Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Релейная защита и автоматика

Как работают устройства автоматики повторного включения (АПВ) в электрических сетях

 

Основными требованиями, предъявляемыми к электроснабжению потребителей, являются надежность и бесперебойность подачи электроэнергии. Транспортные энергетические потоки электрических сетей занимают сотни и тысячи километров. На таких расстояниях на ЛЭП могут воздействовать различные природные и физические процессы, которые повреждают оборудование, создают токи утечек или коротких замыканий.

Транспортировка электроэнергии на расстояние

Чтобы не допустить распространения аварий любые линии электропередач оборудованы защитами, которые постоянно в реальном времени отслеживают все необходимые параметры электрической энергии и в случаях, когда создается неисправность, быстро отключают питание с ЛЭП работой силового выключателя, установленного на стороне генераторного конца линии.

С этой целью все ЛЭП прокладываются между коммутационными транспортными узлами, называемыми электрическими подстанциями, на которых сосредоточены силовые аппараты, устройства измерения, а также защиты и средства автоматики.

Повреждения ЛЭП могут происходить по различным причинам с разной продолжительностью. Их принято разделять на две группы, действующие:

1. кратковременно;

2. длительно.

Примером первого проявления неисправности может быть пролет аиста через провода воздушной ЛЭП так, что он расправленными крыльями уменьшает электрическое сопротивление воздушного изоляционного слоя между потенциалами фаз и создает этим путь для прохождения тока короткого замыкания через свое тела.

Для второго случая характерны расстрелы вандалами изоляторов из огнестрельного охотничьего ружья, разрушения опор стихийными бедствиями или ударами транспортных средств, врезавшихся в столбы на больших скоростях при плохой видимости.

В любом из этих случаев защиты почувствуют неисправность и отключат выключатель. Через место короткого замыкания перестанут протекать токи КЗ, образуется бестоковая пауза в электроснабжении.

Отключение выключателя от защит

Но, потребителям электроэнергии необходима поставка электричества, ведь обходиться без него они уже не могут. Поэтому требуется включать линию под напряжение выключателем, причем максимально быстро.

Делается это автоматически в несколько этапов или вручную оперативным персоналом по строго заданному алгоритму.

Как работает автоматика повторного включения (АПВ)

На всех подстанциях энергетики работают силовые выключатели, которые могут управляться системами автоматики или действиями диспетчера. Для этого они оборудованы соленоидами:

  • включения;

  • отключения.

Подача напряжения на соответствующий соленоид приводит к коммутациям первичной сети. Рассмотрим вариант автоматического управления выключателями специальными устройствами АПВ.

После отключения ЛЭП защитами сразу начинает работать автоматика повторного включения. Но, она подает напряжение на линию не мгновенно после отключения, а с выдержкой времени, требуемой для самоликвидации кратковременных причин, например, падения пораженного электрическим током аиста на землю.

Для каждого вида ЛЭП на основе проведения статистических исследований рекомендуются свои времена, обеспечивающие период ликвидации кратковременных аварий. Обычно она составляет около двух секунд или чуть больше (до четырех).

После завершения выставленного заранее времени автоматика подает напряжение на соленоид включения: линия вводится в работу. В этой ситуации включение может быть выполнено:

1. успешно, когда неисправность самоликвидировалась (аист прошел сквозь зону проводов);

2. неуспешно, если на провода, например, попал воздушный змей и шнур его крепления не успел выгореть до конца.

Успешное ТАПВ

С успешным включением все понятно. Кратковременный перерыв в электроснабжении не принесет большого вреда потребителям, а в большинстве случаев они его просто не заметят.

Неуспешное ТАПВ

При неуспешном АПВ ситуация с потребителями осложняется: неисправность осталась и защиты линии повторно сняли напряжение с нее — потребители вновь обесточены. Таким образом, первый крат работы АПВ оказался неудачным.

Фрагмент схемы АПВ

Чтобы повысить достоверность информации через некоторое время, например, 15÷20 секунд предпринимается вторая попытка автоматики произвести включение линии под нагрузку.

Фрагмент схемы АПВ

Практика использования двухкратного АПВ на высоковольтных линиях электропередач показала его эффективность в 15 случаях срабатываний из ста. Учитывая, что до 50% процентов аварийных отключений ликвидируются первым кратом АПВ и до 15% — вторым, то общая надежность включения линии под нагрузку применением двухкратного цикла значительно повышается, достигая рубежа 60÷65%.

Если после второй попытки АПВ авария не устранена и защиты снова отключили выключатель, то неисправность носит устойчивый характер, требует визуальной оценки эксплуатационным персоналом, ремонта. Включать такую линию под нагрузку нельзя до устранения повреждений выездной бригадой. А для нахождения этого места и выполнения ремонтных работ необходимо определенное время.

Подача напряжения на отремонтированный участок осуществляется в ручном режиме после выполнения многочисленных проверок, исключающих повторное возникновение неисправности.

Успешное ручное включение выключателя

Рассмотренные для воздушной линии принципы работы устройств АПВ, полностью подходят для средств управления шинами, секциями, трансформаторами, электродвигателями и другим низковольтным или высоковольтным энергетическим оборудованием.

Требования к работе АПВ

Быстродействие включения

Для создания надежности работы системы необходимо выбрать оптимальные условия настройки автоматики исходя из следующих факторов:

  • обеспечения перерыва для предотвращения ионизации среды, исключающего повторное зажигание дуги при поспешном включении;

  • возможностями технической конструкции автоматического выключателя быстро выполнять переключения под нагрузкой аварийного режима;

  • ограничения перерыва бестоковой паузы в работе оборудования и другими особенностями технологического процесса.

Условия запуска

Автоматика должно работать после любого отключения защитами либо самопроизвольного, ошибочного срабатывания выключателя. Когда же включение выполняют вручную или по средствам телеуправления, то АПВ не должно сработать, ибо при ошибках персонала, например, оставленном, не снятом переносном или стационарном заземлении, защиты отключат неисправность, а повторно подавать на него напряжение нельзя.

Неуспешное ручное включение выключателя

Поэтому конструктивно АПВ после продолжительного отключения не готово к работе и восстанавливает свои характеристики через несколько секунд от момента включения выключателя.

Продолжительность повторных включений

Запас энергии устройств АПВ должен обеспечить автоматическое выполнение циклов выключателем:

1. Откл — Вкл — Откл для однократной работы;

2. Откл — Вкл — Откл — Вкл — Откл для двухкратных алгоритмов.

По окончании выполнения цикла автоматика должна быть лишена возможности работать.

Настройка временно́й уставки срабатывания

Продолжительность выдержки времени между отключением выключателя от защит и подачей автоматикой напряжения должна иметь возможность настройки эксплуатационным персоналом с учетом конкретных местных условий.

Восстановление работоспособности

После успешного срабатывания автоматикой происходит потеря запаса ее энергии. Она должен восстанавливаться с небольшой заданной выдержкой времени для приведения в готовность устройств к новому выполнению операций включения.

Надежность команды, выдаваемой автоматикой

Величина выходного сигнала и его продолжительность от автоматики должны быть достаточными для надежного управления выключателем.

Возможности блокировки срабатываний

В электрических сетях создаются условия, когда определенные защиты должны исключать работу автоматики АПВ после их срабатывания на отключение. Например, при снижении частоты в сети из-за подключения большого количества потребителей часть их необходимо отключать. Последовательность таких операций предусмотрена проектом частотной разгрузки, где уже назначены менее ответственные присоединения для снятия с них питания. Работа их АПВ в этом случае должна блокироваться командой запрета, поступающей от соответствующей защиты.

Типы устройств АПВ

Кратность действия

В зависимости от назначения АПВ создаются для работы по одному или двум циклам. Практические исследования показали, что если устанавливать трехкратные АПВ, то их эффективность не превышает 3%, а это очень мало. Поэтому такие системы автоматики вообще не применяются.

Способы воздействия на привод выключателя

У старых пружинных и грузовых приводов использовались механические конструкции АПВ, передающие усилие предварительно взведенной пружины или поднятого груза непосредственно на отключающее устройство без выдержки времени.

Такие механизмы не требовали дополнительного источника питания, но имели маленькую бестоковую паузу и сложное устройство, не отличавшееся высокой надежностью. Сейчас они не используются и полностью заменены электрическими системами.

Число управляемых фаз выключателя

Защита и цепи автоматики могут воздействовать одновременно на все три фазы цепи или выбирать ту, на которой произошла авария.

Трехфазные АПВ (ТАПВ) немного проще по устройству и принципу работы, а однофазные (ОАПВ) построены по более сложной схеме, имеют большое количество измерительных и логических элементов. Например, при релейном исполнении на стандартных панелях ТАПВ помещается в корпус, меньший чем ширина половины панели.

Для размещения элементов логики, работающих по алгоритмам ОАПВ, требуется место на площади, занимаемой отдельной панелью.

С внедрением статических реле и микропроцессорных устройств габариты автоматики стали значительно уменьшаться.

Способы контроля цепей пуска АПВ

При подаче питания выключателем по команде от АПВ после срабатывания защит происходит разделение схемы на два участка. В этот момент может возникнуть рассогласование гармоник напряжений по времени (сдвиг по углу, фазе), которое создает сложные переходные процессы и вызывает срабатывание защит.

По степени важности оборудования автоматика может выполняться для работы:

1. без проверок состояния синхронизма;

2. с проверками синхронизма.

Первые конструкции могут использоваться:

  • в системах энергетики с гарантированным электроснабжением, когда проверки синхронизма и качества напряжения не требуются. Для этого случая создаются простые схемы ТАПВ;

  • на оборудовании, допускающем несинхронное включение — несинхронные АПВ (НАПВ);

  • у выключателей, снабженных быстродействующими защитами и приводами, способными срабатывать за время, исключающее разделение энергосистемы на несинхронные участки — быстродействующее АПВ (БАПВ).

Проверки синхронизма выполняются при:

  • контроле наличия напряжения, например, на линии — КННЛ;

  • контроле отсутствия напряжения — КОНЛ;

  • ожидании синхронизма — КОС;

  • улавливании синхронизма — КУС.

Сочетаемость АПВ с действием устройств РЗА

Для работы АПВ могут выполняться алгоритмы:

  • ускорения защит;

  • установки очередности срабатываний выключателей на различных взаимосвязанных присоединениях;

  • взаимодействия с автоматикой частотной разгрузки;

  • применения токовой неселективной отсечки в комплексе с АПВ, позволяющей уменьшать токи коротких замыканий;

  • сочетания с работой автоматики включения резерва и некоторые другие случаи.

Вид оперативного тока

Лучшей надежностью обладают устройства автоматики, работающие за счет энергии аккумуляторных батарей, собранных в систему питания оперативных цепей. Но, для них требуется сложное техническое оборудование и постоянное обслуживание специалистами.

Поэтому получили развитие другие системы, основанные на питании от цепей переменного тока, взятого с трансформаторов собственных нужд (ТСН), тока (ТТ) или напряжения (ТН). Они чаще всего используются на небольших удаленных подстанциях, обслуживаемых выездными бригадами электриков.

Принцип работы простейшего однократного АПВ линии

Логика, используемая для однократного цикла устройств автоматики повторного включения, может быть пояснена на схеме старого, но еще работающего по электромагнитному принципу реле АПВ (РПВ-58).

Принцип работы трехфазного АПВ

На схему подается напряжение постоянного оперативного тока +ШУ и –ШУ. Реле АПВ управляется цепями:

  • контроля синхронизма;

  • положения контакта выключателя в отключенном состоянии (РПО);

  • разрешения подготовки;

  • запрета АПВ.

В составе комплекта АПВ включены реле:

  • времени РВ;

  • промежуточное РП с двумя обмотками:

  • тока I;

  • напряжения U.

Конденсатор С после подачи напряжения на ШУ заряжается через элементы логических цепочек разрешения подготовки. А при формировании цепей запрета АПВ заряд блокируется подбором резисторов R1 и R2.

На обмотку реле времени РВ подается напряжение ШУ после отключения выключателя через цепи контроля синхронизма, и оно отрабатывает заданную выдержку времени своим контактом.

После замыкания нормально открытого контакта РВ конденсатор разряжается на обмотку напряжения промежуточного реле РП, которое срабатывает и своим замкнутым контактом РП через собственную токовую обмотку удержания выдает +ШУ на соленоид включения силового выключателя.

Таким образом, реле АПВ выдает импульс тока от предварительно заряженного конденсатора С на включение выключателя после его отключения через сигнальный блинкер РУ и накладку Н замыканием контакта РП.

Назначение накладки Н — вывод из работы АПВ оперативным персоналом при выполнении переключений.

Реле АПВ на статических элементах

Использование полупроводниковых технологий внесло изменения в габариты и конструкцию электромагнитных реле, создаваемых для устройств автоматического повторного включения. Они стали более компактными, удобными в настройках и выставлении уставок.

Реле повторного включения выключателя

А принцип работы релейной схемы, заложенный в логике электромагнитными реле, остался прежним.

Особенности обслуживания устройств АПВ

При эксплуатации введенные в работу устройства защит и автоматики находятся только в ведении оперативного персонала, который контролирует правильность работы оборудования. Доступ к ним других специалистов ограничен организационными мероприятиями.

Все срабатывания АПВ фиксируются автоматикой, регистрирующими приборами и записями диспетчера в оперативном журнале. Релейный персонал анализирует правильность каждого срабатывания устройств РЗА и делает об этом записи в технической документации.

Для проведения периодических обслуживаний устройства АПВ совместно с другими системами выводятся из работы и передаются для выполнения профилактических мероприятий персоналу службы МСРЗАИ, который по окончании проверок составляет протокол, делает заключение об исправности и участвует во вводе устройств РЗА в работу.
Смотрите также: Как работают устройства автоматики включения резерва (АВР) в электрических сетях


Статьи близкие по теме:

  • Классификация устройств автоматического повторного включения
  • Автоматическое повторное включение линий в сельских распределительных сетях
  • Как работают устройства автоматики включения резерва (АВР) в электрических ...
  • Автоматическое включение резервного питания (АВР) в распределительных сетях
  • Обслуживание устройств релейной защиты и автоматики


  • Школа для электрика | Основы электротехники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электромонтажные работы | Пусконаладочные работы | Эксплуатация электрооборудования

    Климатическое оборудование IEK для электротехнических шкафов