Автоматическое повторное включение

ВВЕДЕНИЕ

 

Для повышения надежности питания электроэнергией промышленного предприятия, его цехов и установок в телемеханизируемой системе электроснабжения используют следующие виды автоматики:

а) автоматическое повторное включение АПВ, предназначенное для быстрого восстановления питания потребителей путем автоматического включения выключателей, отключенных устройством релейной защиты. АПВ предусматривают на воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях всех типов напряжением выше 1 кВ; на шинах электростанций и подстанций; на одиночных понижающих трансформаторах мощностью более 1 МВ·А, имеющих выключатель и максимальную токовую защиту с питающей стороны; на ответственных электродвигателях, отключаемых для обеспечения самозапуска других электродвигателей. Для осуществления АПВ предусматривают также устройства АПВ на обходных, шиносоединительных и секционных выключателях;

б) автоматическое включение резервного питания и оборудования (АВР);

в) автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) напряжения и реактивной мощности;

г) автоматическое регулирование частоты и активной мощности АЧРМ;

д) автоматическое ограничение снижения частоты, осуществляющее автоматический частотный ввод резерва, автоматическую частотную разгрузку (АЧР), включение питания отключенных потребителей при восстановлении частоты (ЧАПВ);

е) автоматическое предотвращение перегрузки оборудования;

ж) самозапуск электродвигателей. При наличии АПВ и АВР, когда питание электроэнергией прерывается кратковременно (на 1-2 с), т. е. на время работы устройств автоматики, необходимо, чтобы ответственные электродвигатели, если это допускается условиями технологического процесса и техники безопасности, не отключались от сети. Это достигается применением самозапуска этих двигателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

Защита элементов системы электроснабжения, осуществляемая релейными устройствами, автоматическими выключателями и плавкими предохранителями, отключает защищаемые элементы в случаях устойчивых и неустойчивых повреждений, а также неселективного и ложного срабатывания защиты. В последних трех случаях защищаемый элемент может сразу после срабатывания защиты снова включиться и оставаться в работе. Автоматическое включение элемента после срабатывания защиты называется автоматическим повторным включением (АПВ) и применяется в случаях, когда вероятность возникновения неустойчивых (преходящих) повреждений и неселективного срабатывания защиты достаточно высока.

Сущность АПВ состоит в том, что элемент системы электроснабжения, отключившийся под действием релейной защиты (РЗ), вновь включается под напряжение (если нет запрета на повторное включение), и если причина, вызвавшая отключение элемента, исчезла, то элемент остается в работе, и потребители получают питание практически без перерыва. Опыт эксплуатации показывает, что многие повреждения в системах электроснабжения промышленных предприятий являются неустойчивыми и самоустраняются. К наиболее частым причинам, вызывающим неустойчивые повреждения элементов системы электроснабжения, относят перекрытие изоляции линий при атмосферных перенапряжениях, схлестывание проводов при сильном ветре или пляске, замыкание линий различными предметами, отключение линий или трансформаторов вследствие кратковременных перегрузок или неизбирательного срабатывания. РЗ, ошибочных действий дежурного персонала и т. д. Стоимость устройства АПВ незначительна по сравнению с ущербами производства, вызываемыми перерывами электроснабжения. Применение устройств АПВ различных элементов системы электроснабжения значительно повышает надежность электроснабжения даже при одном источнике питания (ИП).[4]

При применении АПВ трансформаторов в схеме АПВ предусматривают запрет АПВ при внутренних повреждениях трансформатора, т, е. при отключении трансформаторов под действием газовой или дифференциальной защиты. Наиболее эффективным является применение АПВ для воздушных линий высокого напряжения, так как появление неустойчивых повреждений для них более вероятно, чем для других элементов.

В системах электроснабжения промышленных предприятий в основном применяют устройства АПВ однократного действия как наиболее простые и дешевые. С увеличением кратности действия АПВ их эффективность уменьшается. Так, эффективность применения однократного АПВ для воздушных линий в энергосистемах составляет 60-75%, при двухкратном - 30-35% и при трехкратном - всего лишь 1-5%.

В настоящее время разработано и внедрено много схем и конструкций типовых устройств АПВ для выключателей с приводами, работающими на постоянном и переменном токе.

Устройства АПВ должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) устройства  АПВ не должны действовать: при  отключении выключателя персоналом  дистанционно или при помощи  телеуправления; при автоматическом отключении выключателя защитой непосредственно после включения его персоналом; при отключении выключателя защитой от внутренних повреждений трансформаторов и вращающихся машин, устройствами противоаварийной автоматики, а также в других случаях отключений выключателя, когда действие АПВ недопустимо;

2) устройства  АПВ должны быть выполнены  так, чтобы была исключена возможность многократного включения на КЗ при любой неисправности в схеме устройства;

3) устройства  АПВ должны выполняться с автоматическим  возвратом;

4) при применении  АПВ необходимо предусматривать ускорение действий защиты на случай неуспешного АПВ; ускорение действия защиты после неуспешного АПВ выполняют с помощью устройства ускорения после включения выключателя, которое используют и при включении выключателя по другим причинам (от ключа управления, телеуправления или устройства АВР); не следует ускорять действие защиты после включения выключателя, когда линия уже включена под напряжением другим своим выключателем;

5) устройства  трехфазного АПВ (ТАПВ) необходимо  выполнять с пуском от несоответствия между ранее поданной оперативной командой и отключенным положением выключателя.

Ускорение защиты до АПВ сокращает до минимума время протекания тока КЗ, благодаря чему уменьшаются вызываемые им разрушения и увеличивается возможность успешного АПВ. Ускорение защиты до АПВ заключается в том, что выдержка времени максимальной защиты выводится из действия и первое отключение выключателя осуществляется мгновенно. Второе отключение выключателя после неуспешного АПВ выполняется избирательно, с выдержкой времени, которая к этому моменту автоматически вводится в действие.

Ускорение защиты после АПВ применяют на участках сети, имеющих несколько ступеней избирательной защиты, так как вывод из действия выдержки времени может привести к ложному срабатыванию защиты. Отключение выключателя после неуспешного АПВ производится мгновенно, для чего к этому моменту выдержка времени максимальной токовой защиты автоматически выводится из действия.

В системах промышленного электроснабжения применяют устройства ТАПВ однократного или двукратного действия (последнее - если это допустимо по условиям работы выключателя). Устройство ТАПВ двукратного действия применяют для воздушных линий, особенно для одиночных с односторонним питанием. В сетях 35 кВ и ниже устройства ТАПВ двукратного действия применяют для линий, не имеющих резервирования по сети.

В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью применяют блокировку второго цикла АПВ в случае замыкания на землю после АПВ первого цикла. Выдержка времени ТАПВ во втором цикле должна быть не менее 15 с.

Для ускорения восстановления нормального режима работы сети выдержку времени устройства ТАПВ (для первого цикла АПВ двукратного действия на линиях с односторонним питанием) выбирают минимально возможной с учетом времени погасания дуги и деионизации среды в месте повреждения, а также с учетом времени готовности выключателя и его привода к повторному включению.

Выдержку времени устройства ТАПВ на линии с двусторонним питанием выбирают с учетом возможного неодновременного отключения повреждения с обоих концов линии. С целью повышения эффективности ТАПВ однократного действия его выдержку времени увеличивают, если это допускает работа потребителя.

На одиночных линиях с двусторонним питанием (при отсутствии шунтирующих связей) предусматривают один из следующих видов трехфазного АПВ (или их комбинации): а) быстродействующее ТАПВ (БАПВ); б) несинхронное ТАПВ (НАПВ); в) ТАПВ с улавливанием синхронизма (ТАПВ УС).

Время действия трехфазного однократного АПВ линий, питающих трансформаторы, со стороны высшего напряжения которых установлены короткозамыкатели и отделители, отстраивают от суммарного времени включения короткозамыкателя и отключения отделителя.

Так как согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ) применение АПВ обязательно на всех воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях напряжением выше 1 кВ, далее будем рассматривать АПВ линий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

На рисунке 1 приведена принципиальная схема устройства электрического однократного АПВ с автоматическим возвратом для линии.

Рисунок 1. Принципиальная схема электрического однократного АПВ с автоматическим возвратом

На действующих промышленных предприятиях в устройствах АПВ применяют комплектные реле типа РПВ. В описываемой схеме в состав этого реле входят: реле времени КТ с добавочным сопротивлением R1, обеспечивающим термическую стойкость реле КТ; промежуточное реле KL с последовательной и параллельной обмотками (KLпосл, KLпар); конденсатор С, обеспечивающий однократность действия устройства АПВ; зарядное R2 и разрядное R3 сопротивления. В комплект АПВ входят также пусковое промежуточное реле KL1 с последовательно включенным сопротивлением R4, указательное реле КН, накладка Н для включения и отключения АПВ.[5]

В рассматриваемой схеме управления выключателем Q1 производится ключом SA, у которого предусмотрена фиксация положения последней операции. Поэтому после операции включении ключ SA остается в положении «включено» В2, а после операции отключения — в положении «отключено» О2.

Когда выключатель Q1 включен, ключ SA находится в положении B2 и к конденсатору С подводится плюс оперативного тока от « + 4» и минус - через контакт 3 ключа SA и R2. При этом С заряжен и вся схема АПВ находится в состоянии готовности к действию. Пуск устройства АПВ происходит при отключении Q1 в результате возникновения несоответствия между положением SA, которое не изменилось, и положением выключателя Q1, который теперь отключен. Несоответствие характеризуется тем, что через контакт 3 ключа управлении SA на схему устройства АПВ по-прежнему подается минус, вспомогательный контакт SQ1 выключателя при отключенном Q1 замкнет цепь обмотки реле KL1 через обмотку контактора включения YАС. Благодаря R4 YAC не сработает, а сработает реле KL1, которое подает минус на реле КТ и тем самым запустит устройство АПВ. При срабатывании КТ размыкается его размыкающий контакт и в цепь обмотки КТ включается R1. С выдержкой времени замыкается замыкающий контакт КТ и подключает KLпар к С. Реле KL срабатывает от тока разряда С и, самоудерживаясь через КLпосл (минус от YАС), подает импульс на включение Q1. Выключатель Q1 включается, размыкается его вспомогательный контакт SQ1, и возвращаются в исходное положение KL1, KL, КТ.

Если повреждение на линии было неустойчивым, то она остается в работе. Время заряда С составляет 20-25 с, т. е. через это время схема АПВ будет автоматически подготовлена к новому действию. В случае устойчивого повреждения на линии выключатель Q1 отключится защитой, сработают KL1 и КТ, а реле KL не сработает, так как С не успеет зарядиться. Таким образом, схема обеспечивает однократное действие при устойчивом КЗ на линии. При отключении линий защитой, когда действие устройства АПВ не требуется, через R3 происходит разряд С.

Орган контроля напряжения на защищаемой линии включает в себя три реле, реагирующие на фазное напряжение (РН1), на напряжение обратной последовательности (РН2) и утроенное напряжение нулевой последовательности (РНО). Одни и те же реле используются для контроля как отсутствия, так и наличия напряжения.

Структурная схема органов контроля напряжения на защищаемой линии приведена на рисунке 2.

Контроль отсутствия напряжения на защищаемой линии в принципе должен отличить режим ее двустороннего отключения во всех фазах от всех других возможных режимов ее работы. При соответствующем выборе параметров срабатывания реле напряжения обеспечивают такую избирательность во всех случаях за исключением случая, когда рассматриваемая линия с трехфазным КЗ включена с противоположного конца. Для предотвращения в этом случае заведомо неуспешного АПВ на данном конце линии по цепи отсутствия напряжения на линии предусматривается отстройка действия АПВ по времени от длительности режима, обусловленного выдержкой времени ступени дистанционной защиты, чувствительной к КЗ на всей длине защищаемой линии. Указанное замедление действия АПВ автоматически исключается, если при КЗ на линии на данном ее конце срабатывает быстродействующая защита. При этом имеется в виду, что отключение линии с противоположного конца также происходит без замедления (либо от основной защиты, либо по цепи ускорения резервных защит).

Рисунок 2. Структурная схема органа контроля напряжения на защищаемой линии.

 КНН— контроль наличия напряжения; КОН — контроль отсутствия напряжения.

Контроль наличия напряжения должен отличить режим трехфазного одностороннего включения линии с противоположной стороны от всех других режимов.

Анализ технологического процесса позволяет сделать вывод, что основным параметром, который необходимо контролировать является восстановление питания потребителей путем автоматического включения выключателей, отключенных устройством релейной защиты при изменении напряжения сети более чем на 5-10%. Если данное условие не будет выполняться, то это повлечет за собой отключение энергопотребителей и наложение штрафных санкций на компанию, поставляющую электрическую энергию потребителям.