Автоматическое включение резервного питания

Автоматическое включение резерва (АВР) предназначено для переключения потребителей с поврежденного источника питания на исправный, резервный. В системах сельского электроснабжения уст­ройства АВР применяют на двухтрансформаторных подстанциях 35 = 110/10 кВ (местные АВР) и на линиях 10 кВ с двусторонним питанием, работающих в разомкнутом режиме (сетевые АВР). В связи с появлением потребителей первой категории по надежности электроснабжения (животноводческие комплексы) начинают внедрять устройства АВР на ТП-10/0,38 кВ, на линиях 0,38 кВ и на резервных дизельных электростанциях. К схемам АВР предъявляются следующие основные требования:

АВР должно обеспечиваться при непредусмотренном прекращении электроснабжения по любой причине и при наличии напряжения на резервном источнике питания;

АВР должно осуществляться с минимально возможным временем действия;

АВР должно быть однократным;

АВР должно обеспечивать быстрое отключение резервного источника при включении на устойчивое к.з., для этого рекомендуется выполнять ускорение защиты после АВР (аналогично тому, как это делается после АПВ, см. работу 20);

в схеме АВР должен быть предусмотрен контроль исправности цепи включения резервного оборудования.

Для пуска АВР при исчезновении напряжения основного источника используется реле минимального напряжения. В некоторых случаях роль пускового органа выполняет реле времени с возвращающимся якорем (в нормальном режиме реле времени находится постоянно под напряжением и якорь притянут). Уставка срабатывания этих реле обычно, если не имеется конкретных данных, выбирается из условия

U_ср = (0,25…0,4)U_ном. (8.1)

Время срабатывания пускового органа устройства АВР (t_ср.АВР) выбирается по следующим условиям:

по отстройке от времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых повреждения могут вызвать уменьшение напряжения ниже принятого по условию (8.1):

t_ср.АВР ≥ t_с.з + Δt,(8.2)

где t_с.з – наибольшее время срабатывания указанных защит; Δt –ступень селективности, принимаемая равной 0,6 с при использовании реле времени со шкалой до 9 с и равной 1,5…2 с со шкалой до 20 с;

по согласованию действия АВР с другими устройствами автоматики (например, АПВ линии, по которой осуществляется подача энергии от основного источника питания)

t_ср.АВР ≥ t_с.з.л + t_{1 АПВ} + t_зап, (8.3)

где t_с.з.л – наибольшее время действия защиты линии (элемента системы электроснабжения), передающей энергию потребителям, для которых осуществляется АВР; t_{1 АПВ} – время цикла неуспешного АПВ этой линии; t_зап – запас по времени, принимаемый равным 2…3,5 с.

В сельских электрических сетях применяются сетевые АВР, которые обеспечивают резервирование потребителей, подключенных к линиям с двусторонним питанием, работающих в разомкнутом (условно замкнутом) режиме (рис. 8.5а).

Рис. 8.5. Схема сетевого АВР для сельских сетей 10 кВ (на выключателе с пружинным приводом):
а – поясняющая первичная схема сети 10 кВ; б – схема цепи напряжения пускового органа АВР; в – схема АВР и управления выключателя 3 (пункта АВР)

Сетевые АВР представляют собой комплекс аппаратов, в который входят:

само устройство АВР, переключающее питание сети на резервный источник путем включения выключателя пункта АВР (3В, рис. 8.5), который отключен в нормальном режиме работы схемы;

устройства, обеспечивающие при необходимости автоматическую пере­стройку релейной защиты перед изменением режима работы сети при АВР;

устройство делительной автоматики минимального напряжения (действует на отключение 1В и 5В, рис. 8.5а) которое предотвращает подачу напряжения от резервного источника на поврежденный рабочий источник т.п.), а также на некоторые другие устройства.

На рис. 8.5в показана схема сетевого АВР для выключателей с пружинным приводом, наиболее распространенным в сельских сетях 10 кВ.

На пункте АВР (рис. 8.5а) установлена ячейка (шкаф) КРУН с вы­ключателем ЗВ, оборудованным сетевым АВР и релейной защитой. Действие пускового органа АВР обеспечивается от трансформаторов напряжения ТН1 и ТН2 (по два или по одному ТН с каждой стороны), которые являются источниками оперативного тока для всех устройств пункта АВР. При этом питание шинок управления 1ШУ и 2ШУ (рис. 8.5в) осуществляется либо от ТН1, либо от ТН2 с автоматическим переключением на ТН неповрежденной линии.

При исчезновении питания, например со стороны подстанции А, срабатывают реле напряжения 1РН, 2РН. При наличии напряжения со стороны подстанции Б запускается реле времени 1РВ и через заданное время (условия 8.2, 8.3) замыкает контакт 1РВ в цепи электромагнита включения ЭВ выключателя ЗВ.

Если пружины привода заведены (контакт КГП1 замкнут), выключатель включается. При успешном АВР через замкнувшийся вспомогательный контакт ЗВЗ включается двигатель AMP и заводит пружины привода. При неуспешном АВР (включение на к.з. с последующим отключением от защиты) контакт ЗВЗ остается разомкнутым и пружины не заведены (продолжительность полного завода пружин 6…20 с). Этим обеспечивается однократность АВР. В данном случае для подготовки привода к включению необходимо вручную перевести устройство 20У в положение 2–3. При неис­правностях в цепях ТН1 или ТН2 отключается соответствующий автомат АВ и своим вспомогательным контактом АВ1 или АВ2 выводит из действия устройство АВР для работы в сторону поврежденного ТН. Если уставки t_ср.АВР при исчезновении напряжения со стороны источников А и Б существенно отличаются, то устанавливают второе реле 2РВ (на схеме не показано), так что реле 1РВ запускается по цепи 1РН, 2РН, АВ1, а реле 2РВ – по цепи ЗРН, 4РН, АВ2.

Работу схемы АВР трансформаторов проверяют на стенде (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Схема устройства АВР (включение секционного выключателя)
на двухтрансформаторной подстанции

Принципиальная схема АВР, показанная на рисунке 8.6, позволяет при помощи секционного выключателя СВ автоматически подавать питание на шины секции I или II при аварийном отключении трансформаторов Т1 или Т2.

Рассмотрим работу схемы при включении резервного питания на шины секции 1.

Потребители секции 1 нормально питаются от трансформатора Т1, а автоматическое резервирование их питания осуществляется включением СВ.

Автоматическое резервное питание подается при исчезновении напряжения на шинах секции 1 вследствие:

отключения источника питания или линии электропередачи со стороны Т1;

короткого замыкания внутри трансформатора и на шинах секции 1;

непреднамеренного отключения трансформатора Т1.

Схема АВР работает только при замкнутых контактах переключателя П. Обмотка реле однократного включения устройства АВР (РОВ) находится под напряжением и его контакт замкнут до тех пор, пока включен выключатель 1В1.

При исчезновении напряжения на шинах секции 1 реле минимального напряжения замыкает свои размыкающие контакты. Через его замкнутые контакты реле времени 1РВ получает питание и через определенную выдержку времени подает импульс на отключение трансформатора Т1 (выключателей 1В и 1В1).

Обычно реле времени действует на промежуточное реле, которое своими контактами включает оперативные цепи выключателя. На лабораторном стенде промежуточные реле могут быть не установлены, так как отклю­чающие соленоиды контакторов потребляют небольшую мощность, которая допустима для контактов реле времени. После отключения выключателей обмотка РОВ обесточивается, но возврат его контактов в исходное положение происходит с некоторой выдержкой времени. Время возврата немного больше времени включения выключателя СВ. Поэтому импульс на включение СВ успевает пройти через контакт РОВ и включить его, благодаря чему шины секции 1 получают питание от трансформатора Т2. После размыкания контакта РОВ цепь импульса на включение выключателя разрывается, чем обеспечивается однократность действия устройства АВР.

В реальных схемах для исключения ложных действий устройств АВР при сгорании предохранителей в цепи трансформатора напряжения ТН ставят два реле минимального напряжения РН с последовательным соединением их контактов. Кроме того, можно включить последовательно еще одно реле напряжения, которое питается от резервного источника и разрешает действо­вать устройству АВР при исчезновении напряжения на основной секции для данных потребителей только при наличии напряжения на шинах резервного питания.

На секционном выключателе СВ установлена максимальная токовая защита. Стенд оборудован устройством для создания на шинах секций 1 и на вводе Т1 устойчивых и неустойчивых коротких замыканий при помощи кнопок К1 и К2.

Для исследования процесса самозапуска асинхронного двигателя при АВР на стенде устанавливается электрический секундомер. Через замыкающие контакты реле напряжения РН осуществляется шунтирование и дешунтирование обмотки секундомера. Секундомер отсчитывает время от момента нарушения режима питания секции 1 до восстановления нормального напря­жения путем включения СВ, т.е. с момента размыкания до момента замыкания замыкающих контактов реле минимального напряжения (время перерыва питания потребителей при АВР, в частности питания элек­тродвигателя).

Указания к выполнению работы

1. Изучить принцип действия приведенных схем АВР*. (*Далее сделаны указания применительно к ЛВР трансформаторов. Аналогично в зависимости от конкретных условий могут быть составлены указания к выполнению работ по схеме АВР линий или дизельных агрегатов (ДЭС). В последнем случае в лаборатории можно установить только пульт автоматики ДЭС и имитировать различные режимы управления ДЭС).

2. Прежде чем собирать схему согласно рис. 8.6, следует выбрать рабочие уставки реле максимальной токовой защиты СВ, реле напряжения и реле времени пускового органа устройства АВР.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты вычисляют по выражению

где I_д.нач – наибольший ток самозапуска двигателя с учетом нагрузок другими потребителями шин секции 1, который определяется опытным путем.

Для определения тока I_д.нач необходимо включить второй источник (Т2), а также рубильник электродвигателя и кнопками ручного управления включить СВ (шины секции 1), записывая при этом показание амперметра. Коэффициент трансформации трансформатора тока принять равным единице.

Выдержка времени защиты должна быть согласована с выдержками времени защит потребителей, питающихся от секции 1. Максимальную выдержку времени защит от коротких замыканий на линиях, отходящих от шин секции 1, принять равной 0,8 с.

Напряжение срабатывания (замыкание размыкающего контакта) реле минимального напряжения U_cp должно быть меньше минимального напряжения самозапуска двигателя, так как иначе могут быть ложные действия устройства АВР после отключения внешних коротких замыканий и последующего самозапуска двигателя:

где k_н = 1,3 – коэффициент надежности; k_b = 1,2 – коэффициент воз­врата; U_д – минимальное напряжение самозапуска, определяемое опытным путем по показаниям вольтметра при пуске электродвигателя и замере тока самозапуска I_д.нач.

Значения U_д и I_д.нач измеряют при пуске двигателя из состояния покоя.

Действие реле времени АВР отстроить от времени действия защит линий, отходящих от шин секции 1.

3. Собрать электрическую схему устройства АВР, установить уставки реле в соответствии с данными, полученными при расчетах, и проверить правильность работы устройства АВР.

Вначале собрать и проверить работу цепей управления, поочередно отключая кнопками ручного управления рабочую линию и включая СВ и наоборот. Затем проверить действие релейной защиты и схемы АВР, создавая искусственные неустойчивые и устойчивые короткие замыкания (при помощи кнопок) в точках К1 и К2.

При проверке действия автоматики и защиты, а также при выполнении других пунктов работы переключатель II должен быть включен.

4. Снять и построить кривые изменения напряжения U_дмаксимального тока самозапуска I_д.нач и времени t_д самозапуска двигателя после АВР в зависимости от времени перерыва питания t_п*. (* Для проведения опыта п. 4 установить U_ср @ U_д).

При снятии данных для построения кривых U_д = f₁(t_п), I_д.нач = f₂(t_п),t_д = f₃(t_п)предварительно загруженный двигатель запустить от трансформатора Т1. Для реле 1РВ последовательно задавать уставки: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 с. При каждой из этих уставок устроить искусственное короткое замыкание в точке К₁и измерить минимальное напряжение U_д, максимальный пу­сковой ток I_д.нач, время перерыва подачи питания t_пи продолжительность самозапуска электродвигателя t_д.Время определяется электрическим секундомером (см. рис. 8.6) от момента короткого замыкания до восстановления напряжения трансформатора Т2 на шинах до значения, при котором реле РН останавливает секундомер. Затем определить

t_д = t_п – t_у,

где t_у – уставки реле времени 1РВ.

В ходе опыта построить соответствующие кривые, в случае выпадения некоторых точек кривых опыт повторить и данные осреднить.