Принцип действия апв: Автоматическое повторное включение — Википедия – назначение, принцип работы, требования и классификация

АПВ — это… Что такое АПВ?

Автомати́ческое повто́рное включе́ние (АПВ) — одно из средств релейной защиты, направленное на увеличение надёжности электроснабжения. Заключается в автоматическом включении отключенного с помощью аварийной автоматики или по ошибке участка электросети.

Применение

Все повреждения в электрической сети можно условно разделить на два типа: устойчивые и неустойчивые. К устойчивым повреждениям относятся такие, для устранения которых требуется вмешательство оперативного персонала или аварийной бригады. Такие повреждения не самоустраняются со временем, эксплуатация поврежденного участка сети невозможна. К таким повреждениям относятся обрывы проводов, повреждения участков линий, опор ЛЭП, повреждения электрических аппаратов.

Неустойчивые повреждения характеризуются тем, что они самоустраняются в течение короткого промежутка времени после возникновения. Такие повреждения могут возникать, например, при случайном схлёстывании проводов. Возникающая при этом электрическая дуга не успевает нанести серьёзных повреждений, так как через небольшой промежуток времени после возникновения короткого замыкания цепь обесточивается аварийной автоматикой. Практика показывает, что доля неустойчивых повреждений составляет 50-90 % от числа всех повреждений.

Включение отключенного участка сети под напряжение называется повторным включением. В зависимости от того, остался ли этот участок сети в работе или же снова отключился, повторные включения разделяют на успешные и неуспешные. Соответственно, успешное повторное включение указывает на неустойчивый характер повреждения, а неуспешный на то, что повреждение было устойчивым.

Для того чтобы ускорить и автоматизировать процесс повторного включения применяют устройства автоматического повторного включения (АПВ).

Устройства АПВ получили широкое применение в электрических сетях. Их использование в сочетании с другими средствами релейной автоматики позволило полностью автоматизировать многие подстанции, избавляя от необходимости держать там оперативный персонал. Кроме того, в ряде случаев АПВ позволяет избежать тяжелых последствий от ошибочных действий обслуживающего персонала или ложных срабатываний релейной защиты на защищаемом участке.

В ПУЭ указано, что устройствами АПВ должны в обязательном порядке снабжаться все воздушные и кабельно-воздушные линии с рабочим напряжением 1кВ и выше. Кроме того, устройствами АПВ снабжаются трансформаторы, сборные шины подстанций и электродвигатели.

Классификация

В зависимости от количества фаз, на которые действуют устройства АПВ, их разделяют на:

• однофазное АПВ — включает одну отключенную фазу (при отключении из-за однофазного короткого замыкания)
• трёхфазное АПВ — включает все три фазы участка цепи.
• комбинированные — включает одну или три фазы в зависимости от характера повреждения участка сети.

Трёхфазные АПВ могут в зависимости от условий работы сети разделяться на

• простые (ТАПВ)
• несинхронные (НАПВ)
• быстродействующие (БАПВ)
• с проверкой наличия напряжения (АПВНН)
• с проверкой отсутствия напряжения (АПВОН)
• с ожиданием синхронизма (АПВОС)
• с улавливанием синхронизма (АПВУС)
• в сочетании с самосинхронизацией генераторов и синхронных компенсаторов (АПВС)

В зависимости от того, какое количество раз подряд требуется совершить повторное включение, АПВ разделяются на АПВ однократного действия, двукратного и т. д. Наибольшее распространение получили АПВ однократного действия, однако в ряде случаев применяются АПВ с другой кратностью действия.

По способу воздействия на выключатель АПВ могут быть:

• механические — они встраиваются в пружинный привод выключателя.
• электрические — воздействуют на электромагнит включения выключателя.

Поскольку механические АПВ работают без выдержки времени, их использование было принято нецелесообразным, и в современных схемах защитной автоматики используются только электрические АПВ.

По типу защищаемого оборудования АПВ разделяются соответственно на АПВ линий, АПВ шин, АПВ электродвигателей и АПВ трансформаторов.

Принцип действия АПВ

Реализация схем АПВ может быть различной, это зависит от конкретного случая, в котором схему применяют. Однако основной принцип заключается в сравнении положения ключа управления выключателем и состояния этого выключателя. То есть, если на схему АПВ поступает сигнал, что выключатель отключился, а со стороны управляющего выключателем ключа приходит сигнал, что ключ в положении «включено», то это означает, что произошло незапланированное (например, аварийное) отключение выключателя. Этот принцип применяется для того, чтобы исключить срабатывание устройств АПВ в случаях, когда произошло запланированное отключение выключателя.

Требование к АПВ

К схемам и устройствам АПВ применяется ряд обязательных требований, связанных с обеспечением надёжности электроснабжения. К этим требованиям относятся:

• АПВ должно обязательно срабатывать при аварийном отключении на защищаемом участке сети.
• АПВ не должно срабатывать, если выключатель отключился сразу после включения его через ключ управления. Подобное отключение говорит о том, что в схеме присутствует устойчивое повреждение, и срабатывание устройства АПВ может усугубить ситуацию. Для выполнения этого требования делают так, чтобы устройства АПВ приходили в готовность только через несколько секунд после включения выключателя. Кроме того, АПВ не должно срабатывать во время оперативных переключений, осуществляемых персоналом.
• В схемах АПВ должна присутствовать возможность выведения их для ряда защит (например, после действия газовой защиты трансформатора, срабатывание устройств АПВ нежелательно)
• Устройства АПВ должны срабатывать с заданной кратностью. То есть однократное АПВ должно срабатывать 1 раз, двукратное — 2 раза и т. д.
• После успешного включения выключателя, схема АПВ должна обязательно самостоятельно вернуться в состояние готовности.
• АПВ должно срабатывать с выставленной выдержкой времени, обеспечивая наискорейшее восстановление питание в отключенном участке сети. Как правило, эта выдержка равняется 0,3-0,5 с. Однако, следует отметить, что в ряде случаев целесообразно замедлять работу АПВ до нескольких секунд.

Источники

• «Библиотека электромонтера. Автоматическое повторное включение» Овчинников В. В. М. Энергоатомиздат 1986.
• «Автоматика энергосистем» 3-е издание, переработанное и дополненное М. А. Беркович, В. А. Гладышев, В. А. Семенов. М. Энергоатомиздат 1991
• «Релейная защита энергетических систем» Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Энергоатомиздат 1998

Wikimedia Foundation. 2010.

применение, принцип работы, классификация и основные требования к оборудованию

АПВ, или автоматический повторный включатель, представляет собой средство электроавтоматики, которое отвечает за включение отключившихся выключателей через определённый промежуток времени. АПВА делится на несколько типов по количеству действий. Бывают однократные, двухкратные, трёхкратные включатели, но встречаются и системы, которые включают в себя восьмикратный цикл устройства.

Основные цели применения

В электрических сетях все типы повреждений можно разделить на две группы:

• устойчивые;
• неустойчивые.

К устойчивым типам относятся повреждения в электрической сети, которые не восстанавливаются самостоятельно через время. Для их устранения требуется помощь специалистов, а точнее, аварийной бригады. К подобным повреждениям чаще всего относится разрыв проводов или повреждения на участке линии, из-за которых дальнейшая эксплуатация электросети невозможна.

Повреждения неустойчивого типа характеризуются восстановлением напряжения спустя некоторое время после поломки. Например, такая поломка может проявиться после схлёстывания проводов, при этом возникает электрическая дуга, которая не наносит существенных повреждений в электросети. Из-за небольшого количества времени при коротком замыкании, вся цепь электросети находится под релейной защитой. На практике количества неустойчивых повреждений составляет около 50–90% от всех случаев поломок электросети.

После поломки за повторное включение сетевого участка отвечает как раз АПВ. Повторное автоматическое включение напряжения может быть как успешным, так и неуспешным. Если после поломки напряжение восстановилось, значит проблему можно отнести к неустойчивому типу. В случае если напряжение при АПВ не восстанавливается через короткий промежуток времени, значит, тип повреждения устойчивый.

Решение проблемы возможно и без присутствия системы, но это устройство отвечает за ускорение процесса восстановления, а также полностью берёт на себя работу автоматизации.

Сама система устройства АПВ и АПВА получила большое распространение и используется в электрических сетях и подстанциях. Устройство сочетают с другими типами релейной автоматики, что позволяет полностью автоматизировать работу на подстанциях, при этом исчезает потребность в использовании оперативного работника непосредственно на объекте электросети. Также использование устройства автоматического повторного включения на подстанциях даёт возможность избежать фактора ошибок при работе обслуживающего персонала.

Как указано в ПУЭ, устройство АПВ должно обязательно использоваться на всех кабельно-воздушных и воздушных линиях, которые имеют рабочее напряжение мощностью в 1 кВ или выше. Дополнительно системой автоматического повторного включения могут быть снабжены трансформаторы, электродвигатели, а также сборные шины подстанций.

Классификация устройства АПВ

АПВА можно разделить на несколько типов в зависимости от численности фаз:

• однофазные АПВ — включают только одну фазу при отключении из-за короткого замыкания
• трёхфазная система — включает на участке цепи три фазы
• комбинирование АПВ — включают участки цепи с одной или тремя фазами в зависимости от повреждения электросети

Устройства АПВ с трёхфазным типом классифицируется на:

• простые (ТАПВ)
• несинхронные (НАПВ)
• быстродействующие (БАПВ)
• отвечающие за проверку наличия напряжения (АПВНН)
• отвечающие за проверку отсутствия напряжения (АПВОН)
• отвечающие за ожидания синхронизма (АПВОС) или улавливания синхронизма (АПВУС)

Принцип работы устройства АПВ

Схема применения устройства может быть разной в зависимости от конкретного случая. В автоматике применяется принцип выключения ВЛ с напряжением ниже 220 кВ, а точнее говоря, устройство проверяет состояние и положение ключа включателя. Точнее говоря, если устройство получило сигнал об отсутствии напряжения, но выключатель находится во включённом состоянии, значит, произошло отключение электроэнергии незапланированного типа. Такой принцип работы позволяет разделить проблему и в случае запланированного отключения напряжения устройство АПВ или АПВА просто не реагирует.

Основные требования к устройству АПВ

Для обеспечения надёжного напряжения к системам устройства АПВ предъявляется ряд обязательных требований. К ним относятся требования:

• Система обязана срабатывать при возникновении проблем на участке сети, находящемся под защитой.
• Система АПВ обязана срабатывать только через определённый промежуток времени, если напряжение отключилось сразу после включения ключа выключателя. Если устройство срабатывает сразу, значит есть повреждения на линии электросети, а резкое включение напряжения с помощью АПВ только усугубляет ситуацию.
• Схема устройства должна иметь автоматическую блокировку в том случае, если срабатывают дополнительные источники защиты (газовая защита трансформатора).
• Автоматическое повторное включение должно срабатывать только в заданной кратности. Точнее говоря, однократные АПВ должна срабатывать один раз, двукратные устройства, 2 раза и т. д.
• После того как система срабатывает и напряжение восстанавливается, исправная система возвращается в состояние готовности.
• АПВ должно срабатывать только через выставленный промежуток времени, который обычно равен 0.3–0.5 секундам. В некоторых случаях работу устройства замедляют до нескольких секунд.

Что такое ОАПВ, назначение и принцип действия ОАПВ

Основным видом автоматики ВЛ 330кВ является однофазное ав­томатическое повторное включение (ОАПВ).

В энергосистеме используются типовые заводские панели АПВ-503 и ПДЭ-2004.

Релейная защита линии не определяет вид к.з. и тем более поврежденную фазу, которую требуется отключить. Эту функцию вы­полняют избирательные органы ОАПВ (реле сопротивления), которые реагируют на все виды повреждений по всей длине линии.

Совместно с устройствами релейной защиты,установленными на линии, устройство ОАПВ обеспечивает:

При однофазных к.з.  на землю, отключаемых быстро­действующими защитами – отключение только одной поврежденной фа­зы линии и ее однократное автоматическое повторное включение.

При включении фазы на устойчивое однофазное к.з. на землю – отключение трех фаз линии.

При всех видах междуфазных повреждений, а также при всех повреждениях, возникших в цикле ОАПВ на оставшихся в работе фазах – отключение всех фаз линий.

При неуспешном ОАПВ, а также при отключении трех фаз линии происходит трехфазное автоматическое повторное включе-

ние линии (ТАПВ).

Для обеспечения надежной работы выключателей при часто повторяющихся однофазных к.з. схемой ОАПВ предусмотрено трехфазное отключение линии при однофазном к.з., если оно прои­зошло в промежутке времени 20 сек после включения линии или уст­ройством ОАПВ, или устройством ТАПВ, или вручную.

На пуск ОАПВ действуют основные и резервные защи­ты, имеющие выдержку времени не более 0,6 сек:ДФЗ, в.ч.ускорение III ступени НТЗНП: токовая отсечка,I и II ступени НТЗНП, опера­тивное ускорение III ступени НТЗНП.

Иногда на пуск ОАПВ заводятся I и II ступени дистанционной защиты (ДЗ), предназначенные для отключения междуфазных к.з..

Такое действие ДЗ является вынужденным в случае, когда рас­четы показывают, что ДЗ может сработать при однофазном к.з.. Все остальные защиты линии действуют на трехфазное отключение.

При срабатывании устройства ОАПВ на отключение поврежденной фазы осуществляется автоматический вывод из работы тех устройств релейной защиты,которые могут неправильно подейс­твовать при неполнофазном режиме работы линии во время цикла ОАПВ. Как правило, осуществляется вывод из работы в.ч.ускорения III ступени НТЗНП, II и III ступени НТЗНП.

2.6 Быстродействующее апв (бапв)

При отключении единственной линии, соединяющей две части энергосистемы, генераторы в одной из них начинают ускоряться, а в другой тормозиться. Угол между напряжениями по концам отключившейся линии будет увеличиваться, но происходить это будет в течение некоторого времени. Скорость изменения угла между напряжениями определяется постоянной механической инерции электрических машин и вращающихся механизмов энергосистем. Принцип действия БАПВ основан на включении линии с минимальной возможной выдержкой времени, чтобы за время бестоковой паузы угол между напряжениями не успел увеличиться значительно и включение при этом будет происходить без больших толчков тока и длительных качаний. Применение БАПВ возможно при использовании быстродействующей РЗ, отключающей КЗ за время 0,1 – 0,2 с, и наличии воздушных выключателей с временем включения 0,2 – 0,3 с, соответственно, полное время цикла БАПВ 0,3 – 0,5 c. При этом угол включения

Допустимость применения БАПВ определяется по двум условиям:

1. величиной тока включения, который не должен создавать недопустимого по величине электромагнитного момента на валах генераторов; предельное значение электромагнитного момента определяется при КЗ на выводах генератора;

2. по условию сохранения динамической устойчивости после БАПВ и не допустить асинхронного хода между двумя частями энергосистемы.

Достоинствами БАПВ являются простота схемы и высокая эффективность. Рекомендуется применять БАПВ на одиночных транзитных линиях и сильно загруженных линиях, имеющих слабые параллельные связи.

Угол включения при БАПВ можно определить, градус,

,

где – угол между векторами напряжений по концам линии;– активная мощность, передаваемая по линии до ее отключения;,– суммарные номинальные мощности генераторов в разделившихся частях энергосистемы;,– эквивалентные постоянные инерции разделившихся частей,c.

Время цикла БАПВ

,

где ,– времена быстродействующей защиты и отключения выключателя соответственно;– время бестоковой паузы, которое должно быть больше времени деионизации искрового промежутка.

2.7 ТРЕХФАЗНОЕ АПВ НА ЛИНИЯХ С двуСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Для одиночных линий, не имеющих параллельных связей, существует три разновидности трехфазных АПВ, используемые в зависимости от конкретных условий: несинхронное АПВ; быстродействующее АПВ; АПВ с улавливанием синхронизма. Для избежания чрезмерных возмущений в системе устройства АПВ линий с двусторонним питанием осуществляются только однократными.

При наличии нескольких связей между частями энергосистемы, отключение одной из них не приводит к нарушению синхронизма и значительному расхождению по углу и значению напряжений по концам отключившейся линии. Автоматическое повторное включение в этом случае не будет сопровождаться большим толчком уравнительного тока и обычно рекомендуется применять АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС), но иногда допускается возможность применения устройств АПВ тех же типов, что и для линий с односторонним питанием.

Устройство АПВОС применяется на одно- и двуцепных линиях с двусторонним питанием (рисунки 1а, б), а так же на трансформаторах, связывающих сети разных уровней напряжения. Этот тип устройств обычно устанавливается на линиях, имеющих параллельные связи с достаточной пропускной способностью, и включение осуществляется при уже включенных параллельных связях. Первой особенностью выполнения АПВОС является то, что действие АПВ должно производиться только после отключения линии (трансформатора) со всех сторон. Это необходимо для деионизации воздушного промежутка в месте повреждения. Вторая особенность заключается в том, что при отключении единственной связи между двумя частями энергосистемы, в момент ее повторного включения могут возникать значительные толчки тока, величина которых зависит от различия между модулями и углами напряжений по концам отключенной линии (трансформатора). Применительно к одиночной линии, связывающей части энергосистемы, устройство АПВ устанавливается по обоим концам. С одной стороны линии АПВ разрешается при отсутствии напряжения на линии, а с другой стороны при наличии напряжения на линии и при синхронности напряжений. Первым после отключения КЗ на линии релейной защитой срабатывает АПВ с контролем отсутствия напряжения (рисунок 5) и включает выключатель. При наличии на линии устойчивого повреждения выключатель снова отключится, при этом АПВ на другом конце линии действовать не будет. Если КЗ самоустранится, то линия останется под напряжением и будет действовать схема АПВ, установленная на другой стороне линии. Если угол между напряжениями по концам линии будет невелик схема, АПВ включит выключатель по истечению заданной выдержки времени и линия окажется включенной с обеих сторон. При значительной разнице амплитуд и частот напряжений по концам линии АПВОС будет ожидать восстановления синхронизма или незначительной по величине разности частот (0,1 – 0,2 Гц), когда включение линии не приведет к возникновению асинхронного хода и большим толчкам тока в линии. Контроль синхронизма осуществляет реле напряжения KSS типа РН-55, имеющего две обмотки, на каждую из которых подается одно из контролируемых напряжений. При равных по модулям напряжениях на шинах подстанции и линии разность напряжений, под действием которой находится подвижная система реле, в зависимости от угла между контролируемыми напряжениями можно выразить:

,

таким образом, при снижении разности напряжений до заданной уставки, реле KSS

будет реагировать на угол  между напряжениями. В схеме АПВ того конца линии, где осуществляется контроль отсутствия напряжения, накладка включена, а

Рисунок 5 – Схема АПВ с ожиданием синхронизма: а) схема цепей оперативного тока; б) цепи напряжения; в) векторная диаграмма, поясняющая принцип действия реле контроля синхронизма

последовательно включенные контакты ииз работы не выводятся, что

предотвращает отказ в действии АПВ при одностороннем отключении линии. С той стороны линии, где осуществляется контроль синхронизма и наличия напряжения, накладка отключена. Таким образом, на обоих концах линии могут использоваться устройства АПВ, выполненные по одной и той же схеме. Допустимость применения АПВОС проверяется как и для БАПВ по условию сохранения динамической устойчивости и по величине электромагнитного момента. Время срабатывания АПВ с контролем отсутствия напряжения выбирается по условию

,

где и– минимальное время срабатывания РЗ на рассматриваемом и максимальное время срабатывания РЗ на противоположном конце линии соответственно;,– времена включения и отключения выключателя рассматриваемого конца линии;– время отключения выключателя противоположного конца линии.

Рисунок 6 – Схема устройства АПВ с улавливанием синхронизма, в которой используется принцип синхронизации с постоянным углом опережения

Устройства АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС) выполняются с органом контроля синхронизма, подобным применяемому в автоматическом синхронизаторе с постоянным углом опережения. Это позволяет осуществлять АПВ при значительно больших скольжениях (1,5 – 2 Гц), чем при АПВОС, а выключатели линии включаются в той же последовательности. В отличие от БАПВ и НАПВ, применение которых допустимо только при определенных условиях, устройство АПВУС можно применять во всех случаях. Подача импульса на повторное включение выключателя осуществляется при определенной разности частот с опережением момента совпадения напряжений по фазе. Пример устройства АПВУС с использованием синхронизатора с постоянным углом опережения приведен на рисунке 6.

2.8 АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Наиболее целесообразно применять АПВ трансформаторов на подстанциях в районах с сильным загрязнением атмосферы уносами химических и металлургических предприятий (что приводит, как правило, к неустойчивым перекрытиям изоляции), а также на нетелемеханизированных подстанциях без постоянного дежурного персонала.

В среднем успешными являются 64,8% АПВ шин и 60% АПВ силовых трансформаторов. Под АПВ трансформаторов ниже будет пониматься АПВ одного или нескольких выключателей трансформатора, отключаемых действием одной или нескольких защит, установленных в цепи данного трансформатора. Устройства АПВ силовых трансформаторов особенно эффективны для случая одностороннего питания потребителей от этих трансформаторов. Так как резервная защита трансформаторов приходит в действие при КЗ на шинах низших напряжений (для защиты этих шин часто дифференциальная защита не устанавливается), а также в случае отказа в отключении КЗ на отходящих линиях, то успешная работа АПВ восстанавливает электропитание всего района.

Существенное значение имеет установка устройств АПВ на трансформаторах распределительной сети. Нередко токовая защита с чувствительностью, обеспечивающей ее действие в случаях КЗ в конце линии, отходящей к потребителю, оказывается не отстроенной от пусковых токов асинхронных двигателей. Обратное АПВ трансформатора, отключившегося от перегрузки, дает возможность потребителям восстановить технологический процесс с соблюдением намеченной заранее очередности пуска.

Применение АПВ трансформаторов рассматривается как обязательное мероприятие, отказ от которого должен быть каждый раз обоснован особо. При отказе в действии устройств АПВ трансформаторов или при выводе их из работы (например, для ремонта) персонал должен производить немедленно повторные включения соответствующих выключателей дистанционно с помощью телеуправления или (только для масляных выключателей) вручную на месте. Исключение составляют случаи, когда может быть подано несинхронное напряжение с недопустимым для электрических машин толчком тока.

Для трансформаторов, отключенных одной из защит от внутренних повреждений, при отсутствии видимых признаков повреждений разрешается производить один раз повторное включение, если отключение трансформатора ведет к прекращению электроснабжения потребителя.

Устройства АПВ трансформаторов предназначены для восстановления электроснабжения потребителей после аварийного отключения питающего трансформатора, не связанного с возникновением в нем внутренних повреждений. Для выполнения АПВ применяются устройства тех же типов, которые устанавливаются на выключателях линий электропередачи. При выборе схемы устройства АПВ должен быть учтен режим работы трансформатора (автотрансформатора). Если трансформатор имеет питание с одной из сторон, или синхронное питание с двух сторон (например, у трехобмоточного трансформатора со сторон 110 и 35 кВ), или допустимо применение НАПВ, то используются такие же типы устройств АПВ, как и для линий с односторонним питанием. При необходимости сохранения синхронизма между частями энергосистемы, включаемыми на параллельную работу выключателем в цепи трансформатора, применяются такие же схемы устройств АПВ, как для линий в кольцевых сетях с несколькими точками питания или для одиночных линий, связывающих две части энергосистемы.

Устройства АПВ трансформаторов отличаются главным образом способами выполнения их пуска и блокирования.

Пуск устройства АПВ при действии любой из защит, установленных на трансформаторе, обеспечивает его повторное включение при любом повреждении (в том числе и при внутреннем) в случае действия основных и резервных защит. Недостатком способа является возможность повторного включения поврежденного трансформатора и увеличение в связи с этим размеров повреждения. Этот способ может применяться при использовании быстродействующих защит или выполнении ускорения действия резервных защит после работы устройств АПВ.

Запрет АПВ при действии сигнального элемента газовой защиты применяется для предотвращения действия АПВ при внутренних повреждениях трансформаторов. Сигнальный элемент газовой защиты работает при наличии газа в реле или при утечке масла. Поэтому запрет АПВ сигнальным контактом газового реле можно использовать для обеспечения работы устройств АПВ после отключения выключателя трансформатора по любой причине, за исключением внутренних повреждений. Время действия устройств АПВ должно быть несколько большим времени срабатывания сигнального элемента газовой защиты (3 – 5 с).

Пуск устройства АПВ от резервных защит трансформатора (или, что то же, запрет АПВ при внутренних повреждениях – при действии дифференциальной или газовой защит) применяется наиболее часто. Такой пуск, однако, не обеспечивает АПВ при отключении трансформатора из-за КЗ на его выводах при работе дифференциальной защиты, а также из-за ложной работы дифференциальной или газовой защиты (например, при внешних КЗ, устранившихся после отключения места повреждения).

Вместе с тем возможно повторное включение в случае внутреннего КЗ, если имел место отказ дифференциальной и газовой защит. Отказ основных защит маловероятен, и с ним можно не считаться. Для обеспечения быстрого отключения трансформатора в случае повторного включения на КЗ следует предусматривать ускорение резервной защиты, установленной на выключателе, после его включения устройством АПВ.

При наличии на подстанции одного трансформатора с односторонним питанием установка на нем устройства АПВ является обязательной. Для трехобмоточных трансформаторов устройства АПВ устанавливаются на каждом из выключателей с таким расчетом, чтобы после отключения одной из обмоток трансформатора резервной защитой выключатель включался обратно.

При наличии на подстанции с односторонним питанием двух и более трансформаторов, работающих параллельно, установку АПВ следует считать обязательной, по крайней мере, для одного трансформатора. Если отключение одного из трансформаторов может вызвать перегрузку другого и необходимость отключения части потребителей, целесообразно оборудовать устройством АПВ и другой трансформатор.

Устройство АПВ целесообразно выполнять с пуском от резервных защит (например, максимальных токовых с выдержкой времени), установленных в цепи каждого из напряжений у трехобмоточных трансформаторов и с питающей стороны – у двухобмоточных трансформаторов.

При установке устройств АПВ на параллельно работающих понижающих трансформаторах следует предусматривать поочередное включение выключателей как для облегчения работы аккумуляторной батареи, так и для осуществления второй попытки подачи напряжения потребителю при неуспешном первом АПВ.

При раздельной работе трансформаторов можно предусматривать действие АПВ при работе защиты, реагирующей на внешние КЗ, и действие АВР при работе защиты, реагирующей на внутренние КЗ. Такое выполнение устраняет возможность включения неповрежденной секции подстанции на неустраненное КЗ в сети резервируемого трансформатора.

В случае питания от трансформатора синхронных двигателей или компенсаторов действие устройств АПВ должно быть увязано со временем перевода синхронной нагрузки в асинхронный режим при ее обесточивании или со временем, требуемым для отключения такой нагрузки, так же как это производится при АПВ линий. При установке на подстанции автотрансформаторов все сказанное выше в отношении применения устройств АПВ для трансформаторов остается в силе.

22. Совместное действие токовых защит и устройств автоматики.

На линия АБ установлено АПВ (обозначение – АКS).

А’1 – токовая отсечка (ТО) без выдержки времени.

А1, А2, А3 – максимальная токовая защита (МТЗ).

ТО А’1 без выдержки времени защищает только часть линии. КЗ в конце линии АБ отключает МТЗ. При этом время отключения недопустимо велико.

Наличие АПВ позволяет расширить защищаемую зону токовой отсечки.

Допускается неселективное действие токовой отсечки. ТО срабатывает при КЗ со стороны высшего напряжения на всех защищаемых линиях. Ее ток срабатывания отстраивают только от коротких замыканий за трансформаторами подстанций Б—Г в точках K1-K3. Трансформаторы имеют свои быстродействующие защиты.

Пример. Произошло КЗ в т. К4 на п/ст. Г со стороны ВН трансформатора. Сработает ТО А’1 и защита трансформатора. Отключатся выключатели Q1 и Q4. На выключатель Q1 подается команда на его включение устройством АПВ.

При КЗ в других точкам линия остается в работе, если КЗ самоустраняется или поврежденным оказывается трансформатор, который отключается одновременно с линией АБ своей собственной защитой. Если КЗ устойчивое, то отсечка будет действовать вторично. Это недопустимо. Для исключения этого она после первого же срабатывания перед действием АПВ выводится из работы, а устойчивые КЗ отключаются соответст­вующими МТЗ.

Сочетание неселективно действующей токовой отсечки без выдержки времени, работающей до АПВ, с максимальной токовой защитой называется токовой защитой с ускорением до АПВ.

Достоинства.

1. Простота схемы. 2. Снижается время отключения КЗ. 3. Зона ТО расширяется.

Недостатки данной схемы.

1. При отказе выключателя или устройства АПВ возможно развитие аварии.

2. Выключатель Q3 чаще срабатывает и его надо чаще ремонтировать.

3. При устойчивом КЗ в конце линии АБ время его отключения остается большим.

Более просто можно выполнить защиту, если на линиях БВ, ВГ устанавливать не максимальные токовые защиты, а токовые отсечки А’2.1,А’2.3. При коротких замыканиях на одном из этих участков срабатывает не только отсечка А’1 на линии АБ, но и отсечка А’2 поврежденного участка. При этом отпадает необходимость выводить из действия ‘ отсечку А’1. Неустранившиеся КЗ на линии АБ отключаются с минимальным временем . Токовая отсечка на линии АБ в данном случае будет основной защитой.

Используя устройство АПВ можно выполнить защиту с другим порядком действия отсечки и МТЗ.

Отсечка выводится из действия, а поврежденная линия отключается селективно максимальной токовой защитой и включается повторно устройством АПВ. При этом вводится в действие токовая отсечка и отключает линию, если повреждения не устраняются. Такое сочетание максимальной токовой защиты и токовой отсечки называется токовой защитой с ускорением после АПВ.

Аналогично согласуется действие токовой защиты с действием устройств автоматического включения резерва (УАВР). Если к резервному источнику питания устройством АВР подключается поврежденный элемент системы электроснабжения, то токовая защита с ускорением после АВР его отключает.

Неселективная отсечка в сочетании с УАПВ используется также для снижения мощности КЗ.

Из-за развития системы электроснабжения увеличивается мощность короткого замыкания и выключатели в некоторых цепях не могут отключить возросшие токи КЗ.

В этом случае уменьшают ток КЗ отключением одного из источников питания.

Линии от двух источников питания подходят к РП. От РП отходит несколько линий. Произошло КЗ в точке К. Выключатель Q2 не может отключить ток КЗ при двух источниках. При КЗ срабатывает ТО А без выдержки времени и отключает выключатель Q1. Затем Q2 отключает поврежденный участок. АПВ исправляет неселективное действие ТО, включая выключатель Q1.

После отключения поврежденной линии выключателем Q1 источник следует включить вновь. Отключение и повторное включение источника питания осуществляются совместным действием неселективной токовой отсечки А и устройства АПВ

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР): назначение, принцип действия, схемы

Электроснабжение потребителей предусматривает четкое соблюдение основных параметров сети. Так как их отклонение от нормативного значения вызывает сбои в работе высокоточных устройств, снижает срок эксплуатации оборудования или может привести к возникновению аварийного режима. Наиболее ощутимые нарушения и последствия возникают при снижении частоты, для борьбы с  которой используется автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Понятие автоматической частотной разгрузки

Автоматическая частотная разгрузка представляет собой систему автоматического регулирования нагрузки, подключенной к энергосистеме в случае резкого снижения частоты. Регулирование осуществляется посредством отключения потребителей, в зависимости от категории их значимости. То есть сначала прекращается питание наименее значимой части потребителей.

Разделение потребителей по категориям

Всего в электрической сети  выделяется три категории потребителей при наладке автоматической частотной разгрузки. Что и определяет требования к их питанию и возможным перерывам, в случае каких-либо аварийных процессов.

• 1 категория – это такие организации или предприятия, прекращение питания которых может привести к гибели людей, несет потенциальную угрозу государственным интересам или несет существенный финансовый ущерб.
• 2 категория – это такие приемники, перерыв в снабжении которых, приводит к простою в различных технологических операциях, может снизить производительность и т.д.
• 3 категория – это такие потребители, от обесточивания которых не возникает никакой потенциальной угрозы. Именно эта категория и является наиболее приоритетной для отключения автоматической частотной разгрузкой.

Рисунок 1 Питание потребителей, в зависимости от категории

Правила допускают перерыв в питании всех вышеперечисленных объектов при снижении частоты, но в соответствии с их категорией. Так, электроснабжение потребителей 1-ой категории может прерываться лишь на время переключения на второе питание, что составляет считанные доли секунд. Вторая и третья допускают более длительный перерыв – не более суток подряд.

Понятие дефицитной энергосистемы

В случае, когда электрическая система не способна обеспечить достаточное количество электрической энергии, возникает дефицит мощности. Такая ситуация может возникнуть при отключении одной из электростанций, подключении нового мощного потребителя или удаленного короткого замыкания.  Из-за недостатка мощности для всех подключенных потребителей получается дефицитная энергосистема. А при отсутствии автоматической частотной разгрузки или при ее некорректной работе в системе возникают крайне плачевные последствия.

Последствия снижения частоты

В случае уменьшения частоты на 0,2 – 0,4 Гц изменения не будут ощутимыми. Но при снижении уровня до 48Гц и ниже возникают необратимые процессы, как в самой электрической сети, так и в приборах. Даже, казалось бы, незначительное снижение на 2 Гц влечет нарушения в работе потребителей электроэнергии: двигатели теряют частоту вращения, теряется управление станочным оборудованием, снижается производительность, могут возникнуть аварии и катастрофы.

Если не принимаются меры к восстановлению нормального режима, то дефицит  приводит к лавинному процессу падения частоты. Затем происходит снижение напряжения, возрастание уровня электрического тока в электрических машинах, перегреву и разрушению изоляции. Генераторы электростанций, как и потребители, испытывают такие же перегрузки, которые могут привести к их выходу со строя или травмированию персонала. Реальное препятствие этим последствиям способна оказать автоматическая частотная разгрузка.

Назначение АЧР

В любой энергетической системе закладывается резерв мощности, что обеспечивает установленный уровень активной мощности при колебаниях количества приемников энергии и их аппетитов. Если этот резерв исчерпается, то для восстановления баланса срабатывает автоматическая частотная разгрузка.   АЧР предназначена для удаления из схемы питания потребителей третей категории, что может предотвратить отключение генераторов и полную остановку электростанций.  В зависимости от величины изменения частоты или длительности дефицита могут применяться различные виды автоматической частотной разгрузки.

Классификация

На электростанциях и подстанциях для автоматической частотной разгрузки системы в аварийной ситуации может применяться один из четырех или сразу несколько видов защиты [ 1 ].

• АЧР-1 осуществляет быстрое отключение в течении 0,3 – 0,5с, чтобы не допустить снижения частоты. Срабатывание отстраивается в пределах от 48,5 до 46,5 Гц. Диапазон уставки можно подбирать с шагом по 0,1 Гц. При этом потребители отключаются ступенчато, в зависимости от их мощности.
• АЧР-2 характеризуется такими же пределами срабатывания, но отстраивается на более длительное время выдержки от 5 до 90с. В отличии от АЧР-1, нагрузки АЧР-2 отключаются с большей выдержкой, так как она восстанавливает частоту уже после остановки лавинообразного процесса.
• ЗАЧР позволяет предотвратить инциденты из-за аварийного дефицита на атомных электростанциях. Время для вывода блоков АЭС по данной защите составляет 0,5с.
• ЧАПВ – представляет собой частотное автоматическое повторное включение. Срабатывание ЧАПВ позволяет восстановить подачу электрической энергии потребителям, которых обесточили для выравнивания частоты.

Принцип действия

Рисунок 2 Принцип действия АЧР

Посмотрите на рисунок, как видите, здесь представлена схема АЧР с частотным АПВ. В случае снижения частоты до уровня уставки или ниже срабатывает частотное реле KF. С него сигнал поступает на реле времени KT1, которое замыкает группы контактов промежуточных реле KL 1 и 2 . Именно они управляют отключением потребителей в соответствии с выстроенным приоритетом.

После этого измерительный элемент проверяет уровень частоты в сети. При достижении частотой величины в 50 Гц запускает сигнал от цепи измерительного блока к временному KT2. Затем, через промежуточное KL4 замыкаются контакты на обратное подключение потребителей к сети, чем и осуществляется ЧАПВ.

Схемы АЧР

В соответствии с предъявляемыми требованиями, все типы автоматической частотной разгрузки способны реализовать различные функции защиты. Поэтому для построения тех или иных характеристик устройств АЧР, ступеней в их работе применяются определенные схемы. Также устройство может собираться как на реле, так и на полупроводниковых приборах.

С одним реле частоты

Рисунок 3 Схема АЧР с одним реле

Посмотрите на рисунок, здесь вы видите принципиальную схему автоматической частотной разгрузки, в которой используется одно частотное реле. Посредством контактов промежуточного реле РП к частотному реле РЧ1 подается сигнал от измерительного элемента. Которое при снижения уровня частоты сразу же замыкает контакты РП1 и РП2. От контактов реле РП2 поступает сигнал на отключение нагрузки.

В случае повышения уровня частоты выше уставок срабатывания схема возвращается в исходное положение. При этом от реле РП5 поступает сигнал на контакты РП5.1, которые отключают обмотки РВ1 и РП4. На тот случай, если работа по такой схеме не даст желаемого результата, здесь предусмотрено шунтирование РВ1.

С ЧАПВ

Рисунок  4 Схема с ЧАПВ

Обратите внимание, в данной схеме автоматической частотной разгрузки, объекты отключаются релейной защитой в том же порядке, что и в предыдущем примере. От Р4 подается сигнал на временное реле РВ1, через контакты которого возбуждаются обмотки промежуточного РП1. Контакты промежуточных РП1.1 и РП2.1 посылают сигнал на отключение. Об этом сигнализирует РУ1.

После нормализации частоты сигнал проходит по контактам РП1.3 и РП3.2 возбуждается обмотка временного РВ2. Через его контакты сигналы возбуждают обмотку промежуточного РП4. А оно, в свою очередь, через контакты РП4.2 и РП4.3 посылает сигнал на частотный пуск потребителей. После чего указательное реле РУ 2 сигнализирует о срабатывании ЧАПВ.

Требования, предъявляемые к АЧР

• Успешная ликвидация разнообразных аварий — автоматическая частотная разгрузка обеспечивает адекватную реакцию на локальные и общесистемные дефициты. Это означает, что противоаварийная автоматика срабатывает не зависимо от характера развития – единичной или каскадной, темпов нарастания или выходной мощности с электростанции.
• Обеспечение частотно-временной зоны – автоматическая частотная разгрузка обязана обеспечить соблюдение зоны, указанной на рисунке.

Рис, 5 Частотно-временная зона

Как видите, на рисунке указана заштрихованная область, обозначающая границу, ниже которой частота не может опускаться в определенный момент времени. В противном случае, такая автоматическая частотная разгрузка не обеспечит достаточную защиту и лопасти турбины испытают колоссальную нагрузку, способную нарушить целостность металла.

• Минимальное количество отключенных – выходное реле автоматической частотной разгрузки должно обеспечивать как можно меньшее число обесточенных потребителей во время срабатывания. Для этого применяется АВР, запускающаяся на электростанциях после снижения частотных характеристик, чтобы выдать дополнительную мощность.
• Достаточное число ступеней – АЧР должна производить такое отключение категорий разгрузки, при котором будут обесточиваться наименее важные объекты в последовательности их значимости касательно возможного ущерба.
• Достижение приемлемого значения – сама автоматическая частотная разгрузка не должна решать проблему с регулированием частоты до 50 Гц. Ее задача обеспечить такую частоту, при которой группы энергосистем смогут длительно обеспечивать нормальные условия работы. Пока персонал будет решать проблему.
• Отсутствие ложных срабатываний – автоматическая частотная разгрузка не должна реагировать на процессы, схожие с падением частоты (асинхронные режимы, синхронные качания и прочие).

Таким образом, автоматическая частотная разгрузка должна отстраивать свою работу от постоянных параметров системы. При этом случайные факторы, влияющие на различные коэффициенты, не должны затрагивать работу релейной или полупроводниковой аппаратуры, запускающей автоматическую частотную разгрузку.

Видео по теме