8.4. Апв шин распределительного устройства

Ещё более сложный случай – определение параметров срабатываний устройств АПВ шин. Мы говорили, что АПВ шин может осуществляться устройствами АПВ соответствующих линий, отходящих от распределительного устройства. Поэтому мы говорим, что необходимо учесть ряд следующих особенностей:

- время срабатывания устройства АПВ того выключателя, который включается вторым (пусть это будет В-II, а В-I включается первым) должно быть больше времени срабатывания устройства АПВ выключателя, включаемого первым (логично). Больше то больше, но на сколько? Для того, чтобы оценить эту величину количественно, нужно учесть, что после того, как устройство АПВ-I закончило отсчёт своей выдержки времени

(t_АПВ-I), это устройство подействовало на включение выключателя В-I (t_в.в). Δ t_АПВ-I и Δ t_АПВ-II включает разброс выдержек времени устройств АПВ. t_зап = 0,5 с учитывает отклонение всех заданных времён.

t_АПВ-II = t_АПВ-I + t_в.в. + Δ t_АПВ-I + Δ t_АПВ-II + t_зап (6) Кроме того, в устройстве АПВ шин может быть применена блокировка при повторном действии защиты. Тогда необходимо согласовывать время срабатывания на включение первого и последующих выключателей присоединений по условию, приведённому ниже:

tАПВ-II = tАПВ-I + tв.в. + tз.ш. + tзап (7) t_з.ш – время срабатывания защиты шин.

9. Автоматическое включение резервного питания и оборудования. Назначение и область применения авр

На рисунке ↓ представлена схема, поясняющая назначение и область применения устройств АВР. Говорить мы будем об автоматическом включении резервного питания и оборудования. Одним из основных требований, которое предъявляют потребители к электроснабжению, является требование надёжности. Очевидно, подключение одного потребителя к одному источнику питания через одиночную линию не обеспечивает высокой надёжности электроснабжения – понятно, что при выходе из строя как самого источника, так и линии, электроснабжение будет прекращено. Вместе с тем, если мы говорим о надёжности как о некотором показателе, то надёжность питания может быть повышена как за счёт повышения надёжности самих элементов (генераторов, ЛЭП, выключателей), так и за счет резервирования.

Сущность резервирования заключается в том, что при выходе из строя какого-либо основного элемента (как схемы так и элемента сети) в работу будет введён резервный элемент.

Основные варианты выполнения резервирования можно видеть на схеме ↓. В верхней части – схема резервирования линий, трансформаторов, а также фрагмент кольцевой сети. В нижней части рисунка ↓ проиллюстрирован АВР в схеме собственных нужд.

Для схемы 1 питание потребителей в нормальном режиме осуществляется от источника по линии 1. Эта линия является рабочей. Линия 2 является резервной, но при этом находится под напряжением (‘на холостом ходу’ или ‘в резерве’). При выходе из строя рабочей линии питание потребителей будет переводиться на резервную линию, повреждённая линия будет отключена, а выключатель В4 резервной линии включится. Перерыв питания, который будем наблюдать в этом случае, будет практически допустимым для всех потребителей. В этой схеме резервный элемент (линия Л2) представлена в явном виде (т.е. в нормальном режиме она находится под напряжением, но без нагрузки), поэтому говорят, что это схема явного резервирования.

Есть вариант схемы 2. Здесь помимо выключателей линий имеется секционный выключатель В5. Здесь резервирование выполнено в неявном виде, обе линии являются рабочими; в нормальном режиме В5 отключен и каждая линия обеспечивает питание своих потребителей, подключенных к соответствующей секции. При к.з. на одной из линий (например, на Л1) она будет отключена. После этого включится В5. В результате потребители левой секции будут получать питание по линии Л2 и для того, чтобы оставшаяся в работе Л2 могла дополнительно обеспечивать питание и левой секции, она должна быть рассчитана на суммарную нагрузку потребителей обеих секций. В то же время в нормальном режиме линия Л2 будет оставаться недогруженной и будет содержать в себе скрытый (неявный) резерв, который может быть использован в аварийном режиме. Поэтому такую схему называют схемой неявного резерва.

Аналогично можно встретить неявный резерв с двумя трансформаторами так, как это показано на схеме 3, и явный резерв, как это показано на схеме 4.

В каждом из рассмотренных случаев (схемы 1–4) потребители в нормальном режиме получают питание от своего источника, а в аварийном режиме подключаются к другому источнику, который должен быть также рассчитан на дополнительную нагрузку. Т.к. в нормальном режиме оба источника несут вполне определённую нагрузку, то имеющийся у них резерв для покрытия дополнительной нагрузки также будет являться скрытым.

Также мы можем говорить и о резервировании в кольцевой сети (см. схему 5). Здесь показано питание потребителей на подстанциях B, C, D и E. В нормальном режиме питание осуществляется по разомкнутой схеме: выключатель В5 отключен, потребители на подстанций B и C получают питание по линиям Л1 и Л2, потребители подстанций D и E получают питание по линиям Л4 и Л5. Линия Л3 между подстанциями C и D находится под напряжением, но без нагрузки (тоже называется явным резервом). При к.з. в точке К1 на линии Л1 релейная защита отключит В1 и В2, сборные шины подстанций B и C останутся без напряжения, и для восстановления питания необходимо будет включить В5 на линии Л3. Такое включение возможно, если линии Л3, Л4 и Л5 имеют достаточную пропускную способность, т.е. для них имеется неявный резерв.

Когда мы говорим о явном резерве, например о линии Л3 схемы 5 или трансформатора для схемы 4, возникает разумный вопрос: почему этот резерв не используется в нормальном режиме (ведь если бы эти элементы были бы в работе, то было бы всё намного проще; ведь сооружая этот резерв мы произвели некоторые затраты и поэтому желательно этот элемент эксплуатировать в нормальном режиме). Если мы говорим о линиях, то в нормальном режиме у нас уменьшаются потери энергии и падение напряжение в линии, а при выходе из строя рабочей резервная будет воспринимать на себя всю нагрузку без перерыва – эти преимущества очевидны. Но вместе с тем, если мы говорим о кольцевой сети, то параллельная работа приводит к увеличению токов к.з. и, соответственно, все коммутационные аппараты должны быть сразу выбраны на совсем другую величину тока к.з.. Есть и более сложный аргумент: в кольцевой сети значительно сложнее добиться селективной работы устройств релейной защиты.

На напряжении 6, 10 кВ практически всегда применяются разомкнутые схемы, а повышение надёжности достигается за счёт введения резерва и применения устройств АВР.

Замкнутые схемы применяются только в случае питания особо ответственных потребителей большой мощности.

Понятно, что чем меньше перерыв питания с момента отключения рабочего ввода до включения резервного, тем выше эффективность введения резерва, но быстрое включение возможно только с помощью устройств автоматики. Как раз об этих устройствах автоматики мы и поговорим.

На схеме 6 представлен фрагмент схемы собственных нужд 6 кВ. Имеется секционированная магистраль резервного питания (МРП) и выключатели резервного ввода питания на секции собственных нужд [на рисунке все они обозначены чёрным – отключены]. Аналогичным образом в таких схемах применяются устройства АВР. При исчезновении напряжения на этих секциях происходит отключение выключателей рабочего ввода и включение выключателей резервного ввода. Таким образом восстанавливается электроснабжение потребителей собственных нужд. Принцип, как видно, аналогичный, но есть некоторые свои особенности, о которых также поговорим, когда будем говорить о разных отдельных схемах устройств АВР.

На рисунках 7–10 показаны разные схемы организации схем АВР в основном трансформаторов. Если мы говорим о работе линий, то мы можем говорить о работе линий на холостом ходу. Работа же трансформаторов на холостом ходу, как правило, не используется (исключение составляют, пожалуй, только схемы собственных нужд); на подстанциях, как правило, трансформаторы отключены с двух сторон, как это показано на схеме 9.

Как уже было упомянуто, использование двух источников повышает надёжность электроснабжения, поскольку отключение не будет приводить к исчезновению напряжения; но вместе с тем при многостороннем питании усложняются устройства защиты и автоматики и самое главное – может оказаться так, что коммутационной способности выключателей не хватит для коммутации токов к.з..

По терминологии: один источник, который включен и через который осуществляется электроснабжение потребителей, называется рабочим, а второй называется резервным. Также можно встретить наименования ‘рабочий ввод’ и ‘резервный ввод’, сформулированные по аналогии. Рассмотрим принципы АВР на схемах 7-10.

Схема 7. Для подстанции А работа осуществляется по линии W1; вторая линия W2 – резервная, находится под напряжением. При отключении от устройства автоматики сначала выключаем выключатель Q1 рабочего ввода, а затем действуем на включение выключателя резервного ввода Q3. Вместе с тем, когда показаны стрелочки (ведущие к АВР и от АВР, пунктирные и обычные), подразумевается, что схемы АВР могут быть как одностороннего, так и двустороннего действия. При одностороннем действии линия W1 всегда рабочая, W2 – всегда резервная – тогда если схема АВР одностороннего действия, то устройство АВР будет действовать на отключение рабочего ввода Q1 и включение резервного ввода Q3. Возможно применение АВР двустороннего действия: при ней любая из линий W1 и W2 может быть рабочей, а другая может быть резервной – такая схема более гибкая. В зависимости от особенностей технологического процесса и от особенностей потребителей применяется схема АВР либо одностороннего, либо двустороннего действия.

Также возможно питание электродвигателей и других потребителей от отдельных трансформаторов, как это показано на схеме 9. Т1 и Т2 являются рабочими трансформаторами; Т3 является резервным трансформатором. При отключении рабочего трансформатора включается выключатель Q5 и один из выключателей Q6/Q7.

Но может быть ситуация, когда трансформаторы Т1 и Т2 включены на разные системы шин (или разные секции), как это представлено на схеме 8. На каждую из этих систем шин подключена своя нагрузка. Шиносоединительный выключатель Q5 нормально отключен. При аварийном отключении любого из рабочих трансформаторов будет включаться выключатель Q5, подключая нагрузку шин, потерявших питание, к оставшемуся в работе трансформатору. Если мощности одного трансформатора недостаточно при питании всей нагрузки, при действии АВР должны одновременно предприниматься меры для отключения части наименее ответственных потребителей. Схема 10. Подстанции В и Г в нормальном режиме питаются радиально (В питается от А, Г питается от Б). Линия W3 находится под напряжением, выключатель Q5 отключен. При аварийном отключении линии W2 по какой-либо причине устройство АВР, установленное на подстанции Г, будет включать выключатель Q5, в результате чего питание переводится на подстанцию В по линии W3. При отключении линии W1 подстанция В и линя W3 будут оставаться без напряжения одновременно. Исчезновение напряжения на трансформаторе TV приводит в действие АВР на подстанции Г, которое включением выключателя Q5 будет подавать напряжение от подстанции Г.

Опыт эксплуатации показывает, что устройства АВР из-за своей простоты весьма эффективны, значительно повышают надёжность электроснабжения потребителей, и успешность таких переключений, которые мы рассмотрели составляет около 90% всех случаев.

В зависимости от того, каково назначение устройство АВР, можно встретить: - АВР линий; - АВР трансформаторов; - АВР электродвигателей; - АВР шинок управления (оперативного тока).

В зависимости от того, каким образом предотвращается подача напряжения на повреждённый рабочий источник питания:

• местный АВР;

• сетевой АВР.

Местный АВР – АВР, пусковой орган которого действует на отключение рабочего ввода, после чего включается резервный ввод. Этим исключается подача напряжения от резервного источника на повреждённый рабочий, и характерным признаком выполнения местного АВР является расположение всех элементов аппаратуры на одной подстанции (в том числе и всех выключателей, на которые действует устройство АВР).

Одновременно с этим в распределительных сетях можно встретить устройства сетевых АВР. Пусковой орган сетевого АВР действует на включение сетевого выключателя, который находится в резерве, а возможность подачи напряжения от резервного источника на повреждённый рабочий исключается при помощи устройств автоматики деления. Эти устройства автоматики деления располагаются в заранее заданных точках. Сетевой АВР – как правило, комплекс устройств, в который входит само устройство АВР, устройство автоматики деления и может быть ряд других устройств, расположенных на нескольких подстанциях резервируемой сети (о таких устройствах тоже будем говорит в рамках данного курса).

В зависимости от направления действия устройств АВР их можно разделить на: - АВР одностороннего действия; - АВР двустороннего действия.

– это мы уже озвучивали: если один из вводов постоянно рабочий, а другой постоянно резервный, тогда это АВР одностороннего действия (резервный элемент в нормальном режиме не несёт нагрузки и предназначен только для резерва – случай явного резерва); для тех подстанций, где питающие элементы являются и рабочими, и резервными одновременно (т.е. присутствует неявный резерв), тогда при отключении одного из трансформаторов (/линий) происходит включение от АВР секционного выключателя, тогда этот АВР будет АВРом двустороннего действия.

Отдельно стоит выделять устройства АВР на подстанциях с синхронными двигателями (или с синхронными генераторами местных электростанций) – тут применяются специальные схемы АВР с контролем и ожиданием снижения напряжения на шинах, либо с контролем отключенного положения выключателей. Такой контроль необходим для предотвращения опасного несинхронного включения при действии устройства АВР. Поэтому для устройств АВР на подстанциях с синхронной нагрузкой применяются отдельные специальные решения.

Рассмотрим схему 12. На схеме показана параллельная работа двух трансформаторов Т1 и Т2 и секционный выключатель Q5. Сейчас мы и посмотрим схему АВР этих двух силовых трансформаторов, которые питаются от общих шин, представленных на схеме.

Такая схема характерна для понижающей подстанции с двумя понижающими трансформаторами. Мы договоримся, что нагрузка, питаемая от шин этой подстанции (освещение, асинхронные двигатели), не накладывает никаких ограничений на время действия устройства АВР, допуская повторную подачу напряжения даже через 2,5 с после возникновения напряжения. С питающей стороны трансформаторы подключены к общей системе шин, а с приёмной стороны секция I и секция II.

Возможны следующие режимы работы подстанции:

1. Включены два трансформатора на разные секции, при этом Q5 отключен. В этом случае АВР должен быть двустороннего действия – включать выключатель Q5 независимо от отключения выключателя Q2 или Q4.

2. Включен один из трансформаторов (например, Т1) на обе секции; выключатель Q5 включен, трансформатор Т2 отключен. Такой режим может наблюдаться, например, в случае минимальных нагрузок, когда работа двух трансформаторов излише (нагрузка в режиме минимума, например, в режиме летнего минимума, может быть небольшой и будет достаточно работы одного трансформатора Т1).

Два режима мы рассмотрели. Далее нужно оговорить, что будет обеспечивать наше устройство АВР.

• Устройство АВР обеспечивает резервирование при их работе на разные секции. АВР.

• АВР трансформатора при работе только одного из них обеспечивает включение другого.

• Обеспечивается автоматическая повторная подача напряжения после к.з. на шинах секций в режиме параллельной работы трансформаторов в случае, если замкнут секционный выключатель. Такой режим может быть целесообразен, если нам необходимо более равномерно загрузить трансформаторы и уменьшить потери.

Вместе с тем, наша схема АВР не обеспечивает:

• Повторную подачу напряжения на секцию (например, II-ю) после к.з., когда один трансформатор (Т2) отключен, а выключатель Q5 включен.

Также не обеспечивается повторная подача напряжения на секцию I, когда трансформатор Т1 отключен, а выключатель Q5 включен. В этих режимах повторное включение осуществляется устройством АПВ, которое включается при действии резервной защиты трансформатора. Здесь выдержка времени будет определяться устройством АПВ и само оно будет установлено с питающей стороны (в схеме эти цепи показывать не будем, чтобы она не была громоздкой). Но следует помнить, что при работе дифференциальной или газовой защиты трансформатора будут выключаться оба выключателя и будет выполняться АВР; Если сработала МТЗ этого трансформатора, то будет выполняться АПВ.

[АВР запрещается при работе резервной защиты (срабатывает АПВ)

АПВ запрещается при работе дифференциальной и газовой защиты (срабатывает АВР)]

На рисунке ↓ показаны цепи выключателя, вторичные цепи. В первую очередь нас будет интересовать работа самой схемы и действие устройств, показанных на рисунке ниже.

Исходно мы должны отметить следующее: При отключении Q2 или Q4 будем выполнять АВР. Но для этого начнём сначала с рассмотрения нормального режима.

Пусть выключатель Q2 включен, значит BK3Q2 замкнут и через обмотку реле КТ1 протекает ток => KT1.1 замкнут, но BK4Q2 разомкнут. Схема будет находиться в таком состоянии пока Q2 включен. Как только Q2 отключится, BK3Q2 разомкнётся и он разомкнёт цель KT1, но когда Q2 отключен => BK4Q2 замкнут и здесь начинается отсчёт времени реле KT1 до размыкания KT1.1 (до этого он был замкнут). До того, как KT1.1 разомкнётся, обмотка KL3 обтекается током (примерно в течение 1,5-2 с) – этого времени достаточно, чтобы выполнилась работа всей схемы.

Раз KL3 обтекается током, значит KL3.3 замкнут. Т.к. Q5 до этого был отключен, значит BK2Q5 замкнут и как только замыкается KL3.3, по цепи протекает ток к электромагниту включения YACQ5 и происходит включение выключателя Q5. Таким образом, нагрузка секции I после включения Q5 получает питание через трансформатор Т2. Если Т2 был отключен, например, до этого была схема явного резерва, мы выключатель Q5 уже включили, значит через KL3 протекает ток (как мы уже говорили), значит одновременно с этим ещё замыкаются остальные контакты KL3.1 и KL3.2. Сначала нас интересует KL3.1. После его замыкания (при этом замкнут BKQ2) => через электромагнит включения YACQ3 протекает ток и формируется команда на включение выключателя Q3. Осталось включить Q4. Теперь интересует KL3.2. Он замкнут (при этом также замкнут BK2Q4), Q3 мы уже включили (значит BK3Q3 замкнут), значит формируется цепочка на электромагнит включения YACQ4 выключателя Q4.

Все выключатели будут включаться последовательно. Сделано это для того, чтобы снизить нагрузку на аккумуляторную батарею. Выдержка времени KT1 истекла к этому моменту, KT1.1 размыкается, размыкаются контакты KL3.1, KL3.2 и KL3.3, и из-за этого схема АВР действует только один раз.

Также внизу видны дополнительные цепи отключения от ключа управления QS; аналогичные фрагменты (обозначение со стрелкой) можно видеть на всей схеме – это отключение выключателей Q1, Q2, Q3 и Q4 от ключа управления. Когда выключатель Q5 отключен, одновременно с ним BK4Q5 замкнут => обмотка реле KT5 обтекается током, значит KT5.1 замкнут. Раз он замкнут, то после того, как мы включили Q5 вручную либо по цепи АВР, это включение могло произойти на короткое замыкание, поэтому дальше будет действовать релейная защита => течёт ток через KT7, происходит замыкание KT7.1 и KT7.2. Так как Q5 включен (либо от АВР, либо вручную), следовательно, BK1Q5 замкнут. После того, как произойдёт замыкание KT7.1 и KT7.2, собирается цепь отключения электромагнита YATQ5 выключателя Q5, соответственно будет отключен Q5 от защит, если АВР произошло на к.з. на шинах.

Аналогично работают и те цепочки, которые мы не рассмотрели – они отражают обратную ситуацию – отключение Q4 и включение Q5, если трансформатор Т1 в этом режиме находился в резерве.

Данная схема – схема двустороннего действия – двустороннее АВР. Кроме того, здесь также выполняется строгая очерёдность включения выключателей для того, чтобы не происходило одновременного включения трёх выключателей, что может привести к перегрузке аккумуляторной батареи.

Вместе с тем, мы увидели ситуацию, когда возможно АВР на к.з.. В таком случае релейную защиту секционного выключателя и силовых трансформаторов при времени действия >0,5 с выполняют с ускорением после работы устройства АВР. В общем случае защита секционного выключателя и самих трансформаторов ускоряется после работы АВР. Вместе с тем, применение схемы ускорения секционного выключателя допустимо в том случае, если токовые реле отстроены от токов самозапуска после включения секционного выключателя, поскольку возобновление электроснабжение здесь выполняется с перерывом питания. Вместе с тем, отстройка от токов самозапуска может привести к загрублению защиты, поэтому здесь либо устанавливают дополнительную защиту; либо если на трансформаторах не установлены отдельные устройства АПВ и трансформаторы работают параллельно, то при к.з. на одной секции повторная подача напряжения будет осуществляться устройством АВР – для этого на секционном выключателе дополнительно устанавливается защита, которая будет отключать этот выключатель раньше, чем подействует резервная защита трансформатора. Либо резервная защита трансформаторов выполняется с двумя выдержками времени (с меньшей отключает секционный выключатель, а с большей – трансформатор). После того, как секции будут разобщены, отключится трансформатор, питающий к.з. на повреждённой секции, уже после этого сработает устройство АВР и выключатель Q5 вторично подаст напряжение на уже обесточенную секцию от той секции, которая осталась в работе.

При отключении выключателей вручную в случае, когда такое отключение приводит к обесточиванию одной из секций (ошибочно), также от устройства АВР будет обеспечена подача напряжения от другой секции [когда мы говорим, что выключатель Q2 отключен, он может быть отключен по любой причине, в том числе ошибочно вручную, и тогда точно так же сработает схема АВР].

Накладки XB необходимы для вывода устройства АВР из работы. Такой вывод может осуществляться либо с помощью накладок, либо ключом управления (который может снимать оперативный ток со всего устройства АВР). Если присутствуют указательные реле KH, они будут сигнализировать о работе устройства АВР и о прохождении включающего импульса на соответствующие выключатели Q2 и Q4 после того, как там, например, была осуществлена работа схемы.