Принцип действия АВР линий, трансформаторов, секционных выключателей

Рассмотрим принцип действия АВР на примере двухтрансформаторной подстанции (рис. 3.1). Питание потребителей нормально осуществляется от рабочего трансформатора T1. Резервный трансформатор Т2 отключен и находится холостом резерве.

При отключении по любой причине выключателя B1 трансформатора T1 его вспомогательный контакт БК1.2 разрывает цепь обмотки промежуточного реле РП1. В результате якорь реле РП1, подтянутый при включенном положении выключателя, при снятии напряжения отпадает с некоторой выдержкой времени и размыкает контакты.

Второй вспомогательный контакт БКЬЗ выключателя B1, замкнувшись, подает штос через еще замкнутый контакт РП1.1 на обмотку промежуточного реле РП2, которое своими контактами производит включение выключателей ВЗ и В4 резервного трансформатора, воздействуя на контакты включения КВЗ и КВ4. ПО истечении установленной выдержки времени реле РП1 размыкает контакты и разрывает цепь обмотки промежуточного реле РП2. Если резервный трансформатор будет включен действием АВР на не устранившееся к.з. ш и отключится релейной защитой, то его повторного включения не произойдет. Таким образом, реле РП1 обеспечивает однократность действия АВР и noэтому называется РЕЛЕ ОДНОКРАТНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ. Реле РП1 вновь замкнет свои контакты и подготовит схему АВР к новому действию лишь после, того, как будет восстановлена нормальная схема питания подстанции и включен выключатель B1. Выдержка времени на размыкание, контакта реле РП1 должна быть больше времени включения выключателей ВЗ и В4, для того чтобы они успели надежно отключиться.

С целью обеспечения действия АВР при отключении выключателя В2 от его вспомогательного контакта БК2.2 подается импульс на катушку отключения KO1 выключателя B1. После отключения выключателя B1 АВР запускается и действует, как рассмотрено выше.

Кроме рассмотренных случаев отключения рабочего трансформатора потребители также потеряют питание, если по какой-либо причине останутся без напряжения шины высокого напряжения подстанции E1. Схема АВР при этом не подействует, так как оба выключателя рабочего трансформатора остались включенными. Для того чтобы обеспечить действие АВР и в этом случае, предусмотрен специальный пусковой орган минимального напряжения, включающим в себя реле PH1, РН2, PB1 и РПЗ, При исчезновении напряжения на шинах Е2, а следовательно, и на шинах п/ст. В реле минимального напряжения, подключенные к трансформатору напряжения TH1, замкнут свои контакты и подадут плюс оперативного тока на обмотку реле времени PB1 через контакт реле РНЗ. Реле PB1 при этом запустится и по истечении установленной: выдержки времени подаст плюс на обмотку выходного промежуточного реле РПЗ, которое производит отключение выключателе B1 и В2 рабочего трансформатора" После отключения выключателя B1 АВР действует, как рассмотрена выше.

Реле напряжения РНЗ предусмотрено для того, чтобы предотвратить отключение трансформатора T1 от пускового органа минимального напряжения в случае отсутствия на шинах высшего напряжения Е2 резервного трансформатора Т2, когда действие АВР будет заведомо бесполезным. Реле напряжения РНЗ, подключенное к трансформатору напряжения ТН2 шин Е2, при отсутствии напряжения размыкает свой контакт и разрывает цепь от контактов реле PHI и РН2 к обмотке реле времени PB1.

Схема АВР трансформатора одностороннего действия. а) Схема первичных соединений; б) Цепи переменного напряжения; в) Цепи оперативного тока В схеме АВР предусмотрены две накладки: H1- для отключения пускового органа минимального напряжения и Н2 для вывода из работы все схемы АВР. Действие АВР и пускового органа минимального напряжения сигнализируется указательными реле РУ.

Пусковые органы устройств АВР Напряжение срабатывания (замыкания) размыкающих контактов реле, реагирующих на снижение напряжения (минимальных реле), следует выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Орган минимального напряжения не должен действовать при неисправностях ]в цепях напряжения. В схеме рассмотренной нами контакты двух реле минимального напряжения PH1 и РН2 включены последовательно, что предотвращает ложную работу АВР при перегорании одного из предохранителей и отключении одного из автоматов в цепях напряжения трансформатора ТН1. Но надежность такой схемы несколько ниже чем схемы в которой реле PH1 и РН2 включены на разные трансформаторы напряжения.

Схемы пусковых органов минимального напряжения могут быть, выполнёны также с помощью двух реле времени типа ЭВ-235. переменного напряжения. Эти реле подключены непосредственно к трансформаторам напряжения, выполняют одновременно функциях двух реле: реле минимального напряжения и реле времени. При исчезновении напряжения реле начинают работать с установленной выдержкой времени замыкают контакты в цепи отключения выключателей рабочего источника питания. Контакты PB1.2 и РВ2.2 замыкают цепь сигнализации в случае возникновения неисправности в цепях напряжения.

Пусковой орган может быть выполнен на одном реле времени ЭВ-235К. Включенного через вспомогательное устройство ВУ-200, в цепь трехфазного выпрямителя включено реле, которое начинает работать, в том случае если исчезнет напряжение одновременно на трех фазах.

Осуществление блокировки от ложных срабатываний можно осуществлять с помощью реле минимального тока РТ, включенного в цепь трансформатора тока рабочего источника питания. В нормальных условиях, когда рабочий источник питает нагрузку, по обмотке РТ проходит ток и оно держит свой контакт разомкнутым. В случае отключения рабочего источника или исчезновении напряжения на питающих шинах, реле РТ замыкает, контакт и совместно с реле РН отключают рабочий источник питания. Замыкание одного из контактов реле РТ или РН приводит к отключению источника питания.

Наличие на секции шин п/ст нагрузки в виде СД и АД большой мощности приводит к замедлению срабатывания устройств АВР до (0,5-Зс). Для ускорения действия АВР пусковой орган дополняют реле понижения частоты. Использование реле понижения частоты позволяет намного раньше выявить аварийный режим, так как в момент потери питания (рабочий источник отключен) напряжение на секции шин поддерживается на значительном уровне СД. Однако при этом происходит резкое снижение частоты остаточного напряжения. При уставке срабатывания реле понижения частоты 48 Гц оно срабатывает при снижении частоты вращения на 4%, что происходит уже через 0,1- 0,2с.

Рассмотрим схему использующую в качестве пусковых органов два реле частоты РЧ1 и РЧ2, два реле времени РB1 и РВ2, два реле напряжения реле PH1 и РН2. Реже PB1, PB2, РЧ1, и PH1 подключены к трансформатору TH1. Реле РЧ2 и РН2 к трансформатору ТН2 резервного источника.

При отключении рабочего источника электродвигатели поддерживают достаточно высокое остаточное напряжение на секции шин потерявшей питание, однако частота снижается довольно быстро. При снижении частоты до уставки РЧ1 оно срабатывает и через контакт РЧ1, PH1 замкнутый за счет остаточного напряжения и размыкающий контакт РП1 воздействует на отключение выключателей рабочего источника питания. Контакт PH1 предотвращает ложные срабатывания при кратковременных потерях напряжения на обмотках реле РЧ1, что приводит к срабатыванию этих реле.

В случае общесистемного снижения частоты срабатывает реле РЧ2 которое настраивается на более высокую уставку чем реле PЧ1. Сработав реле РЧ1 воздействует на промежуточное реле РП1, которое своим размыкающим контактом размыкает цепь от контакта РЧ1, предотвращая отключение рабочего источника питания при срабатывании реле РЧ1.

Имеются пусковые органы использующие в качестве индикаторов аварийной ситуации реле разности частот (вместо реле снижения частоты), к которому подводиться напряжения от двух секций и минимальное реле активной мощности (вместо токового реле). Необходимо отметить, что данный пусковой орган обладает большим быстродействием, чем реле снижения частоты.

Автоматическое включение резерва на подстанциях На подстанциях высокого напряжения находят широкое применение АВР разных типов. Наряду с АВР трансформаторов применяются АВР секционных и шиносоединительных выключателей и АВР линий.

Рассмотрим АВР секционного выключа-теля. В качестве нагрузки на одной из секций шин подключен мощный СД. При отключении любого из трансформаторов T1 или Т2 происходит автоматическое включение секционного выключателя В5. Однократность в действия АВР в схеме обеспечивается специальным реле положения «Включено» РПВ1 в схеме управления соответствующим выключателем.

В случае отключения выключателя B1 трансформатора T1, питающего первую ceк-цию, замыкается вспомогательный контакт этого выключателя БК1.2 и через замкнутый в рабочем состоянии схемы контакт РПВ1.1 реле FHB1 подает импульс на катушку включения выключателя В5 КВ5. Из-за наличия на 2-й секции синхронного двигателя действие АВР при отключении ВЗ происходит по-другому. После отключения трансформа-тора Т2, питающего 2-ю секцию, частота вращения СД будет уменьшаться постепенно вследствие чего при действии АВР он может быть включен не синхронно через трансформатор T1. В связи с этим толчок тока при несинхронном включении может превысить допустимую величину (величина тока может достигать двукратного значения тока к.з.).Для снижения тока при коммутации СД отключают от секции шин и при переводе на резервный источник секции включается выключатель В6.

Отключение выключателя В6 СД производится от вспомогательного контакта БКЗ.2 выключателя ВЗ при его отключении. В цепи отключения предусмотрена накладка HI для вывода цепи отключения из действия, на случай питания обеих секций от тр-ра T1 при замкнутом секционном выключателе В5. После отключения выключателя СД его вспомогательным контактом БК6.2 будет замкнута цепь на включение в-ля В5.

Допускается вместо отключения в-ля В6 кратковременно включать автомат гашения поля (АГП) и выключать его вновь после включения секционного выключателя. Толчок тока при этом будет меньше, чем при несинхронном включении, а после включения СД на резервную секцию шин СД втянется в синхронизм, т. е. произойдет его самосинхронизация. При наличии на секции шин нескольких СД контроль допустимости включения СВ обычно осуществляется с помощью реле минимального напряжения (U=0,5−0,6 номинального).

Ускорение защиты секционного выключателя осуществляется контактами РПВ1.2 и РПВ3.2 реле РПВ1 и РПВЗ. (в случае включения на не устранившееся к.з.).

В данной схеме отсутствует ПО минимального напряжения т.к. оба источника питаются от общих шин минимального напряжения. При исчезновении напряжения на этих шинах действие АВР будет бесполезным.

АВР на переменном оперативном токе.

Наряду с устройствами АБР. работающими на постоянном оперативном токе. большое распространение на подстанциях получили АВР на переменном оперативным токах. Рассмотрим схему секционного АВР на п/ст с двумя трансформаторами, питающимися ответвлениями от двух линий без выключателей на стороне высшего напряжения трансформаторов, Секционный выключатель ВЗ нормально отключен. Оперативный ток для питания схемы автоматики подается от трансформаторов собственных нужд TCH1 и ТСН2. Особенностью схемы является то. что при исчезновении напряжения на одной из линий (Д1 или Л2) АВР включает секционный выключатель, а при восстановлении напряжения на линии автоматически собирает нормальную схему подстанции. Пусковым органом схемы являются реле времени PB1 и РВ2 типа ЭВ-235, контакты которых PB1.2 и РВ2.2 включены последовательно в цепи KO1. Последовательно с контактами этих реле включен мгновенный контакт РВЗ.1реле времени PBЗ трансформатора Т2, которое контролирует напряжение на этом трансформаторе. Обмотки реле PB1 и РВ2 включены на разные трансформаторы (TCH1 и TH1), что исключает возможность ложного действия пускового органа в случае неисправности в цепях напряжения одного из них.

Реле времени PB1, подключенное к трансформатору собственных нужд TCH1, установленному до выключателя трансформатора T1, используется также для контроля за появлением напряжения на трансформаторе Т2, при включении линии Л1. В случае исчезновения напряжения после отключения линии Л1 запускается реле времени PB1 и FB2 и замыкает свои мгновенные контакты PB1.1 и PB2.1, снимая напряжение с обмотки реле времени РВЗ типа ЭВ-248. Это реле при снятии напряжения мгновенно возвращается в исходное положение, а при подаче напряжения срабатывает с установленной выдержкой времени.

Если действием АПВ линии напряжение не будет восстановлено (например, в следствии устойчивого к.з. на линии), то с установленной выдержкой времени (большей времени АПВ линии) замкнутся контакты реле времени PB1.2 и РВ2.2 и создадут цепь на катушку отключения KO1 выключателя B1.

Схема ABP секционного выключателя на переменном токе оперативном токе. а — поясняющая схема; бцепи управления и ABP выключателя В1 (цепи управления вык. В2 выполняются аналогично) вцепи управления вык. ВЗ; пунктиром обведены цепи, относящиеся к трансформатору Т2.

При отключении выключателя B1 замкнется его вспомогательный контакт БК1 в цепи катушки включения КВЗ секционного выключателя ВЗ через замкнутый контакт РПВ1.1 реле однократности включения. Секционный выключатель включится и подаст напряжение на первую секцию подстанции. При этом подтянется реле времени РВ2, замкнет контакт PB2.1 и разомкнет РВ2.2 Реле времени PB1 останется без напряжения. Поэтому его контакт PB1.1 останется разомкнутым, а реле времени РВЗ будет по прежнему находиться в исходном положении, держа разомкнутыми все свои контакты. При восстановлении напряжения на линии Л1 напряжение появится и на трансформаторе T1, поскольку его отделитель оставался включенным. Реле PB1 подтянется, замкнет контакт PB1.1 и разомкнет PB1.2. При замыкании контакта PB1.1 начнет работать реле времени РВЗ, которое своим проскальзывающим контактом РВЗ.2 создаст цепь на включение выключателя B1, а конечным контактом РВЗ. З — на отключение секционного выключателя ВЗ, чем автоматически восстанавливается исходная схема подстанции. При этом цепь на отключение секционного выключателя создается при условии, что включен выключатель В2 трансформатора Т2.

Для действия автоматики все выключатели должны быть оснащены пружинными или грузовыми приводами. (КГП1 — контакт готовности привода 1).

Рассмотрим схему АВР когда на резервной линии нет трансформатора напряжении. В этой схеме для действия катушек отключения и включения выключателей используется энергия предварительно заряженных конденсаторов C1 и С2.

Схема АВР одностороннего действия для подстанции с переменным оперативным током с использованием энергии заряженных конденсаторов (предварительно), а) поясняющая схема, б) цепи АВР В рассматриваемой схеме используется пусковой орган, состоящий из реле минимального тока PT1 и реле времени FB1 типа ЭВ-235. При отключении рабочей линии или исчезновения напряжения на шинах, питающих рабочую линию, сработает реле PT1 и PB1, подключающие своими контактами цепь РТ1 и РВ1, катушки отключения KO1 к предварительно заряженному конденсатору С2. При этом происходит срабатывание катушки отключения под действием тока разряда конденсатора и отключении вык. B1. Вспомогательный контакт выключателя В1 БК1.1 замыкает цепь катушки включения КВ2 выключателя резервной линии В2 на предварительно заряженный конденсатор 01. Катушка включения срабатывает под действием тока разряда конденсатора и освобождает груз или пружины, которые и производят включение В2. В случае отключения выключателя B1 не от пускового органа, а по другой причине, АВР работает так же.

В цепь катушки отключения B1 введен контакт готовности привода выключателя В2 КГП2, замкнутый, когда пружина заведена (груз поднят). Таким образом." схема АВР будет действовать на отключение B1 только в том случае, если готов к автоматическому включению В2.

Для заряда конденсаторов от TH1 установлено специальное зарядное устройство ЗУ. Для предотвращения разряда конденсаторов в случае исчезновения напряжения, от TH1 в схеме АВР предусмотрено промежуточное реле РП1 которое, отпадая, отключает заряженные конденсаторы от зарядного устройства.

В случае включения резервной линии на устойчивое к.з. на шинах пст она отключится своей защитой. При этом схема АВР будет подготовлена лишь после восстановления нормальной схемы пст, когда появится напряжение на TH1 и вновь зарядятся конденсаторы.

АВР резервных механизмов (электродвигателей) В установках собственных нужд тепловых электростанций наряду с рабочими предусматривается установка резервных механизмов, предназначенных для замены рабочего механизма при ремонте или неисправности. Кроме того, резервный механизм используется для участия в совместной работе с рабочим механизмом, когда последний один не может обеспечить нормального режима. Для выявления нарушения технологического режима используется специальное реле, реагирующее на неэлектрические величины. Так, например, реле давления, срабатывающее при понижении давления питательной воды в напорных линиях, могут быть использованы как датчики для пуска электродвигателя резервного питательного насоса. Для ускорения пуска резервного агрегата включение в работу эл-дв-ля (АВР резервного агрегата) производится также от вспомогательного контакта выключателя рабочего агрегата при его отключении.

На приведенной схеме АВР электронасосов, каждый, из которых может быть рабочим или резервным. Выбор рабочего эл-насоса производится ключом Кавр. Пусковым органом АВР является электромагнит контактный манометр КМ контролирующий давление в магистрали за насосом после обратных клапанов.

Автоматическое включение резервных линий низкого напряжения Рассмотрим схему одностороннего АВР на контакторах схема довольно проста в своем исполнении позволит иметь представление об существующих схемах АВР линий низкого напряжения.

Нормально контактор рабочего источника К1 включен и удерживается во включенном положении своей удерживающей обмоткой, а контактор резервного источника питания отключен. В случае исчезновения напряжения на рабочем источнике питания удерживающая обмотка К1 остается без напряжения и контактор отключается. При этом замыкается его вспомогательный контакт БК1 в цепи удерживающей обмотки К2. Последний включается и подает напряжение на шины подстанции. После восстановления напряжения питания контактор К1 включается и отключается контактор К2, разрывая своим вспомогательным контактом БК1 цепь его удерживающей обмотки. Таким образом, АВР автоматически восстанавливает питание п/ст от рабочего источника и отключает резервный, электрическая схема АВР выполнена так, что одновременное включение обоих контакторов исключается. Однако для большей надежности между контакторами выполняется механическая блокировка. Для отключения контакторов и шунтирования вспомогательного контакта БК1 в схеме предусмотрены рубильники Р1, Р2, РЗ.

Существенным недостатком рассмотренной схемы АВР является то, что контактор рабочего питания К1 постоянно включен и удерживается своей втягивающей обмоткой, что приводит к излишним потерям электроэнергии. Кроме того, постоянно работающая магнитная система К1 создает излишний нагрев и вибрацию. Для устранения отмеченного недостатка применяется специальная механическая защелка, удерживающая контактор во включенном положении обесточенной втягивающей обмотке, а схема АВР дополняется пром. реле.

Расчёт установок АВР Напряжение срабатывания (замыкания) размыкающих контактов реле, реагирующих на снижение напряжения, следовало бы выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Однако при термической устойчивости стандартных реле их напряжение срабатывания не должно быть ниже 15 В. Наряду с этим выбор очень низкого напряжения срабатывания вызовет замедление действия АВР, поскольку двигатели нагрузки, вращаясь, по инерции после отключения питания могут при определенных условиях поддерживать на шинах достаточно медленно снижающиеся напряжение. Потому рекомендуется принимать значение срабатывания минимальных реле напряжения.

(2.1).

где (Uост.к.з — наименьшее расчетное значение остаточного напряжения при к.з.; Uзап — наименьшее напряжение при самозапуске электродвигателей; kн — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1−1,2;

Kv — коэффициент трансформации трансформатора напряжения. В большинстве случаев обоим условиям удовлетворяет напряжение срабатывания, равное U= (0,25−0,4) Uном, где Uном — номинальное напряжение установки.

При выполнении пускового органа с помощью реле времени переменного напряжения типа ЭВ-215 — ЭВ-245 следует отбирать реле, имеющие напряжения срабатывания в пределах (0,25 -0,4)Uном, что не всегда возможно. Напряжение срабатывания реле времени ЭВ-215к-ЭВ-245к по данным завода не превышает 0,35Uн. Поэтому в схемах пусковых органов можно применять любые реле этих типов.

Напряжение срабатывания максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике, определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения:

(2.2).

где Uраб. мин — минимальное работе напряжение; kн — коэффициент надежности, принимаемый в пределах 1,1−1,2; kв — коэффициент возврата реле, который для реле серии РН-50 равен 1,2 -1.25. Таким образом из выражения (2,2) (2.3).

Частота срабатывания частотного пускового органа АВР принимается в пределах 48−49Гц. При установке старых реле понижения частоты типа ИВЧ требуется дополнительное замедление действия пускового органа на 0,3−0,5 с во избежания излишнего действия реле при снятии с него напряжения. При установке новых реле типа РЧ1 такое замедление частотного пускового органа не выполняется.

Ток срабатывания реле минимального тока должен быть меньше минимального тока нагрузки и определяется по формуле:

где Iнагр. мин — минимальный ток нагрузки трансформатора; kн — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5; KIкоэффициент трансформации трансформатора тока.

Выдержка времени срабатывания реле времени пускового органа должно выбираться из условия согласования с защитой действующей в зоне действия, которых к.з., могут вызвать снижение напряжения ниже принятого по (2.1):

где t1 — наибольшее время срабатывания защиты присоединений шин высокого напряжения подстанции (например, защиты линий ЛЗ или Л4 при выборке установок АВР2 в схеме на рис.); t2 — то же для присоединений шин, где установлен АВР (для АВР2 — линий Л5, Л6 или трансформаторов); Дt — ступень селективности, принимаемая равной 0,5 с при использовании реле времени АВР ЭВ со шкалой до 9 с и равной 1,5 — 2 с — со шкалой 20 с.