Автоматика (АПВ и АВР)

10.2. Схемы устройств автоматического повторного включения линий
с односторонним питанием

Схемы устройства электрического АПВ, подобно схемам релейной защиты, выполняются на постоянном и переменном, в том числе выпрямленном, оперативном токе. Механические АПВ грузовых и пружинных приводов некоторых типов выключателей, еще встречающихся эксплуатации, вообще не требуют оперативного тока. Они действуют при срабатывании встроенных в привод реле прямого действия и включают отключившийся выключатель без выдержки времени. Условия работы механических приводов в цикле АПВ крайне тяжелые. При включении выключателя возникают увеличенные ударные нагрузки, расстраивающие привод. К недостаткам схем АПВ с механическими приводами относится и отсутствие в них выдержки времени. Этих недостатков не имеют электрические АПВ.

Релейно-контактное устройство АПВ однократного действия на выпрямленном оперативном токе.

В устройстве АПВ используется комплектное реле РПВ-358, в которое входят (рис. 10.2, а):

реле времени КТ, создающее выдержку времени от момента пускa устройства АПВ до замыкания цепи контактора включения выючателя;

промежуточное реле KL1 с двумя; обмотками - обмоткой токa KL1.1 (последовательной) и обмоткой напряжения KL1.2; реле при срабатывании замыкает цепь включения выключателя;

конденсатор C1, в результате разряда которого срабатывает реле KL1 и обеспечивается однократность действия УАПВ;

резисторы R1, обеспечивающий термическую стойкость реле времени; R2, ограничивающий скорость заряда конденсатора С1; R3, разряжающий конденсатор С1 при срабатывании устройств защиты, после действия которых не должно происходить АПВ, и при отключении выключателя ключом управления SA (запрет АПВ);

диод VD, предотвращающий разрядку конденсатора С1 при понижении напряжения на блоке питания и заряда (UGV) вследствие близи коротких замыканий.

Для питания электромагнита отключения YAT выключателя используется предварительно заряженный конденсатор С2 блока питания и заряда UGV (рис. 10.2, б). В схему введено промежуточное реле KL2 для разделения оперативных цепей электромагнита отключения и реле РПВ-358. Электромагнит включения YAC выключателя получает питание от трансформатора собственных нужд T1 через мощный выпрямитель VS (рис. 10.2, в).

Схема действует следующим образом. При отключении выключателя по любой причине вследствие замыкания его вспомогательного контакта Q.1 срабатывает реле положения выключателя KQT и замыкает свой контакт KQT.1 в цепи пуска устройства АПВ. Если отключение произошло не от ключа управам SA, то он остается в положении "Включено", а его контакт SA.1 замкнут. Таким образом, фиксируется несоответствие положений ключа управления и выключателя, необходимое для пуска реле времени KT. Его контакт KT.1, размыкаясь без выдержки времени, включает резистор R1, обеспечивая термическую стойкость реле, а контакт с заданной выдержкой времени подключает обмотку KL1.2 промежуточного реле к конденсатору С1. Вследствие разрядки конденсатора реле KL1 срабатывает и замыкает контакт KL1.1 в цепи контактора включения выключателя КМ, в которую включена последовательная обмотка KL1.1 реле. Она удерживает реле KL1 в возбужденном состоянии до полного включения выключателя. При успешном АПВ выключатель остается во включенном положении. Действие устройства АПВ фиксируется указательным реле КН.

Схема становится готовой к новому повторному действию после зарядки конденсатора С1. Время зарядки принимается 20 с. При этом обеспечивается однократность действия устройства АПВ, так как конденсатор заряжается только при включенном положении выключателя. Включения выключателя при неуспешном АПВ не происходит.

В схему УАПВ включено двухобмоточное реле блокировки KBS с замедленнным возвратом 0,3...0,4 с. Замедление достигается закорачиванием последовательной обмотки KBS.2 реле его замыкающим контактом KBS.3 (рис. 10.2, б). Реле предназначается для предотвращения многократных включений выключателя при неисправностях в оперативных цепях, например при сваривании контакта KL1.1. В таких случаях при первом воздействии на отключение выключателя реле KBS срабатывает и самоудерживается контактом KBS.1 в цепи обмотки KBS.1, а его контакт KBS.2 размыкает цепь контактора КМ электромагнита отключения YAC выключателя.

Устройство АПВ однократного действия на постоянном оперативном токе типа РПВ-58 имеет схему, аналогичную схеме РПВ-358, но без диода VD.

10.3. Особенности устройств автоматического повторного включения линий
с двусторонним питанием

При установке устройств АПВ на линиях с двусторонним питанием необходимо учитывать, что для восстановления работоспособности поврежденной линии требуется ее отключение и включение с двух сторон. В связи с этим устройства АПВ следует устанавливать на выключателях обоих концов защищаемого элемента. Необходимо также учитывать возможность несинхронного повторного включения и в ряде случаев принимать специальные меры, чтобы не допускать такое включение. Это достигается с помощью специальных органов, состоящих из pеле, контролирующего наличие напряжения на линии, и реле контроля синхронизма. Устройства AIIB, дополненные этими органами, называются УАПВ с контролем синхронизма. Иногда можно отказаться от мер, предотвращающих несинхронное включение, и применять АПВ без контроля синхронизма. Это допустимо в следующих случаях:

а) при наличии большого числа параллельных связей, когда отключение одной из линий не сопровождается нарушением синхронизма; в этом случае применяют обычные устройства АПВ;

б) если имеется быстродействующая защита и быстродействующие выключатели, позволяющие обеспечить полное время цикла АПВ (отключение - включение) не более 0,25...0,5 с при повреждении любой точке защищаемой линии; за указанное время векторы ЭДС разделившихся источников не успевают разойтись на значительный угол, поэтому повторное включение сопровождается допустимыми толчками тока и завершается успешным вхождением в синхронизм; устройства АПВ с таким временем действия называются быстродействующими.

в) если включение на несинхронную работу при любых углах между ЭДС разделившихся источников не представляет опасности для оборудования и обеспечивается быстрое восстановление синхронизма; такое устройство АПВ называется несинхронным. В системах с глухозаземленными нейтралями наряду с трехфазным применяется также однофазное автоматическое повторное включение (ОАПВ). Устройства OAПB имеют определенные преимущества перед трехфазными УАПВ. Однако они значительно сложнее и требуют пофазного управления выключателями. Имеются также схемы совместного согласованного действия устройств ТАПВ и ОАПВ.

10.6. Назначение и требования к устройству АВР,
принципы их выполнения и расчет параметров

Назначение и требования к устройствам АВР. В системах электроснабжения при наличии двух (и более) источников питания часто целесообразно работать по разомкнутой схеме. При этом все источники включены, но не связаны между собой, каждый из них обеспечивает питание выделенных потребителей. Такой режим работы сети объясняется необходимостью уменьшить ток КЗ, упростить релейную защиту, создать необходимый режим по напряжению, уменьшить потери электроэнергии и т. п.

Применяют различные схемы УАВР, однако все они должны удовлетворять изложенным ниже основным требованиям.

1. Находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при прекращении питания потребителей по любой причичине и наличии нормального напряжения на другом, резервном для данию потребителей источнике питания. Чтобы не допустить включения нервного источника на короткое замыкание, линия рабочего источника к моменту действия УАЗР должна быть отключена выключателем со стороны шин потребителей. Отключенное состояние этого выключателя контролируется его вспомогательными контактами или реле положения, и эти контакты должны быть использованы в схеме включения выключателя резервного источника. Признаком прекращения питания является исчезновение напряжения на шинах потребителей, поэтому действующей величиной устройства АВР обычно является напряжение. При снижении напряжения до определенного значения УАВР приходит в действие. Применяются и другие пусковые органы.

2. Иметь минимально возможное время срабатывания. Это необходимо для сокращения продолжительности перерыва питания потребителей и обеспечения самозапуска электродвигателей. Минимальное время определяется необходимостью исключить срабатывания УАВР при коротких замыканиях на элементах сети, связанных с рабочим источиыом питания, если при этом напряжение на резервируемых шинах станет ниже напряжения срабатывания устройства АВР. Эти повреждения отключаются быстродействующими защитами поврежденных элементов. При выборе выдержки времени необходимо также согласовывать действие УАВР с действием УАПВ и с действием других устройств АВР, расположенных ближе к рабочему источнику питания. Для подстанций с синхронными компенсаторами или синхронными электродвигателями должны применяться меры, предотвращающие неправильную работу устройства автоматической частотной разгрузки (УАЧР) при действии АВР, а само УАВР должно быть быстродействующим для обеспечения динамической устойчивости синхронной нагрузки.

3. Обладать однократностью действия, что необходимо для предотвращения многократного включения резервного источника на устойчиее короткое замыкание.

4. Обеспечивать вместе с защитой быстрое отключение резервного уточника питания и его потребителей от поврежденной резервируемой акции шин и тем самым сохранять их нормальную работу. Для этого предусматривается ускорение защиты после АВР. Желательно вообще включить действие УАВР при КЗ на резервируемой секции шин.

5. Не допускать опасных несинхронных включений синхронных электродвигателей и перегрузок оборудования.

6. Разрешать возможно более полное автоматическое восстановление схемы доаварийного режима после успешного действия.

В зависимости от конструкции коммутационного аппарата, схем электроснабжения и ее номинального напряжения основные требования к устройствам АВР выполняются по-разному (например, сетевые УАВР, устройства АВР в сетях напряжением до 1 кВ).

Выбор параметров УАВР. Схемы УАВР различаются в основном пусковыми органами. При этом в качестве воздействующих величин могут быть: значение напряжения на контролируемой секции шин, частота этого напряжения, угол между векторами напряжения рабочего резервного источников питания и некоторые другие электрические величины. Здесь в качестве примера рассмотрим УАВР с минимальным пусковым органом напряжения на секционном выключателе сети (рис.10.12, а).

В этой схеме шины секционированы; секционный выключатель Q5 отключен. Каждая секция питается от отдельного источника. Схему УАВР можно выполнить так, что устройство будет действовать на включение секционного выключателя Q5 при отключении любого из источников питания и исчезновении напряжения на любой секции шин. В этом случае осуществляется взаимное резервирование с помощью УАВР двустороннего действия. Но прежде чем включить выключатель Q5, устройство АВР должно отключить выключатель Q2 или Q4, если он остался включенным при исчезновении напряжения на соответствующей секции шин. Для этой цели в схему УАВР вводят пусковой орган, в котором обычно применяют минимальные реле напряжения. В общем случае УАВР содержит также орган выдержки времени. Если резервируемой является одна из секций, например секция 1, то УАВР включает выключатель Q5 только при исчезновении напряжения на этой секции, предварительно отключив выключатель Q2, т. е. осуществляет одностороннее действие.

В некоторых схемах УАВР пусковой орган (минимальное реле напряжения) и орган выдержки времени объединены в одном реле. Если на резервируемом элементе системы электроснабжения имеется устройство АПВ, то время tАВР1 должно согласовываться со временем действия УАПВ tАПВ1 так, чтобы УАВР действовало только после неуспешного действия УАПВ.

В условиях эксплуатации случаются перегорания предохранителей или другие неисправности в цепях трансформаторов напряжения. При этом возможны срабатывания минимальных реле напряжения пускового органа. Для предотвращения ложных действий устройства АВР имеется ряд способов, например в пусковом органе используют два минимальных реле напряжения, включенные на разные трансформаторы напряжения. Для этих же целей в пусковом органе вместе с минимальным реле напряжения используют минимальное реле тока, включенное на ток питающей линии.

10.8. Пусковые органы ТАВР и возможность их применения
в электрических сетях с синхронными электродвигателями

Для обеспечения самозапуска синхронных электродвигателей после действия УАВР перерыв электроснабжения не должен превышать 0,1..0,12 с, если действие УАВР вызвано потерей питания из-за отключения рабочего источника. Допустимое время перерыва электроснабжения уменьшается до 0,08...0,09 с при 3-фазных K3. Для обеспечения самозапуска необходимо, чтобы в течение этого времени сработало УАВР, отключился выключатель Q2 и включился выключатель Q5 (рис. 10.16).

Современные, наиболее быстродействующие вакуумные выключатели имеют время отключения 0,03 с и время включения 0,04...0,05 с. Таким образом, для обеспечения динамической устойчивости синхронных электродвигателей при исчезновении питания и последующем его восстановлении время действия УАВР не должно превышать 0,02 с. Можно увеличить это время до значения, равного 0,05...0,06 с, если сигнал на включение выключателя подавать одновременно с сигналом на отключение выключателя Q2. Таким образом, быстродействие УАВР является одним из основных требований, которые предъявляют к нему синхронные электродвигатели. Совершенно очевидно, что рассмотренный выше минимальный пусковой орган напряжения (см. § 10.6) не может быть использован в схемах УАВР при наличии синхронных электродвигателей. Дополнение этого пускового органа минимальным реле тока не решает проблемы, так как оно блокирует УАВР не только при K3 в точках К2 и К3, когда УАВР не должно действовать, но и при K3 в точке К1 на питающей линии, когда оно должно приходить в действие. При повреждении в точках К1 и К3 минимальное реле тока не срабатывает из-за подпитки этих точек синхронными электродвигателями. Что касается минимального реле напряжения, то наличие минимального реле тока не влияет на его поведение. При потере питания (отключение рабочего источника питания) оно также будет действовать с замедлением (t > 1 с). Поэтому целесообразно рассмотреть другие пусковые органы.

Пусковой орган понижения частоты. Для этой цели используют реле понижения частоты, контролирующие частоту напряжения на секции шин при потере питания. Уставку срабатывания реле принимают равной 48...48,5 Гц. Время снижения частоты до уставки срабатывания, например, для электродвигателей с Тj < 1,635 с не превышает 0,05...0,059 с. Поэтому в этом случае можно использовать пусковой орган понижения частоты для действия при потере питания. Время снижения частоты зависит от механической постоянной времени агрегата (электродвигатель - механизм) Тj и коэффициента его загрузки. Оно увеличивается с увеличением Тj и с уменьшением коэффициента загрузки.