Лекція 6-10. Лекція 6 джерела оперативного струму пристрої автоматики, управління, сигналізації, а також релейного захисту для роботи потребують живлення
 Скачать 1.17 Mb.
|
|
Лекція 6 ДЖЕРЕЛА ОПЕРАТИВНОГО СТРУМУ Пристрої автоматики, управління, сигналізації, а також релейного захисту для роботи потребують живлення від зовнішніх джерел електричної енергії. Ці джерела називають джерелами оперативного струму. На практиці застосовують джерела змінного та постійного оперативного струму. Оскільки джерела оперативного струму визначають працездатність пристроїв автоматики, управління, релейного захисту до них пред‘являють підвищені вимоги щодо надійності функціонування. Найбільш надійними джерелами оперативного струму є джерела постійного оперативного струму. Як правило, джерелами постійного оперативного струму є акумуляторні батареї. Основною перевагою цього оперативного струму є незалежність їх від режиму роботи силового обладнання електричних станцій та підстанцій, тобто навіть при повному зникненні змінної напруги на електричній станції чи підстанції, пристрої автоматики, управління, а також релейного захисту продовжуватимуть функціонувати. Крім цього, акумуляторні батареї можуть витримувати значні короткочасні перевантаження, що особливо важливо при виникненні аварійних ситуацій, коли одночасно працює декілька пристроїв захисту, автоматики та систем управління, які сумарно споживають значну кількість електроенергії. Принципова схема організації постійного оперативного струму наведена на рис. 6.1.  Рис. 6.1. Принципова схема постійного оперативного струму Джерелом оперативного струму є акумуляторні батареї Б1 та Б2. Для підзарядки акумуляторних батарей призначені спеціальні зарядні пристрої ЗП1 та ЗП2, які живляться від джерел змінного струму. На схемі (рис. 6.1) зображене джерело постійного оперативного струму з двома акумуляторними батареями, які підвищують надійність функціонування джерела в цілому. При допомозі перемикача SAздійснюється перемикання на живлення від батареї Б1 чи Б2. Від шинок оперативного струму (+) та (–) здійснюється живлення пристроїв автоматики, управління, релейного захисту (на схемі А1 – AN). Поряд з очевидними перевагами джерела постійного оперативного струму мають ряд недоліків, основними з яких є: – висока вартість акумуляторних батарей; – потреба в спеціальному приміщенні для розміщення акумуляторних батарей; – складність організації мережі постійного струму на значній території електричної станції чи підстанції; – необхідність в висококваліфікованому обслуговуючому персоналі. Тому схеми постійного оперативного струму застосовують на об‘єктах з постійно присутнім оперативним персоналом - на електричних станціях та потужних підстанціях. Як правило, застосовують схеми постійного струму на напруги ± 220 В, ±110 5, зрідка ± 24 В або ± 48 В. На потужних електростанціях та підстанціях застосовують дві однакові акумуляторні батареї, а на підстанціях меншої потужності встановлюється одна батарея. Цей вид оперативного струму недоцільно застосовувати на підстанціях напругою 110 кВ та нижче, де, як правило, відсутній оперативний персонал. На цих підстанціях у більшості випадків застосовують джерела змінного або випростованого оперативного струму. Для отримання випростуваного оперативного струму застосовують спеціальні випростувальні пристрої, які можуть живитись від вторинних кіл трансформаторів струму, вторинних кіл трансформаторів напруги або від мережі власних потреб підстанції. Принципова схема організації випростуваного оперативного струму наведена на рис. 6.2. Випростуваний оперативний струм отримується від випрстувальних блоків UGA, UGV, які випростують змінний струм, отриманий відповідно від вторинних кіл трансформаторів струму TA1, ТА2 та від вторинних кіл трансформаторів напруги або власних потреб підстанції.  Рис. 6.2. Принципова схема організації випростуваного оперативного струму Блоки живлення UGA, які приєднуються до вторинних кіл трансформаторів струму, складаються з проміжного швидконасичувального трансформатора TLA(рис. 6.3а), двохпівперіодного випростувача VD. Для забезпечення ферорезонансної стабілізації послідовно до вторинної обмотки проміжного трансформатора приєднаний дросель L та ємність С. Ферорезонанс виникає в контурі: вітка намагнічення проміжного трансформатора TLA– дросель L – ємність С. Вхідна характеристика блоку UGAз врахуванням ефекту ферорезонансу наведена на рис. 6.3б. Як видно з рис. 6.3б за рахунок ферорезонансу напруга блоку змінюється незначно при зміні струму (крива 1). Якщо б в схемі не використовувався ефект ферорезонансу, то залежність напруги від струму мала б вигляд 2, тобто в залежності від навантаження напруга б змінювалась в значному діапазоні.  6.3. Принципова схема а) та вхідна характеристика струмового випростуваного блоку UGA Напруговий блок живлення UGV(рис. 6.2) під‘єднується до вторинних кіл трансформатора напруги TVабо до мережі власних потреб підстанції. Принципова схема напругового випростуваного блоку наведена на рис. 6.4.  Рис. 6.4. Принципова схема напругового випростуваного блоку UGA Цей пристрій складається з проміжного трансформатора TLV, селенового трифазного випростувального моста VS, з якого знімається випростувальна напруга. Для підвищення надійності на підстанціях застосовують комбіновані схеми отримання випростувального струму – одночасно використовують як струмові UGA, так і на пругові UGVвипростувальні блоки. На стороні випростуваного струму ці блоки вмикаються паралельно (рис. 6.2). В залежності від потужності промисловістю виготовляються та знаходяться в експлуатації різні типи випростувальних блоків. Наприклад, БПТ-11 – випростувальний блок, який призначений для приєднання до вторинних кіл трансформаторів струму, навантаження, яке можна приєднувати на стороні випростуваного струму складає 20 – 25 Вт; БПН-11 випростуваний блок, який живиться від кіл напруги, потужністю 20 – 25 Вт. Аналогічні блоки БПТ-1001, БПН-1001 можуть живити навантаження потужністю 500 – 1200 Вт. На практиці досить часто застосовують разом з джерелами випростуваного оперативного струму конденсатори (рис. 6.5).  Рис. 6.5. Принципова схема з використанням енергії конденсатора В такій схемі в доаварійному режимі конденсатори С1 та С2 попередньо заряджаються від випростувального блоку UGV. Після виникнення пошкодження і спрацюванні пристроїв релейного захисту (наприклад, спрацювали вихідні реле захистів KL1 або KL2 (на схемі обмотки цих реле не показані), замикаються контакти вихідних реле захистів KL1 або KL2. Після цього конденсатори С1 або С2 розряджаються на електромагніти вимкнення вимикачів YAT1 або YAT2 – вимикач пошкодженого приєднання вимкнеться. Конденсатори підбираються таким чином, що їхньої енергії достатньо для спрацювання електромагнітів вимкнення YAT1, YAT2. Діоди VD1 та VD2 призначені для того, щоб конденсатори С1 та С2 розряджались тільки на свої елементи і не розряджались на суміжні. Суттєвою перевагою такої схеми є те, що навіть при повній втраті живлення на підстанції, управління обладнанням підстанції буде здійснюватись за рахунок енергії попередньо заряджених конденсаторів. Найбільш простими та дешевими джерелами оперативного струму є безпосередньо трансформатори струму, які встановлені на підстанції. На практиці знайшли застосування дві схеми отримання змінного оперативного струму: – схема безпосереднього живлення змінним струмом оперативних кіл від основних трансформаторів струму підстанції (рис. 6.6); – схема живлення змінним струмом оперативних кіл від проміжних трансформаторів струму TLT(рис. 6.7). YAT  Рис. 6.6. Схема безпосереднього живлення змінним оперативним струмом Схема, наведена на рис. 6.6 працює наступним чином. В нормальному режимі електромагніт вимкнення вимикача YATзашунтований нормально замкненими контактами реле KA– через нього струм практично не протікає. Після виникнення к.з на лінії струм в лінії різко зросте, зросте він і у вторинній обмотці трансформатора струму TAі, коли він зросте до величини, достатньої для спрацювання реле KA, останнє спрацює і розімкне свій контакт. Після цього вторинний струм від трансформатора струму буде протікати в колі послідовно з‘єднаних обмоток реле KAта електромагніту вимкнення YAT. Електромагніт спрацює – вимикач пошкодженої лінії Q вимкнеться. YAT  Рис. 6.7. Схема змінного оперативного струму з застосуванням проміжного трансформатора струму TLT Схема, наведена на рис. 6.7, працює наступним чином. Під час к.з. зростає струм в лінії і відповідно у вторинній обмотці трансформатора струму ТА. Коли він досягне значення, достатнього для спрацювання реле КА, реле спрацює і замкне коло живлення електромагніта вимкнення YATвід проміжного трансформатора струму TLT. Первинна обмотка проміжного трансформатора струму TLTобтікається тим самим струмом, що і обмотка реле КА – вторинним струмом трансформатора струму ТА. Електромагніт YATспрацює і вимикач Qвимкнеться. Хоча схема, наведена на рис. 6.6 є більш простою у порівнянні з схемою, наведеною на рис. 6.7, вона має суттєвий недолік – потребує струмового реле КА з потужними контактами, здатними комутувати коло з значними струмами. Лекція 7 ЗАХИСТ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕСИЛАННЯ 7.1. Пошкодження та особливі режими ліній електропересилання В електроенергетичних системах найбільша кількість пошкоджень припадає на лінії електропересилання. До основних пошкоджень ліній електропересилання належать: – міжфазні короткі замикання – трифазні ( K(3) ) та двофазні ( K(2) ); – однофазні короткі замикання в мережах з ефективнозаземленою нейтраллю (K(1) ); – двофазні короткі замикання на землю в мережах з ефективнозаземленою нейтраллю ( K(1,1) ); – однофазні замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю (Kз(1) ). Міжфазні к.з., двофазні к.з. на землю та однофазні к.з. в мережах із ефективнозаземленими нейтралями супроводжуються значним рівнем струмів, що зумовлює додаткові механічні навантаження на лінію, а також перегрівання провідників. Це може призвести до фізичних пошкоджень лінії та виходу її з ладу. Крім того, такі пошкодження супроводжуються пониженням напруги на підстанціях, що може бути причиною порушення динамічної стійкості енергосистеми. Тому при виникненні таких пошкоджень захисти повинні діяти з мінімально можливою витримкою часу на вимкнення пошкодженої лінії. У мережах з ізольованою нейтраллю при виникненні однофазних замикань на землю рівень струмів замикання незначний – від кількох ампер до кількох десятків ампер (згідно з “Правилами влаштування електроустаткування” (ПВЕ) допускається струм замикання до 30 А для мереж 6 кВ, для мереж 35 кВ – до 10 А. При більших значеннях струмів необхідно встановлювати струмообмежувальні котушки). Але при виникненні таких пошкоджень можуть виникати ферорезонансні явища, для яких характерним є значне підвищення напруги (до чотирьох крат від номінальної), що може спричиняти пробій ізоляції обладнання. Під час цього явища, як правило, насамперед з ладу виходять трансформатори напруги (згідно з статистичними даними за рік виходить з ладу до 10 % трансформаторів напруги) та можуть пошкоджуватись кабелі. Крім того, є небезпека ураження струмом людей та тварин. Тому в мережах, які живлять промислові підприємства, умови функціювання яких підвищують небезпеку ураження електричним струмом людей (шахти, кар’єри, торфорозробки тощо) захисти від таких пошкоджень повинні діяти з мінімально можливою витримкою часу на вимкнення пошкодженої ділянки. У всіх інших випадках захист від однофазних замикань на землю може діяти на сигнал. Під час розвитку аварій можливі переходи одного виду пошкодження в інші. Здебільшого пошкодження супроводжуються горінням дуги. Дуга має активний опір, який змінюється під час розвитку аварії. Величина цього опору може бути наближено визначена з виразу  де Lдуги– довжина дуги в метрах; Iдуги– струм дуги в амперах. У перший момент часу опір дуги мінімальний і струм максимальний. Під час розвитку аварії довжина дуги зростає, збільшується опір дуги (до 5–20 Ом) і, як наслідок, струм зменшується. При цьому можливе переміщення дуги по струмоведучих частинах. Так, швидкість переміщення дуги по шинах може становити до 30 м/с. Як свідчить досвід експлуатації, залежно від загальної кількості пошкоджень, види пошкоджень розподіляються так: – трифазні к.з. – 5 %; – двофазні к.з. – до 30 %; – однофазні к.з. – до 65 %. До особливих режимів ліній електропересилання належать: – перевантаження; – асинхронний хід; – синхронні хитання. Перевантаження ліній виникають у разі збільшення навантаження, або під час виникнення зовнішніх к.з. Під час перевантажень відбувається перегрівання провідників лінії та понижується напруга на підстанціях, хоча не такою мірою, як під час виникнення багатофазних к.з. Тому захисти від перевантажень повинні діяти з витримкою часу на вимкнення перевантаженої лінії. Асинхронний хід та синхронні хитання виникають, як правило, під час значних збурень в енергосистемі – вимкнення значних генеруючих потужностей, вимкнення зовнішніх к.з., увімкнення потужного навантаження тощо. Ці режими супроводжуються періодичними коливаннями координат режиму з значними амплітудами (за деяких умов рівень струмів у лінії під час асинхронного ходу може бути більшим, ніж під час к.з.). Ліквідація цих режимів здійснюється спеціальними пристроями автоматики. Пристрої захистів, навпаки, не повинні працювати під час виникнення цих особливих режимів та не діяти на вимкнення ліній. 7.2. Струмові захисти ліній з одностороннім живленням Струмові захисти – це захисти з відносною селективністю, які реагують на струм – тому і назва “струмові”. Залежно від способу забезпечення селективності є три види струмових захистів: – максимальний струмовий захист (МСЗ); – струмова відсічка (СВ); – струмова відсічка з витримкою часу. У максимальному струмовому захисті селективність забезпечується вибором часу спрацювання, в струмовій відсічці селективність забезпечується вибором струму спрацювання, у струмовій відсічці з витримкою часу – вибором струму та часу спрацювання. Струмові захисти застосовуються для захисту ліній до 35 кВ включно від міжфазних к.з., при цьому для мереж 6 та 10 кВ вони є основними. Для мереж вищого класу напруг струмові захисти використовуються в основному для захисту ліній від однофазних к.з. на землю, а також резервують дію основних захистів від міжфазних к.з. 7.2.1. Максимальний струмовий захист Принципова схема МСЗ показана на рис. 7.1. Вимірним органом МСЗ є максимальне струмове реле КА, яке спрацьовує при збільшенні струму у первинному колі (і відповідно у вторинному) до рівня струму спрацювання реле – уставки реле. Реле КА спрацьовує, замикає свої контакти і подає живлення на обмотку реле часу КТ, яке слугує для внесення затримки у спрацюванні захисту. Це необхідно для забезпечення селективної роботи МСЗ. Реле часу спрацьовує та з витримкою часу подає живлення на обмотки вказівного реле КН та проміжного реле КL. Вказівне реле КH слугує для сигналізації про спрацювання даного захисту. Це реле залишається у спрацьованому стані навіть після припинення живлення його обмотки, тобто після повернення схеми у попередній стан після спрацювання. Якір реле може бути повернений у вихідне положення тільки вручну. Це необхідно для того, щоб обслуговуючий персонал міг встановити, який саме захист спрацював, тому що вся схема після вимкнення пошкодження повернеться у вихідний стан. Реле КL призначене для розмноження контактів (якщо потрібно комутувати одночасно декілька кіл) та для комутації кіл із значними струмами. Наприклад, для спрацювання електромагніту вимкнення вимикача 10 кВ потрібне протікання струму 1–4 А. Тому реле КL виконуються з потужними контактами. Після спрацювання проміжного реле КL подається живлення на електромагніт вимкнення вимикача YАТ, електромагніт спрацьовує, вимикач Qвимикається. Щоб запобігти згорянню котушки електромагніту вимкнення YATза рахунок протікання по ній струму після вимкнення к.з., що може відбуватись при залипанні контактів проміжного реле KL, послідовно в колі живлення електромагніту YATпередбачені блок-контакти вимикача Q. Ці блок-контакти розмикаються під час вимкнення вимикача.   Рис. 7.1. Принципова схема МСЗ Розрахунок МСЗ зводитъся до:
Крім розрахунку основних параметрів спрацювання МСЗ здійснюється перевірка трансформаторів струму, а також перевірка термічної стійкості лінії під час протікання струму к.з. протягом вибраного часу спрацювання МСЗ. Параметрами спрацювання МСЗ є струм та час спрацювання. Вибір часу спрацювання МСЗ МСЗ можна виконувати з незалежною або залежною від величини струму витримкою часу. Селективність МСЗ А1 та А2 (рис. 7.2) забезпечується у випадку, коли час спрацювання МСЗ, розташованого ближче до джерела живлення, у цьому випадку захисту А7, буде більшим від часу спрацювання захисту більш віддаленого від джерела живлення - захисту А2, на величину At, яка називається ступенем селективності. Ця умова буде забезпечуватись, коли  де t1з t2 - час спрацювання відповідно захистів A1 та А2. У випадку к.з. на лінії Л2 (рис. 7.2) спрацьовують вимірні органи двох захистів - А1 та А2, але за рахунок того, що час спрацювання захисту А2 є меншим від часу спрацювання захисту А], швидше спрацює захист А2 і подіє на вимкнення пошкодженої лінії Л2. Після вимкнення к.з. вимірний орган захисту А1 повертається у вихідний стан і не пошкоджена лінія Л1 не вимкнеться. Ступінь селективності залежить від таких факторів:  де tq2 - час спрацювання вимикача Q2 (0,05-0,3 с); tn1, tn2 - похибки у часі дії захистів А1 та А2 відповідно ( для реле серії РТ-80 похибка становить 0,05-0,1 с, для реле РТВ - 0,3 с для незалежної частини характеристики та 0,8-1 с для залежної частини характеристики); tiн1 - інерційна похибка в дії захисту A1, якщо він виконаний на основі індукційного реле, яке внаслідок сили інерції деякий час продовжує працювати навіть після вимкнення к.з. захистом А2 на попередньому елементі (лінія Л2). Значения ∆tзнаходиться в межах 0,4-1 с при застосуванні електромеханічних та напівпровідникових реле. Під час застосування цифрових захистів ступінь селективності можна зменшити до 0,3 с. Якщо захист попереднього елемента (для лінії Л1 попереднім елементом є лінія Л2, рис. 7.2) виконаний без витримки часу, то ∆tприймається 0,4 с. Це ж значения ∆tможна приймати при застосуванні в схемі захисту реле часу типу ЭВ-120 (шкала 3,5 с) та ЭВ-110 (шкала до 1,3 с). Якщо в захистах, які узгоджуються, застосовуються реле часу типу ЭВ-130, ∆tприймається 0,6 с. Для захистів з реле типу РВМ-12 та РВМ-13 ∆t=0,5-0,6 с.  Рис. 7.2. Вибір витримок часу спрацювання МСЗ Отже, вибір часу спрацювання максимальних струмових захистів послідовних ділянок мережі (рис. 7.2) здійснюється за ступінчастим принципом. Починається вибір із найвіддаленішої від джерела живлення ділянки. Час спрацювання МСЗ цієї ділянки вибирається на ступінь селективності більшим від максимального часу спрацювання захисту елементів, які живляться від підстанції, яку своєю чергою живить дана лінія. Час спрацювання МСЗ наступної ділянки вибирають на ступінь селективності більшим від часу спрацювання захисту попередньої ділянки. Тобто час спрацювання МСЗ елементів збільшується в міру наближення до джерела живлення. Отже, при виборі часу спрацювання МСЗ необхідно користуватись таким правилом: час спрацювання наступного елемента (ближчого до джерела живлення) вибирається на ступінь селективності більшим від часу спрацювання попереднього елемента (більш віддаленого від джерела живлення). Крім МСЗ з незалежною витримкою часу на практиці застосовують МСЗ із залежною витримкою часу. На відміну від МСЗ з незалежною витримкою часу в МСЗ із залежною витримкою часу час спрацювання залежить від величини струму. Так, під час к.з. в різних місцях лінії, яка захищається, час спрацювання МСЗ з залежною витримкою часу буде різний. Для цього використовують спеціальні реле, наприклад, реле серії РТ-80, цифрові реле з залежною характеристикою, в яких, чим більший струм, тим менший час спрацювання. Вибір витримок часу із залежною від струму характеристикою здійснюється так (рис. 7.3). Будують залежну характеристику часу спрацювання від струму в реле для більш віддаленої ділянки, в даному випадку МСЗ А2. На цій характеристиці по осі абсцис відкладають значения струму в реле під час к.з. на початку лінії Л2 (точка К2) IрК2. Для цього струмузнаходять час спрацювання реле МСЗ А2 (на кривій рис. 7.3 точка А). До цього часу t2додають час, що дорівнює ступеню селективності At, отримують точку Б. Після цього вибирають характеристику реле МСЗ A1, яка повинна проходити через точку Б. Під час вибору значения ступеня селективності ∆tнеобхідно користуватися такими правилами. Якщо захисти з залежною витримкою часу виконані на реле РТ-80 чи РТ-90, ∆tприймається 0,6 с, якщо на реле РТВ - ∆t=0,7 с.  Рис. 7.3. Вибір витримки часу МСЗ із залежною характеристикою У випадку, коли узгодження захистів за часом здійснюється за струмами у залежній частині часових характеристик реле, то ∆tдля реле РТВ приймається 1 с.  Рис. 7.4. Характеристики ви три мок часу МСЗ із залежною від струму витримкою часу У МСЗ із залежною витримкою часу час спрацювання залежить від струму. Тому в міру наближення до джерела живлення із збільшенням струму к.з. час спрацювання є дещо меншим, ніж при застосуванні МСЗ із незалежною характеристикою витримки часу. Це ілюструється на рис. 7.4. Вибір струму спрацювання Уставка МСЗ за струмом вибирається з умови забезпечення таких вимог:
Струм спрацювання МСЗ вибираетъся з умови відлагодження від робочого максимального струму лінії. Як правило розрахунковими є післяаварійні режими, які супроводжуються значними перевантаженнями. Так, під час к.з. на лінії Л2 (рис. 7.2) спрацьовують пускові органи захистів А1 та А2. Після селективного вимкнення цього пошкодження захистом А2 пусковий органе/ повинен повернутись у вихідне положения. Тому струм повернення пускового органа МСЗ А1 повинен бути більшим від струму, який протікає через лінію Л1 після вимкнення пошкодження захистом А2. Під час к.з. понижується напруга на шинах підстанції і двигуни, які живляться від цієї підстанції, загальмовуються. Після вимкнення к.з. та відновлення напруги на шинах підстанції двигуни починають самозапускатись. При цьому в лінії Л1 (рис. 7.2), яка живить підстанцію, зростає струм, що досягає значения, більшого від робочого максимального струму - струм самозапуску ІсамозапусКу (рис. 7.5). |