ИСТОЧНИКИ И СХЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

Назначение и основные требования. Источники оперативного тока осуществляют питание цепей дистанционного управления выключателями, устройств РЗ, автоматики и других средств управления.

Питание оперативных цепей управления, цепей РЗ и других устройств, от которых зависит отключение поврежденных элементов энергосистемы и ликвидация ненормальных режимов, должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник оперативного тока, состоит в том, чтобы во время любых повреждений и ненормальных режимов напряжение источника оперативного тока и его мощность всегда имели достаточное значение как для безотказного действия устройств РЗ, автоматики, телемеханики и сигнализации, так и для надежного отключения и включения соответствующих выключателей.

Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.

Постоянный оперативный ток. В качестве источника постоянного тока служат аккумуляторные батареи с номинальным напряжением 220-110 В; на небольших подстанциях иногда применяются батареи 48 В. От аккумуляторных батарей осуществляется централизованное питание всех устройств РЗ, автоматики, цепей управления и сигнализации.

Рис.1.17. Принципиальная схема питания оперативных цепей РЗ, управления и сигнализации оперативным постоянным током

Аккумуляторная батарея GВ подключается к сборным шинам (рис.1.17), от которых получают питание все потребители постоянного тока. Аккумуляторные батареи обычно работают в режиме постоянного подзаряда, что позволяет обеспечить их непрерывную готовность к действию в полностью заряженном состоянии. Для этой цели на сборные шины параллельно GВ включается постоянно работающее подзарядное устройство (ПУ). Первоначально подобные устройства выполнялись в виде генератора постоянного тока, приводимого в действие электродвигателем, получающим питание от сети переменного тока; в последнее время стали применяться полупроводниковые выпрямители.

Самым ответственным участком являются цепи РЗ и автоматики, цепи управления силовыми выключателями и ихэлектромагнитов отключения (ЭО) – они получают питание от шинок, называемых шинками управления ШУ. Вторым по значению участком являются цепи электромагнитов включения (ЭВ) выключателей, питающиеся также от отдельных шинок ШВ. Третьим по значению участком, менее ответственным, является сигнализация, питающаяся от шинок ШС. Остальные потребители постоянного тока (аварийное освещение, некоторые электродвигатели собственных нужд) образуют четвертый участок, питающийся от отдельной шинной сборки или непосредственно от сборных шин; шинки ШУ, ШВ, ШС по соображениям надежности секционируются.

На ЭС и крупных узловых ПС главные сборные шины питания цепей управления для повышения надежности (при повреждениях на главных шинах) выполняются в виде двух секций, каждая из которых получает питание от аккумуляторной батареи через автоматические выключатели или предохранители. Потребители, подключенные к шинкам ШУ, ШВ, ШС,подразделяются на участки по территориальному принципу (РУ 220, 110 кВ, щит управления и т. п.). Каждый такой участок питается по кольцевой схеме не менее чем по двум линиям, отходящим от разных секций соответствующих шинок.

Все линии и подключенные к ним элементы должны иметь надежную защиту от КЗ. Она выполняется предохранителями FQ или автоматическими выключателями. На главной питающей цепи и идущей от батареи GВ на сборные шины также устанавливается автоматический выключатель SF или предохранитель. Характеристики времени действия всех предохранителей и автоматических выключателей должны согласовываться и обеспечивать селективность отключения поврежденного элемента при КЗ в сети постоянного тока. Ток срабатывания защитных устройств отстраивается от максимального тока нагрузки и должен обеспечивать их действие при КЗ в конце следующего резервируемого участка.

Для выявления неисправностей в сети постоянного тока предусматриваются специальные устройства контроля. Например, исправность предохранителей, целостность цепи ЭО и вспомогательных контактов выключателя SQ контролируется реле КН (рис.1.18).

В сетях постоянного тока возможны замыкания на землю. В случае замыканий на землю в двух точках K1 и К2 (рис.1.19) контакты РЗ шунтируются и в электромагните отключения YAT появляется ток, под действием которого выключатель может ложно отключиться. Чтобы предупредить подобные отключения, применяется контроль за появлением "земли" на постоянном токе. Контроль осуществляется при помощи вольтметров V1 и V2 и сигнального реле KL, как показано на рис.1.17.

Аккумуляторные батареи являются самым надежным источником питания устройств РЗ, так как они готовы к действию в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной сети переменного тока. В то же время у аккумуляторных батарей имеются и недостатки. Вследствие высокой надежности они устанавливаются на всех ЭС и на ПС с напряжением 110 кВ и выше. Они значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются подзарядные установки, специальные помещения, для их обслуживания необходим квалифицированный персонал. Из-за централизации питания создается сложная, протяженная, дорогостоящая и требующая большого количества контрольного кабеля сеть постоянного тока.

В связи с этим на ПС в распределительных сетях 6, 10, 35, а иногда и 110 кВ получили применение источники переменного оперативного тока.

Переменный оперативный ток. Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение первичной сети. В качестве источника переменного оперативного тока служат трансформаторы тока (ТТ), трансформаторы напряжения (ТН), и трансформаторы собственных нужд (ТСН).

Трансформаторы тока (ТТ) являются надежным источником питания оперативных цепей РЗ от КЗ. Вторичный ток ТТ при КЗ резко возрастает, соответственно увеличиваются вторичные напряжение и мощность ТТ, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей при КЗ. Однако при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении, ток и мощность ТТ оказываются недостаточными для действия логических элементов РЗ и срабатывания выключателей. По тем же причинам ТТ нельзя использовать для дистанционного управления выключателями в нормальном режиме, а также при отсутствии напряжения (и тока) на защищаемом объекте.

Трансформаторы напряжения (ТН) и собственных нужд (ТСН), подключенные к сети, питающей защищаемый объект, непригодны для питания оперативных цепей РЗ от КЗ, так как при КЗ напряжение в этой сети резко снижается. При повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся понижениями напряжения в сети, ТН и ТСН могут использоваться для питания РЗ от перегрузки и от замыканий на землю.

Принципы выполнения схем РЗ на переменном оперативном токе рассмотрены в гл. 4. По сравнению с аккумуляторной батареей источники переменного оперативного тока имеют меньшую стоимость, требуют менее сложного обслуживания и не нуждаются в специальном помещении.

Недостатком источников оперативного переменного тока является ограниченная мощность, как правило, недостаточная для отключения выключателей в сетях напряжением выше 35 кВ с применяемыми в отечественной практике электромагнитными и пневматическими приводами.

Источники переменного оперативного тока получили широкое распространение для питания токовых РЗ в сетях 6-35 и отчасти 110 кВ [9,12,19].

Особые требования к источникам оперативного тока предъявляются РЗ, выполняемыми на полупроводниковых элементах. Эти источники питания рассмотрены в гл. 2.