Автоматическое включение резерва. Автоматическое повторное включение

Для повышения надежности электроснабжения потребителей широко применяются два вида устройств автоматического включения линий. К первому виду относятся устройства, вновь (повторно) включающие линию после ее отключения устройством защиты. Они получили название устройств автоматического повторного включения — устройств АПВ. Другой вид устройств устройства автоматического включения резерва (АВР) предназначен для автоматического подключения к потребителю резервной линии в случае отключения рабочего источника питания.

Автоматическое повторное включение

Назначением АПВ, как указывалось, является автоматическое восстановление питания потребителей в случае отключения питающей линии устройством защиты путем ее нового (повторного) включения. Возможность восстановления таким образом питания потребителей объясняется тем, что большинство КЗ воздушных линий оказываются неустойчивыми. По статистическим данным однократное АПВ воздушных линий успешно в 65—70% случаев, а при двукратном АПВ удается восстановить питание в 90 % случаев отключения линий.

 

Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на воздушных линиях электропередачи (ВЛ), вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами, при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняется. 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 линии электропередачи путем ее обхода требует длительного времени, а многие повреждения имеют неустойчивый характер, обычно при ликвидации аварийного нарушения режима оперативный персонал производит опробование ВЛ обратным включением под напряжение. Эту операцию называют повторным включением. Линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому повторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

 

Реже на ВЛ возникают такие повреждения, как обрывы проводов, тросов или гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т. д. Такие повреждения не могут самоустраниться, поэтому их называют устойчивыми. При повторном включении ВЛ, на которой произошло устойчивое повреждение, вновь возникает КЗ, и она вновь отключается защитой. Поэтому повторные включения линий при устойчивых повреждениях называются неуспешными.

 

Для ускорения повторного включения линий и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются специальные устройства автоматического повторного включения (АПВ). Время действия АПВ обычно составляет от 0,5 до нескольких секунд.

 

Согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ) обязательно применение АПВ на всех воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях напряжением выше 1 кВ. Автоматическое повторное включение восстанавливает нормальную схему сети также 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 сверхвысокого напряжения 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 часто возникают не только на ВЛ, но и на шинах подстанций. Поэтому на подстанциях, оборудованных быстродействующей защитой 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 ее 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 максимальной токовой защитой. Повторное включение при повреждении самого трансформатора, когда он отключается защитами от внутренних повреждений, как правило, не производится. Успешность действия устройств АПВ трансформаторов и шин так же высока, как и устройств АПВ ВЛ, и составляет 70—90%.

 

В ряде случаев АПВ используется на кабельных и смешанных кабельно-воздушных тупиковых линиях 6— 10 кВ. При этом несмотря на то что повреждения кабелей бывают, как правило, устойчивыми, успешность АПВ составляет 40—60%. Это объясняется тем, что АПВ восстанавливает питание потребителей при неустойчивых повреждениях на шинах подстанций, при отключении линий 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.

 

 

К устройствам АПВ предъявляется ряд требований:

• обеспечение установленной кратности действия;

• исключение возможности действия после отключения выключателя персоналом и при аварийном отключении выключателя от устройств защиты сразу после его включения персоналом вручную, дистанционно или телемеханическим сигналом;

• автоматический возврат схемы АПВ в исходное состояние.

Параметрами устройства АПВ являются время срабатывания и возврата в исходное состояние. Время срабатывания определяется условиями успешности его действия:

где tдс, tгп - время деионизации среды в месте КЗ после его отключения и время готовности привода выключателя к включению, и зависит от способа запуска.

Запуск устройств АПВ может производиться или от несоответствия положения ключа управления и выключателя, или от релейной защиты. В первом случае время срабатывания принимается равным большему из двух значений:

где tвв - время включения выключателя; tзап - время запаса.

При запуске от релейной защиты:

где tов - время отключения выключателя.

Определяющим, как правило, является второе значение, поскольку

Обычно tc АПВ не превышает 0,5 с

Время возврата схемы АПВ в исходное состояние определяется необходимостью обеспечения однократности ее действия:

где tрз.max - время срабатывания самой медленнодействующей релейной защиты линии.

Обычно время возврата принимается равным tв.АПВ = 30 с.

Автоматическое включение резервных линий (АВР).

Для повышения надежности электроснабжения потребители должны иметь несколько источников питания (по меньшей мере два). Выполнить это требование можно различным образом. Можно создавать кольцевые замкнутые сети (рис. 1). Однако при этом повышается уровень токов КЗ, а, следовательно, утяжеляются и удорожаются коммутационная аппаратура и кабели. Кроме того, усложняются устройства релейной зашиты.

Более приемлемым путем повышения надежности электроснабжения является наряду с рабочим источником наличие резервного источника питания, который автоматически включается при исчезновении питания от рабочего источника (рис. 2). Наличие АВР позволяет использовать преимущества как радиальной, так и кольцевой электрической сети.

 

К устройствам АВР предъявляются следующие требования:

• срабатывание при исчезновении питания от рабочего источника по любым причинам;

• однократность действия;

• быстродействие;

• включение резервного источника только после отключения рабочего и только при наличии напряжения на резервном источнике.

Для обеспечения первого требования устройство АВР должно иметь пусковой орган, срабатывающий при исчезновении питания резервируемых шин подстанции. В качестве пускового органа чаще всего используется минимальная защита напряжения, часто называемая пусковым органом напряжения (ПОН). Второе требование предотвращает многократное включение выключателя резервного источника на устойчивое КЗ. Быстродействие устройства АВР требуется для сокращения времени перерыва питания потребителей, что необходимо в основном для обеспечения самозапуска электродвигателей потребителей.

Условие включения резервного источника только после отключения рабочего предотвращает угрозу развития аварии в случае КЗ на рабочей линии. Очевидно, что при отсутствии напряжения на резервном источнике включение его выключателя бесполезно.

Параметрами устройства АВР являются напряжение и время срабатывания.

Пусковой орган напряжения ПОН устройства АВР обычно представляет собой два минимальных реле напряжения, включенных на напряжения разных фаз.

Применение двух реле напряжения исключает ложное АВР при перегорании предохранителя в одной из фаз измерительного трансформатора напряжения.

Напряжение срабатывания минимальных реле напряжения определяется из условий:

где Uраб.мин - минимальное рабочее напряжение на резервируемых шинах (имеет место при самозапуске двигателей потребителей); Кu - коэффициент трансформации трансформатора напряжения; Котс - коэффициент отстройки (1,2-1,3);

Uотс.кз.вн - остаточное напряжение на резервируемых шинах при внешнем КЗ за сосредоточенным сопротивлением (реактором, трансформатором). Время срабатывания:

где tc.з - максимальная выдержка времени защит на линиях, связанных с рабочим источником питания, КЗ на которых сопровождается снижением напряжения на резервируемых шинах ниже Uc.p.

В случае наличия на питающей линии устройства АПВ:

где tс.з - время срабатывания защиты питающей линии.

 

Современные устройства АВР и АПВ

С развитием инновационных технологий и совершенствованием электрооборудования электроустановок, постепенно производство уходит от применения простых и надежных, полностью оправдавших себя релейных схем защиты. Новейшие системы АВР отличаются сверх быстродействия, называются БАВР. Устройства объединяют в себе ряд пусковых органов, которые взаимодействуют между собой благодаря специфическим алгоритмам, они могут идентифицировать аварийные режимы.

Пусковые устройства БАВР дают возможность выполнить все задачи за минимальное время, без задания времени с устройствами РЗиА, сопутствующих элементов сети.

Главные преимущества БАВР:

1. Минимальное время срабатывания при аварийном режиме.

2. Переключение с основного на резервный ввод осуществляется с сохранением синфазности питающих источников.

3. Блок действует при несимметричных КЗ в энергосистеме с напряжением 110 (220) кВ, они составляют 80% от общего числа неисправностей, осуществляется контроль направления мощности и специальное реле, следящее и осуществляющее направление тока.

4. БАВР надежно функционирует как при наличии синхронных и асинхронных двигателей 6 (10) кВ так и при отсутствии. Функции блока как реле направления мощности позволяет за время не более 10мс определить потери питания со стороны основного источника.

5. Работает без привязки к определенным системам РЗиА. В блоке БАВР можно осуществить защиту МТЗ, ТО, ЗМН.

6. С его помощью определяется величина активной и реактивной мощности, производится подсчет полной мощности, осуществляется контроль напряжения в сети и током нагрузок. Производит контроль состояния дискретных сигналов.

7. Осуществляет восстановление режима ВПР в нормальное состояние без участия обслуживающего персонала.

8. Сохраняет происходящие события до 1000 срабатываний БАВР.

Внедрение комплекса БАВР позволяет получить определенные преимущества:

• Обеспечения надежности и беспрерывного электроснабжения, обеспечив суточные графики за счёт достигнутого полного времени перехода на резервный за время 0,034 с.
• Значительное повышение ресурса электродвигателей и насосов ввиду ненужности производства повторных пусков электрических машин и агрегатов.
• Снижение электропотребления за счёт снижения потерь при повторном пуске и восстановлении нормальной скорости прокачки.
• Снижение потерь на разогрев печей после продувки.
• Предотвратить перерывы работы технологического оборудования, которые очень дорого обходятся предприятию.
• Снижение рисков экологических загрязнений впоследствии аварий электроснабжения.
• Повышение степени автоматизации производства.
• Повышение производительности труда работников и предприятия.

 

Современные устройства АПВ однократного, двукратного и трехкратного действия выполняются на микросхемах и микроконтроллерах.

 

 

     Разработал:   старший преподаватель                               Шмойлов А.А.

(должность, ученая степень, ученое звание, воинское звание, подпись, фамилия)

«___» __________ 2020 г.