Контроль, управление и сигнализация на подстанциях

Электрические измерения. На подстанциях имеются приборы, обеспечивающие учет расхода электроэнергии, активной и реак­тивной мощностей, измерение напряжения и тока в линиях.

Для измерения тока на всех трансформаторах и линиях, пита­ющих приемники электроэнергии или их группы, устанавливают амперметры, включая их, как правило, в одну фазу. Три ампер­метра предусматривают только в тех цепях, где возможна несим­метрия нагрузки фаз приемников (цепи освещения, сварочные посты, конденсаторные батареи). Амперметры включают в цепь непосредственно или через трансформаторы тока.

Напряжение контролируют на каждой секции сборных шин всех распределительных устройств, причем вольтметр включают только на одно линейное напряжение, так как обычно в системе электроснабжения (СЭС) междуфазовые напряжения симметрич­ны. При напряжении до 1000 В вольтметры подключают непосред­ственно; при напряжении свыше 1000 В — через трансформаторы напряжения.

Для измерения мощностей на главных понизительных подстан­циях (ГПП) применяют трехфазные ваттметры с переключателем фаз напряжения, чтобы обеспечить измерение как активной, так и реактивной мощностей одним ваттметром. Ваттметры для изме­рения активной и реактивной мощностей устанавливают также на подстанциях, где требуется повседневный контроль за перето­ком мощности более 4000 кВА по отдельным линиям, на синхрон­ных двигателях, если необходим контроль за их работой, на подстанционных трансформаторах напряжением ПО кВ и выше. На трансформаторах напряжением до 35 кВ мощностью 6300 кВ • А и более устанавливают только ваттметры для измерения активной мощности. Подключают ваттметры через трансформаторы тока и напряжения.

Класс точности щитовых измерительных приборов должен быть не ниже 2,5.

Расход электроэнергии измеряют для коммерческого расчета с энергосистемой (расчетный учет) и контрольного расчета внутри предприятия (технический учет).

Счетчики коммерческого учета устанавливают обычно со сто­роны высшего напряжения, т. е. на вводах от энергосистемы. Рас­считываются за электроэнергию с энергосистемой по односта-вочному тарифу (только за потребленную активную энергию по показаниям счетчика) и по двухставочному (за потребленную ак­тивную энергию и за присоединенную мощность или за заявлен­ную нагрузку в часы максимума нагрузки энергосистемы).

Для стимулирования мероприятий по компенсации реактив­ной мощности предусмотрена шкала скидок и надбавок к тарифу в зависимости от оптимальной и фактической реактивной нагру­зок предприятия в часы максимальной нагрузки.

В соответствии с действующей тарифной системой требуется еще измерение 30-минутного максимума активной и реактивной нагрузок в часы максимума нагрузки энергосистемы. Для этого применяются специальные счетчики или специальные ваттметры максимальной мощности.

На рис. 13.17 приведена трехлинейная схема включения изме­рительных приборов, устанавливаемых на трансформаторах ГПП со стороны напряжения 6 (10) кВ. Токовые цепи приборов под­ключены к трансформаторам тока фаз Л и С; в фазе В трансформа­тор тока не предусматривается. Вторичные обмотки трансформато­ров тока и напряжения заземлены в целях безопасности обслужи­вания.

Контроль состояния изоляции. В нормальных условиях в сетях с изолированной нейтралью напряжения всех трех фаз по отноше­нию к земле равны фазному напряжению. При замыкании на зем­лю напряжение поврежденной фазы относительно земли равно нулю, а напряжение неповрежденных фаз увеличивается до меж­дуфазного. Из-за малого тока замыкания режим работы приемни­ков электроэнергии не нарушается, поэтому сеть может работать в течение 2 ч без отключения. Однако длительная работа в таком состоянии может вызвать переход однофазного замыкания на землю

в междуфазное короткое замыкание. Поэтому в сетях с изолирован­ной нейтралью предусматривают специальные устройства для кон­троля состояния изоляции относительно земли.

На рис. 13.18 приведены схемы четырех способов контроля со­стояния изоляции с использованием трансформатора типа НТМИ.

При /способе состояние изоляции контролируют тремя вольт­метрами РУ_С, РУ_Ь, РУ_а, которые в нормальном режиме показыва­ют одинаковые фазные напряжения. При замыкании на землю одной из фаз показания вольтметра, включенного в эту фазу, ста­новятся равны нулю, а показания двух других возрастают до зна­чения междуфазного напряжения. Для получения звукового сиг­нала о замыкании на землю в провод, соединяющий нулевую точку вольтметров с нулевым проводом трансформатора напряжения, включается указательное реле КН.

При // способе нулевая точка создается искусственно путем включения на фазные напряжения трех конденсаторов С. При по­вреждении изоляции фазы через катушку реле КУ начинает про­текать ток и реле срабатывает.

При /// способе в схему включают три реле минимального на­пряжения КУ1<, КУ2<, КУЗ<. При замыкании на землю одной из фаз реле минимального напряжения, включенное в поврежденную фазу, срабатывает и обеспечивает подачу сигнала.

 

Рис. 13.19. Структурная схема дистанционного управления выключателем высокого напряжения:

/ — выключатель; 2 — привод выключателя; 3 — управляющий орган привода; 4— линия подвода питания к приводу; 5 — устройство местного управления при­водом; 6 — устройство автоматического повторного включения (АПВ) или авто­матического включения резерва (АВР), встроенное в привод; 7— контакты сигна­лизации и автоматики; 8 — вспомогательные сигнальные контакты; 9 — цепь включения; 10 — цепь отключения; 11 — релейное устройство АПВ; 12 — устрой­ство релейной защиты; 13 — релейное устройство АВР; 14 — устройство дистан­ционного управления; 15 — устройства телеуправления; 16 — ключ дистанцион­ного управления; 17 — цепь сигнализации; 18, 19, 20 — каналы управления

ную фазу, срабатывает и обеспечивает подачу сигнала. Повреж­денную фазу определяют по выпавшему флажку у одного из ука­зательных реле КН1, КН2, КНЗ.

При IV способе изоляцию контролируют с помощью реле на­пряжения КУ, включенного в дополнительную обмотку трансфор­матора НТМИ.

Управление выключателем высокого напряжения. Выключате­ли высокого напряжения — основные коммутационные аппара­ты, с помощью которых осуществляются включение и отключе­ние таких элементов СЭС, как трансформаторные подстанции и трансформаторы, линии, асинхронные и синхронные двигатели напряжением 6 (10) кВ, конденсаторные батареи напряжением

6 (10) кВ.

В СЭС кроме обязательного местного управления может пре­дусматриваться дистанционное управление и телеуправление вык­лючателем высокого напряжения. Структурная схема управления выключателем высокого напряжения приведена на рис. 13.19.

Сигнализация. Оперативную информацию о состоянии всех эле­ментов СЭС дают: сигнализация положения коммутационных ап­паратов (включено — отключено); аварийная сигнализация (о не­предусмотренных планом отключениях); предупредительная сиг­нализация (о ненормальных режимах и условиях, например, о нагреве выше нормы, повреждениях, не приводящих к немедлен­ному отключению оборудования и т.д.).

Для световой сигнализации положения используют зеленые («Отключено») и красные («Включено») лампы. В цепях преду­предительной или аварийной сигнализации применяют желтые лампы. При нормальных оперативных переключениях эти лампы горят ровным светом. При аварийных отключениях, работе авто­матики или положениях «Несоответствие» лампы горят мигающим светом.

Лампы сигнализации подключают к шинам сигнализации че­рез ключи управления, контакты реле защиты и автоматики, блок-контакты выключателей и разъединителей. При работе уст­ройств защиты и автоматики световая сигнализация дублируется звуковой, для чего используются электрические сирены, гудки и звонки.

Аварийная сигнализация оповещает об аварийном отключении выключателя. Предупредительная сигнализация сообщает о ненор­мальных режимах работы, которые могут привести к аварии. По­этому электрические цепи аварийной и предупреждающей сигна­лизации и их звуковые сигналы различны (сирена и звонок). При срабатывании звукового сигнального устройства дежурный сна­чала прекращает его работу, «снимает» (квитирует) сигнал, а за­тем по индивидуальным световым сигналам определяет причину срабатывания сигнализации.

13 .7. АВТОМАТИКА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Надежность и бесперебойность электроснабжения обеспечива­ется не только релейной защитой, но и рядом устройств противоаварийной автоматики, основными из которых являются:

устройства автоматического включения резерва, т. е. резервных источников питания (АВР);

устройства автоматического повторного включения линий, трансформаторов и шин, отключенных релейной защитой при коротком замыкании (АПВ);

устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР).

Автоматическое включение резерва. Приемники первой катего­рии, для которых перерывы в питании электроэнергией недопус­тимы, должны быть обеспечены резервным питанием.

Устройства АВР широко применяют на электростанциях, а также сетевых подстанциях, питающихся от двух и более линий или трансформаторов. На электростанциях устройства АВР исполь­зуют для включения резервных трансформаторов и линий соб­ственных нужд.

Устройства АВР состоят из двух частей. К первой части отно­сятся устройства защиты минимального напряжения, дополняющие устройства защиты рабочего источника питания.

Последние при включенных устройствах АВР обеспечивают отключение ра­бочего источника питания со стороны приемников во всех случа­ях, когда питание приемников электроэнергией прекращается. Ко второй части относится автоматика включения, обеспечивающая автоматическое включение резервного источника питания при от­ключении выключателя рабочего источника.

На схеме электрического устройства АВР линии (рис. 13.20) контакты всех реле и блок-контакты 1 привода выключателя по­казаны для нормального режима работы установки. Распредели­тельное устройство нормально питается по рабочей линии, вык­лючатель ()Р1 которой включен. Выключатель ()Р2 резервной ли­нии нормально отключен. Он снабжен грузовым приводом 2. Вклю­чение выключателя ()Р2 грузовым приводом осуществляется за счет падения груза 3. Выключатель <2Р2 может быть включен как вручную, так и дистанционно — замыканием цепи специальной катушки включения, освобождающей рычаг привода.

В рассматриваемой схеме устройство АВР питается от транс­форматора напряжения ТУ2, подключенного к резервной линии.

В случае отключения выключателя ()Р1 замыкаются блок-кон­такты / его привода, благодаря чему возникает ток в обмотке катушки включения грузового привода выключателя ()Р2. Катушка

втягивает сердечник и освобождает груз 3, который, падая, поворачивает вал привода выключателя (2Р2 и включает после­дний, восстанавливая питание установки, но теперь уже от ре­зервной линии.

В схеме предусмотрены реле минимального напряжения КУ1<, КУ2<, обеспечивающие автоматическое включение резервного питания при исчезновении напряжения на сборных шинах уста­новки, если выключатель ()Р1 остался включенным. Срабатыва­ние этих реле вызывает срабатывание реле КТ, выключатель ()Г1 отключается, а ()Р2 включается.

Во избежание ложного действия автоматики при перегорании предохранителей трансформатора напряжения ТУ], устанавлива­ют два реле минимального напряжения, обмотки которых присо­единяют к различным фазам, а контакты соединяют между собой последовательно.

При срабатывании устройства АВРвремя перерыва питания потребителей слагается из суммы времен действия защиты, от­ключения выключателя рабочего источника питания и включе­ния выключателя резервного источника питания. При наличии бы­стродействующих реле, выключателей и приводов это время со­ставляет 0,4...0,5 с.

Автоматическое повторное включение. Большинство коротких замыканий на воздушных линиях электропередачи возникает вслед­ствие грозовых разрядов, вызывающих перекрытие изоляторов, замыкания проводов различных фаз птицами, схлестывания про­водов и т.п. Опыт эксплуатации показывает, что большая часть подобных замыканий в воздушных сетях носит кратковременный характер, так как после отключения поврежденного участка изо­ляция в месте замыкания часто восстанавливается и линия может быть вновь включена в работу.

Короткие замыкания на трансформаторных подстанциях чаще всего происходят вследствие перекрытия изоляции сборок или пре­дохранителей высокого напряжения и тоже носят кратковременный характер. После устранения короткого замыкания трансформато­ры часто могут быть вновь включены в работу без ремонта сборки или предохранителя.

Для повторного включения линий широко применяют устрой­ства, с помощью которых отключившиеся линии вновь включа­ются в работу автоматически. Такие устройства называют устрой­ствами АПВ. Особенно эффективны АПВна линиях с односторон­ним питанием, на которых каждое успешное действие АПВ пре­дотвращает прекращение питания потребителей. В энергосистемах нашей страны применяются трехфазные и однофазные устрой­ства АПВ как однократного, так и многократного действия. Одно­кратными называют устройства АПВ, включающие линии повтор­но только один раз, и если линия вновь отключается защитой, то 344

устройство АПВвыводится из действия и вторично не срабатыва­ет. Однофазными называют устройства АПВ, которые включают повторно только одну фазу.

Рис. 13.21. Схема электрического устройства АПВ однократного действия

с ручным возвратом:

1, 2, 3 — контакты; 4 — кнопка; 5 — рубильник

Устройства АПВ могут быть выполнены с помощью электри­ческих реле или механических приспособлений к приводу выклю­чателя. Электрические устройства АПВ применяют в выключате­лях, снабженных электромагнитными и пневматическими приво­дами с дистанционным и автоматическим включением и отклю­чением, механические — в выключателях, снабженных ручными автоматическими приводами (грузовыми, пружинными).

Схема электрического устройства АПВоднократного действия с ручным возвратом (рис. 13.21) предусматривает использование промежуточного реле КL и указательного реле КН. Нормально вер­хние контакты реле КL замкнуты, а нижние разомкнуты, рубиль­ник 5 включен.

При коротком замыкании на линии срабатывает ее релейная защита, и выключатель QF отключается под действием катушки отключения УАТ. После отключения выключателя контакты 3 его привода замыкают цепь промежуточного контактора 8Р солено­ида включения УАС (цепь тока: «плюс» — контакты 3 — верхние контакты реле КL — катушка реле КН — рубильник 5 — контак­ты / — катушка УАС — «минус»), и выключатель включается. При этом срабатывает реле КН и замыкает своими контактами цепь катушки реле КL («плюс» — замкнувшиеся при включении вык­лючателя контакты 2 — контакты реле КН — катушка реле КL —

«минус»).

Реле КЬ срабатывает, размыкая свои верхние контакты и за­мыкая нижние, и самоблокируется (цепь тока самоблокировки: «плюс» — нижние контакты реле КЬ — кнопка 4 — катушка реле

КЬ — «минус»).

Если автоматическое повторное включение произойдет при неустраненном коротком замыкании, то релейная защита линии сработает вторично и вновь отключит выключатель ()Р. Еще раз этот выключатель включиться не сможет, так как цепь промежу­точного контактора ^ соленоида включения привода разомкнута верхними контактами самоблокировавшегося реле КЬ. Для приве­дения устройства АПВв первоначальное положение необходимо заблокировать реле КЬ и разомкнуть контакты реле КН нажатием на кнопку 4 и поворотом штифта реле КН. Рубильник 5 служит для отключения устройства АПВ, когда по условиям эксплуатации необходимо на некоторое время от него отказаться.

В настоящее время устройства АПВ широко применяют не только для линии электропередачи, но и для сборных шин подстанций, так как неустойчивые короткие замыкания бывают и на них.

Система АПВкроме устранения перерыва в снабжении элект­роэнергией приемников сокращает время отключения неисправ­ного участка (после возникновения дуги линия отключается по­чти мгновенно — в течение 0,2...0,3 с) и, следовательно, сни­жает разрушительное действие дуги при коротких замыканиях.

Автоматическая частотная разгрузка. Характерной особенностью режима работы энергосистем является равенство в каждый мо­мент времени мощности источников энергии Р_т сумме мощнос­тей нагрузки Р_ияг и потерь Р_пот: Р_г= Р_наг+ P_пот.

Изменение нагрузки требует следящего изменения генерируе­мых мощностей, в противном случае произойдет изменение час­тоты тока в энергосистеме. При аварийном отключении генерато­ров на электростанциях или разделении энергосистемы по любой причине на отдельные части может возникнуть дефицит генери­руемой активной мощности, в связи с чем снизится частота тока. Одновременно с этим напряжение может достигнуть столь низко­го значения, что начнется массовое затормаживание электродви­гателей, при котором возрастут их нагрузочные токи, и, как след­ствие, произойдет еще большее снижение напряжения в энерго­системе. В результате параллельно работающие генераторы выйдут из синхронизма и отключатся. Питание потребителей прекратится. При возникновении дефицита мощности. прежде всего исполь­зуются имеющиеся в энергосистеме резервы, автоматически вво­димые в действие с помощью регуляторов частоты вращения тур­бин. В первую очередь до полной мощности нагружаются паровые турбоагрегаты, если же частота тока оказывается ниже опреде­ленного значения, то автоматически запускаются резервные агре­гаты на гидроэлектростанциях, длительность пуска которых с пол­ным набором нагрузки на современных автоматизированных гид­роэлектростанциях не превышает 30...50 с.

Для быстрейшего восстановления частоты до определенного минимума кроме использования имеющегося в энергосистеме резерва прибегают к разгрузке энергосистемы путем отключения ча­сти ее приемников

 

Рис. 13.22. Схема электрического устройства АЧР

При этом разгрузку производят автоматически с помощью специальных устройств, называемых устройствами

АЧР.

Электрическое устройство АЧР (рис. 13.22) подключают к транс­форматору напряжения ТV. В состав устройства входят реле часто­ты КF1, КF2, имеющие уставки срабатывания в диапазоне 48... 45 Гц. Выключатели QF, подключенные к шинам распределитель­ного устройства через разъединители QS, отключают приемники очередями. Обеспечивают эти отключения реле частоты, действу­ющие через промежуточные реле КL1, КL2. Число отключаемых питающих линий устанавливается соответствующими расчетами и задается диспетчерской службой энергосистемы.