Автоматическое повторное включение. Назначение и область применения АПВ

2.2.1. Требования к схемам автоматики повторного включения и их классификация

2.2.2. Схема трехфазного автоматического повторного включения однократного действия

2.2.3. Ускорение защиты до и после автоматики повторного включения

2.2.4. Выполнение схем автоматики повторного включения на переменном оперативном токе

2.2.5. Автоматика повторного включения сборных шин

2.2.6. Краткие сведения об особенностях и разновидностях автоматики повторного включения на линиях с двусторонним питанием

Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на воздушный 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 воздушных линиях 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.

2.2.1. Требования к схемам автоматики повторного включения и их классификация

В эксплуатации получили применение следующие виды устройств АПВ: трехфазные, осуществляющие повторное включение трех фаз выключателя после их отключения релейной защитой; однофазные, осуществляющие включение одной фазы выключателя, отключенной релейной защитой при однофазном КЗ; комбинированные, осуществляющие включение трех фаз (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных КЗ).

Трехфазные устройства АПВ в свою очередь подразделяются на несколько видов: простые (ТАПВ), быстродействующие (БАПВ), с проверкой наличия напряжения (АПВНН), с ожиданием синхронизма (АПВОС), с улавливанием синхронизма (АПВУС) и др.

По виду оборудования, на которое действием устройств АПВ повторно подается напряжение, различают АПВ линий, АПВ шин, АПВ трансформаторов.

По числу циклов (кратности действия) различают АПВ однократного действия и АПВ многократного действия.

Устройства АПВ, выполненные с помощью специальных релейных схем, называют электрическими, а встроенные в грузовые или пружинные приводы – механическими.

Схемы АПВ в зависимости от конкретных условий могут существенно отличаться одна от другой. Однако все они должны удовлетворять следующим основным требованиям.

1. Схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном отключении выключателя (или выключателей), находившегося в работе.
В некоторых случаях схемы АПВ должны удовлетворять дополнительным требованиям, при выполнении которых разрешается пуск АПВ: например при наличии или, наоборот, при отсутствии напряжения, при наличии синхронизма, после восстановления частоты и т. д.

2. Схемы АПВ не должны приходить в действие при оперативном отключении выключателя персоналом, а также в тех случаях, когда выключатель отключается релейной защитой сразу после его включения персоналом (т. е. при включении выключателя на КЗ), поскольку повреждения в этом случае обычно бывают устойчивыми. В схемах АПВ должна также предусматриваться возможность запрета действия АПВ при срабатывании отдельных защит. Так, например, как правило, не допускается действие АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях в них, когда срабатывает газовая или дифференциальная защита.
В отдельных случаях не допускается действие АПВ линий при срабатывании дифференциальной защиты шин.

3. Схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повторных включений, т. е. действие с заданной кратностью. Наибольшее распространение получило АПВ однократного действия. Применяются также АПВ двукратного, а в некоторых случаях и трехкратного действия.

4. Время действия, как правило, должно быть минимально возможным, для того чтобы обеспечить быструю подачу напряжения потребителям и восстановление нормального режима работы. Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ на линиях с односторонним питанием, принимается 0,3–0,5 с. Вместе с тем в некоторых случаях, когда наиболее вероятны повреждения, вызванные набросами и касаниями проводов передвижными механизмами, целесообразно для повышения успешности АПВ принимать выдержки времени порядка нескольких секунд.

5. Схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в исходное положение готовности к новому действию после включения в работу выключателя, на который действует АПВ.

2.2.2. Схема трехфазного автоматического повторного включения однократного действия

Промышленностью длительное время выпускалось типовое релейно-контактное автоматическое устройство – реле повторного включения однократного РПВ-58 и двукратного РПВ-258 действия. Находятся в эксплуатации релейно-контактные устройства БАПВ и ОАПВ линий напряжением 500 кВ.

Современная автоматика повторного включения представляется микросхемными реле повторного включения РПВ-01 и РПВ-02, панелями комплексных бесконтактных автоматических устройств ПДЭ 2004.01 и ПДЭ 2004.02 и разработанными микропроцессорными программными устройствами повторного включения.

Реле РПВ-01 и РПВ-02 выполнены на интегральных микросхемах и на унифицированной конструкции. Для гальванического отделения цепей реле от источников входных сигналов и выходных цепей включения выключателя используются электромагнитные реле с герметизированными контактами (герконы) и выходное реле с двумя обычными контактами.

В функциональной схеме автоматического устройства РПВ-01
(рис. 2.4) различаются элементы формирования (контактами) дискретных потенциальных сигналов, а именно: пуска ЭП контактом КL₁, запрета действия ЗД, разрешения подготовки к новому действию – возврату в исходное состояние РВ, защитного сигнала, предотвращающего ложные действия РПВ при перерывах его питания от источника постоянного напряжения Еп (элемент ЗП), элемент управления ЭУ выходным реле KL₂ и элемент информации о действии РПВ (сигнализации) ИЭ.

Рис. 2.4. Функциональная схема микросхемного устройства реле автоматического включения РПВ-01

Схема РПВ-01 содержит элементы формирования сигналов включения выключателей без выдержки времени БАПВ и АПВ с выдержкой времени, элемент однократности действия (запрета) ЭОД, элемент подготовки к новому действию ПД и элемент выдержек времени ЭВ срабатывания tc и подготовки к новому действию (возврата) tв.

Функции названных элементов, кроме контактных, выполняются взаимодействующими дискретными интегральными микросхемами DX (И) серий К175, К176, реализующими логические операции совпадения сигналов (логических единиц) и их отрицания (И–НЕ). На функциональной схеме показан, например, синтезированный из двух микросхем и DU (НЕ) элемент логического перемножения (конъюнкции) дискретных потенциальных сигналов DX₁.

Элемент выдержки времени выполнен на пассивных RC -интеграторах и активном элементе сравнения постоянного напряжения, получаемого от источника питания, с напряжением на заряжающемся конденсаторе релейного действия на основе интегрального операционного усилителя типа К553УД1 в дифференциальном включении, охваченного положительной обратной связью. Заряд конденсаторов от транзисторных источников токов обеспечивает линейное нарастание напряжений на них и, следовательно, более высокую, чем при экспоненциальном нарастании, четкость срабатывания бесконтактного реле времени. Источники токов включаются и отключаются дискретно изменяющимися напряжениями на выходах логических интегральных микросхем. Элемент запрета ЭОД, обеспечивающий однократность действия РПВ, содержит интегральные триггеры DS для запоминания сигнала.

В элемент управления (ЭУ) выходным электромагнитным реле KL₂ входит выходной транзистор VT, переключаемый в открытое состояние дискретно изменяющимся током, возбуждаемым напряжением на выходе логической интегральной микросхемы .

Реле KL₂ имеет две обмотки, вторая из них (токовая) – удерживающая – включается последовательно в цепь управляющего воздействия УВ на возбуждение контактора электромагнита включения выключателя линии электропередачи, трансформатора, шин электростанции. Информационный элемент (ИЭ) выполнен на интегральных транзисторных переключателях и светодиодах.

На вход РПВ поступают дискретные потенциальные сигналы от цепей управления выключателем: сигнал пуска СП возникает при несоответствии положений ключа управления (включено) и выключателя (отключен); сигнал на разрешение подготовки к включению СРВ – от ключа управления включением выключателя; сигналы запрета СЗ действия РПВ – от ключа управления отключением выключателя, от устройств релейной защиты, срабатывающих только при внутренних повреждениях трансформатора, от дифференциальной защиты шин электростанции (кроме РПВ выключателя, предназначенного для их опробования).

На вход элемента ЗП защиты от неправильного действия при перерывах питания схемы поступает напряжение Еп от источника оперативного тока. При его наличии РПВ готово к действию, т. е. находится в состоянии ожидания (геркон ЗП разомкнут).

При поступлении сигнала пуска срабатывает реле КL₁ элемента ЭП и возбуждает элемент БАПВ, выходной дискретный сигнал которого проходит через логическую микросхему элемента управления ЭУ, благодаря поступлению на второй ее вход сигнала от ЭП. Появляющееся напряжение относительно отрицательного потенциала эмиттера VT на выходе (нулевой потенциал) возбуждает ток через эмиттерный переход транзистора, переключающий его в открытое состояние; выходное реле KL₂ срабатывает и возбуждает соответствующую цепь УВ управления воздушным выключателем линии электропередачи, осуществляющим БАПВ.

Элемент БАПВ одновременно переключает триггер DS сигналом, поступающим на его вход записи S, напряжение на выходе которого, появляющееся с небольшой задержкой t_з, убирает, воздействуя на инверсный вход (ЗАПРЕТ), выходной сигнал БАПВ, обеспечивая однократность его действия.

Если выключатель масляный, то его АПВ производится с выдержкой времени.

При этом цепь БАПВ выводится из действия, как условно показано на схеме накладкой SX. По сигналу ЭП срабатывает элемент АПВ и запускает реле выдержки времени срабатывания t_c. Сигнал пуска поступает также на один из двух входов микросхем DX₁ и . После срабатывания релейного элемента времени t_c его сигнал поступает на второй вход микросхемы DX₁ и разрешает прохождение пускового сигнала на вход S записи триггера DS элемента однократности действия ЭОД и второй вход микросхемы , которая переключается до нулевого потенциала 0 – положительного относительно отрицательного потенциала эмиттера транзистора VT. Напряжением, возбуждающим ток эмиттерного перехода, транзистор VT открывается, реле KL₂ срабатывает. Его контакт, соединенный последовательно со второй (удерживающей) обмоткой, замыкает цепь возбуждения контактора цепи электромагнита включения масляного выключателя.

Выходной сигнал элемента DX₁, как указывалось, поступает на вход записи S триггера DS, выходное напряжение которого с небольшой задержкой t_в производит (через ) запрет действия АПВ, обеспечивая однократное повторное включение выключателя.

Как видно из схемы, пусковой сигнал ЭП через элемент подготовки к новому действию ПД запрещает запуск (микросхема ) элемента ЭВ выдержки времени t_в возврата схемы в исходное состояние. После исчезновения СП и истечения времени t_в (не менее 10 с) выходным сигналом ЭВ, проходящим через DX₂, благодаря наличию на втором его входе сигнала от ПД, и поступающим на вход считывания R триггера DS снимается запрет действия АПВ. Схема в целом приходит в исходное состояние.

2.2.3. Ускорение защиты до и после автоматики повторного включения

Ускорение защиты после АПВ. Автоматическое ускорение действия защиты при АПВ применяется для ускорения ликвидации КЗ и повышения надежности работы энергосистемы и потребителей. Ускорение защиты после АПВ предусматривается, как правило, на всех линиях как мера повышения надежности защиты линии в целом.

На рис. 2.5, а показана схема ускорения защиты после АПВ. Цепь ускоренного действия нормально разомкнута контактом промежуточного реле ускорения KL2.1, которое срабатывает перед повторным включением выключателя и, имея замедление на возврат, держит свой контакт замкнутым в течение 0,7–1 с. Поэтому если повторное включение происходит на устойчивое КЗ, защита второй раз подействует без выдержки времени по цепи ускорения через контакт KL2.1 и мгновенный контакт КТ1 реле времени. В качестве реле ускорения обычно используется реле типа РП-252.

а б

Рис. 2.5. Схема ускорения действия защиты: а – после АПВ;
б – до АПВ

Для запуска промежуточного реле ускорения, наряду со схемой, показанной на рис. 2.5, применяется схема, приведенная на рис. 2.6.

При отключении выключателя реле положения «Отключено» срабатывает и, кроме рассмотренных ранее действий, замыкает контакт KQT.1 в цепи обмотки реле ускорения KL, которое, сработав, в свою очередь, замыкает контактом KL.1 цепь ускорения. При подаче команды на включение выключателя реле KQT возвращается и снимает плюс с обмотки реле ускорения KL.

Однако последнее возвращается не сразу, а с замедлением 0,7–1 с, что достаточно для срабатывания защиты по цепи ускорения при включении выключателя на устойчивое КЗ. Ускорение защиты можно выполнять непосредственно контактами реле KQT. При этом специальное реле ускорения не устанавливается, а в качестве реле KQT используется замедленное на возврат реле типа РП-252.

Схема, приведенная на рис. 2.5, обеспечивает ускорение защиты при любом включении выключателя как от АПВ, так и от ключа управления, что является ее достоинством.

Ускорение защиты до АПВ. В сети, показанной на рис. 2.7, максимальная токовая защита МТ31, установленная на линии W1, по условию селективности должна иметь выдержку времени больше, чем максимальные токовые защиты МТ32 и МТЗЗ линий W2 и W3.

Рис. 2.7. Участок сети с односторонним питанием

Одним из способов, обеспечивающих быстрое отключение повреждений на линии W1 без применения сложных защит, является ускорение максимальной токовой защиты этой линии до АПВ. С этой целью защита МТ31 выполняется так, что при возникновении КЗ она на первый раз действует без выдержки времени независимо от того, на какой из линий произошло КЗ, а после АПВ действует с нормальной выдержкой времени.

В случае КЗ на линии W1 срабатывает защита МТ31 по цепи ускорения и без выдержки времени отключает эту линию. После АПВ, если повреждение устранилось, линия останется в работе, если же повреждение оказалось устойчивым, то линия вновь отключится, но уже с выдержкой времени.

При КЗ на линии W2 происходит неселективное отключение линии W1 защитой МТ31 по цепи ускорения без выдержки времени. Затем линия W1 действием схемы АПВ включается обратно. Если повреждение на линии W2 оказалось устойчивым, то эта линия отключается своей защитой МТ32, а линия W1 остается в работе, так как после АПВ защита МТ31 действует с нормальной селективной выдержкой времени.

Ускорение защиты до АПВ выполняется аналогично ускорению после АПВ. Пуск реле ускорения KL2 при осуществлении ускорения защиты до АПВ осуществляется при срабатывании выходного реле схемы АПВ (см. рис. 2.5, б). У реле KL2 при этом используется размыкающий контакт KL2.1. Цепь ускорения будет замкнута до АПВ и разомкнется при действии схемы АПВ на включение выключателя. Реле KL2 при этом будет удерживаться в положении после срабатывания до тех пор, пока не отключится КЗ и не разомкнутся контакты реле защиты.

2.2.4. Выполнение схем автоматики повторного включения на переменном оперативном токе

В рассмотренных выше схемах АПВ на постоянном оперативном токе энергия, необходимая для включения и отключения выключателей, работы реле, входящих в схему АПВ, поступает от аккумуляторной батареи. В схемах АПВ на переменном оперативном токе в качестве источников энергии используются трансформаторы напряжения и собственных нужд.

Наиболее просто выполняются устройства АПВ на выключателях, оборудованных грузовыми или пружинными приводами. В этих приводах энергия, необходимая для включения, запасается в предварительно натянутых пружинах или поднятом грузе. Подъем груза или натяжение пружин производятся вручную или с помощью специального автоматического электродвигателя редуктора (АДР), который состоит из электродвигателя мощностью 80–100 Вт и редуктора.

В пружинных и грузовых приводах имеются специальные механические устройства, выполняющие повторное включение выключателя без выдержки времени при отключении выключателя от реле прямого действия, встроенных в привод. При оперативном отключении выключателя (вручную или дистанционно через катушку отключения) механическое АПВ блокируется, и выключатель остается отключенным.

В случае АПВ на устойчивое КЗ и отключения выключателя от защиты устройство АПВ второй раз не подействует, так как пружина (или груз) находится в незаведенном состоянии. Для подготовки устройства АПВ к новому действию необходимо вручную или от АДР завести пружину (или груз). Таким образом, механические устройства АПВ обладают однократностью действия. При необходимости механическое устройство АПВ может быть выведено из действия с помощью специального устройства.

Механические устройства АПВ недостаточно надежны и, как правило, не допускают регулирования времени действия. Поэтому, наряду с механическими устройствами, АПВ получили широкое распространение электрические схемы АПВ на переменном оперативном токе, воздействующие на включающие катушки грузовых или пружинных приводов мгновенно или с выдержкой времени.

2.2.5. Автоматика повторного включения сборных шин

Для подстанций с односторонним питанием отключение повреждений, на шинах которых обеспечивается защитами, установленными на противоположных концах питающих линий или на трансформаторах, повторная подача напряжения на шины осуществляется за счет действия схем АПВ питающих элементов (линий или трансформаторов).

При наличии на шинах подстанции специальной защиты шин (обычно шин подстанций высокого напряжения в сетях с двусторонним питанием) повторное включение шин, так же как и в схемах с односторонним питанием, можно осуществить с помощью схем АПВ выключателей питающих присоединений. Схема АПВ при этом выполняется с пуском от несоответствия положения выключателя и ключа управления (реле фиксации). В этом случае при срабатывании защиты шин не должно осуществляться блокирование действия АПВ линии.

При наличии на подстанции не одной, а нескольких питающих линий целесообразно осуществлять АПВ нескольких или всех линий, отключившихся при срабатывании защиты шин. Это следует делать для большей автоматизации восстановления нормальной схемы подстанции и для обеспечения питания потребителей, когда одна питающая линия не может обеспечить всей нагрузки подстанции. С этой целью при срабатывании защиты шин запускаются АПВ всех питающих линий. В случае успешного АПВ первой линии поочередно включаются выключатели других линий. Если первая линия включится на устойчивое КЗ, снова сработает зашита шин, при этом блокируется действие АПВ других линий и их выключатели не включаются, благодаря чему обеспечивается однократность АПВ шин.

2.2.6. Краткие сведения об особенностях и разновидностях АПВ на линиях с двусторонним питанием

На линиях с двусторонним питанием АПВ имеет свои особенности, обусловленные наличием напряжения по обоим концам линии. Первая особенность состоит в том, что повреждение на линии отключается защитой с обеих сторон и АПВ также должно осуществляться с обоих концов линии. Действие устройств АПВ при этом должно быть согласованным: АПВ производится лишь после того, как линия отключится с обеих сторон. Выдержка времени АПВ в этом случае будет определяться по двум условиям.

1. Выдержка времени АПВ должна быть больше времени готовности привода, т. е.

t _АПВ1 = t _г.п + t _зап, (2.4)

где t _г.п. – время готовности привода, которое в зависимости от типа привода может меняться в пределах от 0,2 до 1 с; t _зап – время запаса, учитывающее разброс времени готовности привода и погрешность реле времени АПВ, принимается равным 0,3....0,5 с.

1. Выдержка времени должна быть больше времени деионизации

t _АПВ1 = t _сз2 – t _сз1 + t _отк2 – t _отк1 + t _Д – t _вкл1 + t _зап, (2.5)

где t _сз1, t _отк1, t _вкл1 – наименьшая выдержка времени релейной защиты, времени отключения и включения выключателя на том конце линии, на котором выбирается выдержка времени АПВ; t _сз2, t _отк2 – выдержка времени второй ступени защиты и время отключения выключателя на противоположном конце линии соответственно; t _д – время деионизации среды, зависящее от рабочего напряжения, значения и длительности тока КЗ, метеорологических условий (ориентировочно для линий 110 кВ можно принять равным 0,17 с).

Принимая для упрощения t _отк1 = t _отк2 и t _сз1 = 0 (КЗ в зоне действия первой ступени защиты 1 и в зоне действия второй ступени защиты 2), выражение (2.5) можно упростить

t _АПВ1 = t _сз2 + t _д – t _вкл1+ t _зап. (2.6)

Если вторая ступень защиты не обеспечивает достаточной надежности при повреждениях в конце рассматриваемой линии, в выражение (2.6) подставляется выдержка времени третьей ступени защиты.
По этим выражениям подсчитывается выдержка времени АПВ для обоих концов линии, принимается наибольшее из полученных значений.

Время автоматического возврата схемы АПВ в исходное положение выбирается из условия обеспечения однократности действия

t_вАПВ ³ t _рз.max + t _отк + t _зап, (2.7)

где t _рз.max – максимальная выдержка времени резервных защит линии;
t _отк – время отключения выключателя.

Время возврата схемы в исходное положение в устройстве РПВ-58 и в комплексном устройстве РПВ-01 определяется временем заряда конденсатора, которое составляет 20...25 с, что с запасом удовлетворяет условию (2.7).

Вторая особенность АПВ на линиях с двусторонним питанием обусловлена тем, что повторное включение линии может сопровождаться большими толчками тока и активной мощности, если произошло значительное расхождение по углу напряжений по концам линии. Если две части энергосистемы связаны тремя и более линиями, то отключение одной из них не приводит к нарушению устойчивости параллельной работы. В этом случае допускается применение простых схем АПВ. Для уменьшения возмущений в энергосистеме АПВ на линиях с двусторонним питанием выполняют однократным. С этой же целью рекомендуется дополнять простую схему АПВ на одном из концов линии устройством контроля наличия напряжения на линии. Благодаря этому включение линии на устойчивое КЗ возможно только один раз – со стороны, где не установлено такое устройство. Условия (2.5), (2.6) для конца линии, где установлено устройство контроля наличия напряжения, примут вид:

t_АПВ1 = t _сз2 – t _сз1 + t _отк2 – t _отк1 + t _зап; (2.8)

t_АПВ1 = t _сз2 + t _зап. (2.9)

При этом на конце линии, с которого производится ее опробование, устанавливается АПВ с контролем отсутствия напряжения. Для этого в цепи пуска устройств АПВ вводятся контакты соответствующих реле напряжения, уставки которых выбираются по следующим условиям:

– для минимального реле напряжения, контролирующего отсутствие напряжения на линии

U _ср < (0,4…0,5) U _ном; (2.10)

– для максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на линии

U _ср > (0,7…0,8) U _ном. (2.11)

Для выравнивания количества отключений КЗ выключателями при неуспешном АПВ устройства контроля предусматривают на обоих концах линии, меняя очередность их подключения.

Если две части энергосистемы связаны или могут оказаться связанными лишь одной линией, то ее отключение приведет к нарушению синхронизма. В этих случаях возможно применение АПВ следующих видов: несинхронное АПВ (НАПВ), быстродействующее АПВ (БАПВ), АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС), АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС). При обосновании вида АПВ рекомендуется рассмотреть допустимость использования НАПВ и в случае недопустимости НАПВ – рассмотреть другие виды АПВ.

Несинхронное АПВ (НАПВ) является наиболее простым устройством, допускающим включение частей энергосистемы без ограничений по углу включения, в том числе и при углах 120…130 градусов, когда синхронные машины испытывают максимальные динамические воздействия. Возможность такого включения основывается на определении допустимого тока включения с углом 180 градусов. На основании теоретических и экспериментальных исследований предложены следующие нормы, определяющие допустимость НАПВ:

– для гидрогенераторов с успокоительными контурами и для турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток

; (2.12)

где – сверхпереходное сопротивление генератора;

– для гидрогенераторов без успокоительных контуров и для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток

. (2.13)

Максимальный ток (периодическая составляющая) несинхронного включения с углом 180 градусов, определенный по выражению

, (2.14)

где – эквивалентное сопротивление между эдс и напряжением энергосистемы , в котором сопротивления генераторов учтены сверхпереходным значением. Генераторы, не имеющие успокоительных контуров, замещаются переходными реактивными сопротивлениями и переходными эдс.

Остальные элементы замещаются своими реактивными сопротивлениями. Расчет необходимо выполнить для максимального и минимального режима работы станций. При этом в максимальном режиме работы предполагаются включенными все n блоков станций, а в минимальном – отключается несколько блоков (если общее число блоков станции n £ 4, то отключается один блок этой станции, если n > 4, то отключить следует два блока). После этого исходная схема замещения приводится к виду (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Расчетная схема замещения

Допускается при расчете I _нс не определять расчетом эдс, а принимать приближенно U_c = Е ²_q = 1,05 U _ном. Вычисленный ток несинхронного включения распределяется по ветвям генераторов, затем проверяется выполнение условия (2.12) либо (2.13).

Другим условием допустимости НАПВ является сохранение устойчивости (синхронной или результирующей) после АПВ.

В большинстве случаев это условие выполняется, особенно в концентрированных энергосистемах, при преобладании турбогенераторов, имеющих большой асинхронный момент и быстродействующие регуляторы частоты вращения.

Быстродействующее АПВ (БАПВ) позволяет включить повторно отключенную линию связи частей энергосистемы с обеих сторон за минимально возможное время, называемое временем бестоковой паузы.
За это время угол между напряжениями одноименных фаз частей энергосистемы не успеет увеличиться значительно. Включение в этом случае будет происходить без больших толчков тока и длительных качаний. Для того чтобы БАПВ было успешным, необходимо:

– иметь быстродействующую защиту, обеспечивающую отключение линии без выдержки времени с обеих сторон;

– иметь воздушные выключатели с временем отключения менее 0,1 с и временем включения 0,2...0,3 с.

При таком времени включения деионизация среды будет обеспечена при выполнении БАПВ без выдержки времени или с небольшой выдержкой – 0,1…0,2 секунды. Таким образом, цикл БАПВ составит

t_с,а = t _рз + t _ов + t _бп, (2.15)

где t_рз – время действия быстродействующей защиты; t_ов – время отключения выключателя; t_бп – время бестоковой паузы (должно быть больше времени деионизации среды – t_д). Обычно для БАПВ t_с,а = 0,35…0,5 с.

При выполнении данного задания рассматривается возможность применения БАПВ на линии Л3. Поскольку мощность отделившейся части системы G3, G4 много меньше мощности G1, G2, С1, С2, за время цикла БАПВ можно рассматривать только изменение частоты (повышение или понижение – в зависимости от направления мощности по Л3 в предшествующем режиме) генераторов G3, G4. Экспоненциальное изменение частоты при малом времени цикла БАПВ допустимо заменить равноускоренным [2] с ускорением

а_s = (Р _л3ω_н)/(Р _G3 + Р _G4) Т_j, (2.16)

где Т_j – приведенная к мощности отделившейся станции постоянная времени механической инерции агрегатов и нагрузки, с; Р_л3 – мощность, передаваемая по линии в доаварийном режиме, МВт; Р_G3, Р_G4 – мощность генераторов электростанции.

Изменение угла за время цикла БАПВ

∆δ = 0,5 а_s t²_с,а = 9000Р_л3 t²_с,а/(Р_G3 + Р_G4) Т_j, (2.17)

при этом угол включения будет иметь вид:

δ_вкл = δ_о + ∆δ, (2.18)

где δ₀ – начальный угол электропередачи.

Если мощности разделившихся частей энергосистемы соизмеримы, то по (2.18) вычисляется изменение угла для каждой из частей энергосистемы, а угол включения определяется по выражению

δ_вкл = δ₀ + ∆δ₁ + ∆δ₂. (2.19)

Допустимость включения с найденным углом включения проверяется по условию допустимости тока включения. Для этого можно воспользоваться рассчитанным током несинхронного включения по выражению (2.14). Поскольку расчетный угол включения при БАПВ δ_вкл < 120°, допустимое значение тока включения можно увеличить против нормированного путем умножения правых частей выражений (2.12), (2.13) на коэффициент К_δ, зависящий от δ_м.д. Эта зависимость приведена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Зависимость К_δ = f(δ_м.д.): 1 – для турбогенераторов с косвенным охлаждением;
2 – для турбогенераторов с непосредственным охлаждением; 3 – для гидрогенераторов

Таким образом, порядок проверки допустимости БАПВ будет следующим:

– по (2.15) вычисляется время цикла БАПВ;

– по (2.17) вычисляется изменение угла, а по (2.18) – угол включения;

– принимается рассчитанный угол включения равным максимально допустимому δ_вкл = δ_м.д;

– по рис. 2.13 определяется К_δ для данного типа генераторов и угла включения;

– правая часть выражений (2.12), (2.13) (в зависимости от типа генераторов) умножается на коэффициент К_δ:

; (2.20)

. (2.21)

БАПВ применимо, если рассчитанный для угла ток несинхронного включения, приходящийся на один генератор, не превышает допустимого значения для угла δ_вкл при БАПВ.

Вторым условием допустимости БАПВ является проверка сохранения динамической устойчивости электропередачи после включения. Для этого определяется угловая частота скольжения в момент включения

ω _{s .вкл} = ω_н + a _st _c.a (2.22)

и по известным правилам проверяется динамическая устойчивость электропередачи (в данной работе не проверяется).

В случае выполнения обоих условий БАПВ может быть использовано. В противном случае необходимо использовать АПВУС.

Автоматическое включение с улавливанием синхронизма. Устройства АПВУС предназначены для повторного включения одиночных транзитных линий с двусторонним питанием с ограниченным углом включения. В отличие от АПВОС, в основном лишь предотвращающих несинхронное включение параллельных связей, устройства АПВУС имеют более совершенные элементы контроля (улавливания) синхронизма, что позволяет существенно расширить область допустимых скольжений (до 1,5…2,0 Гц). Если на линиях установлены трансформаторы напряжения, то выполнение устройств контроля синхронизма для АПВ не представляет сложности. В этом случае реле контроля синхронизма подключаются к одноименным фазам трансформаторов напряжения сборных шин и линии. Однако распределительные устройства с большим числом присоединений оснащаются, как правило, трансформаторами напряжения на системах шин, а информацию о напряжении на линии получают от различных устройств отбора напряжения. Наиболее распространен в настоящее время отбор напряжения от конденсаторов, применяемых для высокочастотной связи. Основным элементом выпускаемых промышленностью шкафов отбора напряжения являются трансформаторы отбора напряжения (ТОН). Работают трансформаторы в режиме, близком к трансформатору тока, но допускают значительно большее сопротивление нагрузки. Измерительные приборы, подключаемые к ТОН, шунтируются регулируемым резистором, величина которого подбирается таким образом, чтобы напряжение на приборе было равно 100 В.

В устройствах АПВОС для контроля синхронизма используют специальное реле контроля синхронизма (KSS), реагирующее на геометрическую разность напряжений линии и шин. Реле имеет две обмотки, включаемые на напряжения линии и шин. Разность магнитных потоков обмоток соответствует разности указанных напряжений. Выпускаемые промышленностью электромагнитные реле типа РН-55 имеют несколько модификаций, различающихся номинальными напряжениями (30, 60,
100 В), и имеют уставки по углу сдвига фаз между векторами напряжений от 20 до 40° при номинальном напряжении. Малые значения уставок по углу существенно ограничивали возможности АПВУС. В настоящее время выпускается реле сдвига фаз типа РСНФ-12, которое одновременно выполняет функции органа сравнения фаз, контроля напряжения на линии и шинах. Канал сравнения сдвига фаз имеет диапазон уставок от 4 до 90° с дискретностью регулирования через 2°. Каналы контроля напряжения на линии и на шинах имеют фиксированные уставки U_ср.л = 0,5U_ном, поэтому их использование по назначению не всегда возможно.

б

а

Рис. 2.10. Устройство АПВУС: а – схема АПВУС;
б – схема подключения реле синхронизма совместно с реле напряжения

Устройства АПВУС использует принцип синхронизации с постоянным углом опережения (или дискретно изменяющимся в зависимости в функции скольжения). На рис. 2.10 приведена схема одного из вариантов исполнения АПВУС с постоянным углом опережения (рис. 2.11) [2].
В качестве собственно устройства АПВ может использоваться комплектное реле типа РПВ-58, либо полупроводниковое реле РПВ-01. Синхронизатор с постоянным углом подключения реле напряжения и контроля синхронизма опережения выполнен на двух реле контроля синхронизма KSS1, KSS2 и реле времени КТ1, входящего в состав РПВ. Реле KSS1, KSS2 включены на напряжение скольжения, т. е. на геометрическую разность напряжений одноименных фаз со стороны линии и со стороны шин. Однако при использовании комплекта РПВ-01 допустимые частоты скольжения могут оказаться очень малыми вследствие того, что минимальная выдержка времени встроенного реле времени составляет
0,25 с. В этом случае может оказаться целесообразным использовать выносное реле времени с меньшими минимальными уставками.

Рис. 2.11. Диаграмма, поясняющая принцип действия АПВУС

Устройства АПВУС обычно имеют одинаковые схемы с обоих концов линии (как и АПВОС), а последовательность их действия определяется положением специально предусмотренных накладок. Опробование линии производится с контролем отсутствия напряжения на линии и тем устройством, в котором включена накладка SX1. Контроль напряжения осуществляется с помощью реле напряжения KV1, подключенного к устройству отбора напряжения линии (в схеме – размыкающие контакты KV1). Напряжение срабатывания этого реле выбирается по условию (2.10), а выдержка времени реле КТ2 – по условию (2.4), (2.5), (2.6).

Повторное включение на противоположном конце линии (накладка SX1 снята) производится с контролем скольжения и выбором момента подачи команды на включение выключателя с заданным углом опережения (задается углом срабатывания KSS2). Сигнал на включение подается в точке «б» (рис. 2.15), а включение выключателя – в точке «в» при угле δ_вкл. Этот угол будет максимален при максимально допустимой угловой частоте скольжения ω _{s м.д}:

δ_{вкл.макс} = ω _{s м.д} t _вв – δ_KSS.2. (2.23)

Таким образом, расчетную проверку допустимости применения АПВУС необходимо производить исходя из максимально допустимого угла включения, по методике, рассмотренной при расчете БАПВ. Для этого:

– из выражений (2.20) или (2.21) по рассчитанному для угла π току несинхронного включения I _нс/ I _ном вычисляется коэффициент К _δ и по рис. 2.9 находится значение максимально допустимого угла включения δ_м.д;

– принимая δ_м.д = δ_{вкл.макс}, из выражения (2.23) определяют значение максимально допустимой угловой частоты скольжения:

, (2.24)

где δ_KSS2 – угол срабатывания второго реле контроля синхронизма KSS2 (можно предварительно принять равным в диапазоне 4…20°);

– задают угол срабатывания первого реле контроля синхронизма KSS1, который должен, с одной стороны, превышать с запасом начальный угол электропередачи δ_KSS1 = К_нδ₀ (К_н = 1,2–1,3), с другой – не превышать максимально допустимый угол включения δ_м.д;

– далее определяют выдержку времени реле КТ1, которая обеспечивает запрет АПВ при скольжении ω_s > ω_{s м.д}:

. (2.25)

Если полученная выдержка времени окажется меньше рассчитанной по условию (2.8) или (2.9), то необходимо принять в качестве уставки большее значение. По выражению (2.25) определить новое значение δ_KSS2, а по (2.24) – скорректировать величину максимально допустимой угловой частоты скольжения.

Из рассмотренной схемы видно, что АПВУС возможно только при наличии скольжения. Если возможен режим работы сети при отключении линии без потери синхронизма, то схему АПВУС необходимо дополнить схемой АПВОС. Для этого в схеме предусмотрена дополнительная цепь пуска АПВ через накладку SX2, замыкающие контакты реле KV2, контролирующие наличие напряжения на линии, и размыкающий контакт реле KSS1.

Дата добавления: 2015-08-26