8. Определение параметров срабатывания устройств апв.
Основным параметром устройства АПВ, который обеспечивает его правильную работу, является выдержка времени на повторное включение выключателя, оно же время срабатывания АПВ.
Второй параметр:
Время деблокировки устройства АПВ – время автоматического возврата схемы АПВ в исходное положение.
По условиям бесперебойности питания потребителей и исходя из надёжности работы энергосистемы, время срабатывания устройств АПВ стремятся сделать минимальным.
Минимально возможное время восстановления схемы действия АПВ ограничивается:
временем полного отключения места повреждения от всех источников питания. (Подразумеваются линии с двусторонним питанием и линии кольцевой сети);
номинальным напряжением сети. От данного параметра зависит время, в течение которого восстанавливаются изоляционные свойства воздуха.
конструкцией привода выключателя. (Время готовности привода к последующей операции не только включения, но, и готовности к отключению, если АПВ окажется неуспешным и произойдёт включение на короткое замыкание).
8.1. Одиночные линии с односторонним питанием.
Время срабатывания устройства однократного АПВ:
Первое условие:
время
деионизации среды от момента отключения
линии до момента повторного включения
и подачи напряжения,
Известно, что в сетях до 220 кВ
На линиях 330–500 кВ
Поэтому, в
зависимости напряжения, например, для
сетей выше 35 кВ время деионизации
обычно принимается 0,3-0,4 с, для сетей
6-35 кВ принимается 0,2 с.
Время запаса
принимается до 0,5 с и его цель – учесть
разброс времени деионизации, например,
при разных атмосферных условиях (а также
погрешность в реле времени).
Второе условие:
условие готовности привода выключателя к повторному включению после отключения
время
готовности привода выключателя к
повторному включению после отключения.
Что влияет
на
?
В случае, если речь идёт о новом оборудовании, здесь время готовности привода будет в точности соответствовать указанному в заводской документации. Но в условиях эксплуатации подразумевается, что устройства АПВ устанавливаются надолго, поэтому время готовности привода может увеличиваться, это объясняется отдельными деталями привода (ослабевают пружины, меняется вязкость смазки и т. д.). Также на готовность привода будет влиять и качество сборки, качество регулировки и ряд других причин, которые сложно оценить количественно для данного момента.
Поэтому, если у нас нет какой-то точной информации по этому вопросу, то чтобы удостовериться, что привод точно будет готов, используют время запаса .
Время готовности привода выключателя можно найти в паспортных данных; время запаса здесь принимается, как правило, равным 0,3 с.
Итак, из двух вышеописанных условий выбирается большее.(если уставкой выбрано первое время, а второе становится больше, АПВ в изученных схемах блокируется)
Также в литературе можно встретить информацию, что для линий с односторонним питанием иногда для однократного АПВ время принимают около 3–5 с. Увеличение времени повышает успешность АПВ, особенно если повреждение было вызвано падением деревьев, касанием проводов каких-то движущихся механизмов, схлёстывания ветром и т.д.,
Кроме времени срабатывания ещё нужно определить время возврата – то время, по истечении которого схема вернётся в исходное положение и будет готова для дальнейшей работы – время деблокировки устройства АПВ.
Время автоматического возврата АПВ в исходное положение после срабатывания:
Где
– максимальное время действия РЗ,
время
отключения выключателя,
время
запаса.
Время
обеспечивает однократность действия
АПВ. Для того, чтобы обеспечить нужную
кратность (а раз мы говорим об однократном,
то подразумеваем, что в случае неуспешного
АПВ не должно происходить срабатывание
АПВ), это время должно быть больше, чем
время срабатывания защиты. Для того,
чтобы при повторном включении на
устойчивое КЗ не происходило последующего
срабатывания АПВ, возврат АПВ в исходное
положение должен происходить только
после того, как выключатель, повторно
включенный от АПВ, вновь отключится
релейной защитой, имеющей наибольшую
выдержку времени (
).
Данная формула справедлива только для защит с независимой временной характеристикой от величины тока. Если же речь идёт об устройстве защиты, в которой применяются зависимые характеристики выдержки времени, то в этой формуле необходимо учитывать выдержку времени при токе срабатывания. И выдержка времени при токе срабатывания в реальных условиях может достигать 20 и более секунд. В терминалах РЗ существует выбор характеристики независящей от тока либо выбор зависимой характеристики в соответствии с одной из заданных типовых.
Если независимая от тока характеристика срабатывания, то просто выбираем то время, которое задано для защиты.
В случае зависимой характеристики выбираем ту выдержку времени, которая соответствует току срабатывания и в реальных условиях время может быть весьма немаленьким.
Существуют схемы, в которых используется отдельный орган (реле времени), осуществляющий возврат схемы в исходное положение. Этот случай иллюстрирует выражение:
Мы встречали ситуацию, когда одновременно с отключением выключателя начинается отсчёт выдержки времени и по истечении этой выдержки времени осуществляется возврат схемы в исходное состояние. Отсчёт начинается в самом начале, когда отключается выключатель, поэтому нужно сначала:
–подождать
время действия АПВ
(время от пуска до формирования команды
на включение выключателя),
– подождать
время, необходимое на включение
выключателя
(то есть на перемещение его контактов),
–подождать
время срабатывания защиты
,
–дождаться
отключения выключателя
(если АПВ действительно неуспешно)
–чтобы учесть разброс во всех этих временах добавить время запаса .
И только после этого можно осуществлять возврат схемы в исходное состояние. Т.о. мы рассмотрели те схемы, в которых возврат производится за счёт выдержки времени, отсчёт которой начинается с отключением выключателя.
Время срабатывания устройства АПВ двухкратного действия
время деионизации среды от момента отключения линии до момента повторного включения и подачи напряжения,
время
с учётом подготовки выключателя к
отключению третьего КЗ в случае включения
на устойчивое повреждение.
Второй цикл АПВ происходит через 10–20 секунд после вторичного отключения выключателя. Такая большая выдержка времени во втором цикле диктуется необходимостью подготовки выключателя к отключению тока короткого замыкания в третий раз (в случае включения на устойчивое повреждение). За это время из дугогасительной камеры удаляются разложившиеся и обуглившиеся частицы, отключающая способность выключателя восстанавливается, и он готов к отключению тока короткого замыкания в случае неуспешного АПВ.
8.2. Линии с двусторонним питанием. + 8.3. Параллельные линии.
Время срабатывания устройства однократного АПВ
Для линий с двухсторонним питанием кроме этих двух условий появляются ещё дополнительные. Эти дополнительные условия связаны с наличием напряжения на обоих концах линий, поэтому время срабатывания определяется с учётом времени отключения короткого замыкания устройствами РЗ с противоположной стороны линии.
Рисунок 1 – Линия с двухсторонним питанием
Для того, чтобы рассмотреть наихудший случай, при расчёте выдержки времени АПВ потребуется время срабатывания не основной защиты, а время срабатывания резервных защит (в случае отказа быстродействующей защиты). В качестве расчётного случая принимаем, что с той стороны, где установлено устройство АПВ срабатывает первая ступень токовой защиты или первая зона дистанционной защиты, т.е. время срабатывания будет составлять около 0,1 с. А с противоположной стороны пусть выключатель отключается с выдержкой времени второй или даже третьей ступени. Поэтому слева мы учитываем время срабатывания первой ступени токовой защиты, а справа учитываем выдержку времени второй или даже третьей ступени. Если коэффициент чувствительности второй зоны дистанционной защиты не меньше 1,2 , а второй зоны токовой защиты 1,5, то в расчёте используются времена срабатывания вторых ступеней. Если же у защит меньшие коэффициенты чувствительности, то учитывают выдержку времени третьих ступеней резервных защит линий.
Проследим логику, как образуется выражение:
Кроме условий 1 и 2, необходимо, находясь со стороны левой ПС, убедиться, что с противоположной ПС выключатель точно отключился (иначе условие, связанное с временем деионизации, окажется бесполезным).
Чтобы точно знать время деионизации,
нужно знать, что выключатель справа
точно отключился. Для этого нужно найти
разницу выдержек времени
(мы определились слева защита срабатывает
быстрее, чем справа – худший случай).
Эта разность нужна, чтобы знать, в какой
момент начнётся восстановление
изоляционных свойств воздуха.
Далее есть времена отключения выключателей
– пусть эти выключатели разных типов,
и времена отключений разные – пусть с
противоположной стороны выключатель
отключится позже (
наихудший случай). И только после этого
начинается отсчёт времени деионизации
.
Линия оказывается под напряжением
только после того, как контакты выключателя
оказываются замкнутыми. Поэтому можем
вычесть время включения выключателя
со стороны установки АПВ, потому что
пока контакты будут замыкаться, линия
будет без напряжения [и чтобы уменьшить
время срабатывания
,
время
вычитается из общей суммы]. И для учёта
разброса всех времён мы добавляем время
запаса
(помогает учесть разброс времён отключения
выключателей, т. к. они отклоняются со
временем эксплуатации, и времени
деионизации).
В формуле 3, как правило,
,
а
.
Если с противоположных сторон установлены
одинаковые выключатели, то
,
а если, со стороны установки устройств
АПВ защита действует без выдержки
времени, то пропадёт слагаемое
,
то:
Из полученных величин из формул 1,2, 4 выбираем наибольшее значение.
Кроме того, необходимо вспомнить, что во многих случаях для линий с двусторонним питанием устройства АПВ оснащаются устройством контроля наличия напряжения на линии [вспомним поочерёдное АПВ: включение первого выключателя происходит с контролем отсутствия напряжения, а включение второго выключателя – с контролем наличия напряжения – значит, что выключатель от АПВ включился, защита не сработала и можно включать выключатель 2]. Так вот, если используется контроль наличия напряжения, то задача упрощается: нам не нужно учитывать время деионизации и время включения выключателя , поскольку мы контролируем положение выключателя, контролируя напряжение на линии.
Уставки для АПВ с контролем наличия напряжения принимают следующий вид:
А если еще учесть, что у нас одинаковые выключатели и защита без выдержки времени, то:
АПВ с контролем синхронизма
Если мы будем использовать контроль синхронизма, то нам также необходимо будет кроме времени срабатывания АПВ произвести расчёт уставки органа, контролирующего синхронность. Если присутствуют довольно сильные обходные связи, то при отключении линии нарушения синхронизма не происходит, но одновременно с этим будет увеличиваться угол между напряжениями по концам отключившейся линии.
В этом случае угол срабатывания органа контроля синхронизма будет определяться по формуле:
где
Более сложный случай – при отсутствии обходных связей – разделившиеся после отключения линии части энергосистемы могут работать несинхронно. В этих условиях при больших углах между напряжениями устройство АПВ блокируется для того, чтобы не произошло замыкание транзита с большим толчком тока или при возникновении асинхронного хода.
Для того, чтобы замыкание происходило
при угле, меньшем максимально-допустимого
по расчёту значения
,
полученного расчётным образом.
Как правило, расчётом угол
устанавливается не более 60…70
.
Для определения угла срабатывания используется формула:
где
,
,
.
Кроме того, есть ещё ряд трудностей. В
реальных условиях значение
может значительно отличаться от уставки
по нескольким причинам. Ниже представлены
векторные диаграммы реле контроля
синхронизма.
Вектор напряжения на шинах построен вертикально. Диаграмма (а) иллюстрирует, как будет меняться угол (полученный расчётным образом). Угол равен 40° между напряжениями, каждое из которых равно номинальному. При этом мы рассматриваем ситуацию, что напряжение на шинах при отключении линии возросло, а напряжение в другой части энергосистемы снизилось – при этом меняется величина . между векторами напряжений. Вторая диаграмма (б) иллюстрирует случай, когда напряжение на шинах не меняется, а в оставшейся части энергосистеме понижается. Диаграмма (в) иллюстрирует случай, когда происходит понижение обоих напряжений (и на шинах, и на линии).
Эти векторные диаграммы хорошо иллюстрируют ситуацию, когда угол срабатывания будет зависеть не только от расчётной формулы, но и ещё от значений напряжения на шинах и на линии. Эти диаграммы построены при соблюдении условия, что напряжение срабатывания остаётся величиной неизменной. Например, для реле, которое настроено при номинальном напряжении на угол срабатывания 40° при снижении обоих напряжений до 0,8 Uном происходит увеличение угла срабатывания до 51° (диаграмма (в)). То есть мы будем включать выключатель при угле большем, чем мы рассчитали по формуле, что плохо.
Если рассмотреть ещё более неблагоприятную ситуацию, когда одновременно возникнет погрешность и отклонение от нормы, угол срабатывания может увеличиться до 60°. Вместе с тем, при отклонении от номинального одного из подводимых напряжений в сторону повышения, а другого в сторону понижения, происходит уменьшение угла срабатывания и, как следствие, появляется ситуация с излишним запретом работы устройства АПВ (диаграмма (а)). Здесь ситуация обратная: угол становится меньше, чем расчётный – излишний запрет АПВ.