однофазном КЗ;

* комбинированные, осуществляющие включение трёх фаз (при междуфазных КЗ) или одной фазы (при однофазных КЗ).

Трёхфазные устройства АПВ в свою очередь подразделяются на несколько видов: простые (ТАПВ), быстродействующие (БАПВ), с проверкой наличия напряжения (АПВНН), с ожиданием синхронизма (АПВОС), с улавливанием синхронизма (АПВУС).

По виду оборудования, на которое действием устройств АПВ повторно подаётся напряжение, различают АПВ линий, АПВ шин, АПВ трансформаторов.

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

Устройства АПВ, выполненные с помощью специальных релейных схем, называют электрическими, а встроенные в грузовой или пружинный приводы - механическими.

Схемы АПВ в зависимости от конкретных условий могут существенно отличаться одна от другой. Однако все они должны удовлетворять следующим основным требованиям.

1. Схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном отключении выключателя (или выключателей), находящегося в работе. В некоторых случаях схемы АПВ должны удовлетворять дополнительным требованиям, при выполнении которых разрешается пуск АПВ: например при наличии или, наоборот, при отсутствии напряжения, при наличии синхронизма, после восстановления частоты и т.д.

2. Схемы АПВ не должны приходить в действие при оперативном отключении выключателя персоналом, а также в тех случаях, когда выключатель отключается релейной защитой сразу после включения персоналом (т.е. при включении выключателя на КЗ), поскольку повреждения в этих случаях обычно бывают устойчивыми. В схемах АПВ должна также предусматриваться возможность запрета действия АПВ при срабатывании отдельных защит. Так, например, как правило, не допускается действие АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях в них, когда срабатывает газовая или дифференциальная защиты. В отдельных случаях не допускается действие АПВ линий при срабатывании дифференциальной защиты шин.

3. Схемы АПВ должны обеспечивать определённое количество повторных включений, т.е. действие с заданной кратностью. Наибольшее распространение получило АПВ однократного действия. Применяются также АПВ двукратного, а в некоторых случаях и трёхкратного действия.

4. Время действия, как правило, должно быть минимально возможным, для того чтобы обеспечить быструю подачу напряжения потребителям и восстановление нормального режима работы. Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ на линиях с односторонним питанием, принимается 0,3-0,5 с. Вместе с тем в некоторых случаях, когда наиболее вероятны повреждения, вызванные набросами и касания проводов передвижными механизмами целесообразно для повышения успешности АПВ принимать выдержки времени порядка нескольких секунд.

5. Схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в исходное положение готовности к новому действию после включения в работу выключателя, на который действует АПВ.

3. Схема 3-х фазного АПВ однократного действия

Принципиальная схема АПВ для выключателей с электромагнитным приводом приведена на рисунке 1. Для таких выключателей промышленность выпускает комплектное реле типа РПВ-58. В этой схеме реле положения «отключено» РПО и реле положения «включено» РПВ, указывают положение выключателя. Добавочные резисторы, включённые последовательно с ними, предохраняют от ложного включения или отключения выключателя при КЗ в обмотках реле. Для пуска устройства АПВ использован принцип несоответствия положения выключателя и его ключа управления. Рассматриваемая схема применяется при использовании ключа управления с фиксацией. При установки ключа управления в положение «Включено» его контакт 1 остаётся замкнутым до следующей команды. Если при этом выключатель включён, то имеется соответствие между положением ключа управления и выключателем. При включённом выключателе реле РПО обесточено, так как разомкнут вспомогательный контакт выключателя В.1, а реле РПВ находится в сработавшем состоянии, поскольку замкнут вспомогательный контакт В.2. При отключении выключателя от релейной защиты ключ управления остаётся в положении «Включено» (замкнут его контакт 1), обесточивается РПВ и срабатывает реле РПО. Появляется несоответствие между положением ключа управления КУ и выключателем. Происходит пуск устройства АПВ по цепи (+ШУ)-КУ.1-РПО-5-1РВ-1РВ.1-6-(-ШУ). Добавочный резистор 1R.1 при срабатывании реле времени 1РВ вводится в цепь его мгновенным контактом 1РВ.1 для обеспечения термической стойкости реле 1РВ.

При включении выключателя конденсатор С заряжается по цепи (+ШУ)-КУ-7-1R2-С-6-(-ШУ). Пока конденсатор С не зарядится, не может сработать реле устройства АПВ 1РП. Время заряда конденсатора достаточно велико (более 10-15 секунд). По окончанию заряда конденсатора устройство АПВ готово к действию. По истечению установленной выдержки времени 1РВ.2 включает кодовое реле 1РП в цепь разряда конденсатора С. Реле 1РП двухобмоточное, при срабатывании оно самоудерживается своей второй обмоткой и замыкает цепь контактора привода КП: по цепи (+ШУ)-КУ-3-1РП.1-1РП-4-РУ-Н-РБМ.1-В.1-КП-(-ШУ).

Самоудерживание 1РП необходимо потому, что время включения выключателя велико, доходит до 1 с, разряд конденсатора кратковременный, а удержаться в сработанном положении по цепи (+ШУ)-КУ-7-1R2-1РВ.2-1РП-6-(-ШУ) реле не может из-за большого значения зарядного резистора 1R2 (1,1-3,4 МОм). Большое сопротивление 1R2 необходимо для медленного заряда конденсатора чтобы обеспечить блокировку при неуспешном АПВ. При успешном АПВ размыкается В.1, отпадает РПО и возвращается 1РВ и 1РП, начинает заряжаться конденсатор С и, когда заряд закончится, АПВ готово к новому циклу.

При неуспешном АПВ реле РПО снова пускает реле 1РВ, и оно замыкает 1РП на конденсатор С. Но конденсатор ещё не заряжен, 1РП сработать не может, контакт 1РВ.2 замыкая С на 1РП, препятствует дальнейшему заряду С. В таком положении схема остаётся до перевода ключа управления в положение «Отключено». Так обеспечивается однократность действия АПВ. Если выключатель отключается от ключа управления КУ, то цепь пуска АПВ размыкается на ключе управления, а конденсатор С разряжается по цепи С-1R2-7-РПО-5-1РВ-1РВ.1-6.

Блокировка от многократных включений с реле РБМ работает следующим образом. В цепи отключения находится рабочая последовательная обмотка реле РП-232. При протекании тока по цепи отключения реле срабатывает, контактом РБМ.1 разрывает цепь контактора КП, а контактом РБМ.2 включает свою удерживающую обмотку. Эта обмотка термически стойкая и может обеспечивать разрыв цепи включения в течение всего времени, пока она замкнута контактами КУ или РПВ-58. Свободный контакт РБМ.3 обычно используют для шунтирования выходного контакта релейной защиты РЗ. Это делается для того, чтобы исключить разрыв цепи отключения контактами РЗ. Цепь отключения разрывается вспомогательным контактором В.2, так как контакты РЗ не рассчитаны на разрыв этой цепи.

Запрет АПВ осуществляется подачей «минуса ШУ» на разряд конденсатора по цепи (-ШУ)-8-1R3-С.

Ускорение действия релейной защиты, при неуспешном АПВ, происходит подачей сигнала на промежуточное реле ускорения действия защит, по цепи (+ШУ)-КУ-1-1РП.2-2-РПУ.

Рисунок 1 - Схема АПВ с реле РПВ-58

4. АПВ сборных шин

Для подстанции с односторонним питанием, отключение повреждений, на шинах которых обеспечивается защита, установленными на противоположных концах питающих линий или на трансформаторах, повторная подача напряжения на шины осуществляется за счёт действия схем АПВ питающих элементов (линий или трансформаторов).

При наличии на шинах подстанций специальной защиты шин, повторное включение шин, так же как и в схемах с односторонним питанием, можно осуществлять с помощью схем АПВ выключателей питающих присоединений. Схема АПВ при этом выполняется с пуском от несоответствия положения ключа управления и выключателя. В этом случае при срабатывании защиты шин не должно осуществляться блокирование действие АПВ. (ПУЭ, п.п. 3.3.24-3.3.25).

При наличии на подстанции не одной, а нескольких питающих линий целесообразно осуществлять АПВ всех линий, отключившихся при срабатывании защиты шин. С этой целью при срабатывании защиты шин запускаются АПВ всех питающих линий. В случае успешного АПВ первой линии, поочерёдно запускаются все остальные ЛЭП. Если первая линия включилась на устойчивое КЗ, снова срабатывает защита шин, при этом блокируются действия АПВ всех других линий, при этом обеспечивается однократность действия АПВ. АПВ с контролем отсутствия напряжения на линии.

АПВ с контролем отсутствия напряжения на линии осуществляется от системы с больше мощностью, т.к. эта система легче отреагирует на не устранившееся КЗ. АПВ с контролем наличия напряжения на линии.

АПВ с контролем наличия напряжения на линии осуществляется со стороны системы небольшой мощности, т.к. такая система легко синхронизируется с системой большой мощности.

5. АПВ с контролем синхронизма

В ряде случаев для АПВ выключателей линий с двусторонним питанием требуется проверять синхронность напряжений на вводах включаемого от устройства АПВ выключателя. Для контроля синхронности напряжений промышленность выпускает реле контроля синхронизма РН-55. (рисунок 2) Реле имеет две обмотки, каждая из которых состоит из двух секций-внутренней, находящейся у магнитопровода, и внешней, намотанной сверху внутренней секции другой обмотки. Обе секции каждой обмотки имеют одинаковое количество витков и включены последовательно. Каждая обмотка включается на одно из синхронизуемых напряжений через добавочные резисторы. Параметры обмоток и их полярность подобраны так, что при подаче на обе обмотки совпадающих по фазе номинальных напряжений магнитные потоки их взаимно уничтожаются и электромагнитный момент на подвижной системе реле равен нулю. Шкала реле градуируется в градусах угла сдвига между номинальными напряжениями обмоток, от 20о до 40о. Номинальные напряжения могут быть 30 - 60 - 100 В (рисунок 3). Со стороны подстанции реле включается на шинный трансформатор напряжения, со стороны линии реле может включаться через специальные устройства отбора напряжения, измерительные обкладки трансформаторов тока и вводов выключателей, на конденсаторы связи, применяемые для высокочастотной защиты, связи, телеуправления и телеизмерения.

Рисунок 2 - Схема реле синхронизации

Рисунок 3 - Синхронизация через 30о (90о - 105о - 120о). Синусоиды 1 и 2.

противоаварийный трехфазный реле

6. АПВ после АЧР (ЧАПВ)

При восстановлении частоты в энергосистеме целесообразна установка ЧАПВ на всех объектах, где есть устройства АЧР. Особенно важно устанавливать устройства ЧАПВ на наиболее ответственных потребителях, подключённых к последним очередям АЧР, а также на потребителях отключаемых первыми очередями АЧР, действие которых при кратковременных неглубоких снижениях частоты наиболее вероятно. Установка ЧАПВ целесообразна у потребителей, питающихся от подстанций без дежурного персонала и не оснащённых устройствами телеуправления. ЧАПВ выполняется несколькими очередями. Их уставки по частоте в диапазоне 49,2-50 Гц.

Начальная уставка по времени 10-20 с, конечная уставка по времени принимается различной в зависимости от местных условий энергосистемы. Минимальный интервал по времени смежных очередей ЧАПВ в пределах энергосистемы или отдельного узла выбирается около 5 с. Нагрузка, подключаемая к устройствам ЧАПВ, распределяется по очередям примерно равномерно.

Очерёдность подключения потребителей устройствами ЧАПВ-обратная очерёдности их отключения устройствами АЧР. При включении одной очередью нескольких выключателей их включение производится поочерёдно с интервалом в одну секунду, для облегчения работы источников оперативного тока.

Для предотвращения возможности возникновения повторяющегося снижения частоты после работы ЧАПВ, эти устройства выполняются однократного действия, т.е. если после работы устройств ЧАПВ частота в энергосистеме начала снижаться, вторичной работы устройств ЧАПВ после восстановления частоты не должно происходить, (схемы АЧР, ЧАПВ, устройство реле частоты подробно изучаются в курсе РЗиА).

Литература

1. Иньков Ю.М. Электротехника и электроника: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / Б.И. Петленко, Ю.М. Иньков, А.В. Крашенинников. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 368c.

2. Колистратов М.В. Электротехника и электроника: электротехника на оборудовании National Instruments: Лабораторный практикум / М.В. Колистратов, Л.А. Шапошникова; Под ред. Л.А. Шамаро. - М.: ИД МИСиС, 2012. - 79c.

3. Кузовкин В.А Теоретическая электротехника / В.А Кузовкин. - М.: Логос, 2006. - 480c.

4. Кузовкин В.А. Электротехника и электроника: Учебник для бакалавров / В.А. Кузовкин, В.В. Филатов. - М.: Юрайт, 2013. - 431c.

Размещено на Allbest.ru