Релейная защита. УМК. Релейная защита. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения учебнометодический комплекс

• Название: Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения учебнометодический комплекс
• Анкор: Релейная защита. УМК.doc
• Дата: 28.04.2017
• Размер: 12.1 Mb.
• Имя файла: Релейная защита. УМК.doc
• Тип: Учебно-методический комплекс; #6200
• страница: 9 из 16

Раздел 6. Устройства автоматики электрических сетей

В разделе рассматриваются две темы:

- автоматическое повторное включение (АПВ);

- автоматическое включение резерва (АВР).

Для закрепления теоретического материала по темам этого раздела предусмотрено проведение практического занятия «АПВ и АВР в распределительной сети» и двух лабораторных работ:

- Моделирование работы автоматики в программно-логической модели терминала ТЭМП 2501;

- Изучение системы централизованного АПВ и АВР подземной части системы электроснабжения угольной шахты.

В результате проработки материала этого раздела завершается выполнение курсовой работы.

После проработки теоретического материала следует ответить на вопросы тренировочного теста № 6. Правильные ответы на вопросы тренировочных тестов приведены на с. 217. При появлении затруднений по тестовым заданиям следует обратиться к теоретическому материалу [1] или проконсультироваться у преподавателя.

При эффективной проработке материала данного раздела можно набрать с учетом выполнения курсовой работы 32 балла из 100 возможных.
6.1. Автоматическое повторное включение

6.1.1. Автоматическое повторное включение линий

Системы электроснабжения (СЭС) представляют собой сложные энергетические комплексы, состоящие из десятков подстанций, линий и огромного количества разнотипных потребителей электроэнергии. Управление такими комплексами представляет собой большие трудности. Следует учитывать и такую особенность энергосистем и систем электроснабжения как непрерывность выработки электрической энергии – в каждый момент времени необходимо вырабатывать столько, сколько требуется потребителю.

Кроме количественного требования к продукции СЭС предъявляются весьма высокие требования в отношении качества. Такие качественные показатели электроэнергии как частота и напряжение должны поддерживаться на строго заданном уровне. Весьма существенно требование в отношении надёжности и бесперебойности электроснабжения, поскольку имеются потребители, которые не допускают даже кратковременного перерыва в электропитании. Всем этим требованиям, а также требованию экономичности производства электроэнергии невозможно удовлетворить без широкого использования средств автоматизации в СЭС.

Опыт эксплуатации электрических сетей показывает, что в большинстве случаев КЗ, вызванные нарушением изоляционных свойств воздушных промежутков, успешно самоликвидируются после снятия напряжения. Это объясняется способностью воздуха восстанавливать свои изоляционные свойства после погашения электрической дуги в месте пробоя. Следовательно, можно восстановить нормальную работу сети, выполнив следующие операции:

- отключить поврежденную линию от источника питания и оставить ее на некоторое время без напряжения;

- после паузы, в течение которой происходит деионизация среды в месте возникновения КЗ, подать напряжение на отключенную линию.

Отключение поврежденной линии, трансформатора, шин и т. д. осуществляется релейной защитой. Их повторное включение может быть выполнено как вручную, так и средствами автоматики. Комплекс автоматики, обеспечивающий повторное включение линии (трансформатора, шин и т. д.) называется устройством автоматического повторного включения (АПВ).

Согласно требованиям ПУЭ АПВ должно предусматриваться:

- на воздушных и кабельно-воздушных линиях;

- шинах электростанций и подстанций;

- трансформаторах с запретом действия при срабатывании защит от внутренних повреждений;

- ответственных электродвигателях.

Если после повторного включения элемент системы электроснабжения остается в работе, то говорят, что цикл АПВ был успешным, если отключается вновь, то цикл АПВ был неуспешным.

Опыт эксплуатации АПВ на линиях показывает, что приблизительно в 65÷70% случаев действие АПВ является успешным. Это означает, что в большинстве аварийных случаев действием АПВ линии сохраняются в работе.

Устройства АПВ выполняются однократными и многократными. В многократных АПВ цикл повторного включения осуществляется несколько раз. Из многократных АПВ обычно используются двукратные и трехкратные циклы АПВ. Эффективность последующих циклов АПВ ниже, чем эффективность первого цикла (однократного АПВ). Так, статистические данные показывают, что успешность восстановления линии в работе за счет второго цикла составляет около 15 %, а третьего – около 2 %. В энергосистемах России наибольшее распространение получило АПВ однократного действия.

За счет многократного действия успешность АПВ повышается. Однако необходимо иметь в виду, что осуществление многократного АПВ усложняет схему автоматики и утяжеляет режим работы выключателей. Даже при однократном цикле АПВ выключатель работает в более тяжелых условиях, чем в режиме обычного отключения. В масляных выключателях под действием электрической дуги, возникающей между контактами выключателя в режиме отключения, масло в дугогасительной камере в какой-то степени теряет свои изоляционные свойства. Ухудшение свойств масла сказывается на отключающей способности выключателя в цикле неуспешного однократного АПВ. В случае многократного АПВ ухудшение свойств масла проявляется в большей степени.

В воздушных и элегазовых выключателях с воздушным приводом готовность к повторному включению определяется давлением воздуха в резервуаре. При установке устройства АПВ однократного или многократного действия должны быть предусмотрены запасы сжатого воздуха для обеспечения действия выключателя в нескольких циклах, а также технологическая автоматика, контролирующая давление элегаза и запас энергии привода.

В цикле АПВ линия некоторое время находится без напряжения. С точки зрения потребителей, а также устойчивости параллельной работы энергосистемы, время отключенного состояния линии желательно иметь наименьшим. Для этого повторное включение должно осуществляться как можно быстрее. В то же время длительность отключенного состояния линии должна быть достаточной для деионизации среды в месте повреждения. Опытным путем установлено, что минимальное время деионизации электрической дуги при снятии напряжении с линии составляет, в частности, для ЛЭП-110 кВ 0,150,2 с. Поэтому повторное включение линии под напряжение должно производится не ранее указанного времени.

Время включения масляных выключателей составляет 0,51,2 с. Таким образом, собственного времени включения масляного выключателя вполне достаточно для деионизации среды в месте повреждения линии. Время включения быстродействующих воздушных и элегазовых выключателей меньше времени деионизации, и это необходимо учитывать при настройке устройств АПВ.

Обычно подачу импульса на включение выключателя при однократном АПВ осуществляют с задержкой в 0,32,0 с. Отсчет времени задержки начинается с момента отключения выключателя. Время задержки при двукратном АПВ может составлять 1015 с. В течение этой паузы линия находится без напряжения. В случае трехкратного АПВ время третьей паузы доходит до 60120 с.

Учитывая высокую эффективность автоматического повторного включения, ПУЭ предусматривается обязательная установка АПВ на линиях всех напряжений.
6.1.2. Основные варианты устройств АПВ

В зависимости от конкретных условий используются различные варианты устройств АПВ. Чаще всего на ЛЭП происходят однофазные КЗ. Двухфазные, а тем более трехфазные КЗ происходят значительно реже. В случае однофазного КЗ имеет смысл отключать, а затем повторно включать только поврежденную фазу. Автоматические устройства, которые выполняют такой селективный цикл, называются устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Из-за необходимости выбора поврежденной фазы схема ОАПВ усложняется. К тому же для его реализации необходимо иметь выключатели с раздельным приводом фаз. Многие выключатели такого привода не имеют. Поэтому значительно чаще применяется трехфазное автоматическое повторное включение (ТАПВ), при котором независимо от числа поврежденных фаз отключаются, а затем повторно включаются все три фазы одновременно.

Существенное влияние на устройство АПВ оказывает схема питания линии. С этих позиций различают линии с односторонним и двусторонним питанием. На линиях с двусторонним питанием дополнительные усложнения возникают из-за необходимости соблюдения синхронности работы источников питания по концам линии. Для этого применяют устройства АПВ с ожиданием или улавливанием синхронизма (АПВОС или АПВУС).

В некоторых случаях синхронность работы возможно восстановить за счет сочетания автоматического повторного включения с самосинхронизацией генераторов. Комплекс автоматики, осуществляющий такой цикл, сокращенно обозначают АПВС.

Следует иметь в виду, что элементы автоматики по контролю или улавливанию синхронизма затягивают цикл повторного включения. Поэтому применять эти типы АПВ следует только в случаях действительной необходимости.

При использовании быстродействующих выключателей весь цикл отключения поврежденной линии с последующим повторным включением может быть осуществлен весьма быстро. Такое АПВ называется быстродействующим (БАПВ). За короткий промежуток времени нарушения связи между источниками питания последние, как правило, не выходят из синхронизма, в связи с чем в схемах БАПВ не требуется иметь дополнительные элементы по контролю или улавливанию синхронизма.

Если сопротивление линии связи между источниками питания велико, то при повторном включении допустимо несинхронное включение. Расчетным путем определяются условия, при которых части энергосистемы входят в синхронизм. Такое включение осуществляется с помощью несинхронного АПВ.

Наиболее простыми являются схемы АПВ однократного действия для линий с односторонним питанием. В зависимости от принципа пуска различают схемы АПВ с пуском от релейной защиты и с пуском от несоответствия положения ключа управления и выключателя. Особую разновидность составляют устройства АПВ для выключателей с пружинным или грузовым приводом. Для этих выключателей применяются так называемые механические устройства АПВ.
6.1.3. Схема АПВ с пуском от релейной защиты.

В случае однократного АПВ допускается единственное повторное включение. Если такое включение не приводит к восстановлению нормальной работы, то линия должна отключаться. Последующих включений не должно быть. При ручном отключении линии автоматическое повторное включение не допускается.

В схемах АПВ с пуском от релейной защиты программа однократного действия автоматики осуществляется с помощью реле времени КТ2 с проскальзывающим контактом (рис. 6.1).

С
Рис. 6.1. Схема АПВ с пуском

от релейной защиты
хема работает следующим образом. При повреждении на линии срабатывает релейная защита, которая подает сигнал на отключение выключателя. Последовательно с катушкой отключения YАТ включено промежуточное реле КТ1 так, что при подаче сигнала на отключение это реле срабатывает и запускает схему повторного включения – реле KL1 (контактом КТ1.2), КТ2 (контактом КL1.3) и KL2 (проскальзывающим контактом КТ2.2с задержкой на включение). Реле времени КТ2 является программным устройством схемы, обеспечивающим однократность действия АПВ. Оно имеет три пары контактов. Контакты КТ2.1 предусмотрены для его самоудерживания. Проскальзывающий контакт КТ2.2, замыкающийся с выдержкой времени t₂,создает импульс на повторное включение. Выдержка времени t₃ замыкания КТ2.3 больше выдержки времени t₂ замыкания второго контакта КТ2.2. Реле времени возвращается в исходное положение только после замыкания контакта КТ2.3, т. е. тогда, когда вся программа цикла выполнена.

Рассмотрим действие схемы при успешном и неуспешном цикле АПВ.
6.1.4. Успешный и неуспешный циклы АПВ

При повреждении на линии срабатывает релейная защита и отключает линию. Одновременно запускаются элементы схемы АПВ. Если на отключенной линии повреждение самоликвидируется, то релейная защита, а также реле КТ1 и KL1 возвращаются в исходное положение. Однако реле КТ2 самоудерживается и обеспечивает выполнение программы повторного включения. По истечении выдержки времени t₂, порядка 0,5 с, подается сигнал на реле KL2, которое в свою очередь подает сигнал на включение выключателя. Реле KL2 имеет дополнительную, последовательную обмотку, за счет которой якорь удерживается до момента включения выключателя. По истечении выдержки времени t₃замыкается третий контакт реле КТ2.3 и реле КТ2 возвращается в исходное положение.

Релейная защита отключает линию, а устройство АПВ подает сигнал на включение выключателя. В случае устойчивого повреждения релейная защита вторично отключает линию. Выдержка времени t₃ выбирается больше времени срабатывания релейной защиты и равняется обычно 810 секундам. Поэтому реле времени КТ2, запущенное при первом срабатывании защиты, продолжает работать. Действие проскальзывающего контакта КТ2.2 было использовано, поэтому сигнала на включение не будет. При замыкании контакта КТ2.3 схема возвращается в исходное положение.

Проскальзывающий контакт КТ2.2 реле КТ2 может застревать, что является недостатком этой схемы. При этом получается затянувшийся импульс на включение, а, следовательно, возможно многократное включение выключателя. Для устранения этого явления цепь включения дополнительно заводится через нормально закрытый контакт реле KL1.1. При очередном отключении выключателя реле KL1 срабатывает и самоудерживается контактом KL1.2. В результате контакты KL1.1 будут удерживаться в разомкнутом состоянии и сигнал на включение не пройдет.

При отключении линии от ключа управления схема АПВ не запускается и повторного включения не будет.
6.1.5. Схема АПВ с пуском от несоответствия положения ключа управления и выключателя

Пуск схемы АПВ производится от несоответствия положения ключа управления и выключателя. Так, если ключ управления SA находится в положении «включено», а выключатель по какой-либо причине отключился, то устройство АПВ будет запущено и подаст сигнал на повторное включение.

Напомним алгоритм действия автоматики повторного включения. При КЗ на линии срабатывает релейная защита и отключает ее. Через некоторое время автоматика повторно включит линию. Выдержка времени необходима для того, чтобы погасла дуга в месте КЗ. Если КЗ было проходящим, то после повторного включения линия сохранится в работе. На этом действие релейной защиты и АПВ заканчивается.

При устойчивом КЗ на линии за время бестоковой паузы повреждение не ликвидируется. Повторная подача напряжения на линию не приведет к желаемому результату – сохранению линии в работе. Релейная защита повторно отключит линию. Поскольку АПВ однократное, то линия останется в отключенном состоянии. Схема автоматики, реализующая рассмотренный алгоритм, показана на рис. 6.2.

Прежде всего, обратим внимание на ручное управление линией, которое осуществляется ключом SA. Рукоятка этого ключа может занимать три положения – нейтральное, левое и правое. Поворот ключа влево соответствует команде «отключено». В правом положении подается команда на включение.

При возвращении ключа SA в нейтральное положение поданная команда может исчезнуть или сохранится. Сохранение (запоминание) команды на схеме ключа SA отмечено точкой на средней пунктирной линии. Контакты 1-2 замыкаются при повороте ручки ключа вправо и после возврата ручки в нейтральное положение остаются замкнутыми.


Рис. 6.2. Схема АПВ с пуском от несоответствия между положениями

выключателя и ключа управления
Рассмотрим действие схемы по рис. 6.2. При включенном положении SA его контакты 1-2 замкнуты и конденсатор С заряжается через сопротивление 1R. Если выключатель отключился, то его вспомогательные контакты В1.1 замыкают цепь реле KL1. Это реле является пусковым реле схемы АПВ. При пуске устройства АПВ срабатывает реле КТ1, которое контактом КТ1.2 с выдержкой времени подключает конденсатор С к параллельной обмотке реле KL2. Срабатывание этого реле за счёт тока разряда конденсатора обеспечивает подачу сигнала на включение выключателя. В случае успешного АПВ линия сохраняется в работе.

Однократность повторного включения обеспечивается за счет цепочки 1R-С. При включении реле KL2 замыкается контакт КЛ2.1 и конденсатор С разряжается за заданное время. Время заряда конденсатора через сопротивление 1R выбирается в пределах 1520 с. При неуспешном АПВ действием релейной защиты линия вновь отключается. Однако, поскольку конденсатор к этому времени не успевает зарядиться, то очередного повторного включения не произойдет. В отключенном состоянии выключателя конденсатор не может зарядиться, так как он шунтирован обмоткой реле KL2.

В случае ручного отключения выключателя повторное включение не произойдет, поскольку контакты 1 и 2 ключа управления SA разомкнуты и, несмотря на возможное срабатывание реле KL1, КТ1 и KL2, сигнала на включение не будет.

Следует заметить, что при очередном включении линии устройство АПВ становится готовым к действию через 1520 с, т. е. после того как зарядится конденсатор. Поэтому при ручном включении выключателя на поврежденную линию повторного включения не последует.

Реле KL3 обеспечивает доминирующее действие сигнала на отключение. Так, если релейная защита подаст сигнал на отключение, то это реле сработает. Если при этом существует импульс на включение (например, приварились контакты реле KL2), то он не пройдет через разомкнутые контакты KL3.2 реле KL3, а будет переведен на обмотку этого реле. Таким образом, несмотря на наличие импульса на включение, линия будет отключена.

Рассмотренная схема положена в основу устройств автоматического повторного включения с реле типа АПВ-1 и РПВ-58. На схеме дополнительно показаны цепочки ускорения защиты, запрета действия АПВ и некоторые другие детали устройства.

Схема АПВ с пуском от несоответствия может быть использована и на телеуправляемых подстанциях. Наличие телеуправления привносит некоторую специфику в условия работы устройства АПВ. Так, при отключении выключателя с помощью средств телемеханики, ключ управления на самой подстанции остается в положении «включено». Это обстоятельство приводит к несоответствию положения выключателя и ключа управления и служит пусковым импульсом к повторному включению. Однако повторного включения не должно быть, поскольку телеотключение соответствует ручному отключению с помощью ключа управления. Для устранения повторного включения в рассмотренной ситуации предусмотрен запрет действия устройства АПВ. При срабатывании реле телеуправления ТУ одновременно с сигналом на отключение подается минус в точку а. Конденсатор разряжается, и повторное включение не происходит.

Рассмотренный способ запрета может быть использован и в любом другом случае, когда при отключении выключателя повторное включение не требуется.
6.1.6. Механические устройства АПВ

Для выключателей малой и средней мощности напряжением до 35 кВ используют грузовые и пружинные приводы. Рабочее усилие пружины не остается постоянным. К концу хода включения усилие уменьшается. Для улучшения тяговой характеристики пружинный привод дополняют маховиком. Вначале процесса включения избыточная энергия пружины идет на разгон маховика. К концу хода включения энергия, накопленная в маховике, передается механизму включения. Получается своего рода пружинно-грузовой привод.

Время отключения выключателя с пружинным приводом составляет 0,10,15 с, время включения 0,20,4 с.

Грузовой привод имеет встроенное механическое устройство АПВ, которое осуществляет однократное повторное включение выключателя без каких-либо дополнительных электрических элементов. Встроенное АПВ работает следующим образом. При КЗ на линии действует релейная защита и подает сигнал в отключающую катушку выключателя. Происходит расцепление защелки, удерживающей выключатель во включенном положении, и выключатель отключается. С некоторой задержкой сердечник отключающей катушки воздействует и на другую защелку, удерживающую груз в верхнем положении. Освобожденный груз производит включение выключателя. Время автоматического повторного включения с механическим пуском составляет 0,30,6 с.

В случае устойчивого КЗ релейная защита повторно отключает линию. Однако теперь включение выключателя не произойдет, поскольку груз находится в своем нижнем положении. Для его подъема требуется время около 10 с, к тому же в результате действия встроенного АПВ шкив привода дополнительно запирается.

Возможно дистанционное управление грузовым приводом. Для этого имеется катушка включения и дистанционная отключающая катушка. При подаче питания в дистанционную отключающую катушку выключатель отключается, однако повторное включение не происходит.

Пружинный привод может изготавливаться как со встроенным механическим АПВ, так и без него. В последнем случае АПВ может быть осуществлено с помощью электрической схемы.
6.1.7. АПВ трансформаторов

На однотрансформаторной подстанции АПВ трансформатора является обязательным. Осуществление АПВ трансформаторов на двухтрансформаторной подстанции 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 используются те же устройства, что и для АПВ линии. При этом АПВ должно действовать с выдержкой времени для исключения его срабатывания при внутренних КЗ, сопровождающихся бурным газообразованием, когда отключающий контакт газового реле замыкается раньше, чем сигнальный.
6.2. Автоматическое включение резерва (АВР)

6.2.1. Назначение и область применения АВР

Одним из основных требований потребителей электрической энергии является требование надежности. Подключение потребителей к одному источнику питания через одиночную линию не обеспечивает высокой надежности электроснабжения. В случае выхода из строя источника или линии электроснабжение прекращается.

Надежность питания может быть повышена как за счет повышения надежности самих элементов схемы – генераторов, линий электропередачи, выключателей и т. д., так и за счет резервирования, сущность которого заключается в том, что при выходе из строя какого-либо элемента схемы сети в работу вводится резервный элемент. Схемы резервирования показаны на рис. 6.3.

В схеме, представленной на рис. 6.3,а, питание потребителей в нормальном режиме осуществляется от генератора G1 через линию W1, которая является рабочей. Линия W2 является резервной – она находится под напряжением (выключатель QЗ включен), но ток по ней не проходит (выключатель Q4 отключен). При выходе из строя рабочей линии питание потребителей переводится на резервную. Для этого поврежденная линия отключается, а выключатель Q4 резервной линии включается. Перерыв в питании оказывается вполне допустимым практически для всех потребителей.


а) б) с)

Рис. 6.3. Схемы резервирования линий
В рассмотренной схеме резерв представлен в явном виде: в нормальном режиме резервная линия стоит под напряжением без нагрузки. На схеме рис. 6.3,б) резервирование выполнено в неявном виде. Здесь обе линии являются рабочими. В нормальном режиме выключатель Q5 отключен, и каждая линия обеспечивает питание потребителей, подключенных к соответствую­щей секции.

При КЗ на одной из линий, например на W1, последняя отключается. После этого включается выключатель Q5, установленный на перемычке между секциями. В результате такого переключения потребители левой секции начнут получать питание по линии W2. Для того, чтобы оставшаяся в работе линия W2 могла дополнительно обеспечивать питание потребителей и левой секции, она должна быть рассчитана на суммарную нагрузку потребителей обеих секций. В нормальном режиме линия W2 оказывается недогруженой, т. е. содержит в себе скрытый (неявный) резерв, который может быть использован в аварийном режиме.

В обеих схемах потребители, питающиеся в нормальном режиме от одного источника питания, в аварийном режиме подключаются к другому источнику, который должен быть рассчитан на дополнительную нагрузку. Так как в нормальном режиме оба источника несут определенную нагрузку, то имеющийся у них резерв для покрытия дополнительной нагрузки является скрытым.

На схеме рис. 6.3,в показана кольцевая схема питания потребителей на подстанциях В, С, D и Е. В нормальном режиме питание осуществляется по разомкнутой схеме – выключатель Q5 отключен. Потребители подстанций В и С получают питание по линиям левой части кольца. Электроснабжение подстанций Е и D осуществляется по правой части кольца. Линия WЗ между подстанциями С и D находится под напряжением, но без нагрузки. В данном случае имеется явный резерв.

При КЗ в точке К1 на линии W1 релейная защита отключит поврежденную линию выключателями Q1 и Q2. Сборные шины подстанций В и С останутся без напряжения. Для восстановления их питания необходимо включить выключатель Q5 линии WЗ. Такое переключение возможно, если линии WЗ, W4, W5 имеют достаточную пропускную способность для питания этих потребителей, т. е. имеют неявный резерв.

При явном резерве возникает вопрос: почему он не используется в нормальном режиме? Ведь сооружение резервной линии или любого другого резервного элемента требует определенных затрат и, если затраты сделаны, то желательно такой элемент эксплуатировать и в нормальном режиме. Параллельное подключение резервного элемента, например, линии, в нормальном режиме уменьшает потери энергии и падение напряжения в линиях, а при выходе из строя рабочей линии резервная воспринимает на себя всю нагрузку без перерыва. Эти преимущества вполне очевидны и их следует иметь в виду при выборе схемы питания потребителей. Однако параллельная работа приводит и к иным условиям: увеличиваются токи короткого замыкания, и, следовательно, утяжеляется аппаратура, усложняется релейная защита.

Как следствие указанных условий, сооружение питающих линий и распределительных подстанций становится дороже. Расчеты показывают, что в распределительных сетях 6-10 кВ целесообразно применять разомкнутые схемы, а надежность электроснабжения повышать за счет введения имеющегося резерва. Замкнутые схемы рекомендуется применять только в случаях питания особо ответственных потребителей большой мощности.

Эффективность введения резерва тем выше, чем меньше перерыв в питании с момента отключения рабочего элемента до включения резервного. Быстрое же включение резервного элемента возможно только с помощью средств автоматического включения резерва (АВР).

Согласно требованиям ПУЭ устройства АВР обязательно должны применяться для потребителей первой категории. Для потребителей второй категории в большинстве случаев целесообразно также применять АВР.
6.2.2. Выбор параметра пуска схемы АВР.

Схема автоматического включения резерва должна производить включение резервного элемента при вполне определенных условиях. Правильность выбора пусковых параметров во многом определит успешность АВР и простоту схемы. Рассмотрим схему, в которой рабочая линия W1 резервируется линией W2 (рис. 6.4).

Казалось бы, схема АВР должна приходить в действие только при авариях на самой рабочей линии. Однако при этом требуются весьма избирательные пусковые органы, которые бы четко фиксировали место аварии. Наличие такого пускового органа усложняет схему АВР.

Возможен другой подход в выборе пускового параметра схемы АВР, когда схема приходит в действие при аварии не только на самой рабочей линии, но и при авариях в других точках сети. Если же авария происходит вне рабочей линии, схема блокируется, и переход на резервную линию не происходит. Преимуществом такого подхода является простота пускового органа, который может быть выполнен на базе реле напряжения. При исчезновении по любой причине напряжения на резервируемых шинах, а также при уменьшении напряжения до определенной величины, схема АВР запускается.

При КЗ на отходящих линиях в точках К2, КЗ или К4 переходить на питание по резервной линии не имеет смысла. В этих случаях неправильное действие схемы АВР, запускаемой по напряжению, может быть устранено временной задержкой и правильным выбором уставки срабатывания пускового реле.

Особым случаем является КЗ на шинах в точке К5. Отстроить защиту по напряжению или за счет выдержки времени от такого повреждения нельзя. На начальном этапе применения АВР это служило основным препятствием для использования простых пусковых органов по напряжению.

О
Рис. 6.4. Схема для пояснения выбора параметра пуска АВР
пыт эксплуатации показал, что не следует отстраивать действие АВР от КЗ на сборных шинах, которое в ряде случаев после снятия напряжения самоликвидируется. Переход с рабочей линии на резервную сопровождается кратковременным отсутствием напряжения на шинах. Иногда это приводит к восстановлению нормального питания, но уже с помощью резервной линии. Согласно требованиям ПУЭ (п. 3.3.31) устройство АВР, как правило, должно обеспечивать возможность его действия при исчезновении напряжения на шинах питаемого элемента, вызванном любой причиной, в том числе КЗ на этих шинах (последнее при отсутствии АПВ шин). Устройство АВР должно быть однократного действия. Согласно п. 3.3.40 при действии устройства АВР, когда возможно включение выключателя на КЗ, как правило, должно предусматриваться ускорения действия защиты этого выключателя.

При устойчивом КЗ на сборных шинах резервная линия включается кратковременно. Последующее ее отключение осуществляется действием релейной защиты.

В силу отмеченных преимуществ способ пуска схемы АВР по напряжению получил наибольшее распространение.

6.2.3. Настройка элементов схемы АВР

Пусковым органом схемы АВР является реле напряжения, реагирующее на понижение напряжения в аварийных режимах. Селективное действие схемы достигается за счет правильного выбора напряжения срабатывания пускового реле. Для отстройки от КЗ за реактором или трансформатором отходящей линии (рис. 6.4, точки КЗ и К4) напряжение пуска должно быть меньше остаточного напряжения на сборных шинах при КЗ в указанных точках:

U_пуск <

В момент самозапуска происходит снижение напряжения. В это время схема АВР не должна приходить в действие. Для этого напряжение пуска проверяется по условию

U_пуск <

где U_с.з – напряжение на шинах в момент самозапуска;

k_Н =1,21,3 – коэффициент надежности.

Практически напряжение срабатывания реле выбирается равным 0,30,4U_ном.

Отстройка от неправильного действия схемы АВР при КЗ на отходящей нереактированной линии (рис. 6.4, точка К2) осуществляется за счет выдержки времени. Время отключения рабочей линии выбирается больше времени срабатывания защиты отходящей линии:

_{tАВР=tс.з+t,}

где Δt – ступень селективности.

Переход на резервную линию оправдан в случае, если последняя готова принять нагрузку. Для этого резервная линия должна в случае явного резерва находиться под напряжением. Наличие напряжения на резервной линии контролируется с помощью реле максимального напряжения (реле контроля напряжения), уставка которого выбирается по условию:

U_с.р =

где U_раб.min – минимальное значение напряжения в рабочем режиме;

k_в= 0,85 – коэффициент возврата; k_н= 1,11,2 – коэффициент надежности.

При неявном резерве ток самозапуска двигателя накладывается на рабочий ток резервной линии. В этом режиме релейная защита резервной линии не должна срабатывать. Селективное действие защиты достигается за счет выбора тока срабатывания I_с.р по условию I_c.р > (1,31,4)I_с.з, где I_с.з. – ток нагрузки с учетом самозапуска двигателей.
6.2.4. Схемы АВР линий

Принципиальная схема автоматического ввода резерва линии показана на рис. 6.5. Линия W1 является рабочей. Линия W2 в нормальном режиме не работает и находится в резерве. Соответственно выключатели Ql, Q2 и QЗ включены, а выключатель Q4 отключен. Для повышения надежности резервная линия питается от другого источника.

Схема управления автоматикой (рис. 6.5,б) содержит большое число замкнутых и разомкнутых контактов. При срабатывании элементов разомкнутые контакты становятся замкнутыми и наоборот. Во избежание неправильного чтения схем, необходимо принять изображение контактов для вполне определенного состояния элементов. Контакты изображаются, как и в схемах релейной защиты, для обесточенного состояния элемента.



а) б)

Рис. 6.5. Принципиальные схемы АВР
Выключатель имеет электромагнитный привод. Катушка включения YАС включена последовательно с контактами Q1.2. В цепь катушки отключения YАТ включены контакты Q1.1. Это сделано для того, чтобы разрыв цепи включения или отключения осуществлялся вспомогательными контактами выключателя, а не контактами пускового элемента, которые имеют сравнительно небольшую разрывную мощность.

Р
Рис. 6.6. Схема выключателя с вспомогательными контактами
ассмотрим процесс включения выключателя Q1. Для этого ключом управления должно быть подано питание в цепь катушки включения YАС. Как только выключатель включится, его вспомогательные контакты в этой цепи Q1.2 разомкнутся и разорвут цепь питания.

Аналогичное замечание относится к изображению контактов реле. На схемах они изображаются для состояния, когда их обмотки обесточены.

Пуск схемы АВР (рис. 6.5,б) осуществляется с помощью реле минимального напряжения KV1 и KV2, контакты которых включены последовательно. Напряжение срабатывания этих реле выбирается равным 0,3÷0,4U_ном. Использование двух реле напряжения, включенных на разные фазы, исключает возможность ложного пуска схемы из-за перегорания одного предохранителя в цепи трансформатора напряжения. Одновременное перегорание двух предохранителей маловероятно.

При снижении напряжения на сборных шинах подстанции ниже 0,3÷0,4 U_ном реле срабатывают и запускают схему. Выдержка времени осуществляется с помощью реле времени КТ. Если на рабочей линии установлено АПВ, то уставка реле времени должна быть больше времени, необходимого для отключения рабочей линии с последующим ее включением действием АПВ.

Реле времени подает сигнал на отключение выключателя Q3. Через вспомогательные контакты этого выключателя Q3.3 снимается напряжение с реле KLT, имеющего выдержку времени. Вспомогательные контакты Q3.4 подают сигнал на включение выключателя Q4. В случае успешного цикла АВР резервная линия W2 остается в работе. Если запуск схемы АВР произошел при устойчивом КЗ на шинах подстанции, то действием релейной защиты линия W2 отключается. Повторного включения линии не произойдет, поскольку к этому времени якорь реле KLT отпускается и его контакты в цепи электромагнита YАС4 размыкаются.

Даже однократное включение резервной линии на устойчивое КЗ на сборных шинах достаточно опасно. Для того чтобы сократить время включения на устойчивое КЗ, применяется ускорение действия релейной защиты. Если на линии установлена максимальная токовая защита, то селективность ее действия создается за счет выдержки времени, которая выбирается больше выдержки времени защиты на отходящих к потребителям линиях.

На время действия схемы АВР выдержку времени защиты резервной линии сокращают практически до нуля. При включении на устойчивое КЗ на сборных шинах резервная линия мгновенно будет отключена.

Проверка напряжения на резервной линии осуществляется с помощью реле KV3. При нормальном напряжении на резервной линии контакты реле замкнуты. Если напряжение на резервной линии отсутствует, то контакты размыкаются, и питание с реле времени снимается. В этом случае схема АВР блокируется.

На многих подстанциях распределительных сетей отсутствуют аккумуляторные батареи. На таких подстанциях релейная защита и автоматика выполняются на переменном оперативном токе, источником которого является трансформатор напряжения. Из-за ограниченной мощности источника оперативного тока не могут быть использованы выключатели с соленоидным приводом. На легких выключателях широкое распространение получили грузовые или пружинные приводы. В грузовых приводах для включения выключателя используется энергия падающего груза, в пружинном – энергия предварительно натянутой пружины. Подъем груза или натяжение пружины может осуществляться вручную или с помощью электродвигателя мощностью 50100 Вт. Для питания такого двигателя мощности трансформатора напряжения вполне достаточно. В принципе схема АВР с действием на выключатель с грузовым или пружинным приводом аналогична схеме АВР на постоянном оперативном токе.
6.2.5. АВР трансформаторов

На распределительных подстанциях 6-10 кВ устанавливается, как правило, два трансформатора. Рассмотрим подстанцию с двумя трансформаторами (рис. 6.7,а). Проблема надежности здесь заключается в обеспечении автоматического введения в работу отключенного трансформатора при выходе из строя работающего.

Возможен другой вариант построения схемы питания потребителей, когда в нормальном режиме секционный выключатель отключен, и каждый трансформатор питает свою нагрузку (рис. 6.7,б).

Если в трансформаторе Т1 произойдет КЗ, то после отключения релейной защитой выключателей Q1 и Q3 необходимо включить секционный выключатель Q5. Потребители левой секции получат питание от трансформатора Т2. Конечно, это возможно, если трансформатор Т2 имеет достаточную мощность для питания потребителей двух секций.

Автоматический ввод резерва широко применяется в схемах питания собственных нужд электростанций. Для повышения надежности трансформаторы собственных нужд резервируются. Каждый трансформатор собственных нужд может резервировать любой другой трансформатор, если это позволяет схема электрических соединений. Однако при таком подходе схема автоматики получается более сложной и менее надежной. Более простой является схема явного резервирования, когда функции резервирования закреплены за одним, не работающим в нормальном режиме трансформатором (рис. 6.7,в).
а) б) в)

Рис. 6.7. Схемы резервирования трансформаторов
Рассмотренные примеры свидетельствуют о многообразии вариантов резервирования, что должно учитываться при разработке схем автоматики.

Схема питания двух секций с резервным трансформатором показана на рис. 6.8. Общая идеология резервирования здесь аналогична той, которая рассмотрена на примере резервирования линии. В случае выхода из строя рабочего трансформатора, например Т1, последний отключается с двух сторон, а питание потребителей первой секции переводится на резервный трансформатор ТЗ. Отключение поврежденного трансформатора двумя выключателями устраняет возможность включения резервного трансформатора на поврежденный рабочий трансформатор.

В нормальном режиме трансформатор ТЗ отключен и находится в явном резерве. Его включение в работу осуществляется выключателями Q5 и Q2 при резервировании трансформатора Т1 или выключателями Q6 и Q2 при резервировании трансформатора Т2.

В нормальном режиме резервный трансформатор отключается с двух сторон – со стороны потребителей и дополнительно со стороны источника питания. Поэтому в режиме резерва трансформатор не находится под напряжением, что дает экономию на потерях холостого хода.


Рис. 6.8. Схема питания двух секций с резервным трансформатором
Пуск схемы АВР трансформатора можно осуществить по-разному. Возможен вариант пуска от релейной защиты рабочего трансформатора. При срабатывании газовой или дифференциальной защиты трансформатор отключается от сети, например, выключателями Q1 и Q4 в случае повреждения трансформатора Т1. Эта же защита запускает схему АВР для включения резервного трансформатора ТЗ.

Возможен пуск схемы с помощью реле минимального напряжения, как это осуществлено в схеме АВР линии. Выбор варианта определяется дополнительными обстоятельствами.

С
Рис. 6.9. Схема АВР

трансформатора
хема АВР трансформатора для подстанции с двумя рабочими трансформаторами показана на рис. 6.9. Для упрощения показана схема резервирования одного трансформатора Т1. Для трансформатора Т2 схема АВР аналогична.

Пуск схемы осуществляется с помощью контактов реле минимального напряжения KV1 и KV2. Контакт реле KV3 замкнут, так как на шинах резервного питания есть напряжение и это реле находится под током. По истечении выдержки времени реле времени КТ подается сигнал на промежуточное реле KL1 и далее через контакты KL1.1 и KL1.2 на отключающие катушки YАТ1 и YАТ4.

Вспомогательные контакты выключателя Q4.3 снимают напряжение с промежуточного реле KLT. Это реле имеет задержку по времени на отпускание, что обеспечивает однократность включения резервного трансформатора. При отключении выключателя Q4 его контакты Q4.4 запускают реле KL2, которое в свою очередь подает сигналы на катушки включения YАС5 и YАС7. После выдержки времени, достаточной для однократного включения выключателей Q5 и Q2, контакты реле KLT размыкаются и разрывают цепь реле KL2.

Если резервный трансформатор включился на устойчивое КЗ на сборных шинах секции 1, то действием релейной защиты он отключится. Повторного включения резервного трансформатора не произойдет, так как к этому времени контакты реле KLT разомкнутся и сигнал на катушки включения YАС5 и YАС2 не поступит.

В случае неявного резерва до цикла АВР каждый трансформатор работает на нагрузку своих потребителей, подключенных к секции (рис. 6.10,а). Секционный выключатель QВ5 нормально отключен. В аварийном режиме оба трансформатора взаимно резервируют друг друга.

На рис. 6.10,б показан фрагмент упрощенной схемы АВР. При отключении одного из трансформаторов, например Т1, вспомогательные контакты выключателя Q3.3 размыкают цепь реле KLT. Контакты Q3.4 замыкаются и подают напряжение на промежуточное реле KL1, которое срабатывает и своими контактами замыкает цепь питания катушек включения выключателей YАС2, YАС4 и YАС5.


а) б)

Рис. 6.10. Схема АВР трансформатора с действием на секционный выключатель
Если трансформатор Т2 был включен, то включается только секционный выключатель QB. При исходно отключенном трансформаторе Т2 будут включаться три выключателя (Q2,Q4,QB). Для устранения перегрузки аккумуляторной батареи за счет одновременного включения нескольких выключателей предусматривается блокировка с помощью дополнительных контактов выключателя Q2. Выключатель Q4 включается только после того, как выключатель Q2 уже включен. В рассмотренных случаях после действия АВР на первую секцию подается напряжение от трансформатора Т2. Аналогичным образом трансформатор Т2 резервируется трансформатором Т1.

Следует иметь в виду, что в случае неявного резерва трансформаторы оказываются перегруженными. В целях устранения перегрузки остающегося в работе трансформатора часть менее ответственных потребителей должна быть отключена.

В том случае, если в теряющей питание части системы электроснабжения есть мощные двигатели, во время перерыва питания они за счёт запасённой энергии поддерживают напряжение на шинах. В этом случае АВР, действующее по потере напряжения, может не запуститься. В таких случаях запуск АВР осуществляется от реле понижения частоты.