7 Трехфазное апв трансформаторов, шин, двигателей. Требования нтд по выполнению устройств апв

7.1 Особенности работы апв шин и трансформаторов.

Рис. 1 – АПВ трансформаторов и шин

Прежде, чем мы перейдём к особенностям выполнения этих устройств АПВ, необходимо поговорить кратко о требованиях нормативных документов. Согласно ПУЭ АПВ шин станций и подстанций должно быть выполнено по одному из вариантов. Их в нормативной документации рекомендуется два. Первый - это автоматическое опробование. Под опробованием понимается постановка шин под напряжение одним из выключателей или, правильнее сказать, выключателем от АПВ одного из питающих элементов. Понятно, что от шин любого РУ отходит определённое количество линий. Часть этих линий идёт к потребителям, а часть этих линий связана с источниками генерации. Так вот, выполнять АПВ шин, постановку шин под напряжение, выключателем того присоединения, к которому подключена нагрузка, как вы понимаете, не имеет смысла. Поэтому здесь оговаривается, что постановка шин под напряжение должна выполняться выключателем от АПВ одного из питающих элементов. Кратко это отражено в первом пункте на слайде. Есть второй вариант выполнения АПВ шин станций и подстанций. Это автоматическая сборка схемы. При этом сказано, что первым от устройства АПВ включается один из питающих элементов:

это может быть либо линия, либо трансформатор. И при успешном включении этого элемента производится последующее, более полное восстановление схемы путём включения других элементов. Т.е. устройство АПВ по очереди включает остальные выключатели. И, как вы понимаете, второй вариант наиболее часто встречается на тех объектах, где нет постоянного дежурства персонала. Точно так же, как и для линий, при выполнении АПВ шин мы обязательно должны предпринимать какие-либо меры, которые исключат несинхронное включение. Точно так же совместно с устройством АПВ шин должна предусматриваться защита, обладающая достаточной чувствительностью на случай неуспешного АПВ. Это то, что касается требований к АПВ шин.

Теперь наша с вами задача – рассмотреть особенности применения этих устройств и выполнения АПВ шин. Проще всего, наглядней всего мы можем проиллюстрировать это следующим образом: если помните, в случае ОРУ мы шины выполняем гибкими, сталеалюминиевыми проводами. Если помните, вы именно такие шины для РУ 110, 330 выбирали в рамках проектирования электрической части станции. Соответственно эти гибкие сталеалюминиевые провода ни что иное, как точно такие же провода, которые мы можем видеть на ЛЭП. В качестве изоляции здесь тоже выступает воздух, поэтому точно так же возможно восстановление его изоляционных свойств. Поэтому это вот такое одно из наиболее простых объяснений, почему вообще необходимо выполнять опробование исправности(?) изоляции шин. Но, как вы понимаете, схем бывает много, они разные, и там далеко не всегда это так легко реализовать, но проще всего это проиллюстрировать таким вот образом, когда мы говорим об ОРУ и тех шинах, которые выполняются гибкими сталеалюминиевыми проводами. Но есть ещё и ряд других, более сложных случаев. Вот кроме этого мы можем говорить, что АПВ может быть успешным не только после отключения КЗ на линиях, но и после отключения КЗ на шинах. Кроме КЗ на шинах, также КЗ могут возникать у нас на выводах силовых трансформаторов. Это та часть, которая называется ошиновкой, которая соединяет сам силовой трансформатор, например, с РУ или непосредственно, если трансформатор подключается не в отдельную ячейку, а сразу на шины. Вот эти выводы часто называются ошиновкой. После КЗ на них мы можем выполнять АПВ, и есть довольно большая вероятность того, что это АПВ будет успешным.

Кроме того, АПВ может исправлять неправильную работу устройств РЗ и какие-то ошибочные операции персонала. Это второе назначение АПВ шин и АПВ трансформаторов. Первое, прямое назначение, это когда мы говорили, что это восстановление(?) изоляционных свойств воздуха. Второй случай, возможно когда, например, понижающая подстанция (она может быть например двухтрансформаторная), когда мы говорим о МТЗ, которая устанавливается на трансформаторах, она также может подействовать неселективно при КЗ, например, в ячейке одного из выходящих фидеров. Если в результате неселективного срабатывания устройства защиты этот трансформатор отключается (при этом мы говорим о случае КЗ не в трансформаторе, а на одном из отходящих фидеров от шин низкого напряжения), то мы можем, подействовав на повторное включение трансформатора либо на повторное включение шин, исправить неправильную работу устройств защиты. Это вот второй случай.

Если мы говорим об ОРУ, то понятно, что здесь наиболее целесообразно применять АПВ в том случае, если речь идёт о районах, например, с сильным загрязнением атмосферы. Это может быть вблизи химических предприятий, вблизи металлургических предприятий. Эти химические загрязнения могут приводить к неустойчивым перекрытиям изоляции. И здесь, мы говорим, что это будет наиболее эффективно. Если говорить о статистике, то примерно в 60% всех случаев АПВ шин и силовых трансформаторов являются успешными, т.е. это весьма и весьма распространённое решение.

Теперь у нас возникает следующая задача. Шины и трансформаторы на схеме расположены очень рядом, и, более того, если мы будем говорить об отключении выключателей, то, например, отключение трансформатора может приводить к обесточиванию шин, и, наоборот, отключение шин может приводить к отключению трансформатора. Так вот, если мы будем потом пытаться выполнить повторное включение выключателей, нам нужно с вами как-то договориться, в каком случае мы будем говорить об АПВ трансформаторов, а в каком случае мы будем говорить об АПВ шин, поскольку и в том и в другом случае (если мы говорим, например, о трансформаторе и шинах), мы можем действовать на один и тот же выключатель, но, тем не менее, в одном случае это будет АПВ трансформаторов, а в другом – АПВ шин. Так вот, как же здесь их разграничить? Договорились действовать следующим образом. Под АПВ шин понимается АПВ одного или нескольких выключателей, которые до этого были отключены действием выходных реле защиты шин. На выходные реле защиты шин кроме самой дифференциальной защиты шин могут также действовать ещё и устройства резервирования отказа выключателей. С тем, на какие именно выключатели воздействуют РОВ, вы рассматривали в курсе электрической части, поэтому здесь подробно останавливаться не будем. Но очень часто для того, чтобы уменьшить количество проводов вторичной коммутации, то управляющие воздействия схожие - их объединяют. Так вот, здесь речь идёт о том, что у нас есть два устройства: дифференциальная защита шин и УРОВ, которые будут действовать на отключение всех выключателей, всех присоединений, отходящих от этих шин. И вот, как правило, это выполняется через одни и те же выходные реле. Так вот, АПВ шин – это АПВ тех выключателей, которые до этого были отключены от защиты шин или от УРОВ. А вот, когда речь пойдёт об АПВ трансформаторов, мы будет говорить об АПВ также одного или нескольких выключателей, которые до этого были отключены защитами в цепях этого трансформатора.

Почему не говорят «защитами трансформатора»? Потому что, например, мы если говорим о дифференциальной защите трансформатора, то она, как правило, действует при внутренних повреждениях, и здесь об АПВ говорить неправильно. Мы даже с вами говорили о том, что в требованиях нормативных документов повторное включение трансформатора, у которого до этого сработала защита от внутренних повреждений, оно запрещается. Так вот поэтому и говорят, что это тот выключатель, который до этого был отключен защитами, установленными в цепи данного трансформатора. Почему именно такая формулировка? Потому что, во-первых, МТЗ, которая устанавливается со стороны выключателя, она охватывает и шины, хотя говорят «МТЗ трансформатора» или «МТЗ на трансформаторе», но она охватывает ещё и шины или вывода(?) этого трансформатора, это первое. Второе, нужно внимательно смотреть, если мы даже говорим, например, о дифференциальной защите трансформатора, может быть в зависимости по схеме самого РУ, может либо дифференциальная защита трансформатора она может включаться только на встроенные трансформаторы тока, либо может дифференциальная защита трансформатора ещё охватывать ошиновку, а эта ошиновка иногда, может быть выполнена отдельная дифференциальная защита ошиновки, может быть нет, так вот эта сама ошиновка, надо внимательно смотреть какая там схема: ОРУ или КРУЭ, и как выполнена эта ошиновка, поэтому здесь вот как раз используется такая вот общая формулировка, подразумевая, что вы, познакомившись с этими устройствами, когда перед вами будет задача по рассмотрению действия устройств АПВ, вы будете каждый раз обращать внимание на то, куда именно подключена защита и какая, и какие из защит действуют на отключение трансформатора, на отключение выключателей трансформатора, и в зависимости от этого принимать решение – нужно выполнять АПВ трансформатора или нет. Поэтому и говорили, что АПВ трансформатора – это повторное включение тех выключателей, которые до этого были отключены защитами, установленными в цепи данного трансформатора. Итого, мы можем сказать, что, если КЗ, например, произошло на шинах и было отключено дифзащитой шин, то последующее включение будет АПВ шин. Если точно так же КЗ на тех же самых шинах было отключено тем же самым выключателем, но на этот выключатель подействовала защита, установленная в цепи трансформатора, то повторное включение точно того же самого выключателя точно в таком же случае будет уже являться АПВ трансформатора. Это с точки зрения терминологии или принятых словосочетаний, т.е. речь может идти об одних и тех же шинах, об одном и том же выключателе, который будет выключаться повторно, но всё будет зависеть от того, какими устройствами этот выключатель до этого был отключен. Если устройствами шин – это АПВ шин, если устройствами

защит, установленных в цепи трансформатора – то значит АПВ трансформатора.

Кроме того, на эти устройства возлагаются различные функции. Основные из них перечислены здесь на слайде. Во-первых, это автоматическое опробование исправности изоляции. Вот это то, чего мы сегодня немножко коснулись. Да, вот есть такой термин, он очень часто встречается в литературе, это термин «опробование», и речь идёт об опробовании всегда исправности изоляции. Иногда сокращают, говорят «опробование шин», но подразумевают именно опробование исправности изоляции шин. Понятно, что это проще всего сделать после того, как шины были обесточены. Как мы уже говорили, выбирается какой-то выключатель питающего присоединения, и этим включателем осуществляется опробование. Затем, второй пункт. Он вам может показаться точно таким же как первый, но здесь несколько иная ситуация. Второй пункт – это опробование шин, и подача напряжения потребителям, которые были обесточены одновременно с отключением шин. Что подразумевает первый пункт? Первый пункт, когда мы говорим про опробование исправности изоляции шин, это постановка шин под напряжение, т.е. мы подразумеваем, что шины находятся на холостом ходу. Никаких других присоединений у нас подключенных нет. Т.е. мы выбрали одну линию, некое питающее присоединение, и включили этот выключатель, но при этом все остальные выключатели на шинах отключены. И вот можно так представить условно, хотя такого термина, как холостая работы шины и холостой ход, у нас нет, но, самое главное, что на этих шинах нагрузки никакой нет, это первое. А второе, что мы одновременно с этим можем сделать, мы ещё можем подать напряжение потребителям, которые были отключены действием защит. Так вот, второй вариант, после опробования исправности изоляции мы подаём напряжение потребителям, которые были до этого обесточены. И третье, это восстановление нормальной схемы после того, как была установлена неисправность(?) шин. Т.е. под третьим пунктом подразумевается, что мы включаем все остальные выключатели и восстанавливаем нормальную схему. Иногда говорят ещё об аббревиатуре ВНР, восстановление нормального режима, но мы будем говорить о восстановлении схемы электростанции. Это то, что касается, например, схем подстанций. Сложнее несколько, и поэтому здесь этот пункт выделен отдельно, это всё выполняется на схемах электростанции (Paul: это про третий пункт я так понял она говорит). Почему? Потому что есть генерирующее оборудование, и восстанавливать нормальную схему первичных соединений электростанции значительно сложнее с точки зрения режимов работы. Почему? Потому что там ещё необходимо выполнять синхронизацию блоков с энергосистемой, кроме этого, нужно потом последовательно их нагружать. Всё это несколько сложнее.

Это то, что касается АПВ шин, в первую очередь. Теперь давайте чуть так же подробнее поговорим об АПВ силовых трансформаторов. Оно, это устройство, наиболее эффективно, если у нас схема предусматривает одностороннее питание потребителей от этих трансформаторов. Поскольку резервная защита трансформаторов сработает при КЗ на шинах низкого напряжения (особенно если идёт речь о понижающих трансформаторах небольшой мощности, для этих трансформаторов дифзащита трансформаторов не устанавливается, и поэтому КЗ на шинах низкого напряжения будет сопровождаться отключением этого трансформатора), то АПВ восстановит электропитание всего района, т. е. всех остальных присоединений.

Кроме того, рассматривая АПВ трансформаторов и шин, как правило, подчёркивают отдельно значимость АПВ на трансформаторах распределительной сети. Например, это могут быть какие-то горнодобывающие предприятия, это могут быть буровые установки. Здесь есть некоторые особенности, связанные с режимами работы самой распределительной сети, с особенностями технологического процесса. И в этих схемах оказывается, что токовая защита оказывается не отстроенной от пусковых токов асинхронных двигателей, которые приводят в действие сами механизмы (если помните мы говорим о каких-то горнодобывающих предприятиях, поскольку там сами буровые механизмы могут располагаться на довольно широкой местности), и сама распределительная сеть, само электроснабжение этих потребителей, оно тоже будет такую характерную структуру иметь. Поэтому, если мы для каждой из этих отходящих линий будем предусматривать токовую защиту и будем выбирать её из требований чувствительности (по какому критерию? – обеспечивать действие при КЗ в конце линии), то в некоторых случаях может оказаться так, что эта защита будет неотстроена от пусковых токов асинхронных двигателей. Т.е. пусковые токи асинхронной нагрузки будут восприниматься этой защитой как КЗ. И мы говорим о защите, установленной на трансформаторе, поэтому здесь может следовать в таком случае отключение трансформатора. Например, это возможно, если случайно происходит одновременный пуск нескольких механизмов. Тогда мы обратно включаем этот трансформатор с помощью АПВ трансформатора, который до этого отключился, например, ещё либо при пуске асинхронных двигателей, либо отключился при перегрузке. Перегрузка исчезла, почему пусковые токи затухли, и мы можем восстановить технологический процесс по заранее намеченной очерёдности пуска. Вы, наверное, этих вопросов уже немножко касались в курсе, связанном с электрической частью станций, там где вы говорили о процессах пуска и самозапуска, там вы немножко, наверное, говорили о существующей очерёдности пуска. Существующая – подразумевается, что на этапе проектирования, на этапе выполнения расчётов задаётся та очерёдность пуска, которая не будет приводить к перегрузкам, неправильному срабатыванию защит и т.д. Это то, что касается особенностей применения АПВ в трансформаторах.

Кроме того, есть особенности, связанные со срабатыванием защиты трансформаторов от внутренних повреждений. Кроме дифзащиты также защитой от внутренних повреждений является ещё и газовая защита. Так вот, есть ещё особенные требования, связанные с совместной работой АПВ трансформаторов и устройств газовой защиты. Поскольку устройство газовой защиты содержит в себе механические части, которые перемещаются при интенсивном газообразовании, либо при интенсивном движении масла в расширительный бачок, то необходимо, если помните, вы, наверное, уже встречали в описаниях, что у газовых и струйных реле есть выходные контакты, там их может быть несколько, которые используются во внешних цепях, вот в том числе эти контакты также ещё используются в схемах АПВ трансформаторов, чтобы, например, запрещать АПВ трансформаторов при, например, срабатывании газовой защиты. Это об особенностях совместной, скажем так, работы этих устройств.

Ну а сейчас переходим к реализации этих основных принципов, которые мы до этого с вами перечислили. И начнём с самого простого – с опробования исправности изоляции шин. Выполняется следующим образом – при срабатывании дифзащиты шин одновременно с подачей отключающей команды на выключатели присоединений подаётся запрет действия на все устройства АПВ этих линий. Мы, например, с вами до этого говорили, что схема АПВ, к примеру, может пускаться от несоответствия либо с пуском от РЗ. Так вот, когда мы с вами говорим о срабатывании дифзащиты шин, у нас также появится несоответствие между положением ключа управления и положением выключателя, поскольку он будет отключен от защит. Таким образом, у нас сформируется ситуация, при которой будет выполнен пуск АПВ отходящих от шин, ну к примеру, линий. Это самое простое. Поэтому, мы же с вами говорим о шинах, а не о линиях, значит нам это АПВ нужно запретить. Или второй вариант, когда у нас речь идёт о срабатывании с пуском АПВ от РЗ. Здесь несколько проще, потому что у нас же нет обобщённого сигнала срабатывания РЗ, у нас есть сигналы срабатывания отдельно каждой функции, если мы говорим о сложном микропроцессорном терминале. А если эти защиты выполнены в разных терминалах, то тем более. Т.е. у нас есть сигнал о срабатывании отдельно каждой ступени. Так вот, здесь несколько проще, потому что мы можем в схеме логики выбирать, от каких защит будет пускаться АПВ, а от каких нет.

Так вот, для того, чтобы выполнить опробование исправности изоляции шин, нам необходимо запретить АПВ отходящих присоединений, но вместе с тем мы с вами на этапе проектирования должны выбрать то присоединение, в котором будет производиться опробование. Если помните, вначале мы с вами поговорили о том, что опробование должно выполняться питающим присоединением. Т.е. из всех присоединений мы отключили все выключатели, подействовали на запрет АПВ этих выключателей, и на этапе проектирования выбрали тот выключатель того присоединения, в котором мы будем с вами производить опробование. И выключателем этого питающего присоединения мы будем производить однократно обратное включение с временем, которое мы с вами выберем в устройстве АПВ.

Опять же, тут мы вспоминаем по каким критериям мы выбирали это время, по каким соображениям: вы помните, там были условия деионизации, связанные с уровнем напряжения, который зависит от номинального напряжения, готовность выключателей и т.д. Так вот, здесь точно так же, когда мы говорим об опробовании исправности изоляции шин, мы точно так же выбираем время действия АПВ. Поскольку, если мы говорим с вами об опробовании, поскольку мы на всех остальных выключателях АПВ запретили, то и шины мы включаем условно на холостой ход, т.е. у нас нет никакой нагрузки, то значит, если у нас нет никакой нагрузки, и все другие питающие присоединения у нас отключены, значит у нас нет опасности для синхронного включения. Т.е. мы можем выполнять АПВ шин здесь самым простым образом, потому что нам не нужно никакой синхронизм контролировать. Затем, если мы применяем с вами автоматическое опробование исправности изоляции шин, выполняем АПВ шин, и оказалось, что это АПВ успешно, то восстановление последующее нормальной схемы подстанции может производиться персоналом дистанционно или, например, при помощи устройств телемеханики. Вроде здесь всё очень просто - подействовали от защиты на отключение всех выключателей присоединений, отходящих от шин, выбрали выключатель того присоединения, на котором будем выполнять опробование, его включили. Если АПВ успешно, не нужно контролировать синхронизм, то всё чудесно, и, дальше, персонал восстанавливает нормальную схему, т.е. оперативными переключениями вводит в работу все остальные присоединения.

Но, дальше у нас следующий вопрос – а какой же выключатель выбрать? Т.е. выключателем какого присоединения мы будем выполнять опробование? Конечно, рассматриваем самый худший случай – если обратное включение будет выполнено на неустранившееся КЗ, то нам надо помнить о том, что это питающее присоединение тоже связано с какими-то другими потребителями, и это КЗ, особенно если мы говорим с вами о КЗ на шинах, то оно будет вероятнее всего металлическим, откуда там взяться какому-то сопротивлению другому, то это, значит, КЗ может привести к снижению напряжения. А если же, например, наша линия, которая связывает рассматриваемые шины с каким-то объектом генерации, например, ближайшей станцией, если это линия короткая, значит сопротивление её небольшое, и получается, что при этом КЗ на шинах, вот мы в таком режиме опробования можем очень сильно повлиять на те элементы, которые остаются в энергосистеме в работе, т.е. на остальные. Поэтому, если, например, у нас есть несколько линий, или каждая из них является питающим присоединением, то из этих трёх или четырёх питающих присоединений нам нужно будет выбрать выключатель. Вот вопрос – какой из них выбрать? Так вот, мы будем выбирать тот, чтобы в случае включения на неустранившееся КЗ влияние снижения напряжения на те элементы, которые остаются в работе (это не потребители этой подстанции, а это остальная схема сети), было как можно меньше. Ну, например, если мы с вами говорим о каких-то количественных характеристиках, то нужно так, чтобы это КЗ было удалённым для остальных генерирующих объектов. Таким вот образом стараемся выбрать из нескольких отходящих присоединений то, выключателем которого мы будем опробовать наши шины.

Это была первая особенность. А ещё и вторая особенность. Раз мы с вами будем включать только один выключатель из всех, и точно также это может быть неустранившееся КЗ, то нам нужно проверить, что это КЗ может быть отключено от защит. А в чём будет разница? А разница будет в том, что ток этого КЗ будет меньше. А почему? А потому что мы до этого, когда считаем ток КЗ на шинах, мы говорим, что это суммарная величина. Потому что действительно есть питающие присоединения, есть несколько источников, и будут соответствующие составляющие тока КЗ от разных источников. Да, безусловно. Это в режиме, когда у нас все присоединения включены, а мы то с вами в режиме опробования говорим, что у нас только одна линия будет включена. Соответственно ток КЗ будет значительно меньше, в таком вот режиме опробования, чем тот ток, который вызвал первоначально срабатывание защиты шин. Раз этот ток будет значительно меньше, то нам нужно проверить, что те защиты, которые установлены на этом присоединении или на этом выключателе, которым мы будем осуществлять опробование, будут достаточно чувствительны для того, чтобы отключить этот выключатель в случае неустранившегося КЗ на шинах, поскольку этот ток КЗ в режиме опробования будет значительно меньше полного тока КЗ при КЗ на шинах, когда у нас все присоединения в нормальном режиме включены. Эти два критерия мы обязательно должны учесть, когда мы говорим опробовании изоляции шин.

Если питание подстанции производится, например, по двум, трём или пяти линиям, то опробование можно производить от двух линий. Понятно, что для этого устройство АПВ этих линий при работе дифзащиты шин не запрещается, т.е. команда или сигнал запрета не формируется. Но вместе с тем, чем больше выключателей будут осуществлять коммутации одновременно, тем большую нагрузку на аккумуляторную батарею это вызовет. Поэтому, есть ещё и такая особенность – для того чтобы облегчить условия работы аккумуляторной батареи для этих двух линий, по которым мы будем выполнять опробование, мы должны выставить разные времена действия устройств АПВ. Кроме того, здесь появляется ещё одно условие, раз это два питающих присоединения - мы должны сразу исключать несинхронное включение, которое мы можем дать допустимость либо проверить расчётным образом, либо мы можем использовать устройство АПВ с контролем синхронизма тех двух типов, которые мы с вами рассмотрели. Вот это особенность опробования исправности изоляции шин.