8 сем (станции+реле) / Лекции / Перепечатанные лекции с видосов прошлых лет

Тогда каждое отключении линии будет приводить к несинхронной работе частей энергосистемы, при этом в одной из частей будет дефицит активной мощности и частота будет уменьшаться, в другой – избыток активной мощности и частоты будет повышаться. Поскольку напряжения в разделившихся частях будут иметь разную частоту, то, включая линию возникает уравнительный ток. Вместе с тем, замыкание этих частей энергосистемы на параллельную работу, будет сопровождаться качаниями и асинхронным режимом, при котором угол между ЭДС будет увеличиваться и проходить значение 180 градусов, 360 градусов (если полный оборот будет совершен), тогда ток будет изменяться от минимального значения (близкое к 0) до максимального, который может оказаться выше чем ток КЗ. Вместе с тем, в прошлый раз по формулам мы показали, что ток от асинхронного режима при несинхронном включении может значительно превосходить ток КЗ (в 20 раз). Опасна здесь не только величина этого тока, но и механические моменты, которые могут приводить к механическим повреждениям оборудования. Кроме того, вместе с асинхронным режимом могут уменьшаться напряжения (вплоть до 0 на каких-то промежуточных подстанциях). Такие циклические колебания тока и значительные понижения напряжения будут представлять опасность для оборудования. Поэтому расчетным способом необходимо рассчитать допустимость применения несинхронного АПВ, либо быстродействующего АПВ.

Поэтому если для одиночных линий с двухсторонним питанием, для параллельных линий мы покажем, что при замыкании асинхронный режим завершится выравниванием частот, то можно установить несинхронное АПВ на линии (НАПВ). Для того, чтобы сократить время бестоковой паузы или с учетом мер, учитывающих не очень благоприятные условия при несинхронном включении, мы можем включить быстродействующее АПВ (БАПВ), при этом полное время цикла не превышает 0,3- 0,4сек. В этом случае, к моменту время замыкания транзита разность частот будет незначительна. Другими словами, можно сказать, что при использовании БАПВ включение будет осуществляться несинхронно, так же, как и при НАПВ, но в более легких условиях.

В случаях, для наших рассматриваемых схем (картинка 3), когда применение БАПВ и НАПВ недопустимо, мы должны выполнить проверку по условиям синхронизма вторичных напряжений.

3й рисунок

Картинка 3

Это проверка осуществляется с помощью специальных схем, контролирующие и наличие напряжение на линии и выполняющие контроль синхронизма (считающие разность векторов напряжений на линии и на шинах). Поэтому, учитывая контроль синхронизма после аварийного отключения с обоих сторон, сначала производится АПВ выключателя на одной подстанции (например, выключатель, к которому подходит черная стрелка на картинке 3) по условию отсутствия напряжения, а для выключателя с другой стороны (к которому подходит оранжевая стрелка) АПВ производится не только по условию наличия напряжения, но и по условию контроля синхронизма, что значит контролировать угол сдвига фаз векторов напряжения на линии и на шине. Выполняя АПВ с контролем синхронизма, который мы дополняем дополнительным органом проверки допустимости повторного включения, мы можем встретить две разновидности АПВ с контролем синхронизма:

- АПВ с ожиданием синхронизма (АПВ ОС) – это устройства, которые осуществляют АПВ линии в том случае, когда имеется несколько достаточно мощных шунтирующих связей – пропускная способность тех ЛЭП, которые остаются в работе достаточна для того, чтобы мощность вышедшей из строя линии перераспределилась по ним (второй рисунок на картинке 3). Эти мощные шунтирующие связи позволяют перераспределить мощность той линии, которая отключилась устройствами защиты и АПВ которой мы будем выполнять.

Таким образом, АПВ ОС обеспечивают АПВ отключившейся линии, только, когда шунтирующие связи остаются в работе, т.е. при отключении, например, Л3 (картинка 3 зеленая стрелка) сохраняется синхронная работа двух источников. В составе устройства АПВ ОС имеются специальные органы контроля, которые запрещают АПВ при нарушении синхронизма, т.е. если Л2 (серая стрелка картинка 3) выведена в ремонт и происходит одновременно КЗ на Л3 (зеленая стрелка картинка 3), то автоматически в составе АПВ ОС те узлы, которые выявляют нарушение синхронной параллельной работы двух источников, блокируют устройства АПВ. Кроме того, в устройствах АПВ ОС повторное включение разрешается при затухании качаний, поэтому они и называются АПВ с ожидание синхронизма. Эти качания могут вызвать КЗ, которое

предшествовало работе защит и устройствам АПВ, и могут возникнуть из-за выведенной в ремонт линии. И узел ожидания синхронизма заблокирует АПВ до затухания качаний, и снова АПВ ОС разрешит управляющее воздействие на включение выключателя.

- АПВ с улавливанием синхронизма (АПВ УС) – может быть выполнено в одной элементной базе с АПВ ОС, но будут отличаться параметрами срабатывания. Если устройство АПВ ОС ожидает затухание качаний, то АПВ УС не дожидается затухания качаний. Они устанавливаются на линии, при отключении которых происходит нарушение синхронной работы из-за отсутствия шунтирующих связей или малой пропускной способности этих связей. В АПВ УС разрешается подача импульса на включение выключения лишь в определенном диапазоне разности частот и с некоторым опережением момента совпадения фаз (то есть мы формируем сигнал на включение выключателя с некоторым опережением, и пока этот сигнал проходит по цепям управления, и угол подбирается так, чтобы коммутация происходила в самый благоприятный момент времени). Таким образом, органы контроля в составе АПВ УС разрешают подачу импульса на включение выключателя в определенном диапазоне разности частот и с некоторым опережением момента совпадения фаз, чтобы, когда контакты замкнутся, ситуация была наиболее благоприятная.

Например, если мы рассмотрим рисунок 3 на картинке 3 включение АПВ, мы не ожидаем, когда качания затухнут, потому что эти две энергосистемы работают с разными частотами, а мы улавливаем наиболее благоприятный момент для коммутации. Когда рассматриваем векторные диаграммы напряжений, мы их рисуем что одно напряжение повернуто относительно другого на какой – то угол и суть АПВ УС в том, что мы дожидаемся того момента, когда вектора начнут совпадать и улавливаем с учетом опережения момент наиболее приятный для коммутации.

Для того, чтобы выполнять контроль синхронности напряжений возможно применение схемы на картинке 4.

Картинка 4

Здесь представлен фрагмент вторичных цепей – два трансформатора напряжения, один из которых подключается к шинам TV1 (шинный ТН), другой – к линии TV2 (линейный ТН) и реле KSS – реле контроля синхронизма.

На картинке 5 представлена векторная диаграмма, построенная для реле контроля синхронизма

Картинка 5

На картинке 6 представлены цепи пуска АПВ с контролем синхронизма.

Картинка 6

Как правило такие устройства контроля синхронизма и контроля напряжения устанавливают на обоих концах линии, а с помощью накладки SX на картинке 6, можно вводить в работу одну из устройств. На том выключателе, который включается первым, накладка SX шунтирует контакты реле KSS и включение происходит без учета условий синхронизма. Это логично, ведь тот выключатель включается без условий синхронизма, ведь не с чем сравнивать, так как на линии еще нет напряжения. Реле KVW.1 – при полном отключении линии это устройство замыкает свой контакт и выполняется пуск устройства АПВ, когда рассматриваем включение первого выключателя. Для второго выключателя накладка SX – разомкнута и пуск возможен тогда, когда напряжение по величине близко к номинальному и реле KVW.2 – замкнуто, и угол между напряжениями меньше угла срабатывания реле KSS и значит его контакт KSS замкнут и формируется цепь пуска АПВ. Эта схема для линий с двухсторонним питанием.

На картинке 7 представлена схема параллельных линий.

Картинка 7

Поскольку для параллельных линий используется тот же самый принцип, что и для линий кольцевой сети. Здесь также можно говорить о применении АПВ УС, но есть ряд преимуществ - особенность конфигурации сети позволяет проверить сохранение синхронизма, контролируя ток через токовый орган, который включается на ток, оставшейся в работе линии.

Принцип следующий:

•Если мы будем рассматривать АПВ линии, на который установлен выключатель 1, то нам необходимо будет контролировать ток оставшейся в работе второй линии через токовый орган КА и контакта КА.1, который действует на замыкание. АПВ линии 1 будет разрешено, когда сработает токовое реле, подключенное через трансформатор тока линии 2. Если мы будем говорить о контроле наличия тока, то он может осуществляться тем, что цепь обмотки реле времени одной из параллельных линий будет заводится через контакты токового реле, обмотка которого будет обтекаться током другой линии.

•Для того, чтобы токовое реле надежно размыкало контакт в случае, когда линия отключена с противоположной стороны (то есть выключатель 2 отключен), необходимо при выборе параметров срабатывания реле отстраиваться от емкостного тока линии, т.е. ток возврата реле > емкостного тока линии. В данном случае, когда линии отключена с противоположной стороны будет протекать емкостной ток линии в направлении стрелки на картинке 7.

Особенности АПВ на транзитных линиях при наличии параллельных связей

Говоря о параллельных линиях дополнительно необходимо о транзитных линиях, для которых тоже необходимо выполнить АПВ, но в том случае, если имеются параллельные связи.

Если у нас присутствуют параллельные связи достаточной пропускной способности, то, как правило говорят о кольцевой сети (зеленым и синим цветом показаны кольцевые схемы)

Выполняя АПВ кольцевой сети, учитывают ряд особенностей:

1)Отключение линии не вызывает перерыва в электроснабжении потребителей, тогда у нас есть некоторые преимущества по выбору параметров срабатывания: увеличить время бестоковой паузы.

До этого мы говорили, что в случае линии с односторонним питанием, у нас есть условия, связанные с деонизацией среды и условия, связанные с готовностью привода выключателя. Тем самым, чем больше время бестоковой паузы, тем выше вероятность того, что изоляционные свойства воздуха восстановились. При этом есть потребители, которые испытывают, перерыв в снабжении и для них время бестоковой паузы необходимо как можно меньше.

В кольцевых сетях нам, наоборот, надо время бестоковой паузы увеличить, чтобы мы гарантированно точно знали бы, что воздушная изоляция восстановилась. Так как в кольцевой сети у нас нет перерыва в электроснабжении потребителей, следовательно, одним условием становится меньше, и мы свободнее, чем при выборе параметров срабатывания линии с односторонним питанием. Это, с одной стороны. Кроме того, в кольцевой сети нет нарушения электрической связи между подстанциями, то не нарушается параллельная работа источников, нет нарушения частоты, нет колебаний, поэтому время бестоковой паузы может быть чуть больше, чем для линии с односторонним питанием. На практике доказано, что значительно увеличивать время не стоит, так как быстрое обратное включение может

предотвратить разрыв связей между подстанциями из-за наложения друг на друга отключение других линий, если мы говорим о грозовой активности.

Второе условие, по которому мы не должны сильно увеличивать время действия АПВ связано с тем, что при отключении одной из линий (черная стрелка) мощность отключенной линии распределяется по оставшимся 3 (оранжевые стрелки) и некоторые из этих линий могут быть перегружены. Безусловно, на линиях присутствует защита от перегрузки (например, по мощности), выдержка времени этой защиты достаточно большая, но вместе с тем, затягивать с временем действия АПВ не стоит, поскольку при сильном увеличении защита от перегрузки может отключить какой-то участок кольцевой сети.

2)АПВ может быть успешным, если обратное включение с обеих сторон будет происходить после того, как линия будет отключена с обеих сторон. В противном случае, если линия будет отключена с одной стороны, то дуга может не погаснуть, и линия отключится. Это условие одинаково и для кольцевых линий, и для параллельных линий, и для одноцепных транзитных линий. Мы обязаны устройством АПВ контролировать отключение линии с двух сторон, и только после этого отсчитывается время действия устройство АПВ, и после этого формировать команду на включение выключателя.

3)В кольцевой сети у нас может быть одна, две, три и т.д. точки питания.

Начнем с простого (кольцевая сеть в сером кружке) – одна точка питания, где отключение одной из линий приводит к тому, что оставшиеся линии становятся линиями с односторонним питанием. Если, например, линия 9-11 выведена в ремонт, то линии 11-10,10-9 становятся линиями с односторонним питанием и здесь необходимо выполнять устройства АПВ с таким алгоритмом, как при работе устройств АПВ на линиях с односторонним питанием. Мы выполняем ЛОГИЧЕСКУЮ ЧАСТЬ устройства АПВ таким образом, чтобы в том случае, когда все это кольцо находится в работе, устройство АПВ действовали как в кольцевой сети, а при выводе в ремонт ЛЮБОЙ из линий в ремонт устройство АПВ должно действовать как в одиночных линиях с односторонним питанием.

Следует помнить, что при выводе в ремонт линии 11-10, то отключении линии 9-10 будет приводить к перерывам электроснабжения и тогда выдержку времени в этих ремонтных ситуациях следует делать как можно меньше.

Когда мы говорим про кольцевую сеть с одной точкой питания, то в некоторых случаях такая сеть может работать в разомкнутом режиме и схема бы превратилась в схему с односторонним питанием. Тогда, при неуспешном АПВ перевод потребителей производился бы вручную или автоматически. Таким образом, при выборе параметров срабатывания АПВ необходимо рассматривать различные конфигурации работы сети (вывод в ремонт оборудования, неуспешное АПВ).

Если есть две и более параллельных связей, то АПВ можно выполнять без проверки синхронизма. Но следует помнить, что при выводе в ремонт одного из объектов схема сети у нас меняется и тогда наше АПВ, работающее без проверки синхронизма, должна позволять вводить ключом условие проверки синхронизма при ремонте одной из параллельных линий. Также, если отключение одной связи допускает несинхронное включение другой, тогда мы можем при ремонте одной из параллельных связей использовать АПВ без контроля синхронизма (по схеме НАПВ). Если не допускается несинхронное включение, тогда на этой линии будет устанавливаться устройство АПВ УС.

Если у нас три и более параллельных связей и они объединены несколькими источниками питания (кольцо 11-4-7), то при проектировании устройств АПВ одновременное отключение всех связей в этом кольце считается маловероятным, поэтому устройства АПВ могут устанавливаться без контроля синхронизма, аналогично, как в схемах с одной точкой питания, но, учитывая, что возможно наложение аварии: ремонт линии 7-11, аварийное отключение линии 7-4, предусматривается работа устройства АПВ с контролем синхронизма.

Как уже отмечалось, устройства АПВ выполняются универсальными и содержат органы, контролирующие синхронность, включаемые по обеим сторонам выключателя и блокируют сигнал на включение, если напряжения становятся несинхронными, например, при отключении всех шунтирующих связей.

На этом мы заканчиваем рассмотрение раздела трехфазное автоматическое повторное включение и переходим к пофазному АПВ.

ПОФАЗНОЕ АПВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ Короткие замыкания на землю и отключение одной из фаз

В сети, где предусматривается заземление нулевой точки трансформатора и автотрансформатора при отключении одной из фаз, по оставшемуся в работе участку может передаваться мощность. На картинке 8 представлен фрагмент схемы, где при возникновении однофазного КЗ на землю фазы А, которая будет отключаться и в работе остаются две неповрежденные фазы В и С, по которым будет передаваться мощность.

Картинка 8 Понятно, что при отключении одной из фаз меняется сопротивление

рассматриваемого участка (линии). В зависимости от геометрии опоры, от использования расщепления проводов или нет, количество циклов транспозиции, влияние собственной и взаимной индуктивности можно вычислить эквивалентное индуктивное сопротивление линии Худ. Таким образом, при отключении одной из фаз сопротивление поменяется, но точно сложно сказать, но примерно можно сказать, что по двум оставшимся в работе фазам можно передавать половину пропускной способности линии. Это дает нам возможность при однофазном КЗ на линиях с односторонним питанием или одиночных линиях с двухсторонним питанием переводить систему в режим работы 2фазы-земля. Выявление повреждения на фазе, отключение этой фазы и обратное включение выполняется устройством пофазного АПВ (ОАПВ). Поскольку перевод на режим работы 2фазы – земля требует ряд ручного переключения персоналом (отключение разъединителей, изменение уставок РЗ, разземление нейтралей), что довольно сложно. Чаще всего,

если устройство ОАПВ в первом цикле выполнило отключение фазы и снова включение фазы, и оказалось, что это повреждение не устранилось, то после этого линия будет отключения тремя фазами, поэтому на устройства ОАПВ при неуспешном повторном включении возлагается задача отключить линию всеми тремя фазами, что упрощает работу ОАПВ.

Таким образом, принцип действия ОАПВ: выявляет поврежденную фазу, отключает ее, затем начинается отсчет времени действия ОАПВ, по истечению которого формируется сигнал на включение фазы, и, если повреждение не устранилось, то отключение выполняется тремя фазами.

Пофазное АПВ применяется в случае сильного нагруженных одноцепных транзитных линий. Время перерыва питания по условию устойчивости, по сравнению, с трехфазным АПВ может быть увеличено. Объясним это На графике 1 рассматривается работа ГЭС на энергосистемы по протяженной

одноцепной линии электропередач. По горизонтальной оси располагаем расстояние (длина линии), по вертикальной оси – время.

График 1 Здесь представлено полное (суммарное) время отключения повреждения. Как видно,

в случае трехфазного АПВ (мы проектируем ЛЭП: длина линии 100 км, рассчитываем сколько времени можно выбрать бестоковую паузу, время действия АПВ, если оно будет трехфазным, чтобы у нас сохранилась параллельная работа, и по расчетам время перерыва питания получается 0,15, далее берем 200 км и т.д.), время практически не меняется с увеличением длины линии или даже если линия будет короче (например, появятся промежуточные подстанции), время также не меняется.

При использовании пофазного АПВ зависимость допустимого времени отключения будет несколько иная. Применяя ОАПВ, то время может достигать больше 1сек при длине 300 км. Таким образом, время перерыва питания по условию устойчивости

увеличивается по сравнению с трехфазным АПВ значительно, что связано с сохранением параллельной работы по неповрежденным фазам.

Одновременно с этим, применение пофазного АПВ имеет недостатки

•При рассмотрении ОАПВ понятие бестоковая пауза не вводится. Здесь будет режим 2 фазы – земля. При отключении поврежденной фазы А и в работе остались фазы В и С, в этот момент появятся токи нулевой последовательности, которые повлияют на организацию высокочастотных каналов связи.

•Необходимость пофазного управления выключателями, что влечет за собой усложнение вторичных цепей

•Необходимость пофазного управления выключателем с противоположной стороны Преимуществом трехфазного АПВ на одиночных линиях с односторонним

питанием является то, что оно устанавливается на головном участке и действует тоже только на головном участке

•Необходимость специальных устройств, осуществляющих выбор поврежденной фазы (найти фазу и определить косвенно вид КЗ). Все устройства РЗ, работающие совместно с ОАПВ должны быть выполнены таким образом, чтобы во время цикла ОАПВ, когда одна из фаз отключена, появляются составляющие обратной и нулевой последовательностей и необходимо, чтобы появление этих составляющих не приводило к ложному срабатыванию РЗ в цикле ОАПВ.

Врассматриваемом нами случае однофазного короткого замыкания можно, анализируя схему по правилам, рассматриваемым в электромагнитных переходных процессах, можно записать выражения для токов и напряжений в месте повреждения по методу симметричных составляющих. Более того, можно записать выражения для токов и напряжений в месте установки устройства на подстанции М или N (картинка 8) для формулировки критериев для работы органов определения поврежденной фазы. Затем, после определения данным органов выключателя, который стоит отключить, мы сформируем команду на отключение данного выключателя. Таким образом, мы будет наблюдать другой режим работы сети – обрыв одной из фаз (фаза А). В качестве граничных условий для обрыва фазы А мы запишем, что ток проходящий по этой фазе равен 0, а напряжение между точками обрыва равно напряжению фазы А. Кроме того, анализируя схему по методу симметричных составляющих, напряжение может быть представлено, как продольная ЭДС в месте обрыва, которая накладывается на симметричную ЭДС предаварийного режима. Таким образом, во время цикла ОАПВ (под временем цикла подразумевается, когда фаза отключена до момента ее обратного включения) будет возникать несимметрия и в земле будет проходить ток, величина которого примерно сопоставима с током нагрузки оборванной фазы в доаварийном режиме. Более точно этот ток можем определить следующим образом: по методу симметричных составляющих можем записать выражения для прямой, обратной и нулевой последовательностей продольной ЭДС в месте обрыва, которые приложены между точками обрыва. Точки обрыва в схемах замещения будут эквипотенциальны, поэтому их можно соединить и составить расчетную схему и по ней записать выражения для соответствующих токов. Преобразование этих выражений будет относительно ЭДС.