Источники оперативного тока

Оперативный ток на электрических станциях и подстанциях служит для питания вторичных устройств, к которым относятся оперативные цепи защиты, автоматики и телемеханики, аппаратура дистанционного управления, аварийная и предупредительная сигнализация. При нарушениях нормальной работы станции (подстанции) оперативный ток используется также для аварийного освещения и электроснабжения электродвигателей – генераторов оперативной связи и особо ответственных механизмов СН, например аварийных масляных насосов систем регулирования, смазки, уплотнений турбогенераторов и синхронных компенсаторов, которые обеспечивают сохранение оборудования в работоспособном состоянии.

От источников оперативного тока требуется повышенная надежность, их мощность должна быть достаточна для действия вторичных устройств при самых тяжелых авариях, а напряжение должно отличаться высокой стабильностью. Требования повышенной надежности приводят к необходимости резервирования источников оперативного тока и распределительных сетей.

Наиболее надежными источниками питания оперативных цепей являются аккумуляторные батареи. Их преимущество – независимость от внешних условий (полная автономность), что позволяет обеспечивать работу вторичных устройств даже при полном исчезновении напряжения в основной сети электроустановки. Достоинством этого источника является также способность выдерживать значительные кратковременные перегрузки, которые возникают при наложении на нормальный режим аккумулятора толчковых токов включения приводов выключателей.

Постоянный оперативный ток от аккумуляторных батарей широко применяется на электрических станциях различных типов и крупных подстанциях напряжением 330 кВ и выше, на подстанциях 110 – 220 кВ с числом масляных выключателей три и более и на подстанциях 35 – 110 кВ с воздушными выключателями. Оперативный постоянный ток распределяется между отдельными присоединениями централизованно. Вблизи аккумуляторного помещения устанавливают щит постоянного тока, на панелях которого размещают приборы и аппараты контроля и управления источниками, а также сборные щиты, питающие отдельные участки сети.

Недостаток применения постоянного оперативного тока – большая стоимость как самих аккумуляторных батарей, так и сети, которая при централизованном распределении получается очень сложной и сильно разветвленной. Аккумуляторные батареи требуют специально оборудованного помещения, эксплуатация их достаточно сложна.

Внедрение в установках переменного и выпрямленного оперативного тока позволяет отказаться от дорогостоящих аккумуляторных батарей. При этом также уменьшается разветвленность оперативных цепей. В настоящее время электропромышленностью выпускаются серийно релейная аппаратура и приводы выключателей, короткозамыкателей, отделителей для работы непосредственно на переменном оперативном токе и от выпрямительных устройств в установках напряжением 3 –10; 35 и 110 кВ. Разработаны схемы защиты элементов станций и подстанций с питанием оперативных цепей выпрямленным током и специальные выпрямительные устройства.

В качестве источников переменного оперативного тока используются трансформаторы СН, трансформаторы тока, питающие цепи релейной защиты, трансформаторы напряжения, предварительно заряженные конденсаторы (в качестве импульсных источников тока). Возможность использования переменного оперативного тока в конкретной электроустановке зависит от мощности, которую может дать источник, и типа привода выключателей. Переменный оперативный ток применяется на подстанциях с высшим напряжением 35, 110 и 220 кВ, выполненных без выключателей и с малым (один-два) числом выключателей на стороне высшего напряжения электроустановки. Выпускаются выключатели типа ВМГ-110 (220) с пружинным приводом на переменном оперативном токе.

Выпрямленный оперативный ток позволяет применять аппараты оперативных цепей и схемы, аналогичные применяемы в установках постоянного оперативного тока. В качестве источников выпрямленного оперативного тока используются ТСН, трансформаторы тока и напряжения совместно с выпрямительными блоками питания и предварительно заряженными конденсаторами.

4.2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И ПОДСТАНЦИЯХ

Управление работой электроустановки (при любом уровне автоматизации) требует непрерывного контроля за ее режимом, включающего в себя контроль за параметрами основного и вспомогательного оборудования (осуществляется измерительной подсистемой) и контроль за состоянием этого оборудования (осуществляется подсистемой сигнализации).

Измерениями должны быть охвачены все параметры основного и вспомогательного оборудования, которые определяют режим управляемого объекта – электрической станции или подстанции. Особенно велик необходимый объем измерений на ТЭС и АЭС: тепломеханические, механические и электрические измерения. К тепломеханическим относятся измерения технологических аппаратов – давления, температуры, расхода, уровня – рабочих тел (вода, пар, пароводяная среда, топливо и др.). К механическим – измерения перемещений, частоты вращения, вибрации, шумов и др. Электрические измерения – это измерения тока, напряжения, частоты, активной и реактивной мощности и энергии. Кроме того, специфическими измерениями являются: на АЭС – дозиметрический контроль, на ГЭС – измерения уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, напора, стока воды и др.

Структурная схема системы измерения в общем случае включает в себя: первичный измерительный прибор, преобразователи, канал связи и вторичный измерительный прибор. Проектирование измерительной подсистемы включает в себя определение необходимого объема измерений, способа измерения, местоположения, типа (и класса) вторичных и первичных приборов, всех остальных элементов системы измерения.

На электрических станциях и подстанциях используются измерительные приборы четырех типов:

1) показывающие аналоговые и цифровые приборы – для визуального наблюдения за параметрами режима;

2) регистрирующие (самопишущие) приборы – для непрерывной графической или цифровой записи параметров в нормальном режиме;

3) интегрирующие приборы (счетчики) – для суммирования показаний во времени;

4) фиксирующие приборы (самопишущие приборы с ускоренной записью, осциллографы, специальные регистраторы событий и др.) – для графической записи параметров в аварийных условиях.

Для особо важных параметров предусматриваются индивидуальные показывающие приборы, позволяющие оператору осуществлять непрерывный контроль за параметром. Для измерения менее ответственных параметров применяют принцип «по вызову», который позволяет оператору осуществлять периодический контроль. Для электрических измерений, о которых пойдет речь дальше, применяются, как правило, индивидуальные измерительные приборы.

В соответствии с ПУЭ щитовые показывающие и регистрирующие электроизмерительные приборы должны иметь класс точности не ниже 2,5; счетчики активной энергии, предназначенные для денежных расчетов (расчетные счетчики) – не ниже 2,0, а для линий межсистемных связей напряжением 110 – 150 кВ – 1,0, 220 кВ и выше – 0,5. Класс точности счетчиков реактивной энергии выбирают на одну ступень ниже класса точности соответствующих счетчиков активной энергии. Для фиксирующих приборов допускается класс 3,0. Амперметры подстанций, РУ и неответственных электродвигателей могут иметь класс точности 4,0.

Класс измерительных трансформаторов и преобразователей применяется в зависимости от класса приборов:

Класс прибора............................................ 0,5 1,0 – 1,5 2,5

Класс измерительного трансформатора и преобразователя....... 0,2 0,5 1,0

Класс шунта и добавочного сопротивления.................... 0,2 0,5 0,5

В схемах с коммутацией присоединений через два выключателя измерительные приборы должны включаться в цепь параллельно соединенных измерительных трансформаторов соответствующих выключателей (на сумму вторичных токов этих трансформаторов). Измерительные приборы и реле защиты должны быть присоединены к разным трансформаторам тока. Их объединение допускается лишь в том случае, если раздельное подключение требует дополнительных трансформаторов тока. При вынужденном объединении измерительных приборов с высокочастотной, дифференциальной или дистанционной релейной защитой или с фильтром токов нулевой последовательности необходимо приборы и защиту разделить промежуточными трансформаторами тока.

Расчетные счетчики следует присоединять к трансформаторам тока совместно с другими измерительными приборами. Отдельные трансформаторы тока предусматривают лишь в том случае, если при объединении расчетных счетчиков с другими приборами не обеспечивается необходимый класс точности.

Состав измерительных приборов, которые должны быть установлены для контроля за режимом работы основного электрооборудования станций и подстанций, показан на рис. 4.1. Наибольшее число измерительных приборов устанавливается для контроля за работой генераторов (комплект 4). Если генератор включен на сборные шины, то этот комплект приборов размещается на ГЩУ. В машинном зале в этом случае на ГрЩУ устанавливаются ваттметр и частотомер. При работе генератора в блоке с трансформатором комплект 4 устанавливается на БЩУ, а на ЦЩУ предусматривается лишь ваттметры и варметры для наблюдения за нагрузкой каждого генератора и сумматоры мощности для контроля за суммарной нагрузкой всех генераторов станции (комплект 5). Кроме того, в обоих случаях на сборке возбуждения, откуда осуществляется перевод генератора с рабочего возбуждения на резервное или на оборот, устанавливаются вольтметры основного и резервного возбудителей (комплект 6).

Контроль за работой двухобмоточного трансформатора осуществляется с помощью комплекта приборов 11, устанавливаемого на стороне низшего напряжения трансформатора и включающего в себя амперметр, ваттметр и варметр. Вместо двух раздельных приборов – ваттметра и варметра – для экономии места на панели практикуют использование одного комбинированного прибора с переключением в цепях напряжения. При необходимости учета энергии, протекающей через трансформатор, на нем устанавливают счетчики (комплект 11). Если возможен реверсный режим работы трансформатора, то устанавливают ваттметр и варметр с двухсторонней шкалой и два комплекта счетчиков со стопорами (комплект 12). Если трансформатор работает в блоке с генератором, то комплект измерительных приборов на низшем напряжении для него не требуется, так как используются приборы генератора. У трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов устанавливается дополнительный комплект 10 измерительных приборов на стороне среднего напряжения. Контроль за током осуществляют на всех обмотках.

На линии 6 – 35 кВ, которые обычно идут непосредственно к потребителям, устанавливают амперметр и счетчик активной энергии, а если расчет с потребителем производят с учетом коэффициента мощности, то еще и счетчик реактивной энергии (комплект 1). Три амперметра требуется только при значительной несимметрии токовой нагрузки фаз. Это может быть, если линия питает электропечи или потребителя с большой долей осветительной нагрузки (более 14 – 20 % общей нагрузки).

Линии напряжением 110 кВ и выше сетей районного значения нуждаются в контроле за током и мощностью (комплект 8). Учет активной энергии должен быть обеспечен лишь на линиях межсистемных связей, где для этой цели с каждого конца устанавливают счетчики активной энергии со стопорными механизмами. На линиях 330 – 500 кВ предусматривают фиксирующие приборы для записи фазных токов и напряжений, а также тока и напряжения нулевой последовательности (комплект 9).

На сборных шинах основных напряжений электростанций ведется контроль за напряжением, а в некоторых случаях и за частотой (комплект 2). В незаземленных и компенсированных сетях (6 – 35 кВ), где режим однофазного замыкания может быть длительным, измеряют одно междуфазное и три фазных напряжения относительно земли. В эффективно заземленных сетях 110 кВ и выше, где однофазные КЗ отключаются автоматически, достаточно следить лишь за междуфазными напряжениями. Регистрирующие вольтметры предусматривают на шинах напряжением 110 кВ и выше, если от шин отходят линии межсистемных связей или соответствующие узлы сети являются точками, по которым контролируется режим энергосистемы (контрольными точками).

Контроль за частотой осуществляют на шинах ГРУ 6 – 10 кВ (комплект 2), на шинах повышенных напряжений мощных электростанций (более 200 МВт), а также подстанций в точках возможного деления энергосистемы на несинхронно работающие части.

Для контроля за работой синхронного компенсатора (рис. 4.1,а) на его АЩУ предусматривают основной комплект 7 приборов, а на ОПУ помещают только амперметр и варметр. Поскольку синхронный компенсатор может как выдавать, так и потреблять реактивную мощность, его варметры должны иметь двустороннюю шкалу, а вместо одного счетчика реактивной энергии необходимо установить два со стопорами, разрешающими вращение диска только в какую-нибудь одну сторону.

Характеристики ранее применяемых измерительных приборов и схемы их включения показаны в предыдущей главе. При проектировании подстанции необходимо включать в состав измерительных приборов наиболее современные их типы особенно это касается счетчиков.