НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 Кафедра «Электроснабжения промышленных предприятий»

  

                                         

«Режимная автоматика в системах электроснабжения»

Конспект лекций для магистрантов всех форм обучения специальности 6М0718 – Электроэнергетика – профильная магистратура

 

 

 

 

Алматы 2010

СОСТАВИТЕЛЬ: М.В. Башкиров. Режимная автоматика в системах электроснабжения. Конспект лекций для  магистрантов всех форм обучения специальности 6М0718 – Электроэнергетика – Алматы: АИЭС, 2010. – 37 с.

       В конспекте лекций по дисциплине «Режимная автоматика в системах электроснабжения» приведены основные виды противоаварийной автоматики электроэнергетических систем

 

Содержание

         Лекция 1. Основные понятия и определения теории автоматического управления и регулирования                                                                              4

   Лекция 2. Назначение АПВ. Классификация устройств АПВ.

Схемы АПВ однократного действия                                                                 6

   Лекция 3. Особенности выполнения схем АПВ на

воздушных выключателях. Расчет уставок АПВ                                            11             

         Лекция 4.  Назначение АВР. Основные требования к схемам АВР.

 Схема АВР секционного выключателя двухтрансформаторной

подстанции                                                                                                         15

   Лекция 5.  Особенности схем АВР на переменном токе.

 Расчет уставок АВ                                                                                            18

         Лекция 6. Автоматическая частотная разгрузка. Краткие

сведения о реле частоты РСГ11                                                                       22

         Лекция 7.  Автоматическое включение генераторов на

 параллельную работу. Способы синхронизации                                          28

         Лекция 8. Автоматическое регулирование напряжения

 в электрических сетях                                                                                     32

         Список литературы                                                                               37

 

          Лекция 1. Основные понятия и определения теории автоматического управления и регулирования

         Содержание лекции: изучается структурная схема устройства управления принципы действия устройства автоматического регулирования.

         Цель лекции:  получить общее  представление об автоматических системах замкнутого типа.

 

         1.1 Основные понятия и определения теории автоматического управления и регулирования

         Под автоматическим управлением понимается вы­полнение устройством автоматики действий по заданной программе при возникновении внешних возмущающих воздействий. Внешними возмущающими воздействиями являются изменение схем или парамет­ров режима объекта управления, а также команды персонала на пуск устройства автоматики и др. Устройства автоматического управления перестают действовать после выполнения программы или после исчез­новения возмущающего воздействия.

          Устройства автоматического управления независимо от назначения ха­рактеризуются одинаковым принципом построения. Структурная схема устройства управления показана на рисунке 1.1. Основными элементами уст­ройства управления являются измерительный (пусковой) орган, про­граммное устройство, усилитель-преобразователь, исполнительный орган.

         При возникновении возмущающего воздействия измерительный (пусковой) орган определяет значение этого воздействия и при достиже­нии возмущающим воздействием значения, равного уставке измеритель­ного (пускового) органа, осуществляет пуск устройства. При этом уст­ройство начинает действовать по заданной программе, которая харак­теризуется назначением устройства, видом возмущающего и управля­ющего воздействий. Программное устройство вырабатывает сигнал управляющего воздействия, при этом уровень сигнала зависит от интен­сивности возмущающего воздействия. Однако в ряде случаев мощность этого сигнала недостаточна для изменения режима работы объекта управления. Поэтому устройство управления содержит усилитель сигна­ла программного устройства. Одновременно усилитель преобразует сигнал таким образом, чтобы он был удобен для воздействия на объект. Исполнительный орган осуществляет воздействие на объект управления.

         Примером устройства автоматического управления, действующего по факту возмущения, является устройство автоматической частотной разгрузки (АЧР). Измерительным (пусковым) органом этого устройства, фиксирующим глубокое снижение частоты в энергоси­стеме, является реле частоты. В качестве усилительного и исполнительно­го органа используются промежуточные реле, действующие на отключе­ние линейных, трансформаторных, секционных и других выключателей, через которые осуществляется питание нагрузки.

 

Рисунок 1.1 - Структурная схема устройства управления

      

         1.2 Устройства автоматического регулирования

         Под автоматическим регулированием понимается непрерывный процесс поддержания какой-либо регулируемой величины на неизменном уровне или процесс изменения этой величины по заранее заданному закону при любых возмущающих воздействиях. Устройства, выполняющие указанную функцию, называются автоматическими регу­ляторами.

         Регулируемой величиной называется физический параметр, который следует поддерживать неизменным или менять по определенному за­кону. Такими параметрами в энергосистемах являются напряжение, частота, активная и реактивная мощности. Системы автоматического регулирования содержат те же элементы, что и системы автоматического управления.

         В зависимости от принципа регулирования все регуляторы можно разделить на два класса: регуляторы, использующие принцип регулирования по возмущению, и регуляторы, использующие прин­цип регулирования по отклонению регулируемой величи­ны от заданного значения. Имеются комбинированные системы регули­рования, использующие оба принципа.

Структурная схема системы регулирования по возмущению повторяет схему системы автоматического управления на рисунке. 1.1. Принцип регули­рования по возмущению состоит в том, что измерительный орган регуля­тора реагирует на изменение одного или нескольких возмущающих воз­действий, оказывающих наиболее существенное влияние на регулируемую величину. При возникновении такого возмущения измерительный орган через остальные элементы регулятора оказывает воздействие на объект регулирования таким образом, чтобы регулируемая величина имела заданное значение, причем регулирующее воздействие тем больше, чем больше возмущающее воздействие.

         При наличии рассогласования измерительный орган вырабатывает сиг­нал регулирующего воздействия, который стремится восстановить ре­гулируемую величину. При этом знак регулирующего воздействия дол­жен быть противоположен знаку отклонения регулируемой величины. Величина и знак отклонения определяют интенсивность и направле­ние процесса регулирования.

          Для обеспечения непрерывности регулирования необходимо, чтобы на вход измерительного органа непрерывно подавался сигнал, пропор­циональный регулируемой величине, т.е. должна существовать связь выхода системы регулирования с ее входом. Эта связь получила назва­ние главной (или основной) обратной связи. Наличие главной обратной связи является характерной особенностью регуляторов, работа­ющих на принципе выявления отклонения регулируемой величины. Таким образом, по своей структуре системы регулирования по отклонению являются автоматическими системами замкнуто­го   типа.

        Кроме главной обратной связи регуляторы содержат дополнительные (внутренние) обратные связи. Дополнительные обратные связи связы­вают выход какого-либо звена регулятора с его входом или входом любого предыдущего звена. Эти связи корректируют значение регули­рующего воздействия и тем самым изменяют характер регулирования. Существуют положительные (ПОС) и отрицательные (ООС) обратные связи.

         Положительная обратная связь характеризуется тем, что сигнал этой связи совпадает по знаку с основным сигналом, поступающим на вход звена, охваченного этой связью. Действие положительной обратной связи приводит к увеличению коэффициента усиления основного звена. Это свойство ПОС используется в усилителях для получения больших значе­ний коэффициентов усиления. Кроме того, ПОС используется для при­дания процессу регулирования требуемого характера.

         Отрицательная обратная связь создает дополнительное регулирующее воздействие, противоположное по знаку основному регулирующему воздействию. Отрицательная обратная связь способствует стабилиза­ции процесса регулирования, уменьшает величину перерегулирования при необходимости может полностью исключить перере­гулирование

 

         Лекция 2. Назначение АПВ. Классификация устройств АПВ. Схемы АПВ однократного действия

         Содержание лекции: изучается назначение и виды АПВ, требования предъявляемые к схемам АПВ.

         Цель лекции: изучить принцип действия автоматического повторного включения линии, электрическую схему АПВ.

 

         2.1 Назначение АПВ

         Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на воздушных линиях электропередачи (ВЛ), вызванных перекрытием изоляции, схлестыва­нием проводов и другими причинами, при достаточно быстром отклю­чении повреждений релейной защитой самоустраняется. При этом элект­рическая дуга, возникшая в месте КЗ, гаснет, не успевая вызвать сущест­венных разрушений, препятствующих обратному включению линии под напряжение.    

         Такие самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивыми. Статистические данные о повреждаемости ВЛ за многолетний период эксплуатации показывают, что доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет 50-90%.

        Обычно при ликвидации аварийного на­рушения режима оперативный персонал производит опробование ВЛ об­ратным включением под напряжение. Эту операцию называют повтор­ным включением. Линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому по­вторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

        Реже на ВЛ возникают такие повреждения, как обрывы проводов, тросов или гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т.д. Такие повреждения не могут самоустраниться, поэтому их называют устой­чивыми. При повторном включении ВЛ, на которой произошло устойчивое повреждение, вновь возникает КЗ и она вновь отключается зашитой. Поэтому повторные включения линий при устойчивых повреж­дениях называются неуспешными.

         Для ускорения повторного включения линий и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются спе­циальные устройства автоматического повторного включения (АПВ) . Время действия АПВ обычно составляет от 0,5с до нескольких секунд.

         Согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ) обязательно применение АПВ на всех воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях напряжением выше 1 кВ. Автоматическое повторное вклю­чение восстанавливает нормальную схему сети также и в тех случаях, когда отключение выключателя происходит вследствие ошибок персо­нала или ложного действия релейной защиты.

           Как показывает опыт эксплуатации, успешность действия АПВ на ВЛ 110-220 кВ достигает 75-80%, на линиях сверхвысокого напряжения 330 кВ - 65-70%, а 500-750 кВ - около 50%. Неустойчивые КЗ часто возникают не только на ВЛ, но и на шинах подстанций. Поэтому на подстанциях, оборудованных быстродействую­щей защитой шин, также применяется АПВ, которое производит повтор­ную подачу напряжения на шины в случае их отключения релейной за­шитой; АПВ шин имеет высокую эффективность, поскольку каждый случай успешного действия предотвращает аварийное отключение целой подстанции или ее части.

         2.2. Классификация устройств АПВ. Основные требования к схемам АПВ

         В эксплуатации получили применение следующие виды устройств АПВ: трехфазные, осуществляющие повторное включение трех фаз выключателя после их отключения релейной защитой; однофазные, осуществляющие включение одной фазы выключателя, отключенной релейной защитой при однофазных КЗ; комбинированные, осу­ществляющие включение трех фаз (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных КЗ).

         Трехфазные устройства АПВ в свою очередь подразделяются на не­сколько видов: простые (ТАПВ), быстродействующие (БАПВ), с про­веркой наличия напряжения (АПВНН), с ожиданием синхронизма (АПВОС), с улавливанием синхронизма (АПВУС) и др.

         По виду оборудования, на которое действием устройств АПВ повтор­но подается напряжение, различают АПВ линий, шин, трансформаторов.

         По числу циклов (кратности действия) различают АПВ однократного действия и многократного действия.

         Схемы АПВ в зависимости от конкретных условий могут существен­но отличаться одна от другой. Однако все они должны удовлетворять следующим основным требованиям:

         а)  схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном отключе­нии выключателя (или выключателей), находившегося в работе. В не­которых случаях схемы АПВ должны удовлетворять дополнительным требованиям, при выполнении которых разрешается пуск АПВ: напри­мер при наличии или, наоборот, при отсутствии напряжения, при наличии синхронизма, после восстановления частоты и т.д.;

         б)  схемы АПВ не должны приходить в действие при оперативном от­ключении выключателя персоналом, а также в случаях, когда выключа­тель отключается релейной защитой сразу после его включения персона­лом (т.е. при включении выключателя на КЗ), поскольку повреждения в этом случае обычно бывают устойчивыми. В схемах АПВ должна также предусматриваться  возможность запрета действия АПВ при срабаты­вании отдельных защит. Так, например, как правило, не допускается действие АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях в них, когда срабатывает газовая или дифференциальная защита. В отдельных случаях не допускается действие АПВ линий при срабатывании диффе­ренциальной защиты шин;

         в)  схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повтор­ных включений, т.е. действие с заданной кратностью. Наибольшее распро­странение получило АПВ однократного действия. Применяются также АПВ двукратного, а в некоторых случаях и трехкратного действия;

         г)   время действия, как правило, должно быть минимально возмож­ным, для того чтобы обеспечить быструю подачу напряжения потребите­лям и  восстановление  нормального режима работы. Наименьшая вы­держка времени, с которой производится АПВ на линиях с односторон­ним питанием, принимается 0,3—0,5 с. Вместе с тем в некоторых случаях, когда наиболее вероятны повреждения, вызванные набросами и каса­ниями проводов передвижными механизмами, целесообразно для повы­шения успешности АПВ принимать выдержки времени порядка несколь­ких секунд;

         д)   схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в ис­ходное положение готовности к новому действию после включения в работу выключателя, на который действует АПВ.

         2.3. Устройство АПВ однократного действия

         Принципиальная схема АПВ для линии с масляным выключателем приведена на рисунке 2.1. В комплектное устройство РПВ-01 входят: реле времени КТ типа РВ-01 с добавочным резистором R1 для обеспечения термической стойкости реле; промежуточное реле KL1 с двумя обмотками - параллельной и последовательной; конденсатор С (20 мкФ), обеспечивающий однократность действия АПВ; зарядный и разрядный резистор R3 (510 Ом).

         В рассматриваемой схеме дистанционное управление выключателем производится ключом управления SA, у которого предусмотрена фикса­ция положения последней операции. Поэтому после операции включения ключ управления остается в положении "Включено" (В₂), а после опера­ции отключения — в положении "Отключено" (В₁)- Когда выключатель включен и ключ управления находится в положении "Включено", к кон­денсатору С подводится плюс оперативного тока через контакты ключа, а минус — через зарядный резистор R2. При этом конденсатор заряжен и схема АПВ находится в состоянии готовности к действию.

         При включенном выключателе реле положения "Отключено" KQT, осуществляющее контроль исправности цепей включения, током не об­текается и контакт его в цепи пуска схемы АПВ разомкнут. Пуск схемы АПВ происходит при отключении выключателя релейной защитой в результате возникновения несоответствия между положением ключа управления, которое не изменилось, и положением выключателя, кото­рый теперь отключен. Несоответствие положений ключа и выключателя характеризуется тем, что через контакты ключа 1—3 на схему АПВ по-прежнему подается плюс оперативного тока, а ранее разомкнутый вспо­могательный контакт выключателя SQ.1 переключился и замкнул цепь обмотки реле KQT, которое, сработав, подало контактом KQ.1 минус на обмотку реле времени КТ. Заметим, что вследствие большого сопро­тивления обмотки реле KQT и последовательно включенного с ней ре­зистора R4 значение протекающего по этой цепи тока недостаточно для срабатывания контактора КМ.

         При срабатывании реле времени размыкается его мгновенный размы­кающий контакт КТ.1 и вводится в цепь обмотки реле дополнительное сопротивление (резистор R1). Это приводит к уменьшению тока в об­мотке реле, благодаря чему обеспечивается его термическая стойкость при длительном прохождении тока. По истечении установленной выдержки времени реле КТ подключает замыкающим контактом КТ.2 параллельную обмотку реле KL1 к кон­денсатору С. Реле KL1 при этом срабатывает от тока разряда конденса­тора и, самоудерживаясь через свою вторую обмотку, включенную по­следовательно с обмоткой контактора КМ, подает команду на включение выключателя. 

         Благодаря использованию у реле KL1 последовательной обмотки обеспечивается необходимая длительность импульса для надеж­ного включения выключателя, поскольку параллельная обмотка этого

реле обтекается током кратковременно при разряде конденсатора. Вы­ключатель включается, размыкается его вспомогательный контакт SQ. I и возвращаются в исходное положение реле KQT, KL1 и  КТ.

 

Рисунок 2.1- Схема АПВ однократного действия

 

         Если повреждение на линии было неустойчивым, она останется в работе. После размыкания контакта реле времени КТ.2 конденсатор С начнет заряжаться через зарядный резистор R2, сопротивление которого выбирается таким, чтобы время заряда конденсатора С составляло 20—25 с. Таким образом, спустя указанное время схема АПВ будет под­готовлена к новому действию. Если повреждение было устойчивым, то включившийся под действи­ем схемы АПВ выключатель вновь отключится релейной защитой и вновь сработают релe KQT и KT. Peлe KLl, однако, при этом второй раз работать не будет, так как конденсатор С, разряженный при первом АПВ, еще не успел зарядиться. Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает однократное действие при устойчивом КЗ на линии.

         При оперативном отключении выключателя ключом управления SA несоответствия не возникает и схема АПВ не действует, так как одно­временно с подачей команды на отключение выключателя контактами ключа 6—8 размыкаются его контакты 1—3, чем снимается плюс опера­тивного тока со схемы АПВ. Поэтому сработает только реле KQT, a реле КТ и KLl не сработают. Одновременно со снятием оперативного тока контактами 1—3 SA замыкаются контакты 2—4 и конденсатор С перезаряжается через резистор R3, в результате чего напряжение на нем резко снижается, а затем конденсатор С разряжается полностью по цепи R2 — контакт КТ. 1 — обмотка реле времени КТ — контакт KQT.1.

          При оперативном включении выключателя ключом управления готов­ность схемы АПВ к действию наступает после заряда конденсатора через              20—25 с. В случае отключения линии защитой РЗ, когда действия АПВ не требуется, через резистор R3 производится разряд конденсатора.

Для предотвращения многократного включения выключателя на устойчивое КЗ, что могло бы иметь место в случае застревания контак­тов реле KL1 в замкнутом состоянии, в схеме управления устанавлива­ется специальное промежуточное реле KBS типа РП 16-4 (РП-232), имеющее две обмотки — рабочую последовательную и параллельную удерживающую.    

          Реле KBS срабатывает при прохождении тока по катушке отключения выключателя и удерживается в срабатываемом положении до снятия команды на включение. Цепь обмотки КМ при этом размыкается контактом KBS. 1, благодаря чему предотвращается включение вы­ключателя.

         При оперативном включении выключателя ключом управления готов­ность схемы АПВ к действию наступает после заряда конденсатора через              20—25 с. В случае отключения линии защитой РЗ, когда действия АПВ не требуется, через резистор R3 производится разряд конденсатора.

Для предотвращения многократного включения выключателя на устойчивое КЗ, что могло бы иметь место в случае застревания контак­тов реле KL1 в замкнутом состоянии, в схеме управления устанавлива­ется специальное промежуточное реле KBS типа РП 16-4 (РП-232), имеюшее две обмотки — рабочую последовательную и параллельную удерживающую.    

          Реле KBS срабатывает при прохождении тока по катушке отключения выключателя и удерживается в срабатываемом положении до снятия команды на включение. Цепь обмотки КМ при этом размыкается контактом KBS. 1, благодаря чему предотвращается включение вы­ключателя.

 

          Лекция 3. Особенности выполнения схем АПВ на воздушных выключателях. Расчет уставок АПВ              

          Содержание лекции: изучается схема АПВ на воздушных выключателях и расчет уставок АПВ.          

           Цель лекции: изучается работа схемы АПВ с воздушными выключателями.

 

           3.1Особенности выполнения схем АПВ на воздушных выключателях

          Нормальная работа воздушного выключателя обеспечивается при условии, что сжатый воздух в его резервуарах находится под определен­ным давлением. Эта особенность требует осуществления контроля за давлением сжатого воздуха и блокировки цепей управления при снижении давления до недопустимо низкого значения.

         При отключении и включении выключателя расходуется часть воздуха, запасенного в его резервуарах, что сопровождается снижением давления. Особенно большой расход воздуха и соответственно сниже­ние давления наблюдаются при отключении выключателя. Наиболее тяжелые условия работы создаются у выключателя, оборудованного АПВ. В этом случае запас и давление воздуха должны обеспечить нор­мальную работу выключателя в цикле неуспешного АПВ, т.е. в цикле О — В — О, и наименьшее давление, при котором сохраняется номи­нальная мощность отключения. Для современных выключателей 110-500 кВ с воздухонаполненным отделителем типов ВВ и ВВН эти давле­ния составляют соответственно 2; 1,9; 1,6 МПа. Выпускается также унифицированная серия воздушных выключателей ВНВ с рабочим давлением 4 МПа (3,9 и 3,6 МПа). Контроль за давлением сжатого воз­духа и блокировка цепей управления выключателем производятся с помощью электроконтактных манометров, настроенных на соответст­вующие уставки.

На рисунке 3.1 приведена схема электрического однократного АПВ для линии 330 кВ. Пуск схемы АПВ осуществляется, как и в схеме, рассмотренной ранее, при замыкании контактов реле положения "Отключено" KQT.1 и реле фиксации KQQ.1 в цепи обмотки реле             вре­мени КТ.

В цепях катушек включения YAC  и отключения YAT включены кон­такты реле KLP1 (KLP1.1) - повторителя положения контакта мано­метра ВР1, который замыкается при давлении 1,6 МПа (3,6 МПа). Поскольку давление воздуха в      Для предотвращения действия АПВ в случае дистанционного вклю­чения выключателя на КЗ одновременно с подачей команды на вклю­чение осуществляется разряд конденсатора С устройства АПВ через сопротивление R3 с помощью замыкающего контакта ключа управле­ния SA. Промежуточное реле KLP1 кроме параллельной обмотки имеет последовательную обмотку, включенную последовательно с катушками включения и отключения. Наличие этой обмотки обеспечивает заверше­ние процесса включения или отключения выключателя в случае размыкания при этом контактов манометра ВР1. Параллельно последователь­ной обмотке KLP1 включен резистор R6, благодаря чему обеспечивает­ся контроль исправности цепей YAC и YAT при разомкнутом положе­нии контактов реле KLP1 (при снижении давления ниже 1,6 или 3,6 МПа).

Если после отключения поврежденной линии давление в резервуарах упадет ниже 1,6 МПа, реле KLP1 разомкнет свой контакт KLP1.1, не разрешая работать реле времени АПВ.  резервуарах выключателя при включе­нии выключателя понижается незначительно, включение выключателя при давлении 1,6 (3,6) МПа допустимо. В случае включения выключа­теля на устойчивое КЗ он будет отключен действием релейной защиты вновь, так как минимально допустимое давление для отключения вы­ключателя составляет 1,6 (3,6) МПа.

После того как давление восста­новится, произойдет пуск АПВ и спустя выдержку времени, установлен­ную на реле КТ, произойдет включение выключателя. Поэтому схему АПВ, приведенную на рис. 2.4, называют схемой с ожиданием вос­становления давления.

Как показывает опыт эксплуатации, после отключения воздушного выключателя в течение времени около 1с. в воздушной системе проис­ходят резкие колебания давления, вследствие чего контакты манометра вибрируют, то размыкая, то замыкая цепь, что может привести к отказу АПВ.

 

 

Рисунок 3.1- Схема электрического АПВ однократного действия для линии с воздуш­ным выключателем

 

         Для предотвращения размыкания в этом случае контактов KLP1.2, которые могут использоваться в цепи пуска АПВ (нормально зашунтированы перемычкой на рисунке 3.1), реле KLP1 удерживается через размы­кающийся с замедлением контакт реле KLP2.1. Это реле, срабатывающее при замыкании контактов манометра ВР2 (с уставкой 1,9 или 3,9 МПа), самоудерживается через контакты KQQ.4, KQC2 и KLP2.2. В случае сни­жения давления в процессе отключения выключателя ниже 1,9 (3,9) МПа реле KLP2 вернется после размыкания контакта KQC.2, что произойдет, когда выключатель будет включен в работу. После возврата реле KLP2 с замедлением вернется реле KLP1, если давление при этом окажется ниже 1,6 (3,6) МПа.

          3.2 Выбор уставок схем однократных АПВ для линий с односторонним питанием.

         Выдержка времени АПВ на повторное включение выключателя опре­деляется двумя условиями.

         1.  Выдержка времени должна быть больше времени готовности при­вода выключателя, т.е.

              t_1АПВ ≥ t_Г.П. + t_ЗАП                                          (3.1)

        где t_Г.П.  — время готовности привода, равное 0,2—1 с для разных типов приводов;

              t_ЗАП - время запаса, учитывающее непостоянство t_Г.П и по­грешность реле времени схемы АПВ, принимается равным 0,3-0,5 с.

         2. Для того чтобы повторное включение было успешным, необходимо, чтобы за время от момента отключения линии до повторного включения и подачи напряжения не только погасла электрическая дуга в месте повреждения, но и восстановились изоляционные свойства воздуха. Про­цесс восстановления изоляционных свойств, называемый деионизацией, требует некоторого времени. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени деионизации, т.е.

                        t_1АПВ ≥ t_Д + t_ЗАП                                          (3.2)

         где t_Д — время деионизации, составляющее 0,1—0,3 с.

         При выборе уставок принимается большее значение t_1АПВ из полученных по выражениям (3.1) и (3.2).

         Следует отметить, что второе условие, как правило, обеспечивается тем, что время включения выключателей составляет 0,3—1 с, т.е. больше времени, необходимого для деионизации.

         В некоторых случаях выдержки времени принимаются порядка 2-3 с, т.е. больше определенных по выражениям (3.1) и (3.2), что бы­вает целесообразно для повышения успешности АПВ на линиях, на ко­торых наиболее часты повреждения вследствие набросов, падений деревь­ев и касаний проводов передвижными механизмами.

         Время автоматического возврата схемы АПВ в исходное положение выбирается из условия обеспечения однократности действия. Для этого при повторном включении на устойчивое КЗ возврат АПВ в исходное по­ложение должен происходить только после того, как выключатель, повторно включенный от схемы АПВ, вновь отключится релейной защи­той.

В рассмотренных выше схемах АПВ, выполненных с использованием комплектных устройств типа РПВ-01 (РПВ-58), в которых время воз­врата схемы в исходное положение определяется временем заряда кон­денсатора, оно должно быть не меньше значения, определенного соглас­но выражению

                   t_1АПВ ≥ t_ЗАЩ + t_ОТКЛ +  t_ЗАП                                        (3.3)

          где t_ЗАЩ - наибольшая выдержка времени защиты; t_ОТКЛ - время от­ключения выключателя. Обычно время заряда конденсатора устройст­ва РПВ-01 (РПВ-58) составляет 20-25 с и, как правило, удовлетворяет выражению (3.3).

 

 

 

         Лекция 4.  Назначение АВР. Основные требования к схемам АВР. Схема АВР секционного выключателя двухтрансформаторной подстанции

         Содержание лекции: изучается назначение и виды АВР, требования предъявляемые к схемам АВР.

         Цель лекции: изучить принцип действия автоматического включения резерва на примере АВР секционного выключателя двухтрансформаторной подстанции.

 

          4.1 Назначение АВР и основные требования к схемам АВР

         Для повышения надежности питания ответственных потре­бителей осуществляется их двустороннее электроснабжение. В этом случае при повреждении одного из питающих элементов и его отключении работа потребителей будет продолжаться по исправным звеньям энергосистемы.           

        Вместе с тем при двусто­роннем (а в ряде случаев и многостороннем) электропитании, выполненном путем кольцевания электрических сетей и парал­лельной работы силовых трансформаторов, релейная защита становится более сложной, осложняются условия работы аппа­ратуры из-за увеличения токов КЗ, утяжеляется эксплуатация параллельно работающих звеньев энергосистемы. Секционированная схема питания значительно упрощает ре­лейную защиту, повышает четкость ее работы, увеличивает остаточные напряжения на шинах питающих подстанций при КЗ в распределительной сети и уменьшает токи КЗ, позволяет во многих случаях создать необходимые режимы по условию напряжения и перетоков мощности. Основной недостаток сек­ционированной схемы заключается в перерыве электропитания при повреждении питающих элементов. Этот недостаток в зна­чительной степени устраняется автоматическим включением резервирующих элементов при отключении основных элемен­тов, по которым происходит питание потребителей в нормаль­ных условиях.

         Все устройства АВР должны удовлетворять следующим основным тре­бованиям.

         а)  Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напря­жения на шинах потребителя по любой причине, в том числе при аварий­ном,   ошибочном   или   самопроизвольном   отключении выключателей рабочего  источника  питания,  а  также при исчезновении напряжения на  шинах,  от  которых осуществляется питание рабочего источника. Включение резервного источника часто допускается также при КЗ на шинах потребителя.

         б)   Для того чтобы уменьшить длительность перерыва питания по­требителей, включение  резервного источника питания должно произ­водиться сразу же после отключения рабочего источника,

          в)   Действие АВР должно быть однократным, чтобы не допускать нескольких включений резервного источника на неустранившееся КЗ.

          г)  Схема АВР не должна приходить в действие до отключения выклю­чателя рабочего источника, чтобы избежать включения резервного ис­точника  на КЗ в неотключившемся рабочем источнике. Выполнение этого требования исключает также в отдельных случаях несинхронное включение двух источников питания.

         д)  Для того чтобы схема АВР действовала при исчезновении напряже­ния на шинах, питающих рабочий источник, когда его выключатель оста­ется включенным, схема АВР должна дополняться специальным пуско­вым органом минимального напряжения.

         е)  Для ускорения отключения резервного источника при его включе­нии на неустранившееся КЗ должно предусматриваться ускорение защи­ты резервного источника после АВР. Это особенно важно в тех случаях, когда потребители, потерявшие питание, подключаются к другому ис­точнику, несущему нагрузку. 

         Ускоренная защита обычно действует по цепи ускорения без выдержки времени. В установках же собственных нужд, а также на подстанциях, питающих большое число электродвига­телей, ускорение защиты осуществляется до 0,5 с. Такое замедление ус­коренной защиты необходимо, чтобы предотвратить ее неправильное сра­батывание в случае кратковременного замыкания контактов токовых реле в момент включения выключателя под действием толчка тока, обус­ловленного сдвигом по фазе между напряжением энергосистемы и зату­хающей ЭДС тормозящихся электродвигателей, который может дости­гать 180°.

         4.2 Автоматическое включение резерва на подстанциях

         Рассмотрим принцип действия схем АВР на примере двухтрансформа-торной подстанции, приведенной на рисунке 4.1 Нормально оба трансформа­тора Т1 и Т2 включены и осуществляют питание потребителей секций шин низшего напряжения.

         При отключении по любой причине выключателя Q1 трансформатора Т1 его вспомогательный контакт SQ1.2 размыкает цепь обмотки проме­жуточного реле KL1. В результате якорь реле KL1, подтянутый при включенном положении выключателя, при снятии напряжения отпадает с некоторой выдержкой времени и размыкает контакты.

Второй вспомогательный контакт SQ1.3 выключателя Q1, замкнув­шись, подает плюс через еще замкнутый контакт KL1.1 на обмотку про­межуточного реле KL2, которое своими контактами производит вклю­чение секционного выключателя Q5, воздействуя на контактор включе­ния YAC.5. По истечении установленной выдержки времени реле KL1 размыкает контакты и разрывает цепь обмотки промежуточного реле KL2. Если секционный выключатель Q5 включится действием схемы АВР на неустранившееся КЗ и отключится релейной защитой, то его повторного включения не произойдет. Таким образом, реле KL1 обес­печивает однократность АВР и поэтому называется реле одно­кратности включения. Реле KL1 вновь замкнет свои контакты и подготовит схему АВР к новому действию лишь после того, как будет восстановлена нормальная схема питания подстанции и включен вы­ключатель Q1. Выдержка времени на размыкание контакта KL1 должна быть больше времени включения выключателя Q5, для того чтобы они успели надежно включиться.

         С целью обеспечения АВР при отключении выключателя Q2 от его вспомогательного контакта SQ2. 2 подается команда на катушку от­ключения YAT1 выключателя Q1. После отключения Q1 схема АВР за­пускается и действует, как рассмотрено выше. Аналогично рассмотренному выше АВР секционного выключателя будет действовать и при отключении трансформатора Т2.

         Кроме рассмотренных случаев отключения одного из трансформа­торов потребители также потеряют питание, если по какой-либо причине останутся без напряжения шины высшего напряжения В (или А). Схема АВР при этом не подействует, так как оба выключателя Tl (QI и Q2) или Т2 (Q3 и Q4) останутся включенными. Для того чтобы обеспечить действие схемы АВР и в этом случае, предусмотрен специальный пуско­вой орган минимального напряжения, в состав которого входят реле KV1, KV2 и KV3. При исчезновении напряжения на шинах подстанции Б, а следовательно, и на шинах В минимальные реле напряжения, под­ключенные к трансформатору напряжения TV1 замкнут свои контакты и подадут плюс оперативного тока на обмотку реле времени КТ через контакт реле KV3. Реле КТ при этом запустится и по истечении установ­ленной выдержки времени подаст плюс на обмотку выходного проме­жуточного реле KL3, которое произведет отключение выключателей Q1 и Q2 трансформатора Т1 После отключения выключателя Q1 схема АВР подействует, как рассмотрено выше.  Реле напряжения KV3 предусмотрено для того, чтобы предотвратить отключение трансформатора Т1от пускового органа минимального напряжения в случае отсутствия напряжения на шинах высшего напря­жения А резервного трансформатора, когда действие схемы АВР будет заведомо бесполезным. Реле KV3, подключенное к трансформатору напряжения TV2 шин А, при отсутствии напряжения размыкает контакт

KV3.1 и разрывает цепь от контактов KV1.1 иКУ2.1 к обмотке реле вре-мени  КТ. Аналогичный пусковой орган минимального напряжения предусмат­ривается для отключения трансформатора Т2 в случае исчезновения на­пряжения на шинах  А

а - схема первичных соединений; б - цепи переменного напряжения; в - цепи оперативного тока

       Рисунок 4.1 -Схема АВР секционного выключателя на подстанции

 

         Лекция 5.  Особенности схем АВР на переменном токе. Расчет уставок АВР.

         Содержание лекции: изучается назначение и виды АВР, требования предъявляемые к схемам АВР.

         Цель лекции: изучить принцип действия автоматического включения резерва на примере АВР секционного выключателя двухтрансформаторной подстанции.

 

         5.1 Особенности схем АВР на переменном токе

         На рисунке  5.1 приведена схема АВР на переменном оперативном токе для секционного выключателя подстанции с двумя трансформаторами, пи­тающимися без выключателей на стороне высшего напряжения от двух линий. Секционный выключатель Q3 нормально отключен. Оперативный ток для питания схемы автоматики подается от трансформаторов собст­венных нужд ТЗ и Т4. Особенностью схемы является то, что при                  исчезновении напряжения на одной из линий (W1 или W2) устройство АВР вклю­чает секционный выключатель Q3, а при восстановлении напряжения на линии автоматически восстанавливает нормальную схему подстанции.

Пусковым органом схемы автоматики являются реле времени КТ1 и КТ2 типа РВ-ОЗ (ЭВ-235), контакты которых КТ1.2 и КТ2.2 включены последовательно в цепи YAT1. Последовательно с контактами этих реле включен мгновенный контакт реле времени КТ3.1 трансформатора Т2, которое контролирует наличие напряжения на этом трансформаторе. Обмотки реле КТ1 и КТ2 включены на разные трансформаторы (ТЗ и TV1), что исключает возможность ложного действия пускового органа в случае неисправности в цепях напряжения. Реле КТ1, подключенное к трансформатору собственных нужд ТЗ, установленному до выключателя трансформатора Т1, используется также для контроля за появлением напряжения на Т1 при включении линии W1,

При исчезновении напряжения в результате отключения линии W1 запустятся реле времени КТ1 и КТ2 и разомкнут свои мгновенные кон­такты КТ1.1 и КТ2.1, снимая напряжение с обмотки реле времени КТЗ типа РВ-01 (ЭВ-248). Это реле при снятии с его обмотки напряжения мгновенно возвращается в исходное положение, а при подаче напряже­ния срабатывает с установленной выдержкой времени.

Если действием схемы АПВ линии напряжение на подстанции восста­новлено не будет, то с установленной выдержкой времени (большей времени АПВ линии) замкнутся контакты реле времени КТ1.2 и КТ2.2, фиксирующие отсутствие напряжения на 1-й секции, и создадут цепь на катушку отключения YAT1 выключателя Q1 трансформатора Т1 с контролем напряжения на 2-й секции (контакт КТ3.1). При отключении выключателя 01 замкнется его вспомогательный контакт SQ1.1 (рисунок  5.1, в) в цепи катушки включения YAC3 секционного выключа­теля Q3 через еще замкнутый контакт KQC1.1 реле однократности вклю­чения.      Секционный выключатель включится и подаст напряжение на 1-ю секцию подстанции, при этом подтянется реле времени КТ2, замкнет контакт КТ2.1 и разомкнет КТ2.2. Реле КТ1 останется без напряжения, поэтому его контакт КТ1.1 останется разомкнутым, а реле времени КТЗ будет находиться в исходном положении, держа ра­зомкнутыми все свои контакты. При восстановлении напряжения на линии W1 напряжение появится и на трансформаторе Т1, поскольку его отделитель оставался включен­ным. Получив напряжение, реле КТ1 подтянется, замкнет контакт КТ1.1 и разомкнет контакт КТ1.2. При замыкании контакта КТ1.1 начнет работать реле времени КТЗ, которое своим проскальзывающим контактом КТЗ.2 создаст цепь на включение выключателя Q1, а конеч­ным контактом КТЗ.3 - цепь на отключение секционного выключателя Q3, при этом автоматически будет восстановлена исходная схема под­станции. Цепь на отключение в рассматриваемом случае секционного выключателя создается лишь при условии, что включен выключатель Q2 трансформатора Т2. Если включение выключателя Q3 будет неуспеш­ным вследствие наличия устойчивого повреждения на 1-й секции, она должна быть выведена в ремонт. Схема автоматики, аналогичная при­веденной на рисунке 5.1, обеспечивает действие АВР при отключении транс­форматора Т2.

 

 

а) - схема подстанции; б) - цепи управления и АВР выключателя Q1; в) - цепи управления и АВР выключателя Q3 (пунктиром  обведены цепи, относящиеся к трансформатору Т2); г) - цепи ускорения защиты Q3

Рисунок 5.1- Схемы АВР секционного выключателя на переменном оперативном токе для подстанции с двумя трансформаторами, подключенными к линиям электропереда­чи без выключателей

 

        Для быстрого отключения в случае включения выключателя Q3 на КЗ в схеме предусмотрено ускорение защиты секционного выключате­ля после АВР. Ускорение осуществляется контактами реле KQC1 и KQC2, которые шунтируют контакт реле времени защиты секционного выключателя.

         5.2 Расчет уставок АВР

          Реле однократности включения. Выдержка времени промежуточного реле однократности включения С_ов от момента снятия напряжения с его обмотки до размыкания кон­такта должна с некоторым запасом превышать время включения вы­ключателя резервного источника питания:

                t_ОВ   ⁼    t_ВКЛ   + tзап    ,                                                (5.1)

        где t_ВКЛ  - время включения выключателя резервного источника пи­тания; tзап - время запаса, принимаемое разным 0,3—0,5 с.

         Пусковой орган минимального напряжения. Напряжение срабатывания минимального реле напряже­ния при выполнении пускового органа выбирает­ся так, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчез­новении напряжения и не приходил в действие при понижениях напряже­ния, вызванных КЗ или самозапуском электродвигателей. Для выполнения этого условия напряжение срабатывания минималь­ного реле напряжения должно быть равным

 

                         U_C.Р =                                                               (5.2)

 

                        U_C.Р =                                                     (5.3)

         где U_ОСТ.К — наименьшее расчетное значение остаточного напряжения при КЗ; U_САМ — наименьшее напряжение при самозапуске электродви­гателей;   k_ОТС —коэффициент отстройки, принимаемый 1,25; K_{U -} ко­эффициент трансформации трансформатора напряжения.

         Для определения наименьшего остаточного напряжения производят­ся расчеты при трехфазных КЗ за реакторами и трансформаторами  и расчет самозапуска электродвигателей. Принимается меньшее значение напряжения срабатывания из полученных по формулам (5.2) и (5.3).

В    большинстве    случаев    обоим   условиям удовлетворяет напряжение срабатывания, равное  

                             U_C.Р = ( 0,250,4)U_НОМ,                                      (5.4)

          где U_НОМ - номинальное напряжение электро­установки.

         Следовательно, практически можно принимать напряжение срабатывания согласно формуле (5.4).

          В схемах пусковых органов минимального напряжения должны применяться термически стойкие реле напряжения типа РН-53/60Д, ко­торые имеют пределы уставок 15-60 В и до­пускают длительное включение на напряжение 110 и 220 В.

         При выполнении органа минимального напря­жения с помощью реле времени переменного напряжения и в необходимо иметь в виду следующее. Напряжение срабатывания реле вре­мени типов РВ-ОЗ (ЭВ-215-ЭВ-245) не регулируется и по данным завода составляет (0,25-0,55) U_НОМ.Р. где U_НОМ.Р. -номинальное напряже­ние реле. Поэтому при использовании этих реле в схемах пусковых ор­ганов минимального напряжения нужно отбирать реле с напряжением срабатывания не выше предусмотренного по (3.4).               

         Напряжение сраба­тывания реле времени типов РВ-ОЗ (ЭВ-215К-ЭВ-245К) также не ре­гулируется, но по данным завода не превышает 0,35 U_НОМ.Р. Поэтому в схемах пусковых органов можно применять любые реле этих типов. Выдержка времени пускового органа минимального напря­жения должна быть на ступень селективности больше выдержек времени зашит, в зоне действия которых остаточное напряжение при КЗ оказы­вается ниже напряжения срабатывания минимального реле напряжения или реле времени. Такой зоной являются участки до реакторов и до трансформаторов Таким образом, выдержка времени пускового органа минимального напряжения должна быть равна

                              t_П.О. =  t₁ + ∆t      3.5)

                               t_П.О. =  t₂ +∆t    (3.6)

         где t₁ — наибольшая выдержка времени защиты присоединений, отходя­щих от шин высшего напряжения подстанции; t₂ — наибольшая выдерж­ка времени защиты присоединений, отходящих от шин низшего напря­жения подстанции; ∆t - ступень селективности, равная 0,4-0,5 с.

 

         Лекция 6. Автоматическая частотная разгрузка. Краткие сведения о реле частоты РСГ11

         Содержание лекции: изучается назначение и основные принципы выполнения АЧР, даются основные сведения о реле частоты РСГ11.

         Цель лекции: ознакомить студентов с работой простейшей схемы АЧР, реализующей работу АЧР I и АЧР I I.

 

         6.1 Назначение и основные принципы выполнения АЧР

         Пока в энергосистеме имеется вращающийся резерв активной мощ­ности, системы регулирования частоты и мощности будут поддерживать заданный уровень частоты. После того как вращающийся резерв будет исчерпан, дефицит активной мощности, вызванный отклю­чением части генераторов или подключением новых потребителей, повле­чет за собой снижение частоты в энергосистеме.

        Небольшое снижение частоты (на несколько десятых герца) не пред­ставляет опасности для нормальной работы энергосистемы, хотя, как уже отмечалось выше, и влечет за собой ухудшение экономических по­казателей. Снижение же частоты более чем на 1—2 Гц представляет серьезную опасность и может привести к полному расстройству работы

энергосистемы. Это в первую очередь определяется тем, что при понижении частоты снижается частота вращения электродвигателей, а следовательно, и производительность приводимых ими механизмов собственного расхо­да тепловых электростанций. Вследствие снижения производительности механизмов собственного расхода резко уменьшается располагаемая мощность тепловых электростанций, особенно электростанций высокого давления, что влечет за собой дальнейшее снижение частоты в энерго­системе . Таким образом, происходит лавинообразный процесс — "лави­на частоты", который может привести к полному расстройству ра­боты энергосистемы. Следует также отметить, что современные круп­ные паровые турбины не могут длительно работать при низкой частоте из-за опасности повреждения их рабочих лопаток.

          Процесс снижения частоты в энергосистеме сопровождается также снижением напряжения, что происходит вследствие уменьшения частоты вращения возбудителей, расположенных на одном валу с основными ге­нераторами. Если регуляторы возбуждения генераторов и синхронных

компенсаторов не смогут удержать напряжение, то также может возник­нуть лавинообразный процесс — "лавина напряжения", так как снижение напряжения сопровождается увеличением потребления реактивной мощности, что еще более осложнит положение в энергосис­теме.

         Аварийное снижение частоты в энергосистеме, вызванное внезапным возникновением значительного дефицита активной мощности, протека­ет очень быстро — в течение нескольких секунд. Поэтому дежурный персонал не успевает принять каких-либо мер, вследствие чего ликвида­ция аварийного режима должна возлагаться на устройства автоматики. Для предотвращения развития аварии должны быть немедленно моби­лизованы все резервы активной мощности, имеющиеся на электростан­циях. Все вращающиеся агрегаты загружаются до предела с учетом до­пустимых кратковременных перегрузок. При отсутствии вращающегося резерва единственно возможным спо­собом восстановления частоты является отключение части наименее от­ветственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специаль­ных устройств автоматической частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты.

         Устройства АЧР должны устанавливаться там, где возможно возникновение значительного дефицита активной мощности во всей энергосистеме или в отдельных ее районах, а мощность потребителей, отключаемых при срабатывании устройства АЧР, должна быть достаточной для предотвращения снижения частоты, угрожающего нарушением работы механизмов собственного расхода электростанций, что может повлечь за собой лавину частоты. Устройства АЧР должны выполняться с таким расчетом, чтобы была полностью исключена возможность даже кратковременного снижения частоты ниже 45 Гц, а время работы с частотой ниже 47 Гц не превышало 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с

          При выполнении АЧР необходимо учитывать все реально возможные случаи аварийных отключений генерирующей мощности и разделения энергосистемы или энергообъединения на части, в которых может возникнуть дефицит активной мощности. Чем больший дефицит мощности может возникнуть, тем на большую мощность должно быть отключено потребителей. Для того чтобы суммарная мощность нагрузки потребителей, отключаемых действием АЧР, хотя бы примерно соответствовала дефициту активной мощности, возникшему при данной аварии, АЧР, как правило, выполняется многоступенчатой, в несколько очередей, отключающихся уставками по частоте срабатывания. На рисунке 6.1 приведены кривые, характеризующие процесс изменения частоты в энергосистеме при внезапном возникновении дефицита активной мощности. Если в энергосистеме отсутствует АЧР, то снижение частоты, вызванное дефицитом активной мощности, будет продолжаться до такого установившегося значения, при котором за счет регулирующего эффекта нагрузки и действия регуляторов частоты вращения турбин вновь восстановится баланс генерируемой и потребляемой мощности при новом, сниженном значении частоты (кривая I).   Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая II). Пусть, например, АЧР состоит из трех очередей с уставками срабатывания 48, 47,5 и 47 Гц. Когда частота снизится до 48 Гц (точка 1), сработают устройства 1-й очереди и отключают часть потребителей: дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,5 Гц (точка 2) сработают устройства АЧР 2-й очереди и, отключая дополнительно часть потребителей, еще дольше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения частоты.

 

Рисунок 6.1- Изменение частоты при возникновении дефицита активной мощности:

I – при отсутствии АЧР; II – при наличии АЧР

 

       При частоте 47 Гц (точка 3) сработают устройства АЧР 3-й очереди и отключат потребителей на мощность, которая достаточна не только для прекращения снижения частоты, но и для ее восстановления до номинального или близкого к номинальному значения.

         Устройства АЧР, используемые для ликвидации аварийного дефицита мощности в энергосистемах, подразделяются на три основные категории.

         Первая категория автоматической частотной разгрузки - АЧРI – быстродействующая (t = 0,1 – 0,3 с.) с уставками срабатывания от 48,5 Гц до 46,5 Гц. Назначение очередей АЧРI – не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии. Уставки срабатывания отдельных очередей АЧРI отличаются одна от другой на 0,1 Гц. Мощность, подключаемая к АЧРI, примерно равномерно распределяется между очередями.

         Вторая категория автоматической частотной разгрузки – АЧРII – предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной, или, как говорят, «зависает» на уровне 48 Гц. Вторая категория АЧРII работает после отключения части потребителей  от АЧРI, когда снижение частоты прекращается и она устанавливается на уровне около 47,5 – 48,5 Гц.

         Верхний уровень уставок по частоте устройств АЧРII принимается в пределах 48,8 – 48,6 Гц на 0,2 Гц выше верхнего уровня уставок по частоте АЧРI. При этом диапазон уставок АЧРII по частоте должен быть 0,3 Гц с интервалом по очередям 0,1 Гц. Весь объем разгрузки по АЧРII разделяется на три –четыре части  (например, 40%, 30% и 30% общего объема). Уставки по времени АЧРII устанавливаются возрастающими от АЧРII с максимальными уставками по частоте к АЧРII с минимальными уставками. Наиболее ответственных потребителей следует подключать к к АЧРII с минимальными уставками по частоте (максимальными уставками по времени). Выдержки времени АЧРII отличаются друг от друга на 3 с и принимаются равными 5-90 с. Большие выдержки по времени АЧРII принимаются для того, чтобы за это время были мобилизованы резервы активной мощности, имеющиеся в энергосистеме: загружены все работающие агрегаты, пущены и загружены резервные гидроагрегаты. При этом наибольшие выдержки времени (70-90с) следует принимать в условиях возможной мобилизации мощности ГЭС.

         В дефицитных энергосистемах, получающих мощность от соседних энергосистем, применяется также быстродействующая специальная очередь АЧР с уставкой срабатывания 49 Гц. Эта очередь предназначена для предотвращения снижения частоты в ЕЭС до верхних уставок АЧРII в случаях, когда не удается реализовать оперативные ограничения потребителей, а также для разгрузки межсистемных связей при возникновении дефицита мощности в энергообъединении. Потребители, отключенные действием спецочереди АЧР,должны быть включены в работу не позже чем через 2 ч после их отключения.

         Действие устройств АЧР должно сочетаться с другими видами автоматики. Так, например, для того чтобы АЧР было эффективным, нагрузка потребителей, отключенных при аварийном снижении частоты, не должна подхватываться устройствами АПВ и АВР. Поэтому АПВ линии, отключенной действием АЧР, должно блокироваться (не следует путать с АПВ после АЧР, т.е. с особым видом автоматики, принципы выполнения которой рассмотрены ниже).

         Линии и трансформаторы, обеспечивающие резервное питание в схемах АВР, должны отключаться теми же очередями АЧР, что и основные питающие линии и трансформаторы.

         6.2 Краткие сведения о реле частоты РСГ11

         Реле предназначены для использования в противоаварийной автоматике в качестве органа изме­рения и фиксации частоты (например, в системах АЧР, ЧАПВ, частотного пуска при АВР). Реле вы­полнены как универсальные, предназначенные для применения в качестве реле понижения или повы­шения частоты (рисунок 6.2).

         Регулирование уставок производится дискретно. Минимальная ступень дискретности не более 0,05 Гц.

         Реле имеют 2 последовательно соединенных за­мыкающих контакта, обеспечивающих замыкание одной внешней цепи.

         Схема включения   статического реле частоты РСГ 11 приведена                  на рисунке 6.3

 

     

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.2- Реле статическое серии РСГ 11

 

    

 

 

 

         Пример выставление уставок срабатывания и возврата приведен в таблице 6.1.

 

        Таблица 6.1- Выставление уставок срабатывания и возврата

f, Гц	Положение переключателей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
45			+
46,5	+		+				+
48,0	+	+						+
48.5	+	+	+		+			+
49,5	+		+	+	+	+		+
50					+		+	+

     

       

Вилка

 

       Рисунок 6.3 - Схема включения   статического реле частоты РСГ 11

 

  

 

 

 

 

         Лекция 7.  Автоматическое включение генераторов на параллельную работу. Способы синхронизации

 

        Цель лекции: изучить схему автоматического включения генераторов на параллельную работу и условия синхронизации.

       Содержание лекции: изучается понятие синхронизации  и способы синхронизации генераторов при включении на параллельную работу.

 

        Включение генератора в сеть может сопровождаться толчками                  уравнительного тока и активной мощности на вал генератора, а также более или менее длительными качаниями. Указанные нежелательные явления возникают вследствие того, что частота вращения включаемого генератора отличается от синхронной частоты вращения генераторов энергосистемы, а напряжение на выводах возбужденного генератора — от напряжения на шинах электростанции. Поэтому для включения синхрон­ного генератора на параллельную работу с другими работающими генера­торами электростанции или энергосистемы его предварительно нужно синхронизировать.   

         Синхронизацией называется процесс уравнивания частоты вращения и напряжения включаемого генератора с час­тотой вращения работающих генераторов и напряжением на электро­станции, а также выбор соответствующего момента времени для подачи импульса на включение выключателя генератора. На практике широкое применение получили два способа синхрониза­ции: точная синхронизация и самосинхронизация.

Точная синхронизация. При включении генератора способом точной синхронизации необ­ходимо выполнение следующих условий:

           равенство по абсолютному значению напряжения включаемого генера­тора        U_Г (U_Г ≈ Е_Г) и напряжения сети U_c;

          равенство угловой скорости вращения включаемого генератора ω_Г {или частоты f_Г) и угловой скорости вращения генераторов энергосистемы ω_С (или частоты f_С) ;

         совпадение по фазе векторов напряжения генератора и напряжения сети в момент включения выключателя. Выполнение указанных условий обеспечивает включение генератора в сеть без броска уравнительного тока, без толчка активной мощности на вал генератора, без глубоких качаний.

         Однако практически затруднительно выполнить точно указанные условия. Включение генератора допускается производить в условиях, когда существуют некоторая разность частот генератора и сети и раз ность абсолютных значений напряжения генератора и напряжения сети. Допустимое значение разности частот составляет 0,1—0,2 Гц, разности напряжений генератора и сети — 5—10% номинального.

          Разность напряжений генератора и сети, в случае когда их частоты неодинаковы, периодически изменяется от нуля до максимального значения. Эта разность получила название напряжения биений, или напряжения скольжения U_s. Изменение напряжения биений иллюстрируется векторной диаграммой (рисунок 7.1, а) и графиком изменения напряжения во времени (рисунок 7.1,б). Огибающая напряжения биений изменяется от нуля до максимального значения, равного двойной амплитуде 2 U, и вновь уменьшается до нуля.

Действующее значение напряжения биений изменяется по закону

          U_s =    2 U sin  = 2 U sin * t = 2 U sin * t      ,                    ( 7.1  )

         где δ — угол между векторами U_Г и U_С; ω_S = ω_Г - ω_С - угловая ско­рость скольжения.

        Время   полного   цикла  изменения  напряжения   биений  называется периодом скольжения T_s:

                           T_s  = 2/ ω_S                                                                              (7.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        

                                                          в)

                                                                      

а — векторная диаграмма; б — изменение мгновенных значений напряжения бие­ний; в - изменение действующих значений напряжения биений

а)

                          Рисунок. 7.1- Напряжение биений

 

        Чем больше скорость скольжения, тем меньше период T_s. На рисунке 7.1, в показаны два цикла изменения напряжения биений, соот­ветствующие двум значениям угловой скорости скольжения ω_S1 и ω_S2,  при этом ω_S1> ω_S2.

           Самосинхронизация. При включении генератора способом самосинхронизации должны быть соблюдены следующие условия:

          -  генератор должен быть невозбужденным;

           - частота вращения включаемого генератора должна быть близка к час­тоте вращения генераторов энергосистемы;

        - допускаемая разность частот генератора и сети 1—1,5 Гц.

        Перед включением генератора его обмотка ротора должна быть замкнута на гасительное сопротивление для исключения опасного для изоляции этой обмотки воздействия ЭДС частоты скольжения, наводи­мой в обмотке ротора. В первый момент после включения генератор работает в режиме асинхронной машины, при этом на ротор генератора действует асинхрон­ный вращающий момент, который направлен на уменьшение разности частот вращения включаемого генератора и генераторов энергосистемы, т.е. асинхронный момент способствует втягиванию генератора в син­хронизм.

         Включение генератора в сеть сопровождается броском тока. Ток включения определяется по выражению

I_вкл = ,

         где    сверхпереходное  сопротивление генератора по продольной   оси; Х_с — сопротивление энергосистемы.

По мере втягивания генератора в синхронизм происходят уменьшение тока I_вкл и повышение напряжения U_Ш. Основным достоинством спо­соба самосинхронизации является возможность достаточно быстрого по сравнению со способом точной синхронизации включения генератора в сеть. Это особенно важно при включении генератора в аварийных усло­виях, когда возникает необходимость в быстром включении резервных генераторов. Поэтому включение генераторов в аварийных условиях ре­комендуется производить способом самосинхронизации независимо от значения уравнительного тока.

          Устройство полуавтоматической самосинхронизации. Устройство полуавтоматической самосинхронизации обеспечивает автоматическое включение выключателя невозбужденного генератора при достижении генератором частоты вращения, близкой к частоте вра­щения работающих генераторов. Регулирование частоты вращения гене­ратора производится персоналом вручную путем воздействия на регуля­тор частоты вращения турбины. Генератор возбуждается после вклю­чения его выключателя.  На тепловых электростанциях самосинхронизация в основном выпол­няется полуавтоматически вследствие сложности автоматизации пуска теплового блока из холодного состояния Основным элементом устройства (рисунок 7.2) является реле разности частот KF, контролирующее разность частот напряжений генератора и сети. Ранее широкое применение получило индукционное реле частоты ИРЧ-01А(в настоящее время оно снято с производства, в замен выпускается статическое реле РСГ-11). Обмотка I подключается последовательно с реостатом R1 к трансформатору напряжения TV1 невозбужденного генератора. Об­мотка II подключается к трансформатору напряжения сети TV2. Уст­ройство полуавтоматической синхронизации вводится в работу переклю­чателем SA, замыкающим цепи трансформаторов TV1 и TV2, цепи опе­ративного постоянного напряжения и выходные цепи.

        Значения остаточных напряжений, подводимых к TV1 разных гене­раторов, могут быть различными. Для того чтобы напряжения, под­водимые к обмотке I реле KF от трансформаторов TV1 разных гене­раторов, были примерно одинаковыми, каждый генератор снабжается отдельным реостатом R1. Реле ИРЧ-01А в момент подачи напряжения на его обмотки может кратковременно замыкать свои контакты. Чтобы исключить неправиль­ное действие устройства, обмотки I и II реле KF подключаются к                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

 

а — цепи переменного напряжения; б - цепи оперативного тока

Рисунок 7.2-  Схема устройства полуавтоматической самосинхронизации

 

транс­форматорам TV1 и TV2 неодновременно: сначала подключается обмотка II, а затем через время в несколько секунд, устанавливаемое на про­скальзывающем контакте реле времени КТ.1, подключается обмотка I. Подключение обмотки I осуществляется с помощью промежуточного реле KL3. Кроме того, вводится дополнительная выдержка времени на контакте КТ.2 в цепь контактов KF.1 и KF.2, исключающая неправиль­ное срабатывание устройства в момент подачи напряжения на обмотку I реле KF. При достижении частоты скольжения, равной частоте срабаты­вания реле KF, срабатывает выходное реле устройства KL1, ко­торое самоудерживается с помощью контакта KL1.1. Контактом KL1.3 замыкается цепь включения выключателя генератора Q1. После включения выключателя Q1 включается автомат гашения поля генератора, подающий возбуждение на обмотку ротора генератора. Включенное состояние генератора контролируется вспомогательным контактом выключателя Q1. Возбужденный генератор окончательно втя­гивается в синхронизм. Самоудерживание выходного реле KL1 обеспе­чивает надежное включение выключателя и АГП генератора. Промежу­точное реле KL2, имеющее задержку при возврате, ограничивает дли­тельность сигнала на включение выключателя и АГП. Для того чтобы исключить опасное воздействие номинального напряжения трансформа­тора TV1 возбужденного генератора на обмотку/ реле KF, не рассчитан­ную на это напряжение, цепь обмотки I размыкают контактом KL3.2 после возврата реле KL3, вызванного размыканием контакта KL1.2. Реле KV, включенное на напряжение трансформатора TV1, предназначе­но для того, чтобы исключить подачу номинального напряжения воз­бужденного генератора на обмотку Iреле KF до включения генератора в сеть, что может произойти вследствие ошибочных действий персонала. Размыкающий контакт реле KV размыкает цепь реле времени КТ и исключает таким образом возможность срабатывания реле KL3.

    

         Лекция 8. Автоматическое регулирование напряжения в электрических сетях

         Содержание лекции: изучаются назначение регулирования напряжения на подстанциях, устройства ПБВ и РПН.

         Цель лекции: изучить  способы регулирования напряжения на подстанции.

 

         8.1 Назначение регулирования напряжения.

         Отклонение напряжения от нормального значения в сторону как понижения, так и повышения приводит к ухудшению условий работы, снижению производительности механизмов, сокращению срока служ­бы электрооборудования, браку продукции. В осветительных установках снижение напряжения на 5% вызывает снижение на 17,5% световой от­дачи.

Не менее вредно чрезмерное повышение напряжения, следствием чего является ускоренный выход из строя осветительных ламп, нагревательных установок и другого электрооборудования. Согласно "Правилам устройства электроустановок" за исключе­нием наиболее ответственных установок, допускается отклонение напря­жения у потребителей не более чем на ±5%.

Напряжение на шинах низшего напряжения приемной подстанции равно                                                  

                    U_{П ≈ ,}                                                        ( 8.1)

          где U¹ — напряжение на шинах высшего напряжения приемной под­станции; U_Г — напряжение на шинах генератора; R, X — активное и реактивное сопротивления питающей линии и трансформатора; Р, Ө — активная и реактивная мощности, передаваемые по линии; n_т — ко­эффициент трансформации силового трансформатора.

На основании выражения (4.1) можно сделать заключение, что изме­нить напряжение у потребителя U_П можно следующими способами: изменением напряжения на шинах генератора; изменением коэффициента трансформации n_т трансформатора, установленного на подстанции; изменением реактивной мощности Ө, передаваемой по ли­нии, что может осуществляться регулированием возбуждения син­хронных компенсаторов или электродвигателей; включением и отклю­чением батарей конденсаторов, установленных на подстанции.

         Автоматический регулятор напряжения. Изменить значение напряжения на стороне низшего или среднего на­пряжения трансформатора при неизменном значении напряжения на стороне питающего, высшего напряжения (ВН) можно путем изменения его коэффициента трансформации изменением числа витков одной из обмоток. По конструктивному исполнению различают два типа транс­форматоров с переменным коэффициентом трансформации: 1) с пере­ключением регулировочных ответвлений без возбуждения, т.е. с отклю­чением трансформатора от сети (трансформаторы с ПБВ); 2) с переклю­чением регулировочных ответвлений под нагрузкой (трансформаторы с РПН). Обычно регулировочные ответвления выполняются на обмотке ВН трансформатора, которая имеет меньший рабочий ток.

     

Трансформатор с ПБВ обычно имеет одно основное и четыре дополнительных ответвления. Основное ответвление имеет напряжение, равное номиналь­ному напряжению сети, к которому присоединяется данный транс­форматор. При основном ответвлении коэффициент трансформа­ции трансформатора называют номинальным. При использовании че­тырех дополнительных ответвлений коэффициент трансформации со­ответственно отличается от номинального на +5, +2,5, -2,5 и -5%.

         Переключения регулировочных ответвлений у трансформаторов с ПБВ, осуществляемые при их отключенном положении, производят­ся редко, обычно только при сезонном изменении нагрузок. Поэтому в режимах наибольших и наименьших нагрузок в течение суток транс­форматор с ПБВ работает с одним и тем же коэффициентом транс­формации, что не позволяет осуществить требования встречного ре­гулирования.

        Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой от­личаются наличием специального, встроенного в кожух трансформа­тора переключающего устройства, а также увеличенным числом сту­пеней регулировочных ответвлений и диапазоном регулирования. Например, для трансформаторов с номинальным напряжением ос­новного ответвления обмотки ВН на 115 кВ предусматриваются диа­пазоны регулирования ±16% при ±9 ступенях регулирования по 1,78% каждая.

        Обмотка ВН траснформатора с РПН (рисунок  8.1, б) состоит из двух частей - нерегулируемой а и регулируемой б. На регулируемой час­ти обмотки имеется ряд ответвлений к зажимам 1—4. Ответвле­ния 1—2 соответствуют части витков, включенных согласно с вит­ками основной обмотки (направления токов указанаы на рисунке 7.1, б стрелками). При переходе с ответвления 2 на ответвление 1 коэф­фициент трансформации трансформатора увеличивается. Ответвления 3—4 соответствуют части витков, включенных встречно по отношению к виткам основной обмотки. Переход с ответвления 3 на ответвление 4 уменьшает коэффициент трансформации. На регулируемой части б обмотки имеется переключающее устрой­ство, состоящее из подвижных контактов виг, контактов K1, K2 и реактора L. Середина обмотки реактора соединена с нерегулируемой частью обмотки трансформатора. Нормально ток нагрузки обмотки ВН распределяется поровну между половинами обмотки реактора. По­этому магнитный поток мал и потеря напряжения в реакторе также мала.      Рассмотрим порядок переключения устройства с ответвления 2 на ответвление 1: отключается контактор К1 (рисунок 8.1, в), подвижный кон­такт в переводится на ответвление 1, вновь включается контактор К1 (рисунок 7.1, г). Таким образом, секция 1-2 обмотки оказывается зам­кнутой на обмотку реактора L. Благодаря значительной индуктивности реактора, уравнительный ток, протекающий под действием напряжения на секции 1—2 обмотки, ограничен.

                                                                   

       

 

а) условное обозначение; б) принципиальная схема РПН;

в, г) переключение ответвлений

                                Рисунок 8.1 – трансформатор с РПН                                                 

 

        После этого отключается контактор К2, подвижный контакт переводится на ответвление 1 и вновь включа­ется контактор К2. Реактор и все контакты (подвижные и неподвижные) переключаю­щего устройства размещаются в баке трансформатора. Контакторы К1 и К2 помещают в отдельном стальном кожухе, укрепленном снаружи бака трансформатора и залитом маслом.

         С помощью РПН можно в течение суток менять коэффициент транс­формации трансформатора под нагрузкой, добиваясь выполнения тре­бования встречного регулирования.

          8.2 Автоматическое управление коэффициентом трансформации транс­форматора под нагрузкой

         Автоматическое управление коэффициентом трансформации транс­форматора под нагрузкой осуществляется с помощью специального автоматического регулятора напряжения (АРНТ), который реагирует на напряжение шин питающей подстанции. Для осуществления так называемого встречного регулирования, необходимого для поддержания соответствующего уровня напряжения у потребителей, в схему АРНТ обычно вводится токовая компенсация, принцип действия которой пояснен ниже. Напряжение на шинах потребителя U_ПОТР отличается от напряжения на шинах низшего напряжения питающей подстанции U_П на значение падения напряжения в линии и будет изменяться при изменении тока на­грузки I_НАГР, проходящего по линии

                           U_ПОТР = U_П - I_НАГРZ_Л     ,                                            (8.2)

         где Z_Л- сопротивление линии .

Чем больше ток нагрузки, проходящей по линии, тем ниже ока­жется напряжение у потребителя. Для того чтобы поддерживать по­стоянным напряжение у потребителя, измерительный орган АНРТ до­полняется токовой компенсацией (рисунок 8.2).

При включенной токовой компенсации (сопротивления R и X на рисунке 8.2)

к измерительному органу АРНТ будет подаваться напряжение U_РЕГ, равное

                             U_РЕГ =                                             (8.3)

         где Z_TK — сопротивление токовой компенсации; K_I, К_U— коэффици­енты трансформации трансформаторов тока и напряжения соответ­ственно.

 

 

                                 

Рисунок 8.3 -Характеристика АРНТ с токовой ком­пенсацией

 

    Рисунок 8.2 -  Схема подключения

токовой компен­сации к измерительному

 органу АРНТ

 

 

Умножим обе части выражения (8.3) на К_U.

                   U_РЕГ K_U = U_П - I_НАГР Z_Т.К.  .                                            (8.4)

Если с учетом коэффициентов трансформации тока и напряжения выбрать сопротивления Z_{T. K} таким, чтобы удовлетворялось соотно­шение

                  Z_Л = Z_Т.К.                                                                        (8.5)

можно записать

                      U_РЕГ K_U = U_Г - I_НАГРZ_Л                                                        (8.6)

         Сравнивая выражения (8.2) и (8.6), можно сделать вывод, что               

U_РЕГ K_U = U_ПОТР. Следовательно, на измерительный орган АРНТ будет подаваться напряжение, пропорциональное напряжению на шинах по­требителя U_ПОТР, и автоматика будет поддерживать постоянным напря­жение на шинах у потребителя. При этом напряжение на шинах под­станции будет изменяться в зависимости от тока нагрузки, как показа­но на рисунке 8.3 Наклон характеристики U_Г = f(I_НАГР) будет тем больше, чем больше сопротивление Z_{T. K.}

         Автоматический регулятор напряжения (АРНТ) типа АРТ-1Н осу­ществляет автоматическое управление электроприводами переключателя отпаек на обмотках силового автотрансформатора (трансформатора) РПН импульсным сигналом, длительность которого определяется вре­менем запуска электропривода. При использовании однофазных устройств РПН в группе однофаз­ных трансформаторов и в трехфазных автотрансформаторах с регулиро­ванием в обмотке среднего напряжения предусматривается блокиров­ка действия АРНТ при длительном рассогласовании на одну ступень РПН. В случае параллельной работы двух и более трансформаторов АРНТ должен воздействовать одновременно на переключение всех РПН. Для предотвращения прохождения больших уравнительных токов в случае различия коэффициентов трансформации параллельно рабо­тающих трансформаторов предусматривается блокировка, отключаю­щая действие АРНТ при рассогласовании РПН на одну ступень (ана­логично рассмотренному выше случаю использования однофазных РПН).

  

Список литературы 

        1. Александров В.Ф., Езерский В.Г., Захаров О.Г., Малышев В.С. Частотная разгрузка в энергосистемах.- Ч1,2 М.: НТФ «Энергопрогресс», 2007.- 176 с.  Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 8 (104), 9 (105)       

        2. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник для вузов / под. ред. А.Ф. Дьякова.- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000.- 504с.

       3. М.А.Беркович, А.Н.Комаров, В.А.Семенов Основы автоматики энергосистем, М.: Энергоиздат, 1981.

       4. Рабинович Р.С. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем   - М.: Энергоатомиздат, 1989.-352 с.