Лекция 8. Источники оперативного тока

Общие сведения. На ответственных объектах в качестве источника оперативного тока используется аккумуляторная батарея. Принято считать аккумуляторную батарею наиболее надежным источником оперативного тока. Напряжение на аккумуляторной батарее не зависит от наличия и величины напряжения основной сети подстанции, мощности батареи достаточно для операции включения любого выключателя на объекте. Учитывая высокую стоимость и необходимость постоянного обслуживания обычных стационарных аккумуляторных батарей, аккумуляторные батареи ранее устанавливались на электростанциях и крупных подстанциях 330–110 кВ. Аккумуляторная батарея работает в режиме постоянного подзаряда от специальных выпрямителей (типа ВАЗП, ВУК), которые подключены к шинам постоянного тока и одновременно обеспечивает стабилизацию напряжения на шинах оперативного тока. Как правило, в работе должно быть два ВАЗПа, питающиеся от разных трансформаторов собственных нужд и работающих параллельно на шины щита постоянного оперативного тока. При отключении вводных автоматов ВАЗПов или аккумуляторной батареи должна сработать сигнализация, и приняты немедленные меры по их обратному включению, так как только один из этих источников не обеспечивает надежной работы потребителей оперативного тока. Независимо от наличия сигнализации, должен быть организован периодический контроль за работой батареи и щита постоянного тока. При этом необходимо контролировать: уровень напряжения – 220–230В; ток аккумуляторной батареи и подзарядных агрегатов – настраивается таким образом, чтобы ВАЗПы покрывали ток нагрузки щита и обеспечивали необходимый ток подзаряда батареи. При отсутствии подзаряда аккумуляторная батарея в течение нескольких часов может потерять свой заряд за счет ее разряда на нагрузку подстанции, и устройства защиты и автоматики не смогут включить выключатель. Величина сопротивления изоляции сети постоянного тока должно контролироваться автоматически. При снижении сопротивления изоляции ниже 20 кОм в сети оперативного тока 220 В (10 кОм в сети 110В) срабатывает сигнал “Земля на шинах оперативного тока“. Поэтому, при появлении сигнала “Земля” должны быть прекращены все работы, кроме поиска места замыкания на землю. Для повышения надежности питания защиты и управления постоянным оперативным током, должна быть обеспечена селективность между вводным автоматом аккумуляторной батареи и автоматами (предохранителями) отходящих от щита постоянного тока (ЩПТ) присоединений. Добиться такой селективности технически сложно, главным образом потому, что ряд присоединений постоянного тока имеет большой ток нагрузки: соленоиды включения электромагнитных приводов, двигатели постоянного тока. Для аккумуляторной батареи обычного типа требуется большое помещение, специальное отопление и вентиляция, т.к. при заряде батареи выделяется водород, представляющий большую пожарную опасность. Необходимо постоянно контролировать уровень заряда АБ, плотность и уровень электролита. Эти трудности привели к тому, что аккумуляторные батареи применялись только на крупных объектах. В остальных случаях применялись различные виды переменного оперативного тока. Выбор принципов выполнения оперативного тока. Наиболее универсальным, в большинстве случаев следует считать применение постоянного оперативного тока. Если объект ответственный, следует рассмотреть целесообразность применения 2-х источников оперативного тока, особенно в случаях, когда выключатели имеют 2 соленоида отключения, и позволяют иметь 2 независимые системы оперативного тока и релейной защиты. Использование именно постоянного оперативного тока, позволяет реализовать все возможности современных микропроцессорных терминалов: телеуправление, измерения, регистрация событий, осциллографирование и.т. д. Эти функции разрабатываются с расчетом именно на постояный оперативный ток, который не исчезает при отключении подстанции. Часть функций частично можно реализовать при питании от переменного тока. Применение разных видов переменного (выпрямленного) оперативного тока можно рекомендовать на неответственных объектах типа ТП, РП, где количество присоединений не превосходит 10, и не требуется телемеханизация объекта. Элементы щита постоянного тока (ЩПТ). Простейший контроль изоляции выполняется по схеме рисунка 8.1. Если принять R1=R2=100 кОм; Rиз==20кОм; Rреле=5кОм; U=220V, R=120 кОм; I = 1.83мА; I реле =1.53мА. Примерно такие параметры имеет реле ЕЛ17, выпускаемое АО “РИТМ”. Для автоматического контроля уровня напряжения нужны реле напряжения постоянного тока с высоким коэффициентом возврата. Причина в том, что зона допускаемых отклонений напряжения на ЩПТ от номинального составляет не более ±5%. При напряжении 220 В это будет диапазон 210-230 В. При большем отклонении должна работать сигнализация.

Рисунок 8.1 - Схема включения реле контроля изоляции ЩПТ и расчет тока срабатывания реле

Таким образом, уставка сигнализации по повышению напряжения должна составить 230В, а по понижению 210В. Сигнализация должна быть отрегулирована таким образом, чтобы при работе в допустимой зоне 210 –230 В сигнализация не работала. При коэффициенте возврата 0.95 уставка реле повышения напряжения должна составить 230/0.95 = 242В, а уставка сигнализации понижения напряжения при Кв=1.05 будет равна 210/1.05 = 200 соответственно, диапазон гарантированного срабатывания сигнализации будет составлять 240-200 В. Такой коэффициент возврата имеет реле контроля уровня напряжения щита постоянного тока НЛ8, выпускаемое АО “РИТМ”. Для выполнения сигнализации требуется 2 реле НЛ-8: одно для повышения напряжения, другое для понижения напряжения. Среди реле, выпускаемых АО “РИТМ”, имеется реле с двумя порогами срабатывания и отпускания типа НЛ 9, которое одно может быть использовано взамен двух НЛ 8. Это реле подтянуто в зоне между двумя уставками – при напряжении выше уставки U2, но ниже уставки U1. Можно выполнить и более простую схему, подключив на шины АБ цепочку, состоящую из конденсатора 16 мкФ и токового реле РТ-40/0.2 с последовательным включением обмоток (рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 - Сигнализация повышения уровня высших гармоник на шинах постоянного тока

Для щитов постоянного тока фирма Энергомашвин выпускает специальное устройство контроля: блок сопряжения БСП-АБ. Блок сопряжения с аккумуляторной батареей предназначен для контроля напряжения, изоляции и тока заряда АБ. Функция контроля напряжения с двумя регулируемыми порогами срабатывания и отпускания обеспечивает контроль цепей оперативного постоянного тока напряжением 220 В. Функция контроля изоляции обеспечивает контроль изоляции любой из шин источника постоянного тока относительно земли. Функция контроля тока заряда позволяет контролировать наличие зарядного тока аккумуляторной батареи. При исчезновении тока заряда аккумуляторной батареи загорается красный светодиод и с выдержкой времени срабатывает выходное реле. Блоки питания. Выпрямленный оперативный ток применяется на подстанциях с упрощенной первичной схемой. На выходе блоков питания имеется выпрямленное напряжение, что позволяет подключать к ним защиты, рассчитанные на постоянный оперативный ток. Блоки питания (типа БПНС или БПН-1002) подключаются к трансформаторам напряжения (трансформаторам собственных нужд), а токовые блоки питания (типа БПТ-1002) к трансформаторам тока. Блоки БПНС обеспечивают на выходе номинальное выпрямленное напряжение в нормальном режиме, а также при однофазном КЗ и при посадке до 50% напряжения всех трех фаз. Токовые блоки питания (БПТ-1002) обеспечивают номинальное напряжение на выходе только при наличии тока КЗ. Выходы всех блоков питания собираются в общую схему выпрямленного оперативного тока. Необходимо так же учитывать, что схеме выпрямленного оперативного тока свойственны высокий уровень пульсаций, и пиковые импульсы перенапряжений, что затрудняет использование ее для питания микропроцессорных устройств РЗА. На рисунке 8.3 показана схема питания подстанции 110кВ выпрямленным постоянным током. Подстанция питается двумя линейными вводами110кВ и имеет две секции шин 110кВ с трансформаторами напряжения. Стабилизированные блоки питания типа БПНС нормально питаются от трансформаторов напряжения разных секций, но могут резервировать друг друга, и быть переключены на один ТН, в зависимости от действующей схемы подстанции. Взамен БПНС могут быть применены нестабилизированные блоки серии БПН-1002. Токовые блоки питания (БПТ-1002) включаются на отдельные обмотки трансформаторов тока каждой линии. Для каждой линии один блок БПТ включается на разность токов двух фаз А и С, а второй - на ток трансформатора тока третьей фазы (В). Все блоки работают параллельно по выпрямленному току, поэтому напряжение оперативного тока будет обеспечено при наличии напряжения или тока хотя бы на одном из блоков питания. Для уменьшения нагрузки на ТН-110, имеется возможность запитки шин оперативного тока от трансформатора СН через дополнительный блок питания БПН, который в нормальном режиме несет всю нагрузку. Этот БПН может так же понадобиться для обеспечения оперативного тока при подаче напряжения на подстанцию по резерву со стороны низкого (среднего напряжения). Для питания микропроцессорных устройств релейной защиты выпрямленным оперативным током выпускаются специальные блоки питания, обеспечивающие работу устройств в нормальном и аварийном режиме. Они имеют питание от трансформаторов тока и напряжения, но в отличие от предыдущего случая может включаться на общий с защитой комплект трансформаторов тока. Работа защиты в этом случае обычно обеспечивается только при наличии тока КЗ. При этом необходимо предусмотреть специальные меры, для их защиты от импульсных перенапряжений. Например, использовать стандартный фильтр фирмы Таврида Электрик, разработанный для этой схемы. Фильтр представляет собой электролитический конденсатор большой емкости, зашунтированный разрядным резистором, и подключаемый параллельно к шинкам постоянного оперативного тока через диод.

Рисунок 8.3- Схема цепей питания подстанции выпрямленным постоянным током

Литература1осн [182-193].

Контрольные вопросы:

1. Назначение источников оперативного тока.

2. Принципы выполнения оперативного тока.

3. Как осуществляется контроль изоляции ЩПТ?

4. Объясните схему питания подстанции выпрямленным постоянным током.