МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Электрические станции» Е. В. Глинский Е. В. Булойчик А. Г. Сапожникова ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ И РЕЖИМНАЯ АВТОМАТИКА Конспект лекций Минск БНТУ 2013 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Электрические станции» Е. В. Глинский Е. В. Булойчик А. Г. Сапожникова ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ И РЕЖИМНАЯ АВТОМАТИКА Конспект лекций для студентов энергетических специальностей Под общей редакцией Ф. А. Романюка Минск БНТУ 2013 2 УДК 621.311-7-52(075.8) ББК 31.27-05я7 Г54 Р е ц е н з е н т ы : М. И. Фурсанов, В. Н. Радкевич Глинский, Е. В. Противоаварийная и режимная автоматика : конспект лекций для студентов энергетических специальностей / Е. В. Глинский, Е. В. Бу- лойчик, А. Г. Сапожникова ; под общ. ред. Ф. А. Романюка. – Минск : БНТУ, 2013. – 134 с. ISBN 978-985-550-250-1. Конспект лекций составлен в соответствии с учебной программой по дисциплине «Противоаварийная и режимная автоматика» для студентов специальности 1-53 01 04 «Автоматизация и управление теплоэнергетиче- скими процессами» (специализация 1-53 01 04 03 «Автоматизация и релей- ная защита электроустановок»). Рассматриваются как общесистемные устройства противоаварийной и режимной автоматики, так и устройства автоматики, применяемые на от- дельных элементах электрической части энергосистем. УДК 621.311-7-52(075.8) ББК 31.27-05я7 ISBN 978-985-550-250-1 © Глинский Е. В., Булойчик Е. В., Сапожникова А. Г., 2013 © Белорусский национальный технический университет, 2013 Г54 3 Оглавление Введение .................................................................................................. 7 1. Устройства автоматического повторного включения элементов электрических систем .......................................................... 9 1.1. Общие сведения .......................................................................... 9 1.1.1. Назначение устройств АПВ................................................. 9 1.1.2. Классификация устройств АПВ ........................................ 10 1.1.3. Основные требования, предъявляемые к устройствам АПВ ...................................................................... 11 1.2. АПВ линий с односторонним питанием ................................ 12 1.2.1. Выбор параметров срабатывания АПВ линий с односторонним питанием ......................................................... 12 1.2.2. Схемы устройств АПВ линий с односторонним питанием........................................................................................ 15 1.2.3. Совместные действия устройств АПВ линий с односторонним питанием и устройства релейной защиты ... 20 1.3. АПВ линии с двухсторонним питанием ................................. 26 1.3.1. Особенности выполнения линий с двухсторонним питанием........................................................................................ 26 1.3.2. Устройство трехфазных АПВ без контроля синхронизма линий с двухсторонним питанием ....................... 29 1.3.3. Устройство трехфазного АПВ с контролем синхронизма линий с двухсторонним питанием ....................... 34 1.4. Однофазное АПВ ...................................................................... 39 1.5. Принципы выполнения АПВ силовых трансформаторов .... 40 1.6. Принципы выполнения шин АПВ распределительных устройств .......................................................................................... 41 1.7. АПВ электродвигателей напряжением выше 1000 В ............ 42 2. Автоматическое включение резервного питания и оборудования ..................................................................................... 44 2.1. Общие положения .................................................................... 44 2.1.1. Назначение устройств АВР ............................................... 44 2.1.2. Основные требования, предъявляемые к устройствам АВР ....................................................................... 46 2.2. Пусковые органы устройств АВР ........................................... 46 4 2.2.1. Пусковой орган минимального напряжения .................... 47 2.2.2. Реле времени ....................................................................... 51 2.2.3. Реле частоты ....................................................................... 52 2.3. Схемы устройств автоматического включения резерва ....... 52 2.3.1. Устройства АВР на переменном оперативном токе при выключателях с пружинными и грузовыми приводами .... 53 2.3.2. Устройства АВР на постоянном оперативном токе ........ 55 3. Автоматическая частотная разгрузка ............................................. 57 3.1. Требования, предъявляемые к УАЧР ..................................... 58 3.2. Статические и частотные характеристики энергосистем и нагрузки ......................................................................................... 59 3.2.1. Статическая частотная характеристика нагрузки ........... 59 3.2.2. Статическая частотная характеристика энергосистемы .............................................................................. 61 3.3. Реле частоты ............................................................................. 62 3.4. Классификация устройств АЧР ............................................... 62 3.5. Принципы выполнения устройств АЧР и частотного АПВ ............................................................................ 65 3.5.1. Схема устройств ЧАПВ и АЧР на выпрямленном переменном токе ........................................................................... 65 3.5.2. Схема устройств ЧАПВ и АЧР на переменном оперативном токе для выключателей с пружинными и грузовыми приводами ............................................................... 68 4. Автоматическое включение синхронных генераторов на параллельную работу ...................................................................... 70 4.1. Общие сведения ........................................................................ 70 4.2. Точная синхронизация. Условия точной синхронизации ..... 71 4.3. Условия самосинхронизации .................................................. 75 4.4. Сравнение способов синхронизации ...................................... 76 4.5. Устройство для автоматизации процесса синхронизации .... 77 4.5.1. Полуавтоматический синхронизатор с постоянным углом опережения ................................................ 78 4.5.2. Автоматический синхронизатор с постоянным временем опережения .................................................................. 82 4.5.3. Схема полуавтоматической самосинхронизации ............ 83 5 5. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных генераторов ........................................................................................... 86 5.1. Назначение устройств автоматического регулирования возбуждения ..................................................................................... 86 5.2. Устройства АРВ пропорционального действия синхронных генераторов с электромашинным возбудителем постоянного тока ..................................................... 87 5.2.1. Компаундирование полным током ................................... 87 5.2.2. Компаундирование полным током с коррекцией напряжения ................................................................................... 90 5.2.3. Фазовое компаундирование с коррекцией напряжения ................................................................................... 93 5.2.4. Релейная форсировка ......................................................... 94 6. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности в энергетической системе .................................................. 98 6.1. Задачи и способы регулирования ........................................... 98 6.2. Автоматическое регулирование напряжения на шинах распределительных устройств электрических станций ............... 99 6.2.1. Регулирование напряжения при параллельной работе генераторов на общие шины ....................................................... 99 6.2.2. Работа генераторов в блоке с трансформатором ........... 103 6.2.3. Параллельная работа энергоблоков «генератор–трансформатор» на общие шины ......................... 106 6.3. Групповое управление возбуждением генераторов ............ 107 6.4. Автоматическое распределение реактивных нагрузок ....... 109 6.5. Автоматическое регулирование напряжения трансформаторов ........................................................................... 110 7. Устройства автоматики трансформаторов ................................... 115 7.1. Устройства противоаварийной автоматики трансформаторов ........................................................................... 115 7.1.1. Автоматическое включение резервного трансформатора .......................................................................... 115 7.1.2. Автоматическая аварийная разгрузка трансформаторов ........................................................................ 117 7.2. Автоматические устройства управления режимами работы трансформаторов .............................................................. 118 6 Автоматическое отключение и включение трансформатора для уменьшения потерь энергии ..................... 118 8. Устройства автоматики электродвигателей ................................. 122 8.1. Устройства автоматики асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ ............................................................... 122 Устройство АВР ............................................................................ 122 8.2. Особенности автоматики синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ ............................................................... 124 8.3. Минимальная защита напряжения и автоматика асинхронных электродвигателей напряжением до 1 кВ ............ 125 9. Автоматика специальных электроустановок ............................... 129 9.1. Устройства автоматического регулирования напряжения конденсаторных батарей ............................................................... 129 9.2. Устройства автоматики полупроводниковых преобразовательных агрегатов ..................................................... 132 Список использованных источников ................................................ 133 7 Введение Производство, передача и распределение электрической энергии в энергосистемах имеют следующие особенности: 1. Территориальная разобщенность источников и потребителей электрической энергии, что вызывает необходимость создания раз- ветвленной сети электрических связей (линий, подстанций и т. д.) между потребителями и источниками энергии. Наличие широкой сети связей вызывает необходимость управления режимами их ра- боты для оптимизации потерь активной мощности при передаче и распределении электрической энергии. 2. В энергосистеме постоянно сохраняется баланс между гене- рируемой и потребляемой активной и реактивной мощностями. Это вызывает необходимость постоянного изменения величины генери- руемой активной и реактивной мощности при изменении активной и реактивной нагрузки. 3. В энергосистеме параллельно работают отдельные генерато- ры, электрические станции и части энергосистемы, поэтому доволь- но часто приходится выполнять достаточно сложные операции по включению на параллельную работу генераторов, электрических станций и отдельных частей энергосистем. 4. Все переходные процессы (электромагнитные и электромеха- нические), происходящие как в отдельных элементах энергосисте- мы, так и в энергосистеме, протекают с высокой скоростью и отли- чаются большой сложностью явлений. 5. Вся энергосистема имеет множество аппаратов устройств и механизмов при относительно небольшом числе обслуживающего персонала. В силу своих физиологических способностей человек не в со- стоянии адекватно реагировать на процессы, происходящие в энер- госистеме (ЭС), и поэтому в ней широко применяются устройства автоматики. Устройства автоматики, применяемые в ЭС, подразде- ляются на устройства противоаварийной автоматики (ПА) и уст- ройства режимной автоматики (РА). Устройства ПА подразделя- ются на общесистемные устройства автоматики и местные (допол- нительные) устройства автоматики. Устройства ПА предназначены для предотвращения возникновения аварий и восстановления нор- 8 мального режима работы ЭС в послеаварийный период в новых ус- ловиях. К общесистемным устройствам автоматики относятся:  устройства автоматического повторного включения (АПВ);  устройства автоматического включения (ввода) резерва (АВР);  устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР). Местные или дополнительные устройства ПА представляют со- бой устройства, применяемые на отдельных элементах ЭС, напри- мер, устройства автоматического регулирования возбуждения гене- раторов (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов и т. д. Устройства режимной автоматики в энергосистеме предназначе- ны для оптимизации режимов работы отдельных элементов ЭС и всей ЭС в целом при отсутствии аварийных ситуаций в ЭС. Кри- терием оптимизации режимов работы ЭС и ее элементов является минимум потерь (или минимум затрат) при производстве, передаче и распределении электрической энергии. 9 1. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ 1.1. Общие сведения 1.1.1. Назначение устройств АПВ Большинство повреждений воздушных линий электропередачи возникает в результате схлестывания проводов при сильном ветре и гололеде, нарушения изоляции во время грозы, падения деревьев, набросов, замыкания проводов движущимися механизмами и т. п. Эти повреждения неустойчивы и при быстром отключении повре- жденной линии самоустраняются. Неустойчивые повреждения могут возникать не только на воздушных линиях, но и на других элементах ЭС (шинах распределительных устройств, трансформаторах). Опытом эксплуатации воздушных линий установлено, что 70–80 % повреж- дений от общего числа повреждений линий самоустраняются при аварийном отключении линии. Наличие неустойчивых повреждений позволяет выполнить по- пытку повторного включения аварийно отключившегося элемента с целью сохранения устойчивости энергосистемы и надежности пи- тания потребителей. Оперативный персонал может выполнить по- вторное включение аварийно отключившегося элемента в период от нескольких минут до часа и более в зависимости от уровня квали- фикации персонала и удаления аварийно отключившегося элемента. Поэтому в энергосистеме применяются устройства автоматического повторного включения (УАПВ). Если после аварийного отключения элемента сети действует УАПВ и ранее аварийно отключившийся элемент остается в работе (повреждение самоустраняется), то такое действие АПВ называют успешным АПВ. Если после аварийного отключения элемента и действия АПВ этот элемент вновь отключа- ется устройствами защиты (устойчивое повреждение на элементе), то такое действие АПВ называют неуспешным АПВ. По статистическим данным, УАПВ в энергосистемах имеют в сред- нем 60–75 % успешных действий. Такая эффективность УАПВ делает их одним из основных средств повышения надежности электроснаб- жения потребителей. Согласно нормативным документам устройства- 10 ми АПВ должны оборудоваться воздушные и смешанные кабельно- воздушные линии всех типов, напряжением выше 1 кВ, при наличии на них соответствующих коммутационных аппаратов. 1.1.2. Классификация устройств АПВ Устройства АПВ классифицируются по следующим признакам: 1. По кратности действия:  однократного действия,  многократного действия (двух- и трехкратные АПВ). Устройства АПВ однократного действия обладают 70–80%-й ве- роятностью успешного действия при аварийных отключениях ли- нии. Вероятность успешного действия двукратного АПВ составляет 20–30 % вероятности успешного действия однократных АПВ. Веро- ятность успешного действия трехкратного АПВ составляет 3–5 % вероятности успешного действия однократных АПВ. Поэтому наи- более широко распространены АПВ однократного действия. АПВ двух- и трехкратного действия применяются в основном на систе- мообразующих линиях. 2. По числу включаемых фаз:  трехфазные (ТАПВ);  однофазные (ОАПВ). ТАПВ применяются в сетях как с изолированной, так и с эффек- тивно заземленной нейтралями. ОАПВ применяются в сетях с эффективно заземленной нейтра- лью на системообразующих линиях и линиях, связывающих энерго- системы между собой. Для реализации ОАПВ на линиях должны быть установлены пофазно управляемые выключатели. 3. По виду оборудования АПВ:  линий электропередач;  трансформаторов;  шин распределительных устройств;  электродвигателей. 4. По типу привода выключателя:  механические АПВ;  электрические АПВ. Механические устройства АПВ практически не применяются, так как обладают рядом недостатков – из-за отсутствия времени 11 срабатывания устройства АПВ снижается вероятность успешных действий АПВ даже при неустойчивых повреждениях. Кроме того, быстрее изнашиваются приводы выключателей, что требует выпол- нения более частых капитальных ремонтов. 5. По способу проверки синхронизации линий с двухсторонним питанием:  несинхронные АПВ;  АПВ с контролем синхронизма. К несинхронным устройствам АПВ относятся несинхронные (НАПВ) и быстродействующие АПВ (БАПВ). К устройствам АПВ с контролем синхронизма относятся АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС) и устройства АПВ с улавлива- нием синхронизма (АПВУС). 6. По способу проверки напряжения при действии АПВ:  устройства АПВ с контролем отсутствия напряжения (АПВОН);  устройства АПВ с контролем наличия напряжения (АПВНН). 7. По способу пуска устройства АПВ:  с пуском от устройств релейной защиты;  с пуском при несоответствии положения выключателя (от- ключен) к положению ключа управления (включено). 1.1.3 Основные требования, предъявляемые к устройствам АПВ Устройства АПВ должны соответствовать следующим требо- ваниям: 1. Схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном от- ключении выключателя, находившегося в работе. В некоторых слу- чаях они должны отвечать дополнительным требованиям, при вы- полнении которых разрешается пуск АПВ: например, при наличии или, наоборот, при отсутствии напряжения, при наличии синхро- низма и т. д. 2. Схемы АПВ не должны приходить в действие при оператив- ном отключении выключателя персоналом, а также в тех случаях, когда выключатель отключается релейной защитой сразу после его включения персоналом (т. е. при включении элемента энергосисте- мы на короткое замыкание), поскольку повреждения в этом случае обычно бывают устойчивыми. 12 3. Схемы АПВ должны предусматривать возможность запрета действия АПВ при срабатывании некоторых устройств релейной защиты и автоматики. Так, например, не допускается действие АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, когда срабатывает газовая защита. В отдельных случаях не допускается действие АПВ линий при срабатывании дифференциальной защиты шин. 4. Схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повторных включений, т. е. действовать с заданной кратностью. 5. При неисправностях схем устройства АПВ устройство АПВ должно предотвращать многократное включение выключателя на устойчивое короткое замыкание. 6. Время действия АПВ должно быть оптимально минимально возможным, для того чтобы обеспечить быструю подачу напряже- ния потребителям и восстановление нормального режима работы. Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ на линиях с односторонним питанием, принимается 0,3–0,6 с. Вместе с тем в некоторых случаях, когда наиболее вероятны повреждения, вызванные набросами и касаниями проводов передвижными меха- низмами, для повышения успешности АПВ целесообразно прини- мать выдержки времени порядка нескольких секунд. 7. Устройства АПВ должны быть готовы к повторным действи- ям, но не раньше, чем это допускается по условиям работы выклю- чателя после успешного отключения повреждения. 8. При срабатывании устройства АПВ должны создавать коман- ду на отключение выключателя длительностью, достаточной для включения выключателя. 1.2. АПВ линий с односторонним питанием 1.2.1. Выбор параметров срабатывания АПВ линий с односторонним питанием Для обеспечения правильной работы УАПВ выдержка времени на повторное включение выключателя и время автоматического возврата УАПВ в исходное положение выбираются по определенным условиям. Выдержка времени АПВ на повторное включение выключа- теля tАПВ1. Под tАПВ1 понимают промежуток времени между момен- том отключения выключателя и моментом выработки устройством 13 АПВ команды на включение выключателя. Это время определяется следующими условиями: 1. Повторное включение отключившегося выключателя стано- вится возможным после того, как привод установится в положение готовности для включения (время готовности привода гпt = 0,2–1 с). Для этого необходимо определенное время, различное для выклю- чателей разных типов. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени готовности привода, т. е. tАПВ1 ≥ tгп + Δtзап, где Δtзап – время запаса, учитывающее непостоянство tгп и погреш- ность реле времени АПВ; принимается равным 0,2–0,3 с. 2. Для того чтобы повторное включение было успешным, необхо- димо, чтобы за время от момента отключения линии до момента по- вторного включения и подачи напряжения не только погасла элек- трическая дуга в месте КЗ, но и восстановились изоляционные свой- ства воздуха. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени деионизации дt , т. е. tАПВ1 ≥ tд + Δtзап. 3. Повторное включение отключившегося выключателя стано- вится возможным после того, как выключатель восстановит свою способность выполнить отключение поврежденной линии (времени готовности выключателя tгв) после отключения им тока КЗ: tАПВ1 ≥ tгв + Δtзап. Для однократного АПВ времена tгв и tд всегда меньше суммы времени tгп и времени включения выключателя tвв. Поэтому опреде- ляющим обычно является условие tАПВ1 > tгп. При этом с учетом времени запаса Δtзап = 0,2–0,3 с время срабатывания УАПВ для ли- ний с односторонним питанием tАПВ1 ≥ tгп + Δtзап = 0,5–0,8 с. 14 В некоторых случаях выдержки времени принимаются около 2–3 с, что бывает целесообразно для повышения успешности дей- ствия АПВ на линиях, где наиболее часты повреждения вследствие набросов, падений деревьев и касаний проводов передвижными механизмами. Время автоматического возврата АПВ в исходное положение (время готовности устройства АПВ tАПВ2) выбирается из условия обеспечения однократности действия. Под временем готовности устройства АПВ tАПВ2 понимают промежуток времени между мо- ментом выработки команды на отключение выключателя до момен- та времени, в течение которого АПВ восстанавливает свою способ- ность к повторному действию. Для обеспечения однократности действия при повторном вклю- чении выключателя линии на устойчивое КЗ возврат АПВ в исход- ное положение должен происходить только после того, как выклю- чатель, повторно включенный от АПВ, вновь отключится релейной защитой, имеющей наибольшую выдержку времени. В АПВ с использованием комплектных устройств типа РПВ-58 время возврата схемы в исходное положение должно быть не мень- ше значения, определенного согласно следующему выражению: tАПВ2 ≥ tс.з.max + tов + Δtзап, где tс.з.max – наибольшая выдержка времени защиты; tов – время отключения выключателя. Обычно время заряда конденсатора устройства РПВ-58 состав- ляет 20—25 с и, как правило, удовлетворяет вышеуказанному вы- ражению. В схемах АПВ, возврат которых в исходное положение произ- водит реле времени, запускаемое в момент отключения выключа- теля, выдержка времени автоматического возврата определяется выражением вв с.з.max ов запАПВ2 AПВ1t t t t t t      = 10–20 с, где tвв – наибольшее время включения выключателя. 15 1.2.2. Схемы устройств АПВ линий с односторонним питанием Схемы устройства электрического АПВ, подобно схемам релей- ной защиты, выполняются на постоянном и переменном, в том чис- ле выпрямленном, оперативном токе. Механические АПВ грузовых и пружинных приводов некоторых типов выключателей, еще встре- чающихся в эксплуатации, вообще не требуют оперативного тока. Они действуют при срабатывании встроенных в привод реле прямо- го действия и включают отключившийся выключатель без выдерж- ки времени. Условия работы механических приводов в цикле АПВ крайне тяжелые. При включении выключателя возникают увели- ченные ударные нагрузки, расстраивающие привод. К недостаткам схем АПВ с механическими приводами относится отсутствие в них выдержки времени. Этих недостатков лишены электрические АПВ. Устройства АПВ на переменном оперативном токе. Автома- тическое повторное включение при наличии переменного опера- тивного тока можно осуществить на выключателях с грузовыми и пружинными приводами. В их схему управления (рис. 1.1) входят различные вспомогательные контакты. В зависимости от того с ка- кими деталями и узлами привода связаны эти контакты, их можно разделить на следующие три группы. Рис. 1.1. Схемы устройства АПВ на переменном оперативном токе выключателей с грузовыми и пружинными приводами SB1 SB2 SB2 Q.2 YAT М Q.3 Q.4 SX1 KH Q.5 SB1 Q.6 Q.1 YAC М Q.4 SX1 Q.5 Q.6 Q.1 YAC Q.2 YAT б Q.3 KТ KТ KH а 16 1-я г р у п п а контактов связана с механизмом натяжения вклю- чающих пружин и переключается при изменении состояния пружи- ны. Вспомогательный контакт, разомкнутый при ненатянутых пру- жинах и замыкающийся только в момент их полного натяжения, называют контактом готовности привода. Он управляет цепью электромагнита включения YAC. В схемах рассматриваемых уст- ройств автоматики этот контакт обозначен как Q.6. Другой контакт, связанный с пружиной, действует в обратном порядке и использу- ется в качестве контакта конечного выключателя в цепи электро- двигателя, заводящего включающую пружину; в рассматриваемых схемах устройств автоматики он обозначен как Q.4. 2-я г р у п п а контактов Q.1, Q.2, Q.3 связана с валом привода и переключается при изменении положения выключателя по любой причине. К 3-й группе относится так называемый аварийный контакт Q.5, который замыкается при включении выключателя, остается замкну- тым при действии релейной защиты и размыкается только при опе- ративном отключении выключателя. В конкретной схеме автоматики могут быть использованы не все названные вспомогательные контакты. Если в схеме содержатся цепи управления нескольких выключателей, то в указанное обозначение контактов вводятся цифровые обозначения соответствующих выклю- чателей. Так, для выключателя Q.2 это контакты Q2.1, Q2.2 и т. д. На схеме рис. 1.1, а все вспомогательные контакты показаны в положении, соответствующем отключенному выключателю и пол- ностью заведенной включающей пружине. Натяжение пружины осуществляется электродвигателем М, в течение времени его рабо- ты контакт Q.6 готовности привода остается разомкнутым, не до- пуская включения выключателя при не полностью натянутой пру- жине. По окончании натяжения пружины контакт Q.6 замыкается, а конечный выключатель – контакт Q.4 – размыкает цепь электро- двигателя М. Операции включения и отключения выключателя пер- соналом осуществляются кнопочными выключателями SB1 и SB2. Для выполнения АПВ мгновенного действия параллельно контакту выключателя SB1 включается аварийный вспомогательный контакт Q.5, создающий цепь несоответствия и обеспечивающий автомати- ческое повторное включение выключателя только при его отключе- нии релейной защитой. Последовательно с контактом Q.5 включены 17 указательное реле KН и накладка SX1. В цепь электродвигателя до- полнительно включается замыкающий вспомогательный контакт вы- ключателя Q.3, обеспечивающий завод включающих пружин только при включенном положении выключателя. При успешном АПВ выключатель остается включенным, пружи- ны заводятся и привод приходит в состояние готовности через вре- мя tгп = 6–15 с. В случае неуспешного АПВ выключатель отключа- ется. При этом можно обеспечить однократность действия УАПВ, если время включенного состояния выключателя меньше времени, необходимого для завода включающих пружин, т. е. наибольшая выдержка времени релейной защиты должна быть меньше указан- ного минимального времени подготовки привода к включению. Накладка SX1 имеет два положения: в вертикальном положении накладки SX1 привод подготавливается к действию при отключен- ном выключателе, а после включения выключателя контактом кно- почного выключателя SB1 накладка SX1 вновь переводится в гори- зонтальное положение. Во включенном положении выключателя двигатель заводит пружину и УАПВ снова готово к действию. Не- достаток схемы – применение ручной операции с накладкой SX1. Электрическое мгновенно действующее УАПВ, как и механиче- ское, начинает включать выключатель еще до того, как элементы выключателя и привода придут в состояние покоя, следствием чего являются дополнительные механические удары и плохая работа привода. Наряду с этим короткие замыкания не всегда успевают самоустраниться, так как время бестоковой паузы мало (около 0,2–0,3 с). Устройство АПВ с выдержкой времени не имеет указан- ного недостатка. На рис. 1.1, б показана схема, отличающаяся от предыдущей (см. рис. 1.1, а) наличием реле времени KТ, например типа ЭВ-218 с им- пульсным замыкающим контактом KТ. Реле времени запускается при отключении выключателя и замыкании вспомогательного кон- такта Q.3. Для обеспечения однократности действия устройства АПВ минимальное время подготовки привода к включению должно быть больше, чем наибольшая выдержка времени релейной защиты и вре- мя действия АПВ вместе взятые. Устройство АПВ на выпрямленном оперативном токе. В уст- ройстве АПВ используется комплектное реле типа РПВ-358, в кото- рое входят (рис. 1.2, а): 18 реле времени KТ, создающее выдержку времени tАПВ1 от момента пуска устройства АПВ до замыкания цепи контактора включения выключателя; промежуточное реле KL1 с двумя обмотками – обмоткой тока KL1.1 (последовательной) и обмоткой напряжения KL1.2; реле при срабатывании замыкает цепь включения выключателя; конденсатор С1, в результате разряда которого срабатывает реле KL1 и обеспечивается однократность действия УАПВ; резисторы: R1, обеспечивающий термическую стойкость реле времени, R2, ограничивающий скорость заряда конденсатора С1, и R3, разряжающий конденсатор С1 при срабатывании устройств защиты, после действия которых не должно происходить АПВ, и при отключении выключателя ключом управления SA (запрет АПВ); диод VD, предотвращающий разряд конденсатора С1 при пони- жении напряжения на блоке питания и заряда (UGV) вследствие близких коротких замыканий. Для питания электромагнита отключения YAT выключателя ис- пользуется предварительно заряженный конденсатор С2 блока пи- тания и заряда UGV (рис. 1.2, б). В схему введено промежуточное реле KL2 для разделения оперативных цепей электромагнита от- ключения и реле РПВ-358. Электромагнит включения YAC выклю- чателя получает питание от трансформатора собственных нужд T1 через мощный выпрямитель VS (рис. 1.2, в). Схема действует следующим образом. При отключении выклю- чателя по любой причине вследствие замыкания его вспомогатель- ного контакта Q.1 срабатывает реле положения выключателя KQT и замыкает свой контакт KQT.1 в цепи пуска устройства АПВ. Если отключение произошло не от ключа управления SA, то он остается в положении «Включено», а его контакт SA.1 замкнут. Таким обра- зом фиксируется несоответствие положений ключа управления и выключателя, необходимое для пуска реле времени КТ. Его контакт KT.1, размыкаясь без выдержки времени, включает резистор R1, обеспечивая термическую стойкость реле, а контакт КТ.2, замыка- ясь с заданной выдержкой времени, подключает обмотку KL1.2 промежуточного реле к конденсатору С1. Вследствие разряда кон- денсатора реле KL1 срабатывает и выключателем КМ замыкает контакт KL1.1 в цепи контактора включения, в которую включена последовательная обмотка KL1.1 реле. Она удерживает реле KL1 19 в возбужденном состоянии до полного включения выключателя. При успешном АПВ выключатель остается во включенном положе- нии. Действие устройства АПВ фиксируется указательным реле KН. Рис. 1.2. Схема устройства АПВ на выпрямленном оперативном токе с использованием реле типа РПВ-358 Схема становится готовой к новому повторному действию после заряда конденсатора С1. Время заряда tАПВ2 = 20 с. При этом обеспе- чивается однократность действия устройства АПВ, так как конденса- C2 От TV KT.1 О О В В SA1 R1 KL1.1 KL1.2 KL1.1 KH R2 C1 R3 KT.2 KL1.2 VD UGV KQT.1 О О В В SA2 KBS.1 SX KBS.1 KBS.2 KM Q.1 О О В В SA3 KT R KQT KL2 - + a Ускорение защиты Запрет АПВ б KBS.2 KL2.1 YACQ.2 + - От T1 в YAT + - KM.1 KM.2 UGV VS 20 тор заряжается только при включенном положении выключателя. Включения выключателя при неуспешном АПВ не происходит. В схему УАПВ включено двухобмоточное реле блокировки KBS с замедленным возвратом tв.р = 0,3–0,4 с. Реле предназначается для предотвращения многократных включений выключателя при неис- правностях в оперативных цепях, например при сваривании контак- та KL1.1. В таких случаях при первом воздействии на отключение выключателя реле KBS срабатывает и самоудерживается контактом KBS.1 в цепи обмотки KBS.1, а его контакт KBS.2 размыкает цепь контактора KМ электромагнита включения YAC выключателя. 1.2.3. Совместные действия устройств АПВ линий с односторонним питанием и устройства релейной защиты Применение устройств АПВ позволило в некоторых случаях ус- корить действие релейной защиты и тем самым уменьшить ущерб от повреждений линий. Различают три вида совместных действий устройств РЗ и уст- ройств АПВ: 1. Ускорение действия релейной защиты до АПВ. 2. Ускорение действия релейной защиты после АПВ. 3. Поочередное АПВ. Ускорение действия релейной защиты до АПВ применяется на линиях с односторонним питанием в тех случаях, когда действие устройства АПВ, установленного на головной линии, распростра- няют на смежные линии. Ускорение защиты до АПВ позволяет ус- корить отключение короткого замыкания и обеспечить селективную ликвидацию повреждений. В сети, показанной на рис. 1.3, макси- мальная токовая защита МТЗ1, установленная на линии Л1, по ус- ловию селективности должна иметь выдержку времени больше, чем максимальные токовые защиты МТЗ2 и МТЗ3 линий Л2 и Л3. Рис. 1.3. Участок сети с односторонним питанием МТЗ2 МТЗ3 Л2 Л3 АПВ Л1 К1 К2 К3 НО МТЗ1 Q1 Q2 Q3 21 Одним из способов, обеспечивающих быстрое отключение по- вреждений на линии Л1 без применения сложных защит, является ускорение максимальной токовой защиты этой линии до АПВ или дополнительная установка неселективной токовой отсечки (НО). С этой целью защита МТЗ1 выполняется так, что при возникнове- нии КЗ она первый раз действует без выдержки времени независимо от того, на какой из линий произошло КЗ, а после АПВ действует с нормальной выдержкой времени. При возникновении КЗ на линии Л1 (К1), или линии Л2 (К2), или Л3 (К3) процесс происходит следующим образом. Первоначально, без выдержки времени, действует неселективная отсечка НО или ускоренная селективная защита головной линии (ускоренное МТЗ-1) и отключается выключатель Q1. Запускается устройство АПВ го- ловной линии, и с некоторой выдержкой времени включается вы- ключатель Q1. При действии АПВ головной линии запрещается действие неселективной отсечки НО или ускоренное действие се- лективной защиты головной линии. Если повреждение неустойчиво и АПВ успешно, то через время, достаточное для селективного отключения короткого замыкания, вновь разрешается действие не- селективной отсечки НО или ускоренное действие селективной защитой (МТЗ1). Ускорение защиты до АПВ выполняется следующим образом. Пуск реле KL2 при осуществлении ускорения защиты до АПВ осу- ществляется при срабатывании выходного реле АПВ (рис. 1.4). У реле KL2 при этом используется размыкающий контакт KL2.1. В схеме на рис. 1.4 цепь ускорения будет замкнута до АПВ и разо- мкнется при действии АПВ на включение выключателя Q1. Реле KL2 при этом будет удерживаться в сработавшем положении до тех пор, пока не отключится короткое замыкание и не разомкнутся кон- такты реле защиты. К недостаткам ускорения релейной защиты до АПВ относятся: 1. Тяжелые условия работы выключателя Q1, что требует более частого выполнения его капитального ремонта. 2. Метод применим только в тех случаях, когда потребители, пи- тающиеся от линии Л1, допускают перерыв питания, по времени равный времени действия АПВ линии Л1 плюс время включения выключателя Q1. 22 3. Не всегда удается обеспечить требуемую чувствительность неселективной отсечки НО или МТЗ1 к коротким замыканиям в конце Л3. Рис. 1.4. Ускорение защиты до АПВ Ускорение действия релейной защиты (РЗ) после АПВ. Уско- рение действия РЗ после АПВ применяется в тех случаях, когда действие устройства АПВ распространяется только на защищаемую линию. Повторное включение на устойчивое повреждение линии, не имеющей быстродействующей защиты, вредно отражается на ра- боте потребителей, приводит к увеличению размеров повреждения в месте короткого замыкания и усугубляет опасность нарушения устойчивости энергосистемы. Поэтому перед повторным включени- ем выключателя линии производится ускорение действия релейной защиты. Ускорение защиты после АПВ предусматривается дирек- тивными материалами не только для линий, не имеющих быстро- действующей защиты, но также для линий, имеющих сложные быст- родействующие защиты как меру повышения надежности защиты линии в целом. На кабельных линиях ускорение защиты после АПВ KL1 На отключение Q1 KA1 KA2 KT KT.2 KH1T KH2T KT.1 KL1 KL2 KL2.1 KL2.2 «+» от выходного реле АПВ - + 23 необходимо применять для предотвращения повреждения кабелей из-за перегрева при длительном прохождении тока КЗ. При возникновении повреждения на защищаемой линии про- цесс развивается следующим образом: первоначально запрещено действие неселективной отсечки, установленной на линии, или ускорение селективной защиты защищаемой линии, поэтому по- врежденная линия отключается селективно (с выдержкой времени). После аварийного отключения выключателя линии запускается устройство АПВ, которое включает выключатель. Одновременно с включением выключателя при срабатывании устройства АПВ раз- решается действие неселективной отсечки НО или ускорение дей- ствия селективной защиты на время, достаточное для неселектив- ного отключения линии (на время действия неселективной отсечки или ускоренной селективной защиты плюс время отключения вы- ключателя линии плюс небольшое время запаса). Если АПВ успеш- но, то через некоторое время, указанное выше, снимается разре- шение на действие неселективной отсечки или ускоренное дейст- вие селективной защиты. Если АПВ неуспешно, то поврежденная линия неселективно от- ключается неселективной отсечкой или ускоренным действием се- лективной защиты. На рис. 1.5 показана схема выполнения ускорения максимальной токовой защиты после АПВ. Ускоренное действие защиты осуще- ствляется через мгновенный контакт KT.1 реле времени KT. При отключении выключателя срабатывает реле KQT (реле положения выключателя «отключен») и замыкает свой контакт в цепи пита- ния промежуточного реле ускорения KL2. Реле KL2 срабатывает и замыкает свой контакт в цепи ускоренного отключения выключа- теля. После включения выключателя устройством АПВ реле KQT возвращается в исходное положение и его контакт в цепи питания обмотки реле KL2 размыкается. Однако контакт KL2.1 остается после этого замкнутым в течение 0,7–1 с, что вполне достаточно для неселективного отключения выключателя в случае устойчивого повреждения. 24 Рис. 1.5. Ускорение действия РЗ после АПВ Поочередное АПВ (ПО АПВ) сочетает в себе эффекты ускоре- ния действия защиты до и после АПВ. Расстановка устройств защи- ты и автоматики показана на рис. 1.6. Рис. 1.6. Расстановка устройств РЗА и настройка быстродействующих ступеней (НО) защиты при поочередном АПВ На отключение Q1 KL1 KA1 KA2 KT KT.2 KH1T KH2T KT.1 KL1 KL2 KL2.1 KQT - + Iс.но1 МТЗ1 МТЗ2 НО3НО2НО1 tc.АпtВ3 = tc.АПtВ2 + t УАПВ3 tc.АПВ2 = tc.АПВ1 + t УАПВ2 tc.АПВ1 УАПВ1 МТЗ3  Q1 K4 l I к3 I к2 I к1 Iс.но3 Iс.но2 Iк K5 K1 K2Т2 K3 Т3 Т1 Л1 Q5 Q3 Q3 Q4 Q2 K6 Л2 Л3 25 Неселективные токовые отсечки (НО) защищают каждая свой участок и часть последующего (чем меньшую, тем лучше). Время срабатывания устройств АПВ последовательно нарастает на сту- пень Δt по мере удаления от источника питания. Рассмотрим сов- местное действие релейных защит и устройств АПВ на примере по- вреждения на линии Л2 (КЗ в точках K4 и K5). В зависимости от места КЗ мгновенно отключается либо только поврежденный уча- сток (линия Л2 при КЗ в точке K4), либо поврежденный и предыду- щий участки (при КЗ в точке K5 отключаются линия Л2 и линия Л1). Во втором случае первым с временем tс.АПВ1 действует АПВ линии Л1, а АПВ линии Л2 происходит позже с временем tс.АПВ2 = tс.АПВ1 + Δt. После АПВ неселективная отсечка еще остается введенной на время, достаточное для отключения без выдержки поврежденной линии (в случае КЗ на своем участке), а затем автоматически выво- дится раньше АПВ последующего участка. Поэтому неселективная отсечка линии Л1 НО1 будет выведена раньше, чем сработает АПВ2 линии Л2. При устойчивом КЗ в точке K5 после действия АПВ2 ли- нии Л2 произойдет срабатывание только неселективной отсечки НО2 и отключение только линии Л2. При устойчивом КЗ в точке K4 оба раза действует только НО2. Таким образом, если КЗ устойчиво, то мгновенно вторично отключается только поврежденный участок, ликвидация КЗ происходит селективно и без выдержек времени. По завершении всех отключений и циклов АПВ на участках, оставшихся включенными, снова автоматически вводятся неселек- тивные отсечки НО. Как правило, ПО АПВ применяют не более чем для трех участков. Одна из схем управления НО при поочередном АПВ показана на рис. 1.7. До АПВ НО введена контактом промежуточного реле KL1.2. Устройство АПВ, срабатывая, запускает реле времени KТ, которое далее самоудерживается контактом KТ.1. По истечении вре- мени, достаточного для отключения неселективной отсечкой устой- чивого КЗ на своем участке, замыкается импульсный контакт KТ.2. Реле KL1 действует, выводит НО и самоудерживается до замыкания упорного контакта KТ.3, шунтирующего обмотку реле KТ. 26 Рис. 1.7. Схема управления быстродействующей неселективной ступенью защиты (НО) при поочередном АПВ (НО, С3 – соответственно выходные контакты неселективной отсечки и селективной ступени с выдержкой времени) Реле KL1 теряет питание и снова вводит НО. Время замыкания контакта KТ.3 должно превышать время полного цикла неуспешно- го АПВ предыдущей линии. 1.3. АПВ линии с двухсторонним питанием 1.3.1. Особенности выполнения линий с двухсторонним питанием При установке устройств АПВ на линиях с двухсторонним пита- нием необходимо учитывать, что для восстановления работоспо- собности поврежденной линии требуется ее отключение и включе- ние с двух сторон. В связи с этим устройства АПВ следует устанав- ливать на выключателях обоих концов защищаемой линии. Необходимо также учитывать возможность несинхронного по- вторного включения и в ряде случаев принимать специальные меры для предотвращения несинхронного повторного включения. При возникновении трехфазного КЗ и отключении линии в сис- теме С1 и в системе С2 (рис. 1.8) может возникнуть разность частот, УАПВ KТ C3 KТ.1 KT.3 KL1.2НО На включение Q На отключение QKL2 УАПВ KT.2 KL1.1 KL1 KL2 R + – 27 т. е. векторы напряжений системы С1 (Uc1) и системы С2 (Uc2) начнут вращаться друг относительно друга. Если при нормальном режиме между векторами напряжений существует небольшой угол δ, необходимый для передачи мощности из одной части системы в другую, то при возникновении КЗ и отключении линии угол δ начнет изменяться от 0 до 360 . Если включение линии произойдет в момент времени в соответствующий угол δ, то по линии начнет протекать уравнительный ток, вызванный напряжением U и огра- ничиваемый сопротивлениями систем C1 и С2 и сопротивлением линии. При условии c2c1U U   = U величина уравнительного тока ур лc1 с2 2 sin / 2.UI X X Х   б Рис. 1.8. Схема сети с двухсторонним питанием (а) и векторная диаграмма (б) напряжений С2 ~ ~ Q1 Q2 K Iур Хс1 Хс2 Хл С1 Uc1 Uc2 а Uc2  Uc1 ΔU 28 Наиболее опасным является момент включения линии при =180: ур лc1 с2 2UI X X Х   , т. е. величина уравнительного тока, может превышать значение тока при трехфазном коротком замыкании на линии. Поэтому при АПВ линий с двухсторонним питанием необходимо проверять синхро- низм напряжений по обоим концам включаемой линии. Считается, что синхронизм не нарушается или допускается включение линии без проверки синхронизма напряжений по ее концам, если: 1) линия имеет большое число параллельных связей, когда от- ключение одной из параллельных связей не сопровождается нару- шением синхронизма; 2) имеется быстродействующая защита и быстродействующие выключатели по обоим концам, позволяющие обеспечить полное время цикла АПВ (отключение-включение) не более 0,25–0,5 с при повреждении в любой точке защищаемой линии; за указанное время векторы ЭДС разделившихся источников не успевают разойтись на значительный угол, и поэтому повторное включение сопровождает- ся допустимыми толчками тока и завершается успешным вхожде- нием в синхронизм; устройства АПВ с таким временем действия называются быстродействующими; 3) включение на несинхронную работу при любых углах между ЭДС разделившихся источников не представляет опасности для обо- рудования и обеспечивает быстрое восстановление синхронизма; такое устройство АПВ называется несинхронным. Проверка синхронизации напряжений выполняется с помощью специальных органов, которые контролируют наличие напряжения на линии и наступления синхронизма или приближения к нему. Устройства АПВ, дополненные этими органами, называются УАПВ с контролем синхронизма. В системах с глухозаземленными нейтралями наряду с трехфаз- ным применяется также однофазное автоматическое повторное вклю- чение (ОАПВ). Устройства ОАПВ имеют определенные преимуще- ства перед трехфазными УАПВ. Однако они значительно сложнее и требуют пофазного управления выключателями. Имеются также схемы совместного согласованного действия устройств УАПВ и 29 ОАПВ. Особенности УАПВ линий с двусторонним питанием рас- сматриваются далее на примере трехфазного УАПВ. Для ЛЭП с двухсторонним питанием применяются следующие виды устройств АПВ: несинхронное АПВ (НАПВ); быстродействующее АПВ (БАПВ); устройства АПВ линий, имеющих мощные обходные связи; АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС); АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС). 1.3.2. Устройство трехфазных АПВ без контроля синхронизма линий с двухсторонним питанием Устройство АВП линий с мощными обходными линиями связей Tак как при аварийном отключении линии синхронизм напряжений не нарушается, то на линии применяют устройства АПВ, аналогичные устройствам АПВ линий с односторонним питанием (рис. 1.9). Рис. 1.9. АПВ с мощными обходными линиями связей При коротком замыкании на линии вблизи шин подстанций воз- можно каскадное действие устройств РЗ и выключателей. Непра- вильный выбор времени срабатывания устройств АПВ в этом слу- чае может привести к отключению линии не только при устойчи- вых, но и при неустойчивых повреждениях, т. е. в таком случае теряется смысл установки устройств АПВ на линии. Расчетным условием для каждого комплекта устройств защиты и АПВ является короткое замыкание у места их установки (точка K1 – ~ ~ А K2 АПВ1 РЗ 1 РЗ 2 АПВ Q1 Q2 C2 C1 Б K1 30 для защиты и УАПВ выключателя Q1; точка K2 – для защиты и УАПВ выключателя Q2). В этом случае защита рассматриваемого ком- плекта имеет минимальную выдержку времени, а выключатель про- тивоположного конца линии из-за возможного отказа быстродей- ствующих защит отключается резервными защитами с максималь- ной выдержкой времени. Рассмотрим условия выбора времени устройства АПВ I. Для это- го построим временную диаграмму событий при КЗ в точке K1 (рис. 1.10). Рис. 1.10. Временные диаграммы для выбора времени срабатывания АПВ1 без проверки синхронизма Из временной диаграммы следует, что д запАПВI1 с.з2max о.в2 о.в1 в.в1с.з1min .t t t t t t t t        Так как на линии устанавливаются, как правило, однотипные выключатели, то о.в2 о.в1t t и, следовательно, д запАПВI1 с.з2max в.в1с.з1min .t t t t t t       2 1 Начало КЗ в K1 Включение Q1 Отключение Q2 t, c tc.з1мин tc.з2max А Б tд + tзапВ1(1) tв.в2 (бестоковая пауза) tв.в1 tо.в1 tАПВ11 tо.в2 tАПВ12 31 Если рассмотреть соответствующую временную диаграмму со- бытий при повреждении в точке K2, то можно определить требуе- мое время срабатывания устройства АПВ2 как д запАПВI2 с.з1max в.в2с.з2min .t t t t t t       Нетрудно заметить, что рассмотренное устройство АПВ может с обеих сторон включать линию на устойчивое короткое замыкание. Второе (с другой стороны линии) включение при устойчивом корот- ком замыкании нежелательно, целесообразно осуществить поочеред- ное включение выключателей. Например, сначала включить выклю- чатель Q1, а затем выключатель Q2, разрешив его включение только при наличии напряжения на включаемой линии. Оно появляется, ес- ли короткое замыкание после отключения линии самоустраняется и выключатель Q1 успешно включается. При устойчивом коротком замыкании выключатель Q1 после повторного включения отключа- ется, линия остается без напряжения и устройство АПВ выключате- ля Q2 не действует. Для осуществления указанного действия УАПВ (рис. 1.11) в его схему вводится максимальное реле напряжения, кон- тролирующее наличие напряжения на линии (устройство АПВН). Рис. 1.11. АПВ с максимальным реле напряжения Для более равномерного использования выключателей на обоих концах линии устанавливают комплекты АПВН–АПВ. Режим рабо- ты устройств АПВ определяется положением (замкнуты или разо- мкнуты) накладок SX. ТV1 ~C ~C РЗ 2 АПВII Q1 Q2 C2 АПВI РЗ 1 KV1 KV1 SX1 + SX2 + C1 ТV2 АПВ АПВН 32 Время срабатывания АПВ определяется аналогично рассмотрен- ному выше. Время срабатывания АПВН определяется из следую- щих условий: – при повреждении линии и отключении выключателя Q2 реле напряжения может находиться в состоянии после срабатывания и разрешать действовать устройству АПВ до тех пор, пока не отклю- чится выключатель Q1. Это учитывается при определении времени: запАПВН с.з1max о.в1 о.в2c.з2min ;t t t t t t      – реле напряжения может сработать и при включении выключателя Q1 на устойчивое короткое замыкание, однако выключатель Q2 при этом включаться не должен, поэтому время действия его УАПВ долж- но быть больше времени действия защиты t'c.з1 после неуспешного АПВ и времени отключения выключателя tо.в1 вместе взятых: о.в запАПВН с.з1t t t t    . Быстродействующие АПВ (БАПВ) Быстродействующим называют такое АПВ, при котором полный цикл АПВ не превышает 0,25–0,5 с. При таком времени полного цик- ла АПВ векторы напряжений по обоим концам линии не успевают разойтись на значительный угол ( o90  ) и несинхронное отключе- ние линий сопровождается относительно небольшими уравнитель- ными токами. Такую продолжительность полного цикла АПВ можно обеспечить в том случае, если на обоих концах линии установлены быстродействующие защиты и воздушные или элегазовые выключа- тели. Время включения таких выключателей примерно 0,2 с. Так как при недостатке воздуха в ресиверах воздушных выклю- чателей возможен отказ выключателей при втором отключении по- вреждения в случае устойчивого КЗ, то действие АПВ разрешается только в том случае, если в ресиверах выключателя воздуха доста- точно на два отключения выключателя. Контроль достаточности воздуха выполняется манометром, имеющим контакты. Контакты манометра замкнуты, если давление воздуха равно или больше до- пустимого давления. Ускорение действия АПВ может быть выпол- 33 нено за счет использования контактов без выдержки времени реле времени, входящего в комплект устройства РПВ-58. Несинхронное АПВ (НАПВ) Несинхронное АПВ можно применять, если после несинхронно- го включения линии обеспечивается быстрая ресинхронизация и, несмотря на понижение напряжения, не нарушается устойчивость основных нагрузок. Для облегчения ресинхронизации при несин- хронном АПВ устройства автоматики должны осуществлять опре- деленные операции. При возникновении дефицита мощности автоматически произ- водятся отключение неответственных потребителей устройствами автоматической частотной разгрузки, набор нагрузки незагружен- ными агрегатами, включение резервных источников питания и ряд других мероприятий. Если создается избыток мощности, то производится отключение части генераторов, электрическое или механическое их торможение и автоматическое регулирование турбин. В связи с тем что несинхронное АПВ может происходить при любых углах между векторами ЭДС разделившихся частей энерго- системы при включении, возможно появление больших уравни- тельных токов Iур.max и повышенных электродинамических усилий в элементах энергосистемы. Несинхронное АПВ допустимо, если при включении отношение максимального значения периодической составляющей уравнитель- ного тока к номинальному току:  ур.н нг г 0,625 d I I X   – для турбогенераторов с косвенным охлаждени- ем обмоток и гидрогенераторов с демпферными обмотками;  ур.н нг 3 I I  – для синхронных генераторов, турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток и гидрогенераторов без демпферных обмоток. Здесь гdX  – сверхпереходное индуктивное сопротивление син- хронного генератора или компенсатора в относительных единицах. 34 Для трансформаторов и автотрансформаторов ур.н кнТ 100 % % I I U  . Несинхронное АПВ сопровождается не только возникновением сверхтоков и понижением напряжения, но и кратковременным по- явлением токов и напряжений обратной и нулевой последователь- ностей из-за неодновременного замыкания фаз выключателя. В связи с этим защиты, реагирующие на токи напряжения обратной и нуле- вой последовательностей, исключая защиты, основанные на диф- ференциальном принципе, могут действовать неправильно на вклю- чаемой линии и на смежных с ней участках. Имеется ряд способов, обеспечивающих правильное поведение защиты при наличии несинхронного УАПВ: – понижение чувствительности защиты, например токовой от- сечки с включением реле на фазные токи (для токовой отсечки ну- левой последовательности и для дистанционной защиты этот спо- соб, как правило, малоэффективен); – увеличение времени действия защиты; – применение различных блокировок, обеспечивающих кратко- временный вывод из работы быстродействующих защит, способных подействовать неправильно при несинхронном АПВ; способ широ- ко применяется для блокировки дистанционной защиты при возник- новении качаний. Для выполнения несинхронного УАПВ можно использовать реле типа РПВ-358. При этом схема устройства несинхронного УАПВ аналогична схеме устройства АПВ для линий с односторонним пи- танием. При поочередном включении выключателей устройство несинхронного АПВ с одного конца линии осуществляется с кон- тролем наличия напряжения. 1.3.3. Устройство трехфазного АПВ с контролем синхронизма линий с двухсторонним питанием Устройства АПВ с контролем синхронизма применяют на лини- ях с двусторонним питанием, когда отключение рассматриваемой линии может сопровождаться нарушением синхронизма, а приме- 35 нение несинхронного УАПВ недопустимо из-за больших толчков уравнительного тока. В устройствах АПВ с контролем синхронизма предусматриваются реле, не допускающие включения линии при больших значениях углов между векторами ЭДС, при которых тол- чок уравнительного тока превышает допустимое значение. К рассматриваемой группе устройств АПВ относятся УАПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС) и УАПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС). Устройства АПВОС разрешают включать линию только при на- личии синхронизма и поэтому могут устанавливаться лишь на ли- ниях, имеющих достаточно мощные параллельные связи, которые обеспечивают сохранение синхронизма при отключении рассматри- ваемой линии. Применение УАПВ без проверки синхронизма недо- пустимо, так как при выводе из работы параллельных связей или при их одновременном повреждении с рассматриваемой линией синхронизм будет нарушен. Устройства АПВУС устанавливаются на линиях, имеющих сла- бые параллельные связи или не имеющих их. При отключении та- ких линий нарушается синхронная работа, но, несмотря на это, устройство АПВУС разрешает включить линию в определенном диапазоне углов между векторами напряжений, если разность час- тот несинхронно работающих частей энергосистемы не превышает допустимого значения. Устройство АПВ с ожиданием синхронизма Устройство АПВОС предусматривает поочередное включение выключателей с обоих концов линии. При этом на том конце линии, который включается раньше, достаточно производить АПВ с кон- тролем отсутствия напряжения на линии, а наличие синхронизма проверять при включении выключателя с противоположного конца. Обычно устройства АПВОС обоих концов линии имеют одинако- вую схему, содержащую орган, контролирующий отсутствие на- пряжения и орган контроля синхронизма. Поэтому на линии уста- навливаются два комплекта АПВОС (АПВОН) (рис. 1.12). Режим работы комплектов определяется накладками SX. На одном конце линии устанавливается режим комплекта АПВОС, на другом конце – АПВОН. При аварийном отключении линии на ней исчезает напря- 36 жение и замыкающиеся контакты реле KV1 и KV2 размыкаются, а размыкающие контакты – замыкаются. При этом разрешается дей- ствие устройства АПВОН и включается выключатель той стороны линии, на которую действует комплект АПВОН. Если АПВ вклю- ченного выключателя успешно, то на линии появляется напряжение и замыкается замыкающий контакт реле KV, входящего в комплект АПВУС, и разрешается действие АПВУС. Реле контроля синхро- низма сравнивает два напряжения: напряжение на шинах и напря- жение на включаемой линии. Реле реагирует на геометрическую разность этих напряжений, т. е. на напряжение биения Us. Реле KSS контроля синхронизма типа РН-55 использует обычную электро- магнитную систему минимального реле напряжения. Но реле вме- сто одной имеет две независимые обмотки, каждая из которых включается на одно из сравниваемых напряжений так, что при ра- венстве их значений и совпадении по фазе результирующий маг- нитный поток отсутствует и контакт KSS.1 реле замкнут. Рис. 1.12. Линии с двумя комплектами АПВОС При смещении векторов сравниваемых напряжений друг относи- тельно друга результирующий магнитный поток и вместе с ним вращающий момент в реле возрастают. При некоторых значениях угла δв.р между векторами сравниваемых напряжений реле размыка- ет соответствующий контакт и запрещает действовать устройству АПВОС (рис. 1.13). SX2 ТV1 ~ ~ АПВII C2 C1 Q АПВI РЗ 1 KV1 SX1 + ТV2 KSS1 Q2РЗ 2 ТV4 KSS2 + KV2 ТV3 АПВОС (АПВОН) АПВОН (АПВОС) 37 Рис. 1.13. Диаграмма, поясняющая работу реле контроля синхронизма Таким образом, реле KSS находится в состоянии после срабаты- вания в течение времени t = (δc.р + δв.р)/ωs, где ωs – угловая частота скольжения. Это время сравнивается с временем tАПВ1. Включение разрешает- ся при t > tАПВ1. Очевидно, определяющим является условие tАПВ1 = t (см. рис. 1.13). При этом включение происходит при некотором угле δвкл, которому соответствует максимальная допустимая угловая час- тота скольжения ωsmax. Из рис. 1.13 следует ωsmax = (δвкл – δвр) / tАПВ1. С учетом этого tАПВ1 = (δc.р + δв.р) tвкл / (δвкл – δвр). При коэффициенте возврата реле РН-55 kв = δвр / δc.р = 1,25 δвр = δвкл tАПВ1 / (1,8 tвкл + tАПВ1), где tвкл – максимальное время включения выключателя. tАПВ1 δвкл π δвр tвкл δ t δср Us Uв.р Uс.р 0 Контакт KSS разомкнут Контакт KSS замкнут 38 Устройство АПВ с улавливанием синхронизма Устройство АПВУС, как и АПВОС, осуществляет поочередное включение выключателей; при этом сначала включается выключа- тель на том конце линии, на котором контролируется отсутствие напряжения, а затем включается выключатель на другом конце, ес- ли позволяют органы, контролирующие разность частот. Устрой- ство АПВУС включает органы, контролирующие разность частот напряжений разделившихся частей энергосистемы. Простейший ор- ган контроля разности частот может быть выполнен из двух реле минимального напряжения: KV1 и KV2. К обоим реле подводится напряжение биения Us (рис. 1.14). Рис. 1.14. Диаграмма, поясняющая работу органа, контролирующего разность частот напряжений разделившихся частей системы Время t1,2, в течение которого оба реле держат замкнутыми кон- такты в цепи обмотки реле времени, зависит от скорости изменения напряжения, характеризующей разность частот. Повторное включе- ние разрешается, когда время t1,2 достигает или превышает заданное время контроля tк (на рис. 1.14 второй период биения). Схема со- брана так, что пуск устройства АПВУС происходит только в конце периода биения. Уставки УАПВУС выбирают таким образом, что повторное вклю- чение происходит при малых углах между напряжениями, без зна- Us Uвр1 Uср1 Uср2 Uвр2 KV2 KV1 t t1,2 t1,2 tk tk 39 чительных толчков уравнительного тока. Это позволяет использо- вать устройства АПВУС на одиночных транзитных линиях, а также линиях, имеющих слабые параллельные связи. Устройства релей- ной защиты при АПВУС обычно действуют правильно и не требу- ют дополнительных мер. 1.4. Однофазное АПВ В сетях с заземленными нейтралями большая часть отключений ЛЭП вызывается однофазными короткими замыканиями, значитель- ная часть которых (80–90 %) неустойчива. Поэтому для ликвидации повреждения на линии достаточно отключить только поврежден- ную фазу. Такую операцию выполняют устройства однофазных АПВ (ОАПВ). Для реализации ОАПВ на линиях должны быть уста- новлены пофазно управляемые выключатели. Достоинством ОАПВ является то, что при однофазных коротких замыканиях коммутируется одна поврежденная фаза, две неповре- жденные фазы остаются включенными, что позволяет сохранять устойчивость параллельной работы энергетических систем. При возникновении междуфазных КЗ должны отключаться, а за- тем включаться все три фазы. Это требует комбинирования ОАПВ и трехфазных АПВ. Для отключения защитой только одной фазы в устройствах ОАПВ предусматриваются избиратели поврежденной фазы. При однофазных КЗ избиратели поврежденной фазы определяют повре- жденную фазу, снимают действие защиты на отключение трех фаз и переводят действие защиты на отключение только поврежден- ной фазы. В случае неуспешного ОАПВ избиратели поврежденной фазы переводят действие защиты на отключение трех фаз. В каче- стве избирателей поврежденных фаз используются дистанционные органы (реле сопротивления), к которым подводятся фазные токи и напряжения. Использование ОАПВ требует проведения следующих меро- приятий:  расчета токов и напряжений в неполнофазных режимах работы;  анализ поведения защит линии и прилегающих участков энер- госистемы при неполнофазном режиме; 40  выбор уставок защит, предотвращающих ложную работу за- щиты элементов энергосистемы при возникновении неполнофазно- го режима работы линии. Сами устройства ОАПВ являются довольно сложными устрой- ствами и кроме вышеуказанных действий дополнительно должны: – при возникновении КЗ на неотключенных в цикле ОАПВ фазах отключать все три фазы и предотвращать действие трехфазного АПВ; – запрещать трехфазное АПВ после неуспешного ОАПВ; – запрещать действие ОАПВ при действии трехфазного АПВ. По условиям деионизации среды при однофазном КЗ устройство ОАПВ должно создавать достаточную выдержку времени. Условия деионизации изоляции в месте повреждения ухудшаются подпиткой поврежденной фазы от неотключившихся фаз за счет электромаг- нитных и емкостных связей. Длительность ионизации зависит от длины линии и напряжения в сети: диt kL , где k – коэффициент, зависящий от номинального напряжения линии: k = 0,001 при напряжении 110 кВ, k = 0,002 при напряжении 220 кВ, k = 0,003 при напряжении 330 кВ, k = 0,004 при напряжении 500 кВ; L – длина линии, км. 1.5. Принципы выполнения АПВ силовых трансформаторов На однотрансформаторных подстанциях с односторонним пита- нием при отключении трансформатора электроснабжение потребите- лей электрической энергии прекращается. Для повышения надежности электроснабжения потребителей предусматривается автоматическое повторное включение трансформатора мощностью более 1 МВА после его аварийного отключения. Пуск устройства АПВ обычно выполняют так, чтобы не допускать включения трансформатора при внутренних повреждениях, которые, как правило, не самоустраняются. При всех внутренних повреждениях срабатывает сигнальный элемент газового 41 реле. Поэтому целесообразно пуск устройства АПВ производить при всех аварийных отключениях трансформатора, но запрещать его по- вторное включение при срабатывании сигнального элемента газового реле. При этом в действие УАПВ вводится некоторое замедление, ис- ключающее повторное включение трансформатора при внутренних коротких замыканиях, сопровождающихся бурным газообразованием, когда отключающий элемент газового реле срабатывает раньше, чем его сигнальный элемент. В отдельных случаях допускается действие УАПВ при отключении трансформатора защитой от внутренних по- вреждений. В остальном требования к устройству АПВ и схемы его осуществления аналогичны рассмотренным выше УАПВ, применяе- мым на линиях электропередач. На подстанциях с двумя и более трансформаторами наряду с устройствами автоматического включения резерва (АВР) могут предусматриваться и устройства АПВ. При этом их действия долж- ны быть согласованы. В связи с наличием резервного источника питания автоматическое повторное включение ограничивают. Пуск устройства АПВ разрешают только при внешних коротких замыка- ниях. Для этой цели используют максимальную токовую защиту, установленную со стороны выводов низшего напряжения трансфор- матора. Срабатывание защиты свидетельствует о возникновении повреждения на шинах или о том, что внешнее короткое замыкание не отключилось соответствующей защитой. При этом отключается выключатель со стороны низшего напряжения трансформатора и устройство АПВ включает его повторно. Во всех остальных слу- чаях напряжение на секцию шин, потерявшую питание, должно подаваться действием устройства АВР. 1.6. Принципы выполнения шин АПВ распределительных устройств Устройства автоматики обеспечивают автоматическое повторное включение шин. Если шины не имеют специальной защиты, то вос- становление напряжения на них осуществляется устройствами АПВ питающих присоединений. При наличии специальной защиты шин можно применять отдель- ные устройства АПВ шин, запускаемые этой защитой. С помощью УАПВ напряжение на шины подается сначала от одного из отклю- 42 чившихся питающих присоединений (т. е. делается опробование шин), а затем, если опробование шин оказывается успешным, вклю- чаются остальные присоединения. Одной из разновидностей устройств является УАПВ с контролем напряжения на шинах. Такое устройство АПВ разрешает включение первого присоединения при отсутствии напряжения на шинах, а включение остальных присоединений – при наличии напряжения. Недостатком УАПВ с контролем напряжения является то, что при отказе на включение выключателя, который должен включаться первым, АПВ шин вообще не происходит. От этого недостатка сво- бодно УАПВ шин с запретом действия (блокировкой) при повтор- ном срабатывании защиты шин. Запрет выполняется с помощью дополнительного промежуточного реле, которое самоудерживается после первого срабатывания защиты шин. Если защита срабатывает повторно, то создаются цепи запрета, выполненные последователь- но соединенными контактами защиты и дополнительного промежу- точного реле. При успешном АПВ шин самоудерживание промежу- точного реле снимается по истечении некоторого времени. 1.7. АПВ электродвигателей напряжением выше 1000 В Устройства АПВ предусматриваются на неответственных элек- тродвигателях, отключаемых минимальной защитой напряжения для обеспечения самозапуска других ответственных электродвига- телей. Одна из схем группового УАПВ показана на рис. 1.15. Устройство начинает работать при действии минимальной защи- ты напряжения. Отключая электродвигатели, защита одновремен- но включает промежуточное реле KL1, которое затем самоудер- живается контактом KL1.1. После восстановления напряжения до U = (0,8–0,9) Uт.ном реле напряжения KV запускает реле времени KТ (типа ЭВ-225 или ЭВ-245), которое импульсным контактом KТ.1 кратковременно замыкает цепь обмотки выходного реле KL2. Для надежного включения выключателей возврат реле KL2 должен про- исходить через время tв.р  0,1–0,2 с после его срабатывания. Это условие обеспечивается тем, что время замкнутого состояния им- пульсного контакта КТ.1 реле времени составляет 0,45–0,65 с (реле ЭВ-225) или 1,0–1,5 с (реле ЭВ-245). Контакт KТ.2 реле времени служит для возврата схемы в исходное состояние. 43 Рис. 1.15. Схема устройства АПВ электродвигателей напряжением выше 1 кВ Индивидуальное АПВ электродвигателей может выполняться с применением реле РПВ-358 и дополнительного реле, контроли- рующего наличие напряжения на шинах питания. Включающие воз- действия в схемах УАПВ электродвигателей подаются через кон- такты ключей управления, замкнутые находятся в положении «Вклю- чено», чтобы исключить возможность запуска электродвигателей, отключенных персоналом до момента снижения напряжения. F2 KT.2 KT.1 KV KL1 R F1 KL1.1 KL1.2 KT KL2 KV KL2.1 KL2.2 На включение электродвигателей 44 2. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЯ 2.1. Общие положения 2.1.1. Назначение устройств АВР Питание потребителей достаточно надежно, если осуществляет- ся от двух и более источников питания. Однако при питании потре- бителей от двух и более источников питания возрастает уровень токов короткого замыкания на шинах распределительных устройств (РУ) и в питаемой сети. Возрастание уровня токов короткого замы- кания приводит к увеличению капитальных затрат на сооружение самих распределительных устройств, увеличению стоимости ком- мутирующей аппаратуры и удорожанию распределительных сетей. Поэтому при питании потребителей электрической энергией ча- ще всего используется один основной источник питания при от- ключенном резервном источнике. В случае отключения основного источника питания или исчезновения напряжения на шинах распре- делительного устройства (на резервируемых шинах) по каким-либо другим причинам включается резервный источник питания. Функцию автоматического включения резервного источника пи- тания и резервного оборудования выполняет устройство АВР. По виду оборудования устройства АВР подразделяются: на АВР линий (рис. 2.1, а); АВР трансформаторов (рис. 2.1, б); АВР на секционных выключателях (рис. 2.1, в); АВР двигателей (рис. 2.1, г). Первые два вида АВР применяются только для наиболее ответ- ственных потребителей (собственные нужды электростанций, пита- ние военных и правительственных объектов и т. д.). Наиболее часто в системах электроснабжения потребителей применяется устрой- ство АВР (УАВР) на секционных выключателях. При АВР на секционных выключателях оба источника включены и каждый из источников питает свою нагрузку. При отключении одного из источников включается секционный выключатель и на- грузка отключившегося источника воспринимается оставшимся в работе источником питания. 45 Рис. 2.1. Виды устройств АВР В схемах электроснабжения довольно часто УАВР на секцион- ном выключателе называют АВР трансформаторов, если в качестве источников питания используется трансформатор. Это особое вы- деление АВР на секционных выключателях в АВР трансформатора объясняется тем, что нагрузка трансформатора ограничивается его номинальной мощностью и допустима лишь ограниченная пере- грузка трансформатора в течение оговоренного времени. Различают АВР одно- и двухстороннего действия. В УАВР од- ностороннего действия реализуется включение резервного источни- ка при отключении основного источника. Отключение резервного источника не приводит к включению основного источника питания. В УАВР двухстороннего действия отключение основного источни- ка приводит к включению резервного источника питания и отклю- чение резервного источника приводит к включению основного ис- точника питания. а АВР Н АВР Н б АВР Н в АВР MМСХ M1 г 46 2.1.2. Основные требования, предъявляемые к устройствам АВР 1. УАВР должны начинать действовать при потере питания ре- зервируемых шин от основного источника питания по любой при- чине (аварийные, самопроизвольные или ошибочные отключения основного источника питания). 2. Действие УАВР должно быть однократным, чтобы предупре- дить многократное включение резервного источника питания на ус- тойчивое повреждение. 3. Время действия УАВР должно быть оптимально минималь- ным для уменьшения перерыва питания потребителя. 4. Включение выключателя резервного источника питания УАВР должно осуществляться только после отключения выключателя рабо- чего источника питания (во избежание включения резервного источ- ника на устойчивое короткое замыкание в цепи рабочего питания). 5. Должно быть реализовано ускорение действия релейной защи- ты резервного источника питания после АВР. 6. УАВР не должно действовать при исчезновении напряжения как на основном, так и на резервном источниках питания. 7. УАВР не должно действовать при кратковременных исчезно- вениях напряжения на основном источнике питания. 8. Команда на включение выключателя резервного питания долж- на подаваться немедленно после отключения выключателя источ- ника основного питания. 2.2. Пусковые органы устройств АВР В качестве примера рассмотрим УАВР на секционном выключа- теле (участок сети показан на рис. 2.2). В указанной схеме шины секционированы; секционный выключатель Q2 отключен. Каждая секция питается от отдельного источника. Схему УАВР можно вы- полнить так, что устройство будет действовать на включение сек- ционного выключателя Q2 при отключении любого из источников питания и исчезновении напряжения на любой секции шин. В этом случае осуществляется взаимное резервирование с помощью УАВР двухстороннего действия. 47 Рис. 2.2. Схема сети с устройством АВР на секционном выключателе Но прежде чем включить выключатель Q2, устройство АВР долж- но отключить выключатель Q1 или Q3, если они остались включен- ными при исчезновении напряжения на соответствующей секции шин. Для этой цели в схему УАВР вводят пусковой орган. В каче- стве пусковых устройств АВР используются пусковой орган мини- мального напряжения, реле времени, реле частоты. 2.2.1. Пусковой орган минимального напряжения Пусковой орган минимального напряжения (рис. 2.3) состоит: – из двух реле минимального напряжения (KV1 и KV2), подклю- ченных к вторичным цепям трансформатора напряжения TV1 и конт- ролирующих напряжения на резервируемых шинах; Л1 Л2 УАВР K6 K3 K1 K4 K2 K5 Q2 Q1 Q3 Q5 ИП1 ИП2 Q4 I II TV1 b1 a1 c1 b2a2 c2 TV2 48 – реле максимального напряжения (KV3), подключенного к вто- ричным цепям трансформатора напряжения TV2 и контролирующе- го напряжение на резервном источнике питания; – реле времени KТ, создающего выдержку времени действия АВР. Рис. 2.3. Пусковой орган минимального напряжения Реле KV1 и KV2 включаются на линейные напряжения разных фаз для предотвращения ложной работы пускового органа при не- исправностях во вторичных цепях измерительного трансформатора напряжения TV1. Пусковой орган минимального напряжения не должен срабатывать при понижениях напряжения на шинах, например сек- ции I, до Uост.к, вызванных короткими замыканиями в точках K1–K3 (за элементами с сосредоточенными параметрами), см. рис. 2.2. Эти повреждения обычно отключаются защитой с выдержкой времени третьей ступени IIIс.зt . Характер изменения напряжения на шинах секции I и напряжение срабатывания показаны на рис. 2.4, б. По этому условию напряжение срабатывания реле KV1 и KV2 ост.к . 1, 2 отсVс kV kV UU k k  , где kотс = 1,1–1,2. к TV1 b1 a1 c1 KV1 KV2 b1 a1 c1 KV3 к TV2 На отключение Q1 и включение Q2 KT KV1 KV2 KV3 KT+ - 49 Рис. 2.4. Графики изменения напряжения на резервируемой секции шин при удаленных коротких замыканиях При коротких замыканиях в точках K4–K6 устройство АВР тоже не должно срабатывать. В этих случаях напряжение на шинах сек- ции I может снизиться практически до нуля (рис. 2.4, а) и мини- мальные реле напряжения срабатывают. Короткие замыкания в точ- ках K4–K6 ликвидируются быстродействующими защитами с вы- держкой времени с.зt , а реле напряжения будет находиться в по- ложении после срабатывания в течение времени с.з о.вt t  . После включения поврежденного элемента напряжение на шинах секции I начинает восстанавливаться и осуществляется самозапуск электро- двигателей. Для того чтобы исключить действие УАВР, в этом слу- чае необходимо соответствующим образом выбрать выдержку вре- мени tСАВРI и обеспечить возврат минимальных реле напряжения в исходное состояние при напряжениях, не больших значения Uост.сзп. Это второе условие выбора напряжения срабатывания: раб min 1, 2 отc вckV kV V U U k k k  , где kв = 1,25 – коэффициент возврата. Принимается меньшее значение напряжения срабатывания. В рас- четах часто принимают UckV1,kV2 = (0,25–0,4) (Uном / kV). U U раб U раб .m in U с.k v1 k u . tс.з. + tо.в. t а U U раб . U ост .к U с.k v1 k u . tс.з. + tо.в. t б 50 Оно обычно удовлетворяет обоим условиям. При этом выдержка времени tАВР1 должна быть больше времени tlc.з + to.в (см. рис. 2.4, а). Время срабатывания реле времени KT выбирается в первом при- ближении из условия недействия АВР при КЗ в питаемой сети: c.з maxс.KT сАВР1 c.з1max c.з2maxmax ; ; ... ; ,nt t t t t t      где c.з maxt – максимальное время срабатывания защит присоедине- ний к резервируемым шинам. В некоторых схемах УАВР пусковой орган (минимальное реле напряжения) и орган выдержки времени объединены в одном реле. Если на резервируемом элементе системы электроснабжения (на- пример, на линии Л1) имеется устройство АПВ, то время tcABPI долж- но согласовываться с временем действия УАПВ tcАПВI так, чтобы устройство АВР действовало только после неуспешного действия устройства АПВ. Для этого время tcABPI, полученное выше, необхо- димо увеличить при однократном УАПВ на значение tcАПВI. Если в системе электроснабжения (см. рис. 2.4) наряду с рассматривае- мым устройством АВР имеется УАВР, расположенное ближе к ра- бочему источнику питания, то его время действия t'ABPI выбирается с учетом сказанного, а для рассматриваемого УАВР должно выпол- няться дополнительное условие запАВР1 АВР1t t t  . Время tзап в зависимости от типов выключателей и реле времени в схемах УАВР принимается 2–3 с. Действие устройства АВР имеет смысл при наличии напряжения на резервном источнике питания. Поэтому в пусковой орган УАВР включают максимальное реле напряжения, контролирующее нали- чие напряжения на резервном источнике питания, на шинах секции II. При минимальном рабочем напряжении Uраб min реле должно находиться в состоянии после срабатывания, разрешая действие пускового органа УАВР. Это обеспечивается выбором его напряже- ния срабатывания по условию раб min 3 отc вckV V U U k k k  , 51 где kотс = 1,5–1,7 – коэффициент отстройки; kв = 0,8 – коэффициент возврата. В расчетах обычно принимают UcKV3 = (0,65–0,7) (Uном / kV). 2.2.2. Реле времени В системах электроснабжения в качестве пусковых органов уст- ройств АВР довольно часто используется реле времени типа ЭВ-235, подключаемое к вторичным цепям трансформатора напряжения че- рез выпрямительное устройство ВУ-200, рис. 2.5. Рис. 2.5. Подключение реле времени к вторичным цепям трансформатора При наличии напряжения на шинах подстанции обмотка реле KТ обтекается током, и контакт реле KТ разомкнут. При исчезновении напряжения на шинах подстанции обмотка реле KТ обесточивается и контакт реле KТ замыкается с выдержкой времени. При этом выра- батывается команда на отключение выключателя основного источника питания и включение выключателя резервного источника питания. Время срабатывания реле KТ выбирается аналогично времени сраба- тывания реле KТ, входящего в состав пускового органа минимального напряжения. Напряжение возврата реле KТ составляет (30–40 %) срU или, что соответствует напряжению срабатывания, реле минимального напряжения пускового органа. Питание выпрямительного устройства от трех фаз вторичных цепей трансформатора напряжения предотвра- щает ложную работу пускового органа при неисправностях во вторич- ных цепях трансформаторов напряжения. Контроль наличия напряже- КТ ВУ-200 a1 c1 b1 к TV1 52 ния на источнике резервного питания реализуется за счет питания ис- полнительных цепей АВР от трансформатора напряжения, подклю- ченного к резервному источнику питания. 2.2.3. Реле частоты Если к резервируемым шинам подключены синхронные электро- двигатели и компенсаторы, то при отключении рабочего источника питания на шинах в течение некоторого времени поддерживается остаточное напряжение благодаря разряду электромагнитной энер- гии, запасенной этими электродвигателями и компенсаторами. Зна- чение этого напряжения снижается постепенно, поэтому минималь- ное реле напряжения УАВР может действовать с замедлением, до- стигающим tc.p = 1 с и более. Такой перерыв в питании нежелателен, так как при включении резервного источника питания резко ухуд- шаются условия самозапуска электродвигателей и может возникнуть необходимость отключения части электродвигателей для успешного самозапуска электродвигателей ответственных механизмов. Избе- жать длительного перерыва в его питании можно, если вместо пуско- вого органа минимального напряжения использовать реле понижения частоты. Это возможно, так как снижается не только значение, но и частота остаточного напряжения. Причем время снижения частоты до значения уставки срабатывания, равной 46–47 Гц, обычно не пре- вышает 0,2–0,3 с, т. е. всегда значительно меньше, чем время сниже- ния остаточного напряжения от первоначального значения до устав- ки срабатывания минимального реле напряжения. Для предотвращения ложного срабатывания АВР при снижении частоты в энергосистеме пусковой орган с реле частоты дополняет- ся реле направления мощности, которые разрешают действие АВР только в том случае, если мощность не протекает к шинам подстан- ции или мощность протекает из шин подстанций в питающую сеть. При протекании мощности из энергосистемы к шинам подстанции и снижении частоты действие пускового органа блокируется реле направления мощности. 2.3. Схемы устройств автоматического включения резерва Устройства АВР выполняются на переменном и постоянном (вы- прямленном) оперативном токах. На переменном оперативном токе 53 устройства АВР выполняются для выключателей с пружинными и грузовыми приводами. На постоянном токе устройства АВР вы- полняются для выключателей электромагнитными приводами. На рис. 2.6 показана подстанция, получающая питание от рабо- чего источника. Выключатель Q1 включен, а выключатель Q2 ре- зервного источника отключен. Рис. 2.6. Подстанция, получающая питание от рабочего источника 2.3.1. Устройства АВР на переменном оперативном токе при выключателях с пружинными и грузовыми приводами Устройства АВР на переменном оперативном токе обычно при- меняются в установках с выключателями, оборудованными грузо- выми или пружинными приводами, имеющими различные вспомо- гательные контакты, о назначении и условном обозначении кото- рых рассказано выше. Устройства АВР на переменном оперативном токе могут выпол- няться с применением реле прямого и косвенного действия. На рис. 2.7 показано УАВР с применением реле прямого действия. В качестве пускового органа УАВР применено реле напряжения KVT прямого действия типа РНВ. Оно срабатывает при исчезновении на- пряжения на шинах подстанции и при этом отключает выключатель Q1 с заданной выдержкой времени. Вспомогательный контакт вы- ключателя Q1.1 замыкает цепь электромагнита включения YAC2 вы- ключателя Q2, который включается лишь при наличии напряжения от резервного источника (электромагнит подключается к TV2). УА ВР Q1 Q2 TV2 b2a2 c2 TV1 b1a1 c1 От рабочего ИП От резервного ИП Л1 Л2 54 Рис. 2.7. УАВР с реле прямого действия На рис. 2.8 показана схема УАВР на переменном оперативном токе для выключателей с пружинным приводом. Рис. 2.8. УАВР на переменном оперативном токе для выключателей с пружинным приводом В качестве пускового органа устройства АВР используют вторич- ное реле времени KТ косвенного действия ЭВ-235К, подключенное к трансформатору напряжения TV1 через выпрямительное устрой- ство ВУ-200. Реле KТ срабатывает при исчезновении напряжения на шинах подстанции и с заданной выдержкой времени замыкает цепь KТ М Q.2.4 Q.2.6 Q.2.1 YAC2 SX2 Q.2.3 Q.1.2 YAT1KТ Q.1.1 а2 b2 a1 b1 c1 ВУ-200 к TV1 к TV2 SX1 к TV2 к TV1 a1 b1 a2 b2 KVT F1 F2 YAC2 Q1.1 Q2.1 55 электромагнита отключения YAT1 выключателя Q1. Отключение выключателя сопровождается размыканием его вспомогательного контакта Q1.1 и замыканием вспомогательного контакта Q1.2 в цепи электромагнита включения YAC2 выключателя Q2. Выключатель включается лишь при наличии напряжения на резервном источнике и готовности привода выключателя Q2 к действию (вспомогательный контакт Q2.6 замкнут). Вспомогательный контакт Q2.3 исключает многократность действия устройства АВР при включении выключа- теля Q2 на устойчивое короткое замыкание. Если выключатель от- ключается после включения устройством АВР, то пружина электро- двигателем М не заводится, так как цепь питания электродвигате- ля М размыкается вспомогательным контактом Q2.3 при отключении выключателя Q2. Для подготовки привода к действию накладку SX1 снимают (выводят из действия АВР), а накладкой SX2 замыкают цепь электродвигателя, который, начиная работать, заводит пружину до тех пор, пока его цепь не разомкнется вспомогательным контак- том Q2.4. После завода накладки возвращают в прежнее положение. Если на резервной линии отсутствует трансформатор напряжения TV2, то схему АВР можно выполнить с использованием предвари- тельно заряженных конденсаторов. 2.3.2. Устройства АВР на постоянном оперативном токе Устройства АВР на постоянном оперативном токе применяют в установках, имеющих выключатели с электромагнитными приво- дами. Электромагниты отключения и тем более электромагниты включения потребляют сравнительно большие мощности. Схемы релейной защиты и схемы автоматики выполняют на постоянном или выпрямленном оперативном токе с использованием блоков пи- тания и мощных выпрямительных устройств. На рис. 2.9 представлено УАВР на постоянном оперативном токе для выключателей с электромагнитным приводом. Пусковой орган УАВР содержит минимальные реле напряжения KV1, KV2 и мак- симальное реле напряжения KV3. Выдержку времени tABPI создает реле времени KТ. Однократность действия обеспечивается проме- жуточным реле KLT, имеющим при возврате выдержку времени tABP2. В нормальном режиме выключатель Q1 включен, а выключа- тель Q2 отключен. 56 Рис. 2.9. УАВР на постоянном оперативном токе для выключателей с электромагнитным приводом На шинах и на линии Л2 (см. рис. 2.6) имеется напряжение. Кон- такты минимальных реле напряжения KV1 и KV2 разомкнуты, а контакт максимального реле напряжения KV3 замкнут. Вспомога- тельные контакты Q1.1 и Q1.2 выключателя Q1 замкнуты, а вспо- могательный контакт Q1.3 разомкнут. При этом реле KLT находит- ся в возбужденном состоянии и его контакты KLT.1 и KLT.2 за- мкнуты. Вспомогательный контакт Q2.1 выключателя Q2 замкнут; цепь электромагнита включения YАС2 подготовлена. Устройство АВР действует следующим образом. При исчезновении напряжения на шинах подстанции срабатывают реле KV1 и KV2, их контакты в цепи реле времени KТ замыкаются. Если на линии Л2 име- ется напряжение, то реле KV3 находится в состоянии после срабаты- вания и его контакт замкнут. Реле времени KТ приходит в действие и по истечении времени tABPI замыкает контакт в цепи электромагнита отключения YAT1 выключателя Q1, выключатель Q1 отключается. При этом его вспомогательные контакты Q1.1 и Q1.2 размыкаются, a контакт Q1.3 в цепи электромагнита включения YAC2 замыкается, производя включение выключателя Q2. Если включение выключателя Q2 происходит на поврежденные шины, то защита выключателя (на схеме не показана) с ускорением после действия УАВР отключает его. Повторного включения не последует, так как к этому времени реле KLT размыкает свои контакты KLT.1 и KLT.2. YAC2 KT KV1 KV3 KV2 KV1 KV2 KV3 SX1 Q1.1 YAT1 KLT Q1.2 Q1.3 KLT.2 SX2 Q2.1 - + KLT. KT KLT.1 57 3. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТОТНАЯ РАЗГРУЗКА В ЭС постоянно обеспечивается баланс генерируемой и потреб- ляемой активной мощности. При изменении потребляемой актив- ной мощности изменяется количество пара, подаваемого в турбины, и скорость вращения генераторов (частота в ЭС) поддерживается на значениях, близких к номинальной частоте. При возникновении значительных дефицитов активной мощности весь горячий резерв на электростанциях может быть исчерпан, и тогда частота в ЭС на- чинает снижаться. При снижении частоты в ЭС уменьшается и по- требляемая нагрузкой активная мощность, это приводит к тому, что баланс генерируемой и потребляемой активных мощностей может установиться при новом значении частоты в ЭС, отличном от зна- чения номинальной частоты. Если частота снижается на 0,1–0,2 Гц, то такое снижение частоты не опасно и некоторое время (достаточ- но длительное) ЭС может работать устойчиво при новом устано- вившемся значении частоты. Если частота снижается до 48–47,5 Гц, то это может привести к последствиям, вызывающим «лавину ча- стоты» и «лавину напряжения». Под лавиной частоты понимается лавинообразный процесс снижения частоты в ЭС, приводящий к по- тере устойчивости ЭС и в конечном итоге – к развалу ЭС. Лавина частоты возникает по следующим причинам. При сниже- нии частоты в ЭС уменьшается производительность электродвига- телей, в том числе и электродвигателей собственных нужд (СН) электрических станций. Снижение частоты электродвигателей СН станции, приводит к уменьшению активной мощности, генерируе- мой станцией, это в свою очередь вызывает увеличение дефицита активной мощности в ЭС и дальнейшее снижение частоты в ЭС. Процесс развивается лавинообразно. Под лавиной напряжения понимается процесс лавинообразного снижения напряжения в узловых точках ЭС при снижении частоты. В условиях возможного дефицита реактивной мощности снижается частота (снижение скорости вращения ротора и машинного возбу- дителя), уменьшается напряжение, вырабатываемое электромашин- ными возбудителями, и, следовательно, снижаются ток возбужде- ния генераторов и напряжение на выводах генераторов. Это приво- дит к возникновению еще большего дефицита реактивной мощно- сти, нерациональным перетокам реактивной мощности в ЭС, к уве- 58 личению потерь электрической мощности в сетях и дальнейшему снижению напряжения в узловых точках ЭС, что приводит к умень- шению передающей способности линии. Этот процесс также может развиваться лавинообразно. Кроме возможного появления лавины частоты и напряжения дли- тельная работа ЭС с частотой 48–47,5 Гц недопустима по следую- щим причинам: – при сниженных частотах быстро изнашивается теплоэнергети- ческое оборудование электрических станций; – резко снижается производительность электродвигателей по- требителей, что в некоторых случаях приводит к нарушению произ- водственных процессов и большим экономическим ущербам. Поэтому при возникновении значительных дефицитов актив- ной мощности в ЭС и аварийном снижении частоты до значений 48–47,5 Гц требуется немедленное устранение дефицита активной мощности. Устранение аварийного дефицита активной мощности может быть обеспечено только за счет быстрого отключения части нагрузки ЭС. Эту функцию выполняют автоматические устройства, реагирующие на снижение частоты в ЭС и называемые устройства- ми автоматической частотной разгрузки (УАЧР). Принципиально УАЧР могут выполняться реагирующими не толь- ко на изменение абсолютного значения частоты, но и на скорость ее изменения. 3.1. Требования, предъявляемые к УАЧР Устройства АЧР должны: – обеспечивать нормальную работу энергосистемы независимо от дефицита активной мощности и характера причин, вызывающих снижение частоты; – не допускать даже кратковременного снижения частоты ниже f = 45 Гц; – продолжительность работы с частотой f < 47 Гц не должна превышать 20 с, а с частотой f < 48,5 Гц – 60 с; – обеспечивать отключение потребителей в соответствии с воз- никшим дефицитом мощности и не допускать возникновения лави- ны частоты и напряжения; при этом последовательность отключе- 59 ний должна быть такая, чтобы в первую очередь отключались менее ответственные потребители; – восстанавливать частоту до уровня, при котором энергосисте- ма может длительно работать; дальнейший подъем частоты до но- минальной возлагается на дежурный персонал энергосистемы; – обеспечить подъем частоты до уровня, необходимого для их срабатывания, если восстановление нормального режима после дей- ствия УАЧР возлагается на устройства автоматики; – действовать согласованно с устройствами АПВ и АВР; – не действовать при кратковременных снижениях частоты. 3.2. Статические и частотные характеристики энергосистем и нагрузки 3.2.1. Статическая частотная характеристика нагрузки Под статической частотной характеристикой нагрузки пони- мается зависимость величины активной мощности, потребляемой нагрузкой, от установившегося значения частоты при постоянном напряжении. Эта зависимость имеет следующий вид: 2 3 4 0 1 2 3 4 y y y y н н н н н f f f f P P P P P P f f f f                           , (3.1) где Р0 – cоставляющая нагрузки ЭС, определяемая освещением, нагре- вательными устройствами и нагрузкой выпрямительных установок, не зависящая от частоты; Р1 – cоставляющая нагрузки ЭС, затрачиваемая металлорежу- щими станками, мельницами, поршневыми насосами и компрессо- рами, линейно зависящая от частоты; Р2 – составляющая нагрузки ЭС, определяемая в основном поте- рями в электрических сетях; Р3 – составляющая нагрузки ЭС, определяемая нагрузкой цент- робежных насосов и вентиляторов с малым статическим напором; Р4 – составляющая нагрузки ЭС, определяемая нагрузкой цент- робежных насосов и вентиляторов с большим статическим напором и собственными нуждами ТЭЦ; 60 fу – установившаяся частота; fн – номинальная частота. Как следует из выражения (3.1), при снижении частоты в ЭС уменьшается мощность, потребляемая нагрузкой ЭС, и снижается дефицит активной мощности. Это явление называют регулирующим эффектом нагрузки (РЭН). В общем случае РЭН имеет нелинейную зависимость от частоты. Дли оценки РЭН используется коэффициент регулирующего эф- фекта нагрузки Кн, равный отношению относительного изменения мощности нагрузки к относительному изменению частоты, т. е., по существу, производной выражения (3.1), характеризующей влияние разных видов нагрузки на интенсивность РЭН. При номинальном значении частоты н 1 2 3 4К 2 3 4Р P P Р       . Небольшая кривизна характеристики нагрузки в диапазоне частот 50–45 Гц позволяет ее спрямить в этом диапазоне без существенной погрешности и пользоваться постоянным значением Кн (рис. 3.1): нК Рf     . (3.2) Рис. 3.1. Статическая частотная характеристика нагрузки: 1 – истинная; 2 – спрямленная (Кн = const) Р f Δf fу fн Рн Рк ΔP 1 2 61 По опытным данным, в зависимости от состава нагрузки в ЭС наблюдаются значения Кн = 1,5–2,5. Регулирующий эффект нагруз- ки играет важную роль, облегчая регулирование частоты в нормаль- ных режимах и уменьшая снижение частоты при дефицитах генери- руемой мощности. Преобразовав выражение (3.2), можно получить н % 2К Pf   , Гц. При известном значении коэффициента регулирующего эффекта нагрузки Кн можно определить величину мощности, которую необ- ходимо отключить при снижении частоты в ЭС на f , Гц, для того, чтобы частота в ЭС восстановилась до значения номинальной час- тоты fн: н% 2К .P f   3.2.2. Статическая частотная характеристика энергосистемы Статическая частотная характеристика энергосистемы показыва- ет мощность генерирующих источников в зависимости от частоты при постоянном напряжении и постоянном впуске энергоносителя в турбины. Относительно устройств АЧР все генерирующие источ- ники ЭС можно рассмотреть в виде одного эквивалентного источ- ника, так как при частотах 49–48 Гц практически все регулирующие заслонки открыты полностью. В этом случае можно рассматривать частотную характеристику ЭС в виде частотной характеристики эквивалентного генератора с полностью открытой задвижкой. Эта зависимость имеет вид квадратичной параболы с максимумом при значении частоты 50 Гц. В диапазоне частот 50–45 Гц крутизна этой характеристики в сравнении с крутизной характеристики нагрузки незначительна, и в расчетах АЧР ею обычно пренебрегают и мощ- ность генерирующей части Рг считают постоянной. 62 3.3. Реле частоты Измерительным органом устройств АЧР является реле частоты, реагирующее на снижение частоты в ЭС. В настоящее время широ- кое применение получили статические реле частоты типа РЧ-1. Конструкция и принцип действия реле частоты РЧ-1 достаточно подробно рассматриваются в лабораторных работах. 3.4. Классификация устройств АЧР Так как дефицит активной мощности при разных аварийных ситуациях может быть самым различным, то нагрузка, отключаемая УАЧР при снижении частоты, должна разбиваться на очереди. Это необходимо для того, чтобы избежать отключения лишних по- требителей при малых дефицитах активной мощности. Отключае- мая нагрузка и количество очередей должны быть такими, чтобы частота в энергосистеме восстанавливалась до своего номиналь- ного значения. По назначению все устройства АЧР подразделяются на три ос- новные категории: 1) устройства АЧР1; 2) устройства АЧР2; 3) дополнительная (местная) автоматическая разгрузка. Устройства АЧР1 предназначены для предотвращения лавино- образного снижения частоты в ЭС. Устройство АЧР1 – быстродействующее, с единой для всех ее очередей выдержкой времени, не превышающей 0,1–0,3 с, и с раз- ными уставками срабатывания по частоте от fс.р1 = 49–49,2 Гц до fс.рn = 46,5 Гц. Частота срабатывания последующей очереди fc.pn меньше часто- ты срабатывания предыдущей очереди fc.p(n–1) на ступень селектив- ности по частоте Δfc. Минимально допустимая ступень селективности Δfc = 0,l Гц. Та- ким образом, УАЧР1 может содержать более двадцати очередей. Так как уставки срабатывания очередей УАЧР1 различаются лишь на Δfc = 0,1 Гц, то возможна и допускается неселективная работа соседних очередей. 63 Мощность потребителей, подключаемых к устройствам АЧР1: * ** д грАЧР1 0,05,P P P      где ΔР*д – дефицит генерируемой мощности; Р*гр – резерв активной мощности на тепловых электростанциях, находящихся в работе. Все величины указаны в относительных единицах, причем за ба- зисную мощность принята потребляемая мощность энергосистемы (района) в исходном режиме до возникновения дефицита мощности. Назначение УАЧР1 – сдерживать снижение частоты в первое время развития аварии, не допускать даже кратковременного ее опускания ниже 45 Гц. Устройства АЧР2 предназначены для восстановления частоты в ЭС до значений, близких к номинальному значению, если в случае действия АЧР1 баланс потребляемой и генерируемой активной мощ- ности наступил при частоте, меньшей номинального значения. Устройство АЧР2 также состоит из очередей, однако с одинако- вой уставкой по частоте fАЧР2 = 49 Гц (иногда несколько выше, но не более 49,2 Гц) они отличаются друг от друга выдержками времени. Минимальная уставка по времени принимается tс.р1 = 5–10 с, а мак- симальная tс.рn = 60–90 с. Интервал времени между срабатыванием соседних очередей принимается Δtс = 3 с. Если при действии УАЧР1 частоту восстановить не удается и она устанавливается (зависает) на недопустимо низком уровне (48 Гц и ниже), то начинают срабатывать очереди УАЧР2 и с со- ответствующими выдержками времени отключают дополнительно нагрузку. Суммарная нагрузка, отключаемая УАЧР2, в относитель- ных единицах * *АЧР2 АЧР10,4 .P P   Мощности нагрузки, отключаемые УАЧР1 и УАЧР2, распреде- ляются равномерно по очередям так, чтобы более ответственные потребители были подключены к очередям УАЧР1 с более низкими уставками по частоте и к очередям УАЧР2 с более высокими устав- ками по времени. Достичь строго равномерного распределения мощ- 64 ности по очередям на практике не удается. Имеются рекомендации по совмещению действия устройств АЧР1 и АЧР2, при котором од- на и та же нагрузка подключается к очередям того и другого уст- ройства. При этом, в частности, уменьшается суммарная мощность нагрузки, подлежащей отключению. Изменение частоты при аварийной ситуации и действие АЧР1, АЧР2 можно показать на временном графике, рис. 3.2. Рис. 3.2. Характер изменения частоты при действиях очередей АЧР1 и АЧР2 Необходимо отметить, что при быстром снижении частоты в ЭС могут одновременно срабатывать несколько ступеней устройств АЧР1. К первой ступени устройств АЧР1 и АЧР2 подключают наименее ответственную нагрузку в ЭС. Местные устройства АЧР предназначены для сохранения пита- ния наиболее ответственных потребителей дефицитных районов ЭС в случае их отделения от ЭС и выполняются в виде устройств АЧР1 и АЧР2, отключающих нагрузку только этих районов ЭС. t3 t22 50 49 46 f, Гц t АЧР1 49,2 t1 АЧР2 65 3.5. Принципы выполнения устройств АЧР и частотного АПВ После восстановления частоты в ЭС повторное включение по- требителей должно производиться, как правило, автоматически. Для этой цели используются устройства АПВ, дополненные реле повышения частоты. Они получили название устройств частотно- го АПВ (УЧАПВ). Действие УЧАПВ разрешается при восстановле- нии частоты, что фиксируется замыканием (или размыканием) кон- тактов реле частоты. Уставка реле принимается fc.p = 49,5–50 Гц. Минимальная выдержка времени на включение первой очереди по- требителей устанавливается tАПВ = 10–20 с, а ступень селективно- сти Δtс = 5 с. Имеются различные схемы устройств АЧР и ЧАПВ. Простейшие из них позволяют выполнить одну очередь УАЧР1 или одну оче- редь УАЧР2 с последующим ЧАПВ. В сложных схемах осуществ- ляется автоматическое переключение уставок реле частоты и тем самым с помощью одного реле выполняется несколько очередей АЧР, создается совмещенная очередь, когда отключение одних и тех же присоединений производят и УАЧР1 и УАЧР2 с последую- щим ЧАПВ. 3.5.1. Схема устройств ЧАПВ и АЧР на выпрямленном переменном токе На рис. 3.3 показана возможная схема одной ступени устройства АЧР1-АЧР2, выполненная на постоянном (выпрямленном) опера- тивном токе. Режим работы определяется положением накладки SX. При положении SX1 реализуется ступень АЧР1. Реле частоты KF срабатывает при снижении частоты до уставки и своим контактом KF вызывает срабатывание промежуточного реле KL. При срабаты- вании реле KL контактами KL.1 и KL.2 соответственно отключается нагрузка (выполняется АЧР) и производится запрет действия АПВ. При положении накладки SX2 реализуется ступень АЧР2. В этом случае срабатывание реле KF замыкает цепь реле времени КТ, ко- торое с заданной выдержкой времени подает сигнал на срабатыва- ние промежуточного реле KL. При срабатывании промежуточного реле KL выполняется отключение нагрузки и запрет АПВ. 66 Рис. 3.3. Схема АЧР1 (АЧР2) На рис. 3.4 показана схема одной очереди УАЧР с устройством ЧАПВ. В этой схеме реле частоты KF выполняет функцию пусково- го органа как для АЧР, так и для ЧАПВ. При снижении частоты в ЭС до значения частоты срабатывания ступени АЧР реле KF за- мыкает свой контакт, что в зависимости от положения накладки SX приводит или непосредственно к срабатыванию промежуточного реле KL1 (реализуется действие ступени АЧР1), или к срабатыва- нию реле KL1 через некоторый промежуток времени (замыкание контакта KF вызывает срабатывание реле KT1, которое с выдерж- кой времени включает реле KL1, реализуя действие ступени АЧР2). При срабатывании реле KL1: – замыканием контактов KL1.3 и KL1.4 отключает нагрузку и выполняет запрет действия АПВ (выполняется АЧР); – замыканием контакта KL1.5 изменяет частоту срабатывания реле частоты KF на значение частоты срабатывания частотного АПВ; – замыканием контакта KL1.1 включает реле KL3, которое кон- тактом KL3.1 становится на самоудержание и контактом KL3.2 под- готавливает цепь питания обмотки реле времени KT2; – размыканием контакта KL1.2 разрывает цепь питания обмотки реле времени KT2. KL1.2 KL1.1 UGV KF KF KT SX2 SX1 KL к TV к TV - + Отключение нагрузки Запрет АПВ KT 67 Рис. 3.4. Схема устройства АЧР–ЧАПВ на постоянном (выпрямленном) оперативном токе В таком положении схема находится до тех пор, пока частота в ЭС не восстановится до частоты срабатывания ЧАПВ. При вос- становлении частоты контакт реле частоты KF размыкается и об- мотка промежуточного реле KL1 обесточивается. При обесточива- KL1.5 KF KF KT1 SX к TV UGV к TV + KT1.1 KH1 KL1 KL1.1 KL3 KL3.1 KL3.2 KT2 KT2.3 KL1.2 . KT2.1 KT2.2 KH2 KL4 KL4.1 KL1.3 KL1.4 KL4.2 Отключение нагрузки и запрет АПВ На включение нагрузки - АЧР 1 АЧР2 R 68 нии обмотки реле KL1 все его контакты устанавливаются в то по- ложение, в котором они показаны на схеме. Замыкание контакта KL1.2 приводит к созданию цепи питания обмотки реле времени KT2, и реле KT2 срабатывает. При этом без выдержки времени за- мыкается контакт KT2.1 и с некоторой выдержкой времени – им- пульсный контакт KТ2.2. Это вызывает срабатывание промежуточ- ного реле KL4. При срабатывании реле KL4 замыканием контакта KL4.1 становится на самоудержание до тех пор, пока будет включе- но реле KТ2, и замыканием контакта KL4.2 включает отключенную ранее нагрузку, реализуя ЧАПВ. После включения нагрузки упор- ный контакт реле времени KТ2.3 замыкается и шунтирует обмотку промежуточного реле KL3. Реле KL3 отключается, и схема возвра- щается в исходное состояние. 3.5.2. Схема устройств ЧАПВ и АЧР на переменном оперативном токе для выключателей с пружинными и грузовыми приводами Устройства АЧР и ЧАПВ на переменном оперативном токе при- меняются в сетях напряжением 6–10 кВ на присоединениях с вы- ключателями с пружинными и грузовыми приводами. Простейшая схема устройства АЧР-ЧАПВ одной очереди с переключением реле частоты на уставку ЧАПВ показана на рис. 3.5. Для ее выполнения принята схема УАПВ с выдержкой времени. Схема работает следующим образом. При снижении частоты до уставки срабатывания реле частоты KF контактом KF замыкает цепь реле времени KТ1, которое приходит в действие и мгновенным за- мыкающим контактом KТ1.2 изменяет уставку реле частоты на ча- стоту срабатывания ЧАПВ, а мгновенным размыкающим контактом KТ1.1 вводит в цепь обмотки реле KТ1 резистор R, обеспечивая термическую стойкость обмотки. По истечении заданной выдержки времени замыкается контакт KТ1.3 реле времени и срабатывает ре- ле KL. Его контакт KL.1 в цепи электромагнита отключения YAT замыкается, а контакт KL.2 в цепи пуска реле времени KТ2 размы- кается. При этом выключатель отключается и устройство АПВ ока- зывается выведенным из действия. В таком состоянии схема нахо- дится до тех пор, пока частота не восстанавливается до измененной уставки возврата реле частоты KF. 69 Рис. 3.5. Схема устройства АЧР-ЧАПВ на переменном оперативном токе Возврат реле частоты приводит к возврату промежуточного реле KL и замыканию его контакта KL.2. При этом реле времени KТ2 по истечении выдержки времени tЧАПВ замыкает контакт KТ2 в цепи электромагнита включения YAC, выключатель включается. KT1.2 к TV KT1.1 Q.4 KF R KT1 KT1.3 KL SB2 SB1 Q.2 YAT YAC Q.6 Q.1 KL.1 Q.5 SX Q.3 KL.2 KH KT2 KT2 M KF 70 4. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ НА ПАРАЛЛЕЛЬНУЮ РАБОТУ 4.1. Общие сведения Для успешного включения генератора в сеть необходимо, чтобы толчок уравнительного тока в момент включения не превышал до- пустимого значения, а ротор включаемого генератора втянулся в син- хронизм без длительных качаний. Для выполнения этих условий необходимо предварительно так отрегулировать частоту вращения генератора, чтобы она стала близкой к синхронной, и напряжение на его выводах (если генератор возбужден) сделать равным или близ- ким напряжению энергосистемы, выбрать момент подачи команды на включение выключателя генератора. Этот процесс уравнивания частоты вращения и напряжения и выбора момента включения генератора в сеть называется синхронизацией. В эксплуатации применяются два основных способа включения генераторов на па- раллельную работу с энергосистемой: 1) точная синхронизация; 2) самосинхронизация. При включении способом точной синхронизации генератор разворачивается до частоты, близкой к синхронной, и возбуждается. Затем вручную или с помощью автоматики уравниваются частоты и напряжения синхронизируемого генератора и сети. После этого подается команда на включение генератора в сеть. Для того чтобы толчок уравнительного тока в момент включения не превышал допустимого значения, а качания ротора генератора быстро затухли, необходимо достаточно точно уравнять частоты и напряжения ге- нератора и сети и выбрать соответствующий момент для включения выключателя. При самосинхронизации генератор разворачивается до частоты, близкой к синхронной, и включается в сеть невозбужденным. Ток возбуждения подается в обмотку ротора сразу же после включения выключателя генератора. Затем происходит нарастание тока ротора и ЭДС генератора и генератор втягивается в синхронизм. 71 4.2. Точная синхронизация. Условия точной синхронизации Рассмотрим условия точной синхронизации, которая может при- меняться для включения в сеть генераторов всех типов и мощностей при любой схеме коммутации. На рис. 4.1 приведена схема замеще- ния для расчета толчка тока при включении генератора в сеть. Стрелками обозначены принятые (положительные) направления ЭДС генератора Г и напряжения энергосистемы С. Обходя контур (рис. 4.1, б), согласно второму закону Кирхгофа можно записать  cг ур c dE U I j X X     . Рис. 4.1. Схема, поясняющая расчет процесса синхронизации генераторов: а – схема электрических соединений; б – расчетная схема замещения; в – диаграмма напряжений Из этого выражения можно определить толчок уравнительного тока в момент включения:    г cур c c ,d d E U UI j X X j X X       где Iур – периодическая составляющая тока в момент включения; ΔU – разность синхронизируемых напряжений (ЭДС) в момент включения. С Г а б в гЕ Uc Iур X “ d Eг Xc Uc ΔU δ 72 Соответственно амплитудное значение уравнительного тока в мо- мент включения у c 2 1,8 d Ui X X    . Если ЭДС генератора и напряжение энергосистемы равны по аб- солютному значению и в момент включения сдвинуты на угол δ, уравнительный ток будет ур c 2 sin 2 d U I X X    . В общем случае, когда ЭДС генератора и напряжение энергоси- стемы не равны по абсолютному значению, выражение для опреде- ления уравнительного тока примет следующий вид: 2 2 2г c г cур c 2 cos . d E U E U I X X     Как следует из выражений, приведенных выше, уравнительный ток в момент включения будет тем больше, чем больше разность синхронизируемых напряжений и угол между ними. Поскольку в реальных условиях при синхронизации всегда имеется некоторая разница частот синхронизируемого генератора fг и энергосистемы fc, то угол между напряжениями δ и разность напряжений ΔU все вре- мя изменяются. При этом разность мгновенных значений синхрони- зируемых напряжений г c гmax г cmax csin sin ,u e u E t U t        где ωг и ωс – угловые скорости вращения ЭДС генератора и энерго- системы соответственно: ωг = 2πfг и ωс = 2πfс . При условии Eг = Uс = U г с г сг c(sin sin ) 2 sin cos .2 2 u U t t U t t         73 В дальнейшем нас будет интересовать огибающая амплитудных значений напряжения биения. Математическое выражение огибаю- щей имеет следующий вид: г с2 sin 2 sin , 2 2 s sU U t U t     где Us – текущее значение огибающей напряжения биения в каждый момент времени; ωг – ωс = ωs – разность угловых скоростей синхронизируемых напряжений, или угловая скорость скольжения. Огибающая напряжения биения изменяется от нуля до макси- мального значения, равного двойной амплитуде 2U, и вновь умень- шается до нуля. Время полного цикла изменения напряжения биения от нуля через максимум до нуля или между двумя максимальными значениями называется периодом биения: 2 1 s s s T f   , где ωs измеряется в радианах в секунду (рад/с); fs – в герцах (Гц); Тs – в секундах (с). Чем больше разность частот, тем меньше период биения. Для того чтобы при синхронизации не было толчка уравнительного тока, контакты выключателя синхронизируемого генератора должны замыкаться в момент, когда огибающая напряжения биения Us бу- дет равна нулю. Этот момент называется моментом оптимума. Выключатель имеет собственное время включения, поэтому ко- манда на включение должна быть подана несколько раньше, чем будет достигнут оптимум, с опережением, равным времени вклю- чения выключателя. Время от момента подачи команды на вклю- чение до момента оптимума, когда синхронизируемые напряжения совпадают по углу, называется временем опережения tоп. Соот- ветственно угол δоп, при котором подается команда на включение выключателя синхронизируемого генератора, называется углом опережения. 74 Если выбрать момент подачи команды на включение выключа- теля так, чтобы время опережения точно равнялось времени вклю- чения выключателя, контакты выключателя будут замыкаться в мо- мент оптимума и синхронизация будет происходить без толчка уравнительного тока. Таким образом, для того чтобы включение генератора в сеть не сопровождалось большим толчком уравнитель- ного тока, должны быть соблюдены два следующих условия точной синхронизации: 1) равенство синхронизируемых напряжений: Uг = Uс; 2) совпадение фаз синхронизируемых напряжений φг = φc. Третьим условием, которое должно быть выполнено при точной синхронизации, является близкое совпадение частот синхронизиру- емых напряжений: fг ≈ fс. Необходимость соблюдения этого последнего требования опре- деляется реальными условиями синхронизации, в процессе которой включение выключателя может происходить не точно в момент оп- тимума, а раньше или позже оптимума на величину ошибки Δtош. Возникновение ошибки Δtош объясняется тем, что действитель- ное время опережения tоп.д может отличаться от расчетного из-за погрешности устройства синхронизации. Угол ошибки δош, при котором будет происходить включение выключателя: δош = ωsΔtош. Из этого выражения следует, что чем больше угловая скорость скольжения, тем больше может быть угол ошибки δош, а следова- тельно, больше и толчок уравнительного тока. Для того чтобы тол- чок уравнительного тока при определенном значении Δtош, извест- ном для данного типа выключателя и устройства синхронизации, не превышал допустимого значения, должно выполняться третье усло- вие точной синхронизации: ωs ≈ 0 или fг ≈ fc. На практике условия точной синхронизации выполняются не аб- солютно точно, а допускаются некоторые отклонения, при которых обеспечивается успешная синхронизация. Частота скольжения fs до- пускается примерно 0,05–0,2 Гц, что соответствует периоду биения Ts = 20–5 с. Разность напряжений синхронизируемого генератора и сети допускается около 5–10 %. Значение допустимого угла ошиб- 75 ки δош определяется в зависимости от параметров сети и синхрони- зируемого генератора. Допустимым можно считать включение, при котором периодическая составляющая уравнительного тока в мо- мент включения не превосходит номинального тока генератора. 4.3. Условия самосинхронизации Согласно нормативным документам способ самосинхронизации разрешается применять в аварийных условиях на турбогенераторах мощностью до 200 МВт включительно и гидрогенераторах мощно- стью до 500 МВт включительно. Генераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному не превышает 3,0. При отсутствии аварийной ситуации разрешается включение способом самосинхронизации (в зависимости от условий работы электростанции и состояния агрегата) турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток, работающих по схеме «генератор–трансфор- матор»; гидрогенераторов с косвенным охлаждением обмоток, а так- же синхронных компенсаторов с разгонными электродвигателями. В первый момент после включения генератора в сеть способом самосинхронизации периодическая составляющая тока, определяе- мая сверхпереходным сопротивлением dX  , будет несколько боль- ше значения, подсчитанного по выражению сур сd UI X X     , где dX  – переходное сопротивление генератора; Xc – наименьшее результирующее сопротивление энергосисте- мы, приведенное к напряжению на выводах генератора. Спустя несколько десятых долей секунды ток снизится до значе- ния, определяемого переходным сопротивлением dX  . Следует также иметь в виду, что включение генератора в сеть способом само- синхронизации сопровождается значительным снижением напряже- ния на выводах генератора, что может вызвать нарушение нормаль- ной работы потребителей, подключенных к шинам генераторного 76 напряжения. Значение остаточного напряжения может быть опре- делено по следующему выражению: г ур c d d X U I X X    . Для того чтобы исключить влияние снижения напряжения на соб- ственные нужды включаемых блоков и генераторов, необходимо при самосинхронизации питать шины распределительных устройств от пускорезервных трансформаторов. Переводить питание собственных нужд на основные источники питания допустимо только после полной ресинхронизации включаемого генератора. При включении турбоге- нератора в сеть должны быть выполнены следующие условия: – генератор не возбужден, АГП отключен. Остаточное напряже- ние на выводах генератора должно быть меньше или равно 0,3 Uном генератора. Величина остаточного напряжения не должна превы- шать указанных величин, так как при больших остаточных напря- жениях включение генератора в сеть вызовет возникновение боль- ших уравнительных токов (аналогично несинхронному включению в сеть возбужденного генератора); – скольжение генератора не должно превышать допустимого значения; – ускорение машины в момент включения не должно превосхо- дить допустимого значения (0,5 Гц/с – для гидрогенераторов без успокоительных обмоток и 2–5 Гц/с – для турбогенераторов и гид- рогенераторов с успокоительными обмотками). Если скольжение генератора и его ускорение больше допустимых значений в момент включения генератора в сеть, то процесс самосин- хронизации будет более продолжителен и сопровождаться качаниями в энергосистеме с большими амплитудами качаний токов напряжений и активной мощности. Поскольку генератор, включаемый в сеть мето- дом самосинхронизации, не возбужден, момент его включения в сеть относительно фазы напряжения системы не имеет значения. 4.4. Сравнение способов синхронизации Основными достоинствами способа самосинхронизации являются ускорение процесса синхронизации и его сравнительная простота, 77 вследствие чего он легко может быть автоматизирован. Преимуще- ства самосинхронизации особенно важны в аварийных условиях при значительных колебаниях частоты и напряжения в энергосистеме. Недостатком способа самосинхронизации следует считать сравни- тельно большие толчки тока в момент включения, вследствие чего подгорают контакты выключателей и обмотки генераторов и транс- форматоров подвергаются дополнительным динамическим усилиям. Достоинство точной синхронизации состоит в том, что включе- ние генератора, как правило, не сопровождается большими толчка- ми тока и длительными качаниями. Вместе с тем жесткие требова- ния, предъявляемые условиями точной синхронизации, делают ее более сложной и длительной операцией. Особенно это относится к аварийным условиям, когда вследствие резких колебаний частоты и напряжения точное уравнивание частот и напряжений синхрони- зируемого генератора и сети становится практически невозможным. 4.5. Устройство для автоматизации процесса синхронизации Общие положения. Синхронизация генераторов – весьма ответ- ственная операция, требующая от дежурного персонала определен- ных знаний и опыта работы. Автоматизация этой операции облегча- ет условия труда оперативного персонала и позволяет ускорить вклю- чение генератора в сеть, что особенно важно в аварийных условиях. Различают ручную, автоматическую и полуавтоматическую син- хронизацию. В соответствии с этим устройства автоматики подраз- деляются на автоматические и полуавтоматические. При автоматической синхронизации весь процесс включения генератора в сеть выполняется автоматически, без вмешательства дежурного персонала. Автоматический точный синхронизатор осу- ществляет регулирование частоты вращения и напряжения синхро- низируемого генератора, контролирует допустимость включения раз- ности частот и напряжений, дает импульс на включение в момент, когда выполняются условия точной синхронизации. При полуавтоматической синхронизации устройства автоматики играют вспомогательную роль, помогая дежурному персоналу син- хронизировать генератор. Так, например, устройство полуавтома- тической самосинхронизации контролирует разность частот и дает 78 импульс на включение, когда она станет допустимой для включе- ния. Регулирование частоты вращения синхронизируемого генера- тора при этом возлагается на дежурный персонал. В ряде случаев устройства полуавтоматической точной синхронизации использу- ются в качестве блокировок, разрешающих включение генератора вручную при допустимых для синхронизации условиях. 4.5.1. Полуавтоматический синхронизатор с постоянным углом опережения В эксплуатации применяются синхронизаторы двух типов: с по- стоянным углом опережения и с постоянным временем опережения. Одна из схем полуавтоматического синхронизатора с постоянным углом опережения приведена на рис. 4.2. Рис. 4.2. Схема полуавтоматического синхронизатора с постоянным углом опережения Рассматриваемый синхронизатор состоит из двух узлов – конт- роля угла опережения и контроля скольжения – и является полуав- томатическим устройством, так как осуществляет только часть опе- раций, выполнение которых необходимо при точной синхронизации, а именно: проверяет допустимость разности частот (скольжения) и в определенный момент подает импульс на включение выключате- KT + - KL1.2 KL1 KL1.1 KL2.1 а TV2 Q TV1 Uc Eг KV1 KV2 KV1 KV2 L1 KL2 KT KL2.2 б Us YAC << 79 ля синхронизируемого генератора. Другие операции – регулирование частоты вращения и напряжения синхронизируемого генератора, а также контроль разности напряжений – осуществляет дежурный персонал. Узел опережения синхронизатора дает разрешение на включение генератора всегда при одном и том же угле опережения, каково бы ни было скольжение синхронизируемого генератора. Включение выключателя происходит, если скольжение не превышает заранее заданного допустимого значения, что проверяется с помо- щью узла контроля скольжения. Рассмотрим, как работает полуавто- матический синхронизатор, схема которого состоит из двух реле на- пряжения, реле времени и двух промежуточных реле. К реле напряжения KV1 и KV2 подведено напряжение биения, т. е. разность синхронизируемых напряжений. Для этого одна из фаз обоих трансформаторов напряжения объединена (обычно заземлен- ная), а от другой фазы напряжение подано на зажимы реле напряже- ния. Определение угла опережения, при котором должна быть подана команда на включение выключателя синхронизируемого генератора, осуществляет реле напряжения KV2. Когда напряжение на реле KV2 превышает напряжение срабатывания, якорь реле подтянут и контакт замкнут. Промежуточное реле KL1 при этом обтекается током и кон- такт KL1.1 в цепи включения выключателя разомкнут. В каждый пе- риод при любом скольжении реле KV2 возвращается, когда напря- жение биения снижается до уставки его срабатывания (точка б на рис. 4.3) и размыкает свой контакт. Реле KL1, отпадая, замыкает контакт KL1.1 в цепи включения выключателя. Поскольку напряже- ние биения в каждый момент зависит от угла между векторами син- хронизируемых напряжений, реле KV2 в каждом периоде срабатыва- ет при одном и том же постоянном угле опережения: 2оп 2arcsin 2 KVU U  . Контроль ωs производится по скорости изменения напряжения скольжения и осуществляется взаимодействием минимальных реле напряжения KV1, KV2 и реле времени KT, возбуждаемого через контакт KV1. При снижении напряжения скольжения Us до величины напря- жения срабатывания реле KV1 (точка а на рис. 4.3) последнее своим 80 контактом KV1 пускает реле времени KT. Далее происходит срав- нение интервала времени tаб с выдержкой времени реле времени KT. Рис. 4.3. Диаграмма положения контактов реле полуавтоматического синхронизатора с постоянным углом опережения, поясняющая его работу В случае большого скольжения (ωs > ωsк) реле KV2 разомкнет свой контакт раньше, чем реле времени замкнет свой контакт KT. Поэтому по истечении выдержки времени реле KT срабатывания реле KL2 не произойдет, так как контакт KL1.2 в его цепи разо- мкнут, и выключатель не включится. Когда скольжение станет меньше скольжения «точного включения» (ωs < ωsк), реле времени срабатывает раньше, чем разомкнется контакт реле KV2. При этом реле KL2 срабатывает, самоудерживается контактом KL2.1 и подго- тавливает цепь на включение выключателя контактом KL2.2. В точ- ке б" в момент срабатывания реле KV2 возвращается в исходное состояние реле KL1 и замыкается контакт KL1.1. При этом обеспе- чивается питание электромагнита включения выключателя YAC и выключатель генератора включается. δопδопtаб = tKTtаб < tKT Uc.KV1 ωs > ωsк ωs = ωsк ωs < ωsк Uc.KV2 KV1 tаб > tKT tвв tKT tвв δош а б б а а б Us KT KV2 KL1.2 KL1.1 KL2.2 YAC 81 Очевидно, если ωs = ωsк, то время KTа бt t   и замыкание контак- та KT реле времени KT происходит в самый последний момент нахождения реле KV2 и KL1 в подтянутом состоянии, что также вызывает срабатывание реле KL2. Таким образом, подача импульса на включение выключателя с постоянным углом опережения обеспечивается только тогда, ко- гда скольжение ωs ≤ ωsк. К принципиальному недостатку синхронизатора с постоянным углом опережения, как отмечалось выше, относится наличие угла ошибки (см. третий цикл изменения Us на диаграмме). В частности, в теоретически возможном случае, когда ωs = 0, угол ошибки δош может быть равен заданному углу опережения δоп.расч: δош = (ωsк – 0)tвв = δоп.расч. Поэтому расчет параметров синхронизатора необходимо произ- водить таким образом, чтобы значение заданного угла опережения не превышало допустимого угла δош.д. Следует отметить, что абсолютное значение угла ошибки может быть равно заданному углу опережения в другом теоретически воз- можном случае, который имеет место, если ωs = ωsк: δош = (ωsк – 2ωsк)tвв = –δоп.расч. Отсюда следует, что максимальное значение скольжения, при ко- тором допускается синхронизация, может быть увеличено в два раза по сравнению с расчетным ωsрасч = ωsк. Достоинство рассматриваемого синхронизатора – простота выпол- нения. Основным же недостатком этого и других синхронизаторов с постоянным углом опережения является то, что по принципу дей- ствия они допускают, при малой скорости скольжения, включение генератора с толчком уравнительного тока. В некоторых случаях полуавтоматические синхронизаторы с по- стоянным углом опережения используются в качестве блокирующих устройств, контролирующих правильность действий оперативного персонала. При этом выходная цепь синхронизатора включается по- следовательно с контактами ключа управления. Дежурный, синхро- 82 низирующий генератор, дает команду на включение выключателя вручную, наблюдая за движением стрелки синхроноскопа, а синхро- низатор разрешает включение выключателя при угле опережения, меньшем заданного, и при допустимой скорости скольжения. 4.5.2. Автоматический синхронизатор с постоянным временем опережения Автоматический синхронизатор с постоянным временем опере- жения, структурная схема которого приведена на рис. 4.4, обеспе- чивает автоматизацию всех операций при точной синхронизации. Рис. 4.4. Структурная схема автоматического синхронизатора Автоматический синхронизатор имеет следующие основные функ- циональные блоки: – блок опережения, определяющий момент команды на включе- ние выключателя; Uc TV2 Q TV1 Выходное реле Блокиратор Блок опережения Блок контроля разноности частот Блок контроля разноности напряжений Блок регулирования напряжения Блок регулиро- вания частоты вращения «Прибавить» «Убавить» «Прибавить» «Убавить» Eг 83 – блок контроля разности частот, определяющий допустимость скольжения для включения синхронизируемого генератора; – блок контроля разности напряжений, сравнивающий напряже- ния сети и синхронизируемого генератора; – блок выравнивания частоты вращения синхронизируемого ге- нератора и энергосистемы; – блок регулирования напряжения синхронизируемого генерато- ра и энергосистемы; – блокиратор, обеспечивающий соответствующее взаимодейст- вие элементов в схеме автосинхронизатора. Блок опережения выбирает момент подачи импульса на включе- ние выключателя, который должен подаваться с постоянным вре- менем опережения, не зависящим от разности частот синхронизи- руемых напряжений. Если время опережения, задаваемое автосинхронизатором, уста- новить равным времени включения выключателя (tоп = tвв), включе- ние выключателя в идеальном случае (без учета погрешности само- го автосинхронизатора и разброса времени включения выключате- ля) всегда будет происходить точно в момент оптимума. Большая точность работы по принципу действия является преимуществом автосинхронизатора с постоянным временем опережения по сравне- нию с автосинхронизатором с постоянным углом опережения. Не- достатком автосинхронизаторов с постоянным временем опереже- ния является их сложность. 4.5.3. Схема полуавтоматической самосинхронизации Схема полуавтоматической самосинхронизации, приведенная на рис. 4.5, выполняет следующие функции: – с помощью реле KV проверяет отсутствие напряжения на вы- водах генератора; – с помощью реле KF осуществляет контроль скольжения син- хронизируемого генератора относительно напряжения сети и при допустимом скольжении дает импульс на включение выключателя генератора; – после включения генератора в сеть подает импульс на включе- ние АГП. 84 Рис. 4.5. Схема полуавтоматической самосинхронизации Изменение частоты вращения агрегата осуществляется дежур- ным персоналом, вследствие чего рассматриваемое устройство са- мосинхронизации называется полуавтоматическим. Рассмотрим, как работает схема, приведенная на рис. 4.5. Вклю- чением ключа самосинхронизации SA на схему подается оператив- ный ток, и в то же время одна из обмоток реле разности частот KF, контролирующего скольжение генератора, подключается к транс- форматору напряжения сети. Вторая обмотка реле KF будет под- ключена к трансформатору напряжения генератора спустя выдерж- ку времени реле KT (1–2 с), если генератор отключен и отсутствует напряжение на его выводах (АГП отключен и контакт реле напря- KL1.3 Uc Q TV1 EГ TV2 a1 b1 c1 a2 b2 c2 KT KL1.2 KL1 SA о в KF U к TV2 b1a1 SA о в SA о в KF KL2 KL1.5 KL1.1 KL2 На вкл. Q На вкл. АГП a2 b2 SA о в KF IKV KT KV KL1.4R Q.1 АГП кTV1 Q.1 -+ 85 жения KV замкнут). Когда скольжение станет допустимым для вклю- чения, реле KF замкнет контакт и подаст плюс на обмотку проме- жуточного реле KL1, которое, сработав, контактом KL1.1 подаст импульс на включение выключателя генератора. После этого вклю- чится АГП, цепь включения которого будет замкнута вспомога- тельным контактом выключателя Q.1. После срабатывания реле KL1, замыкающий контакт которого KL1.2 замыкает цепь обмотки реле KL2, последнее срабатывает с замедлением и размыкает цепь включения выключателя и АГП. Этим обеспечивается однократность действия схемы. Возврат схе- мы в исходное состояние осуществляется после отключения ключа SA. При этом снимается оперативный ток с обмотки реле KL1, ко- торое самоудерживается во включенном положении замыкающимся контактом KL1.3. Для контроля скольжения синхронизируемого генератора ис- пользуется реле KF, выполненное на базе реле направления мощно- сти индукционного типа. Обмотка напряжения, имеющая высокое сопротивление, подключается к трансформатору напряжения сети, а токовая обмотка, имеющая небольшое сопротивление, через по- следовательно включенный резистор R подключается к трансфор- матору напряжения синхронизируемого генератора. Так как при само- синхронизации генератор до включения в сеть не возбужден, к то- ковой обмотке реле подается остаточное напряжение генератора. Высокая чувствительность реле обусловливает его надежную рабо- ту при небольшом остаточном напряжении генератора, примерно 0,2 % (0,2 В на вторичной обмотке трансформатора напряжения). После включения выключателя синхронизируемого генератора на токовую обмотку реле KF будет подано полное напряжение 100 В. Для того чтобы предотвратить повреждение обмотки реле, не рас- считанной на такое большое напряжение, обмотка отключается раз- мыкающими контактами KL1.4, KV, вспомогательным контактом выключателя и АГП. 86 5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 5.1. Назначение устройств автоматического регулирования возбуждения Основным назначением устройств автоматического регулирова- ния возбуждения синхронных генераторов является повышение ди- намической устойчивости систем электроснабжения путем быстро- го и значительного увеличения возбуждения генераторов в аварий- ных режимах. При этом также облегчается самозапуск электродви- гателей и обеспечивается более четкая работа релейной защиты за счет уменьшения затухания тока КЗ. В нормальном режиме работы АРВ поддерживает заданное на- пряжение на шинах электростанции или в иной точке ЭС и обеспе- чивает оптимальное распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами и электростанциями. Сущность АРВ состоит в том, что автоматический регулятор воспринимает изменение тока или других электрических величин (например, напряжения) и преобразует их в изменение тока возбуж- дения генератора. Устройства АРВ, реагирующие на знак и значе- ние отклонения входных параметров, называются автоматическими регуляторами пропорционального действия в отличие oт регулято- ров сильного действия, реагирующих не только на знак и значение, но и на скорость изменения электрических величин. В регуляторах сильного действия используются отклонение напряжения генерато- ра ΔUг и скорость изменения напряжения dUг/dt, отклонение часто- ты Δf и скорость изменения частоты df/dt, а также скорость измене- ния тока возбуждения генератора dIв/dt. В связи с этим регулятор сильного действия оказывается довольно сложным устройством. Схема регулятора определяется системой возбуждения, основны- ми элементами которой являются обмотка возбуждения и источник постоянного напряжения для ее питания – возбудитель. Обмотка воз- буждения расположена на подвижной части синхронной машины – роторе – и вращается вместе с ним, поэтому подключение обмотки к возбудителю и выполнение самого возбудителя связаны с рядом трудностей, которые возрастают по мере увеличения мощности син- хронной машины. В связи с этим существуют различные системы 87 возбуждения, которые классифицируются по виду применяемого воз- будителя. Основными из них являются электромашинная и тиристор- ная системы возбуждения. В электромашинную систему входят: – система возбуждения с генератором постоянного тока; – система возбуждения с генератором переменного тока повы- шенной частоты с неуправляемым полупроводниковым выпрямите- лем – диодно-электромашинная система; в ряде источников она на- зывается системой высокочастотного возбуждения; – бесщеточная система возбуждения с генератором переменного тока повышенной частоты. Электромашинные возбудители обычно располагают непосред- ственно на валу синхронного генератора. Иногда под электрома- шинной системой понимают только систему возбуждения с генера- тором постоянного тока. 5.2. Устройства АРВ пропорционального действия синхронных генераторов с электромашинным возбудителем постоянного тока В зависимости от характера входных сигналов и выходных воз- действий устройства АРВ пропорционального действия можно раз- делить на несколько видов. На генераторах с электромашинным возбудителем постоянного тока применяются устройства: – компаундирования полным током (входной сигнал – изменение амплитуды тока Iг генератора); – компаундирования полным током с коррекцией напряжения (входные сигналы – изменения амплитуд тока Iг и напряжения Uг генератора); – фазового компаундирования с коррекцией напряжения (вход- ные сигналы – изменение амплитуды и фазы тока, а также амплиту- ды напряжения); – релейной форсировки (входной сигнал – изменение амплитуды напряжения генератора). 5.2.1. Компаундирование полным током На рис. 5.1, а дана упрощенная векторная диаграмма синхронно- го генератора, из которой следует, что г гq dU E j I х  . 88 Рис. 5.1. Схема компаундирования синхронного генератора полным током Если ЭДС генератора Eq неизменна, то с увеличением тока ста- тора Iг напряжение на выводах генератора снижается. Зависимость Uг = f(Iг) называют внешней характеристикой генератора. Внешняя характеристика генератора представлена на рис. 5.1, б прямой ас (ас'). a TA G Rу TL Iв LG GE VS Iрег LE Rсв Iсв Eq2 jIг1xd Eq1 jIг2xd Uг Uг Iг1 φ Iг a b' b c c' cк c'к б в Iг2 Iпор Iг2 Eq2 Eq1 Iг1 jIг2xd jIг1xd Uг г φ1 φ2 89 Очевидно, напряжение остается неизменным, если с возрастанием тока, например от Iг1 до Iг2, ЭДС увеличивается соответственно от Еq1 до Еq2 (см. рис. 5.1, а). Характеристики холостого хода гене- ратора дает зависимость E*q от тока возбуждения (тока в обмотке ротора генератора) I*в. При определенных допущениях их относительные значения рав- ны: E*q = I*в. Поэтому снижение напряжения при увеличении тока Iг можно компенсировать подачей в обмотку возбуждения возбуди- теля (основную LE или дополнительную) тока Iрег, пропорцио- нального току генератора Iг (рис. 5.1, в). Такое автоматическое регулирование возбуждения и называется компаундированием пол- ным током. Ток Iрег получают путем выпрямления выходного тока промежу- точного трансформатора TL, входным током которого является часть вторичного тока трансформатора тока ТА. Ток Iрег можно варьиро- вать, изменяя коэффициент трансформации трансформатора TL и со- противление установочного резистора Rу. В обмотке LE ток Iрег про- ходит в одном направлении с током Iсв самовозбуждения возбуди- теля, общий ток возбуждения Iв.в равен их сумме. Поэтому большему току генератора соответствует большая ЭДС и внешняя характери- стика abcк в значительном диапазоне изменения токов Iг идет выше линии ас. Излом в точке b внешней характеристики abcк объясняет- ся тем, что по мере снижения тока генератора при малых его значе- ниях вторичная ЭДС трансформатора TL становится меньше напря- жения на обмотке возбудителя LE, обусловленного током Iсв, и вы- прямитель VS устройства компаундирования закрывается. Излом отсутствует, если ток Iрег поступает не в основную, а в дополни- тельную обмотку возбуждения. При больших значениях тока Iг из- за насыщения магнитопроводов генератора, возбудителя и транс- форматоров схемы компаундирования наблюдается некоторое сни- жение внешней характеристики. Действие устройства рассмотрено в предположении, что угол φ между током Iг и напряжением Uг не изменяется. В действительно- сти характер нагрузки не остается постоянным. При этом, как сле- дует из векторной диаграммы рис. 5.1, г, для поддержания напря- жения Uг неизменным при увеличении угла, например от φ1 до φ2, и заданном токе Iг1 = Iг2 необходимо увеличивать ЭДС от Eq1 до Eq2. Устройство компаундирования полным током это выполнить не 90 сможет, так как реагирует только на амплитуду (абсолютное значе- ние) тока Iг, устанавливая соответствующую ЭДС Eq1. Поэтому с увеличением угла φ напряжение Uг уменьшается, хотя в меньшей степени, чем у некомпаундированного генератора. На рис. 5.1, б меньшему углу φ1 при отсутствии компаундирования соответствует внешняя характеристика abc, а большему углу φ2 – характеристика аb'с'. Тем же значениям угла при наличии компаундирования соот- ветствуют характеристики аbск и аb'с'к. Обычно устройство компаундирования дополняется корректором напряжения, который реагирует на отклонение напряжения относи- тельно заданного уровня. Такое название устройство получило пото- му, что оно лишь корректирует работу устройства компаундирова- ния, выполняющего главную роль в регулировании возбуждения. Совместная работа устройства компаундирования и корректора напряжения осуществляется по двум принципиально различным схе- мам, а именно: компаундирование полным током с коррекцией напряжения; в схеме ток от устройства компаундирования и ток от корректора напряжения предварительно выпрямляются, а затем направляются в соответствующие обмотки возбуждения возбудителя; при этом схема не реагирует на угол φ сдвига фаз между Iг и Uг; фазовое компаундирование с коррекцией напряжения; в схеме переменный ток от устройства компаундирования определяется гео- метрической суммой Iг и тока, пропорционального Uг, и зависит от тока корректора напряжения. Общий переменный ток выпрямля- ется; среднее значение выпрямленного тока пропорционально току Iг, напряжению Uг и углу φ сдвига фаз между ними. Устройство компаундирования без корректора напряжения бла- годаря простоте, высокой надежности и достаточному быстродей- ствию применяется в трехфазном исполнении для генераторов не- большой мощности. 5.2.2. Компаундирование полным током с коррекцией напряжения При наличии корректора напряжения общий магнитный поток возбуждения возбудителя изменяется не только током Iрег1 от уст- ройства компаундирования, но и током Iрег2 от корректора, завися- 91 щим от напряжения генератора Uг таким образом, что снижение Uг ведет к возрастанию Iрег2, а возрастание Uг – к снижению Iрег2. На рис. 5.2, а схематично изображен широко применяемый элек- тромагнитный корректор APV, состоящий из измерительного орга- на и усилителя AL с выпрямителем на его выходе. Рис. 5.2. Схема компаундирования полным током с коррекцией напряжения Uг.пр Iл Iнл Iу I у1 i I у2 Uг1Uг2 Uг б TA TV G Rу TL Iв LG GE VS Iрег1 LE1 Iрег2 LE2 VS3 Rсв LR Iл VS2 Iн LR VS1VD wу wу wр APV а AL 92 Воздействующей величиной измерительного органа является на- пряжение Uг, подводимое к нему от трансформатора напряжения TV. В измерительном органе использован способ преобразования воздей- ствующей величины в две сравниваемые, являющиеся ее разными функциями (рис. 5.2, б). Преобразование выполняется линейным из- мерительным преобразователем (линейный реактор LR с воздуш- ным зазором в магнитопроводе и выпрямитель VS2) и нелинейным элементом (насыщающийся реактор LRT или пятистержневой насы- щающийся трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в разомкнутый треугольник, и выпрямитель VS1). Ток Iл зависит от напряжения Uг линейно, а ток Iнл – нелинейно (см. рис. 5.2, б). Для повышения чувствительности к несимметричным режимам измери- тельный орган выполняют трехфазным. В электромагнитном корректоре применяется магнитный усили- тель AL с двумя обмотками управления wy. В одну из них подается выпрямленный ток Iл, а в другую – выпрямленный ток Iнл. Обмотки управления включены встречно, поэтому выходной ток AL (ток Iper2) в дополнительной обмотке возбуждения LE2 пропорционален раз- ности токов Iу = Iл – Iнл. Зависимость Iy = f(Uг) имеет падающий характер (рис. 5.2, б) в не- которой области. Эта область и является рабочим участком харак- теристики корректора. При снижении напряжения, например от Uг1 до Uг1, разность токов возрастает от Iy1 до Iу2. Соответственно уве- личивается ток Ipeг2, стремясь восстановить напряжение Uг. Рабочий участок характеристики корректора соответствует относительно не- большим снижениям напряжения, когда действие устройства ком- паундирования проявляется недостаточно. Если напряжение Uг пре- вышает заданное (предписанное) значение Uгпр, то ток Iнл становится больше тока Iл. При этом корректор действует в сторону дальней- шего повышения напряжения. Для исключения этого токи в обмот- ках управления выравниваются, например, путем соединения их между собой диодом VD. При Iнл > Iл диод VD открывается и токи в обмотках выравниваются так, что Iу ≈ 0. 93 5.2.3. Фазовое компаундирование с коррекцией напряжения Из векторной диаграммы генератора (см. рис. 5.1, г) следует, что при неизменном токе Iг снижение напряжения происходит за счет увеличения реактивной составляющей тока Iг sinφ. Поэтому для бо- лее точного регулирования Uг используется фазовое компаундиро- вание с коррекцией напряжения, действующее в зависимости от аб- солютных значений напряжения Uг, тока Iг и от угла φ сдвига фаз между ними. В упрощенной схеме АРВ (рис. 5.3) такая зависимость достига- ется путем применения промежуточного трансформатора тока с под- магничиванием TLAT с двумя первичными обмотками, одна из ко- торых wi подключена к трансформатору тока ТА, а вторая wi – к трансформатору напряжения TV через балластное сопротивление Z. Рис. 5.3. Схема устройства фазового компаундирования с коррекцией напряжения Результирующая магнитодвижущая сила первичных обмоток со- здает во вторичной обмотке w2 ЭДС, зависящую от Iг, Uг и φ. Соче- тание тока и напряжения, подводимых к TLAT, выбирается таким, чтобы при прочих равных условиях ЭДС обмотки w2 увеличивалась с увеличением φ, т. е. чтобы возрастал ток Iрег. TV TA G wi TLAT Iв LG GE VS Iрег LE Rсв wу ZAPV wi w2 94 Кроме обмоток переменного тока промежуточный трансформа- тор имеет обмотку управления wу, по которой проходит ток Iу кор- ректора напряжения APV. Корректор напряжения выполняется ана- логично рассмотренному выше, но настраивается так, что при воз- растании напряжения Uг подмагничивание трансформатора увели- чивается, сердечник насыщается, коэффициент трансформации TLAT возрастает и ток в обмотке w2 уменьшается, т. е. ток Iрег снижается. При понижении Uг степень насыщения TLAT уменьшается, условия трансформации становятся благоприятнее, а ток Iрег увеличивается. Электромагнитный корректор напряжения, выходной ток которого при понижении напряжения Uг снижается, называют противовклю- ченным корректором напряжения. Достоинство фазового компаундирования состоит не только в боль- шей, чем при токовом компаундировании, точности регулирования напряжения, но и в меньшей мощности, которую требуется получать от корректора (так как он не работает непосредственно на обмотку возбуждения). Маломощный корректор не только создает меньшую нагрузку на трансформатор напряжения, но и обладает малым запаз- дыванием, поэтому скорость восстановления напряжения возрастает. 5.2.4. Релейная форсировка При значительных снижениях напряжения, обусловленных корот- кими замыканиями, рассмотренные устройства АРВ не всегда рабо- тают удовлетворительно. В устройствах компаундирования ток Iрег пропорционален току короткого замыкания, поэтому при удален- ных коротких замыканиях он оказывается недостаточным, а работа электромагнитных корректоров при малых напряжениях полностью нарушается, так как выходной ток Iу измерительного органа снижа- ется вплоть до нуля. Кроме того, время реакции на изменения на- пряжения у рассмотренных устройств не всегда приемлемо. Поэтому в дополнение к этим устройствам на генераторах устанавливают устройства релейной форсировки возбуждения, скачкообразно (релей- но) увеличивающие (форсирующие) возбуждение генератора. В простейшем случае устройство релейной форсировки состоит из минимального реле напряжения KV и промежуточного реле KL (рис. 5.4). В нормальном режиме якорь реле KV подтянут и цепь обмотки реле KL разомкнута. При снижении напряжения генерато- 95 ра до значения, соответствующего уставке срабатывания реле KV, оно срабатывает и включает обмотку реле KL. Контактами реле KL шунтируется реостат Rсв в цепи самовозбуждения возбудителя. При этом напряжение на обмотке возбуждения возбудителя становится максимально возможным и ток возбуждения быстро нарастает. Что- бы предотвратить действие форсировки, когда генератор отключен, оперативный ток на контакты реле KV подается через вспомога- тельные контакты выключателя Q. Рис. 5.4. Схема устройства релейной форсировки При нарушениях в цепях напряжения релейная форсировка мо- жет подействовать неправильно. Для предотвращения этого прини- мают следующие меры: использование двух реле напряжения, под- ключенных к разным трансформаторам напряжения, применение за- прета действия и др. Во вторичных цепях трансформаторов напря- жения, питающих АРВ и реле напряжения релейной форсировки, предохранители, как правило, не устанавливают. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения вы- бирается с учетом надежного возврата реле (размыкание контактов) при номинальном напряжении. Если принять коэффициент отстрой- ки kотс = 1,05 и коэффициент возврата kв = 1,1, то Uc.p = 0,85 Uг.ном / kи. - TV G Iв LG GE LE Rсв KV KL Q + + Q 96 Схема с одним реле напряжения имеет достаточную чувствитель- ность при трехфазных коротких замыканиях и при замыканиях меж- ду фазами, к которым присоединено реле. Равную чувствительность к различным видам короткого замыкания можно обеспечить, если включить реле через фильтр напряжений прямой последовательно- сти или в схеме использовать три реле. В современных мощных турбогенераторах токопроводящие мате- риалы используются с максимальной эффективностью. При релейной форсировке ток возбуждения генератора достигает двукратного зна- чения номинального тока возбуждения. Такое увеличение тока при длительном его воздействии может привести к разрушению изоляции ротора генератора, деформации стержней обмотки ротора. Это в свою очередь может вызвать выход генератора из строя. Поэтому правила технической эксплуатации генераторов регламентируют длитель- ность релейной форсировки (10–20 с) и интервалы времени между релейными форсировками возбуждения генератора. В современных турбогенераторах с форсированным охлаждени- ем обмоток устанавливаются специальные устройства для ограни- чения длительности форсировок возбуждения. Один из вариантов таких устройств показан на рис. 5.5. Рис. 5.5. Схема устройства ограничения длительности форсировки возбуждения турбогенератора KL.1 KV G LG R1 R2 + - На отключение Q и гашение поля генератора KT1 KL KT2 KL.2 SB KV KT1 KT2 KL.3 Оперативные цепи релейной форсировки возбуждения 97 Чувствительным органом устройства ограничения длительности времени форсировки является реле напряжения KV, включенное через делитель напряжения на напряжение возбуждения генератора. Напряжение срабатывания реле напряжения KV пропорционально 1,6Uн.в.г (Uн.в.г – номинальное напряжение возбуждения генератора). При наступлении релейной форсировки реле KV срабатывает и его контакт в цепи питания обмотки реле времени KT1 замыкает- ся. Реле KT1 c выдержкой времени, равной разрешенному времени действия релейной форсировки, замыкает свой контакт в цепи об- мотки KL и реле KL срабатывает. При срабатывании реле KL контактом KL.3 выводит из действия релейную форсировку, контактом KL.2 становится на самоудержа- ние и контактом KL.1 при замкнутом контакте реле KV включает реле времени KT2. Если при срабатывании реле KL напряжение возбуждения генера- тора не снизилось до напряжения возврата реле KV, то его контакт остается замкнутым и с некоторой выдержкой времени срабатывает реле KT2, действуя на отключение генератора и гашение поля гене- ратора. За счет того, что реле KL после действия релейной форсиров- ки остается включенным за счет контакта KL.2 (KL.3 разомкнут), действие релейной форсировки возможно только после отключения реле KL оперативным персоналом с помощью кнопки SB. 98 6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ 6.1. Задачи и способы регулирования Основными задачами автоматического регулирования напряже- ния и реактивной мощности являются: – обеспечение оптимального режима по напряжению и реактив- ной мощности производства, передачи и распределения электро- энергии; – обеспечение качества электроэнергии у потребителей. Оптимальный режим по напряжению и реактивной мощности определяется условием минимума суммарных потерь электроэнер- гии. Потери происходят главным образом при передаче (транспор- тировке) электроэнергии. Минимум потерь достигается при опти- мальных уровнях напряжения в узловых точках электроэнергетиче- ской системы и соответствующем потокораспределении реактивных мощностей по линиям электропередачи. В отношении решения указанных основных задач автоматиче- ского регулирования и критериев оптимизации режима по напряже- нию и реактивной мощности электрические сети могут разделяться на питающие и распределительные. Назначение первых – транс- портировка электроэнергии. Оптимизацию режима по напряжению и реактивной мощности питающих сетей целесообразно произво- дить именно по минимуму потерь при передаче электроэнергии. Режим по напряжению и реактивной мощности распределительных сетей связан с обеспечением одного из показателей качества электро- энергии у потребителей – уровня напряжения. Согласно нормативным документам относительное отклонение напряжения на приемниках электроэнергии допускается в пределах ΔU* = ±0,05. В частных слу- чаях на зажимах осветительных установок допускаются отклонения ΔU* = –0,025…0,05, а на зажимах электродвигателей ΔU* = –0,05…0,1. В послеаварийных режимах дополнительное понижение напряжения не должно превышать ΔU* = –0,05. Поэтому оптимальность режима по напряжению и реактивной мощности в распределительных сетях определяется требованием обеспечения указанных уровней напряже- ния у электроприемников при минимуме потерь в сетях. 99 Практически оптимизация режима по напряжению и реактивной мощности осуществляется путем планирования и поддержания со- ответствующих уровней напряжения в заранее выбранных контроль- ных узлах энергосистемы, определяемых на основе решения ком- плексной задачи оптимизации электрических режимов. Комплексная оптимизация режима по активной и реактивной мощ- ностям и уровням напряжения в контролируемых узлах может быть выполнена только с помощью средств вычислительной техники ав- томатизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощ- ности осуществляется: – автоматическим регулированием возбуждения синхронных ге- нераторов электростанций; – регулированием возбуждения синхронных компенсаторов и элект- родвигателей; – регулированием мощности управляемых статических источни- ков реактивной мощности; – автоматическим регулированием коэффициентов трансформа- ции трансформаторов. Оптимизация режима по напряжению и реактивной мощности питающих и распределительных сетей в основном осуществляется посредством автоматического регулирования реактивной мощности синхронных компенсаторов и мощных статических управляемых источников реактивной мощности (ИРМ). 6.2. Автоматическое регулирование напряжения на шинах распределительных устройств электрических станций При регулировании напряжения на шинах электрических стан- ций возникает задача распределения реактивных нагрузок между генераторами и блоками «генератор–трансформатор», работающи- ми на общие шины. 6.2.1. Регулирование напряжения при параллельной работе генераторов на общие шины Регулирование напряжения может выполняться по астатической и статической характеристикам. 100 Астатическую характеристику имеют АРВ, измерительные ор- ганы которых включены только на напряжение генератора. Поло- жительным свойством таких АРВ является то, что они обеспечива- ют постоянство напряжения на шинах генератора. Однако регули- рование напряжения по астатической характеристике имеет и недо- статки. Основной недостаток состоит в том, что при параллельной работе на общие шины двух и более генераторов с АРВ, имеющих астатические характеристики, возникает неопределенность в распре- делении реактивной мощности между генераторами. Так, например, если при напряжении U1 реактивный ток генераторов был Ip1 и Ip2 (рис. 6.1), то при снижении напряжения до значения U2 АРВ каждо- го генератора будут стремиться восстановить первоначальное на- пряжение путем увеличения токов роторов генераторов. Рис. 6.1. Характеристики при параллельной работе на общие шины генераторов с АРВ, имеющими астатическую настройку Однако, поскольку измерительные органы АРВ реагируют только на отклонение напряжения и не реагируют на изменение токов стато- ра, распределение реактивной мощности между параллельно работа- ющими генераторами может быть совершенно произвольным. Так, если АРВ первого генератора имеет несколько большую чувстви- тельность и система возбуждения обеспечивает несколько большие скорости нарастания напряжения ротора, то этот генератор может нагрузиться реактивной мощностью больше параллельно работаю- щего второго генератора. При неблагоприятных соотношениях пара- метров АРВ и систем возбуждения второй генератор может остаться с прежней нагрузкой, если загрузка первого генератора до Iр1 восста- U1 Uг U2 Ip1 Ip2 Ip1 Ipг 101 новит первоначальное напряжение. Возможно также, что второй ге- нератор начнет нагружаться реактивной мощностью после того, как первый нагрузится полностью, если при этом напряжение еще не восстановилось. По-иному протекает процесс автоматического регулирования на- пряжения и распределения реактивной мощности между генератора- ми в случае использования АРВ со статическими характеристиками. Статические характеристики имеют АРВ, измерительные органы которых включены не только на напряжение, но и на ток статора генератора. В этом случае (рис. 6.2, а) если, например, два генера- тора, работающих параллельно на общие шины, имеют АРВ с оди- наковыми характеристиками, то при исходном напряжении U1 оба будут нагружены одинаковой реактивной мощностью, пропорцио- нальной Ip.1,2. Если теперь напряжение понизится и станет равным U2, то оба генератора увеличат загрузку реактивной мощностью до значения, пропорционального Ip.1,2, и будут поддерживать новый уровень напряжения. Рис. 6.2. Характеристики при параллельной работе на общие шины генераторов с АРВ, имеющими статическую настройку: а – с одинаковым статизмом; б – с разным статизмом В случае неодинаковых характеристик АРВ параллельно рабо- тающих генераторов (см. рис. 6.2, б) при исходном напряжении U1 каждый генератор также будет нагружен строго определенным зна- чением реактивной мощности, пропорциональным соответственно реактивным токам Ip.1 и Ip.2. Если теперь напряжение понизится и ста- нет равным U2, то оба генератора увеличат загрузку реактивной U1 U1 Ip2 Ip2 Uг Uг U2 U2 Ip1,2 I’p1,2 Ipг Ip1 Ip1 Ipг а б 102 мощностью до значений, пропорциональных реактивным токам, со- ответственно Ip.1 и Ip.2. Таким образом, в обоих случаях имеет ме- сто строго определенное распределение реактивной мощности меж- ду параллельно работающими на общие шины генераторами. Коэффициент статизма статической характеристики определяет- ся по формуле x р.н c x U U k U  , где Ux – напряжение при холостом ходе генератора; Uр.н – напряжение при номинальной реактивной нагрузке. Практически коэффициент статизма принимается равным 5 %. Существуют различные способы создания статизма по реактив- ному току генератора. Так, если измерительный орган АРВ включен на одно из междуфазных напряжений (рис. 6.3), например UВС, то для введения зависимости от реактивного тока последовательно в цепь напряжения включается резистор Rс, к которому подводится ток от трансформатора тока фазы А. При этом направление тока IА должно быть таким, чтобы полярность падения напряжения от тока IА на рези- сторе Rс совпадала с полярностью напряжения UВС. Как видно из векторной диаграммы на рис. 6.3, б, при сочетании междуфазного напряжения UBC с фазным током IA падение напряже- ния на Rc от реактивной составляющей тока IA,pRс совпадает по фазе с напряжением UBC, в то время как падение напряжения на Rc от ак- тивной составляющей IA,aRс сдвинуто относительно UBC на угол 90°. Модуль напряжения, подводимого к АРВ, может быть определен по формуле 2 2 c cАРВ BC Ap Aa( ) ( ) .U U I R I R   Однако, учитывая, что составляющая IApRc, суммируясь арифме- тически с вектором UВС, увеличивает вектор UАРВ, а составляющая IAaRc практически только поворачивает его на угол δ, можно прене- бречь составляющей IApRc и с достаточной точностью считать, что напряжение, подводимое к измерительному органу АРВ, будет UАРВ = UВС + IApRc. 103 Рис. 6.3. Способ получения статической характеристики АРВ при включении измерительного органа на одно междуфазное напряжение: а – схема включения; б – векторная диаграмма Из приведенного выражения и векторной диаграммы видно, что при увеличении IAp напряжение, подводимое к АРВ, увеличивается. Это воспринимается измерительным органом регулятора как повы- шение напряжения, и АРВ действует в сторону его понижения. Та- ким образом обеспечивается зависимость регулируемого напряже- ния от реактивного тока генератора, т. е. работа по статической ха- рактеристике. 6.2.2. Работа генераторов в блоке с трансформатором При работе генератора в блоке с трансформатором или авто- трансформатором (рис. 6.4, а) к АРВ обычно подводится напряже- ние от TV, установленных на выводах генератора. а UC IAaRc TA IАRc UАР Rс TV IА G UB A B C АРВ φ IARc UA UB UBC UBC IA,a a IA IA,p UАРВ IApRc δ б 104 Рис. 6.4. Работа генератора с АРВ в блоке с повышающим трансформатором (автотрансформатором): а – схема включения АРВ; б – векторная диаграмма Поэтому если АРВ имеет астатическую характеристику, то при изменении нагрузки им будет поддерживаться постоянным напря- жение на выводах генератора Uг. Напряжение на шинах Uш отлича- ется от Uг на величину падения напряжения в сопротивлении транс- форматора. Поскольку трансформатор имеет практически чисто ре- активное сопротивление, то напряжение на шинах  г т н г т ан т рнU jX I U jX I jX I     , где Iн – ток, проходящий через трансформатор. Из векторной диаграммы на рис. 6.4, б, построенной для одной фазы А, видно, что падение напряжения в сопротивлении Хт опре- деляется в основном составляющей от реактивного тока и, следо- вательно: ш г т рНU U Х I   . При необходимости обеспечить постоянство напряжения на ши- нах электростанции Uш применяется компенсация реактивного со- противления трансформатора. Принципиальная схема компенсации TV TA G AРВ Uг Uш T -jIAхт δ IA IA,p IA,a UA,г UA,ш -jIA,aхт -jIA,pхт φ a б 105 и поясняющая векторная диаграмма для случая, когда АРВ включа- ется на линейное напряжение UBC, приведены на рис. 6.5. Рис. 6.5. Принцип компенсации реактивного сопротивления трансформатора (автотрансформатора) блока: а – схема включения; б – векторная диаграмма; в – характеристики В цепь от трансформатора напряжения к АРВ включается актив- ное сопротивление Rк, равное Хт. К активному сопротивлению Rк подводится ток от трансформатора тока фазы A, но обратной поляр- ности по сравнению со схемой на рис. 6.5, а. При этом, как видно из рис. 6.5, б, при увеличении реактивной нагрузки генератора напря- жение UАРВ будет уменьшаться на величину IАрRк = IАрXт. Это вос- принимается измерительным органом АРВ как понижение напря- жения, и АРВ, действуя в сторону повышения напряжения Uг, ком- пенсирует падение напряжения ΔUт и поддерживает неизменным напряжение Uш. IApRc IARc δ UАРВ IAaRc φ UC UA UB UBC UBC IA,a a IA IAp б TA IАRк UАР Rс TV IА G UB A B C АРВ а ΔUт Uг U Iг Uш в 106 Аналогично действуют АРВ, к измерительным органам которых подводится трехфазное напряжение. В этих случаях падение напря- жения в сопротивлении компенсации от реактивной составляющей тока должно иметь направление, противоположное вектору напря- жения от трансформатора напряжения, что достигается подбором необходимого сочетания фаз и групп соединения обмоток TA, ТV и промежуточных трансформаторов. 6.2.3. Параллельная работа энергоблоков «генератор–трансформатор» на общие шины При параллельной работе энергоблоков «генератор–трансформа- тор» на общие шины высшего напряжения к индивидуальным АРВ каждого генератора подводится напряжение не от трансформатора напряжения шин, а от трансформатора напряжения генератора (рис. 6.6). Напряжение на шинах электростанции можно определить по формуле Uш = Uг1 – jIp1xт1 = Uг2 – jIp2xт2. Рис. 6.6. Параллельная работа энергоблоков на общие шины высшего напряжения TV1 TA1 G1 AРВ1 Uг1 Uш T1 TV2 TA2 G2 AРВ2 Uг2 T2 107 Если АРВ поддерживают на генераторах равные напряжения г1 г2U U , то, следовательно, т1 р1 т2 р2x I x I   , откуда p1 т2 p2 т1 I x I x  . Из последнего выражения следует, что суммарная реактивная на- грузка электростанции распределяется между параллельно работаю- щими блоками генератор-трансформатор обратно пропорционально реактивным сопротивлениям блочных трансформаторов. Если парал- лельно работают одинаковые энергоблоки, то xт1 = xт2 и, следова- тельно, Ip1 = Ip2, т. е. реактивная нагрузка распределяется между ни- ми поровну. Таким образом, при параллельной работе энергоблоков на общие шины высшего напряжения обеспечивается определенное распреде- ление реактивной нагрузки между генераторами и дополнительных средств стабилизации не требуется, если АРВ генераторов имеют астатические характеристики. 6.3. Групповое управление возбуждением генераторов Рассмотренные устройства автоматического регулирования воз- буждения поддерживают заданный режим работы, изменяя значение реактивной нагрузки генератора и напряжения на его шинах. Для того чтобы изменить режим, увеличить или уменьшить напряжение на шинах электростанции, необходимо изменить уставку АРВ. На современных крупных электростанциях с большим количеством ге- нераторов эта задача усложняется, так как необходимо одновремен- но изменять уставки АРВ на многих генераторах. На полностью автоматизированных гидроэлектростанциях, работающих без посто- янного оперативного персонала, для этой цели пришлось бы осу- ществлять телеуправление установочными реостатами или авто- трансформаторами всех АРВ с диспетчерского пункта. 108 На рис. 6.7, а и б приведены две схемы управления возбуждени- ем генераторов при наличии на каждом генераторе своего АРВ. В обе- их схемах предусмотрено общее изменение уставки АРВ всех гене- раторов. В схеме на рис. 6.7, а уставки всех АРВ изменяются ключом управления SA одновременно с помощью одного электродвигате- ля M, с валом которого жестко связаны ползунки всех установочных реостатов R. Такие системы с механической связью установочных реостатов могут применяться, когда они расположены в непосред- ственной близости (например, на одной панели пульта). При этом должна быть предусмотрена возможность оперативного отделения установочного реостата АРВ каждого генератора от общего вала при отключении генератора от устройства группового управления. Рис. 6.7. Структурные схемы группового регулирования напряжения: а – с механической связью для одновременного изменения уставок АРВ; б – с вводом дополнительного напряжения для одновременного изменения уставок АРВ TV1 G1 G2 GМ LE1 LE2 + - SAП УR1 R2 TV2 АРВ АРВ TV3 TL1 TL2 Tу а TV1 G1 G2 GМ LE1 LE2 + - SA П У R1 R2 TV2 АРВ АРВ б 109 Для облегчения работы оперативного персонала и повышения качества регулирования, а также для полной автоматизации гидро- электростанций используются устройства группового управления возбуждением генераторов. Устройства группового управления возбуждением должны обеспе- чивать автоматическое распределение реактивной нагрузки между ге- нераторами и поддержание напряжения на шинах электростанции или в другой точке энергосистемы согласно заданному режиму работы. На рис. 6.7, б приведена схема, в которой изменение уставок АРВ производится введением в цепь их измерительных органов дополни- тельного напряжения от трансформаторов последовательного регу- лирования TL. На первичные обмотки TL подается напряжение от общего установочного трансформатора Ту. Изменяя напряжение на выходе Ту, можно одновременно изменять напряжение на всех TL, а следовательно, и уставки АРВ всех генераторов. В этой схеме так- же должна быть предусмотрена возможность отделения любого TL от Ту с переходом на индивидуальное управление возбуждением дан- ного генератора. Недостатком устройства группового управления по схеме рис. 6.7, б является возможность резкого изменения возбужде- ния всех генераторов при внезапном отключении источника питания первичной обмотки Ту или при обрыве общих цепей от Ту к TL. 6.4. Автоматическое распределение реактивных нагрузок Выше было показано, что для равномерного распределения реак- тивной нагрузки между генераторами, работающими параллельно на общие шины, АРВ должны иметь статические характеристики. При параллельной работе энергоблоков на общие шины высшего напря- жения равномерное распределение реактивных нагрузок обеспечива- ется за счет естественного статизма энергоблоков благодаря падению напряжения в реактивных сопротивлениях трансформаторов. Однако даже у однотипных энергоблоков имеются различные отклонения от типовых характеристик генераторов, трансформаторов и систем воз- буждения. Все это нарушает равномерность распределения реактив- ной нагрузки и требует применения специальных устройств для ее принудительного распределения. Наибольшее распространение по- лучили устройства уравнивания, которые производят распределение суммарной реактивной нагрузки электростанции по среднему значе- 110 нию. Устройства выполняются по принципу контроля реактивной мощности или тока статора, напряжения или тока ротора. На рис. 6.8 приведена структурная схема устройства уравнива- ния на принципе контроля реактивной мощности (или тока статора). От датчика реактивной мощности ДРН на потенциометр R подается выпрямленное напряжение, пропорциональное реактивной нагрузке генератора. Если напряжения, снимаемые с потенциометров устройств всех генераторов, равны, ток в цепях уравнивания между шинами Ш1 и Ш2 отсутствует. При возникновении неравенства реактивных нагрузок генераторов равенство напряжений, снимаемых с потен- циометров, нарушается и в цепях уравнивания появляются токи, ко- торые через исполнительные органы ИО воздействуют на измене- ние возбуждения генераторов до тех пор, пока не восстановится ра- венство их реактивных нагрузок. Рис. 6.8. Структурная схема устройства уравнивания реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами 6.5. Автоматическое регулирование напряжения трансформаторов Нормальная работа потребителей электроэнергии обеспечивается при определенном напряжении. Отклонение напряжения в ту или дру- G1 R1 АРВ1 ИО1 ДР Н1 G2 R2 АРВ2 ИО2 ДР Н2 Ш1 Ш2 111 гую сторону приводит к снижению качества продукции, сокращению срока службы электротехнического оборудования, повышению его повреждаемости и т. п. Этим определяется необходимость поддержи- вать напряжение у потребителя на заданном уровне. Требуемые усло- вия и экономичность всей системы электроснабжения наиболее полно обеспечиваются при автоматическом регулировании напряжения. При наличии на подстанциях и в трансформаторных пунктах трансформа- торов, снабженных устройствами для регулирования под нагрузкой (УРПН), появляется возможность автоматически регулировать напря- жение путем переключения числа витков одной из обмоток трансфор- матора без его отключения. Обычно переключающее устройство рас- полагают на стороне высшего напряжения. Трансформатор с УРПН поставляется заводами с автоматиче- ским регулятором напряжения (АРНТ). Совместно с УРПН транс- форматора АРНТ образует автоматическую систему регулирования коэффициента трансформации трансформатора. Основными харак- теристиками автоматической системы регулирования являются: – ступень регулирования Ucт – напряжение между двумя ответв- лениями обмотки, выраженное в процентах от ее номинального на- пряжения; в зависимости от типа трансформатора Ucт = 1,25–2,5 %; – зона нечувствительности ΔUнч – некоторый диапазон измене- ния напряжений, при котором автоматический регулятор не сраба- тывает; зону нечувствительности выражают в процентах относитель- но номинального напряжения; для исключения излишних срабаты- ваний регулятора зона нечувствительности должна быть больше ступени регулирования, т. е. ΔUнч > Ucт; – точность регулирования – показатель, характеризуемый изме- нением напряжения, равным половине зоны нечувствительности; – выдержка времени – параметр, исключающий действие регу- лятора при кратковременных отклонениях напряжения; – уставка регулятора – напряжение, которое должен поддержи- вать регулятор. Процесс регулирования иллюстрируется графиками (рис. 6.9, а). Линией 3 обозначена уставка регулятора, а линиями 5 и 1 – границы зоны нечувствительности ΔUнч, определяющие значения напряже- ния, при которых регулятор приходит в действие. Как следует из гра- фиков, требуемое значение напряжения (прямая 3) поддерживается 112 с точностью, равной ±ΔUнч / 2. В общем случае регулятор имеет ко- эффициент возврата, отличающийся от единицы. Рис. 6.9. Автоматическое регулирование коэффициента трансформации трансформатора На рис. 6.9, а напряжения возврата изображены прерывистыми штриховыми линиями 4 и 2. Регулятор находится в состоянии после срабатывания до тех нор, пока напряжение на его входе находится за пределами зоны, ограниченной напряжениями возврата. Переключе- ние ответвлений происходит, если время отклонения напряжения за пределы зоны нечувствительности превышает выдержку времени n t2t1 2 3 1 4 5 Uст ΔUнч t3 U,в t, с В а m TV TA Q3 ИЧ ЭВР ЭС А1 А2 ЛЭ ИЭ1 ИЭ2Q2 Q1 Uп Iн ИОН ЛЧ ИС Zл Uш Пр иба вит ь Уб ави ть T б ИП 113 регулятора t1 и время действия приводного механизма t2 вместе взя- тых. При этом график напряжения из точки m скачкообразно перехо- дит в точку n, т. е. напряжение увеличивается на ступень регулирова- ния Ucт. При втором срабатывании регулятора переключения не про- исходит, так как время отклонения напряжения t3 < t1 + t2. Очевидно, что увеличение зоны, определяемой разностью напря- жений срабатывания (линии 5 и 1) и возврата (линии 4 и 2) регуля- тора, т. е. снижение коэффициента возврата, приводит к снижению точности автоматического регулирования напряжения. Наряду с устройствами АРНТ, поставляемыми заводами комп- лектно с трансформаторами, в ряде энергосистем эксплуатируются регуляторы, изготовленные собственными лабораториями. Несмот- ря на разнообразие выполнения, регуляторы напряжения могут быть представлены единой функциональной схемой, содержащей три функ- циональные части (рис. 6.9, б) – измерительную (ИЧ), логическую (ЛЧ) и исполнительную (ИС). Характерным элементом измерительной части является элемент встречного регулирования ЭВР, обеспечивающий статическую ха- рактеристику регулятора. Это необходимо для поддержания напря- жения у потребителя Uп на заданном уровне независимо от тока нагрузки Iн. Напряжение у потребителя Uп = Uп – IнZл, поэтому с увеличением IнZл необходимо увеличивать и напряжение на шинах Uш подстанции так, чтобы напряжение Uп оставалось по- стоянным. Поэтому элемент встречного регулирования, представ- ляющий собой устройство установки статизма, выполнен по схеме токовой компенсации, с помощью которой имитируется падение напряжения IнZл ~ Iн2Zтк. Схема токовой компенсации подключается к трансформаторам тока ТА так, что увеличение тока Iн регулятор воспринимает как понижение напряжения на шинах и действует в сторону его повышения. Измерительный орган напряжения ИОН содержит элемент срав- нения напряжения ЭС и усилители А1 и А2 с релейной характери- стикой. Элемент сравнения сравнивает напряжение Uвх = Uш2 – Iн2Zтк 114 с заданным напряжением. В зависимости от знака отклонения напря- жения он воздействует на соответствующий релейный усилитель А1 или А2. Измерительный орган выполняют по-разному. В простейшем случае для этого используют два электромагнитных реле напряжения: минимальное и максимальное. В регуляторах используются измери- тельные органы, составной частью которых является схема сравнения абсолютных значений двух электрических величин: напряжения на входе измерительного органа и эталонного напряжения. Логическая часть содержит элемент выдержки времени ЛЭ и эле- менты ИЛИ, И. Выдержка времени необходима для исключения действия регулятора при кратковременных изменениях напряжения. Уставку по времени выбирают такой, чтобы обеспечить качествен- ное регулирование напряжения при минимально возможном коли- честве переключений в сутки. В зависимости от графика изменения напряжения на подстанции уставка по времени принимается в пре- делах t1 = l–5 мин. Элементы ИЛИ, И выполняют соответствующие логические операции, обеспечивающие функционирование регуля- тора в целом. Исполнительная часть содержит элементы, которые при срабаты- вании создают воздействие на привод переключателя ответвлений. Регулятор действует так, что при повышении напряжения он вызы- вает переключение УРПН на понижение напряжения, а при пони- жении напряжения срабатывает элемент, вызывающий переключение УРПН на повышение напряжения. 115 7. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ 7.1. Устройства противоаварийной автоматики трансформаторов 7.1.1. Автоматическое включение резервного трансформатора Устройства АВР широко применяются не только для автоматиче- ских включений резервных линий, но и трансформаторов. Схемы под- станций обычно выполняются так, что при наличии двух (и более) трансформаторов шины низшего напряжения секционируются. Каж- дый трансформатор подключается к соответствующей секции шин. В нормальном режиме секционный выключатель Q4 отключен (рис. 7.1, а). В такой схеме при аварийном отключении одного из трансформаторов, например Т1, электроснабжение потребителей со- храняется благодаря автоматическому включению секционного вы- ключателя устройством АВР. Схемы устройств АВР и расчет их уста- вок выполняются в соответствии с положениями, изложенными выше. Как указывалось, из-за остаточного напряжения на шинах, поддержи- ваемого синхронными электродвигателями и компенсаторами, мини- мальный пусковой орган напряжения действует с замедлением, дости- гающим 1 с и выше. На трансформаторах замедление можно устра- нить, если между их выключателями предусмотреть взаимную связь, обеспечивающую немедленное отключение выключателя Q1 и пуск УАВР при отключении выключателя Q2 (рис. 7.1, а). Однако при этом в случае короткого замыкания на линии (точка К) не исключается за- медленное действие устройства АВР. Для устранения замедления можно использовать защиту от поте- ри питания, содержащую реле понижения частоты KF и реле на- правления мощности KW1, KW2. Реле включается на междуфазное напряжение и ток отстающей фазы так, чтобы при направлении мощности от источника питания к потребителю контакты реле были замкнуты. В этом случае пусковой орган не должен срабатывать (рис. 7.1, б–г). Устройство реагирует на снижение частоты и изме- нение направления активной мощности или ее исчезновение. При этом контакты реле мощности размыкаются, а контакт реле частоты 116 замыкается и происходит запуск реле времени KТ. Выдержка вре- мени KТ принимается 0,3–0,5 с. По истечении этого времени про- межуточное реле KL3 срабатывает и отключает выключатель Q1 и электродвигатели, не подлежащие самозапуску. Уставка срабатыва- ния реле частоты принимается равной 48–48,5 Гц. После снижения частоты напряжение подается на обмотки реле мощности. Этим об- легчается режим работы контактов реле и уменьшается нагрузка на трансформатор напряжения TV. Для большинства самозапускаю- щихся синхронных электродвигателей допустимо повторное вклю- чение, если напряжение на их выводах в момент включения не пре- вышает Uост = (0,5–0,6)Uном, поэтому секционный выключатель Q4 должен включаться после снижения напряжения на резервируемой секции шин до указанного значения. Для этого устройство АВР должно осуществлять контроль напряжения на секции шин, поте- рявшей питание. В ряде конкретных случаев рассмотренный пусковой орган УАВР оказывается недостаточно быстродействующим, что приводит к рас- стройству технологического процесса предприятия. С целью повы- шения быстродействия УАВР рекомендуется, например, выполнить пусковой орган устройства, основанный на контроле угла между векторами напряжений рабочего и резервного источников питания. В нормальном режиме этот угол в схемах не превышает 10–15°. При повреждении на линии в связи с торможением электродвигате- лей угол между вектором остаточного напряжения на секции шин, подключенной к поврежденной линии, и вектором напряжения ре- зервной секции шин увеличивается. Это обстоятельство использу- ется для выполнения пускового органа. При наличии на питающей линии устройства АПВ действие УАВР необходимо согласовывать с действием УАПВ. Согласование может привести к значительному увеличению времени восстановления питания. Автоматическое повторное включение трансформатора рассмот- рено в разделе 1.5. 117 Рис. 7.1. Автоматическое включение резервного трансформатора 7.1.2. Автоматическая аварийная разгрузка трансформаторов Действие устройства аварийной разгрузки аналогично действию защиты от перегрузки. При этом вместо обычного реле времени ис- пользуется многопозиционное реле, имеющее несколько контактов и позволяющее изменять выдержку времени до 10 мин и более. При На откл. Q1 На откл. эл. двиг. - KW2.1 KW1.1 KW2.2 KW1.2 - TV TA1 T1T2 Q2 Q3 Q4 УАВР Q1 М1 М2 Q1.1 TA2 К + YAT Q2.1 б TA1 TA1 a b c KL1.1 в KF KL1.2 От TV a b c KW1 KL3.1 KF KL1.3 + KL1 KL2 KL3 KT KW2 KL2.1 KT г а KL3.2 Q5 Q6 118 действии автоматики потребители отключаются очередями. Вы- держка времени первой очереди принимается равной 5–10 мин. Ес- ли перегрузка трансформатора при этом не устраняется, то пуско- вой орган остается в состоянии после срабатывания и автоматика продолжает отключать потребителей других очередей с выдержкой времени на Δt = 30 с большей предыдущей. При определении от- ключаемой нагрузки исходят из того, чтобы оставшийся под нагруз- кой трансформатор мог работать в течение 1,5–2 ч. За это время об- служивающий персонал принимает меры по разгрузке трансформа- тора. Ток срабатывания пускового органа принимают Iср = (1,3–1,4) Iт.ном. Следует отметить, что устройство автоматической разгрузки прин- ципиально правильнее выполнять не по току перегрузки, а в зави- симости от температуры обмоток, например температурно-токо- выми реле. 7.2. Автоматические устройства управления режимами работы трансформаторов Автоматическое отключение и включение трансформатора для уменьшения потерь энергии В процессе эксплуатации нагрузка параллельно работающих трансформаторов не остается постоянной. При ее снижении может оказаться целесообразным один из трансформаторов отключить, а при восстановлении нагрузки включить снова. Это обусловлено необходимостью достижения минимальных потерь электроэнергии в трансформаторах. Отключать и включать трансформатор можно автоматически. На рис. 7.2 показана схема устройства автоматики с пусковым органом тока, состоящим из минимального KА1 и максимального реле тока KА2. Реле включены на сумму токов Ip = I2I + I2II параллельно работающих трансформаторов (рис. 7.2, а). 119 Рис. 7.2. Схема устройства автоматического отключения и включения трансформатора При полной загрузке трансформаторов оба реле держат соответ- ствующие контакты K1, KА2 разомкнутыми. Снижение нагрузки до некоторого критического по экономичности режима работы транс- форматоров значения Iкр = (0,6–0,8)Iт.ном вызывает срабатывание ми- От защиты, ключей управления и телемеханики I2II TA1 TA2I2I I1I I1II Ip KA1T KA2T KQC4 KQC3 KQC2 KL5 KL4 KA1 KL2.1 KA2 KL1.1 KL2 KL1 KL5.1 KL1.2 KL2.2 KT KT KL1.3 KL3 KL2.3 KL5.2 KQC1 - + SX1 SX2 а б 120 нимального реле тока KА1 и его контакт KA1 замыкает цепь об- мотки промежуточного реле KL1 (рис. 7.2, б). При срабатывании это реле контактом KL1.I разрывает цепь питания обмотки реле KL2, контактом KL1.2 приводит в действие реле времени KТ и контактом KL1.3 подготавливает цепь на отключение выключателей одного из трансформаторов. По истечении заданной выдержки времени замы- кается контакт KT реле времени в цепи обмотки промежуточного реле KL3, которое, срабатывая, отключает трансформатор. При на- грузке выше критической срабатывает максимальное реле тока KА2 и приходят в действие реле KL2, KТ и KL4, при этом трансформа- тор включается. В схеме автоматики цепи реле KL1 и KL2 взаимо- связаны так, что возможное одновременное действие автоматики на отключение и на включение исключается. С помощью реле KL5 устройство выводится из работы при от- ключении любого из выключателей трансформаторов ключом управ- ления, средствами телемеханики или релейной защитой. При этом цепь обмотки реле KL5 замыкается контактами реле KQC.1–KQC.4 (реле KQC.1–KQC.4 фиксируют включенное положение выключа- телей трансформаторов). Устройство вводится в действие только при включении всех четырех выключателей. Токи срабатывания пускового органа определяются из следую- щих соотношений: Ic.p1 = Iкр / kотсkI ; Ic.p2 = kотсIкр / kI , где kотс = 1,05–1,1. В пусковом органе схемы автоматики необходимо использовать реле с высоким коэффициентом возврата kв2 = 0,9–0,95 максималь- ного и kв1 = 1,1–1,05 минимального реле соответственно. Для ис- ключения одновременного срабатывания реле KА1 и KА2 необхо- димо, чтобы выполнялись следующие условия: Ic.p1 ≤ Iв.p2 и Iв.p1 ≤ Iс.p2. Выдержка времени реле KТ принимается равной 3–5 мин. Воз- можны и другие принципы выполнения устройства отключения и 121 включения трансформатора, например, в соответствии с заданной программой, разработанной на основе графика нагрузки. В эксплуатации трансформаторы обычно работают раздельно, каж- дый на определенную секцию шин. В нормальном режиме секцион- ный выключатель отключен (см. рис. 7.1, а). Он включается устрой- ством АВР при аварийном отключении одного из трансформаторов. Однако с точки зрения уменьшения потерь в трансформаторах может оказаться целесообразным оставить в работе только один трансфор- матор в нормальном режиме. Поэтому действие рассмотренной авто- матики отключения и включения трансформаторов необходимо со- гласовывать с действием устройства АВР. При этом обеспечивается следующая последовательность переключений: при снижении на- грузки и отключении одного из трансформаторов сначала включается секционный выключатель Q4, а затем последовательно отключаются выключатели Q1 и Q2 со стороны низшего и высшего напряжения трансформатора; при увеличении нагрузки сначала включается вы- ключатель Q2 со стороны высшего напряжении, а затем выключа- тель Q1 со стороны низшего напряжении трансформатора, после это- го отключается секционный выключатель Q4. Для такого согласованного действия и определения необходимо- сти переключений трансформаторов нужно измерять две величины: суммарный ток трансформаторов и ток нагрузки одной из секций. После отключения единственного работающего трансформатора устройство АВР должно включить другой трансформатор. При рабо- те двух трансформаторов и аварийном отключении одного из них устройство АВР действует на включение секционного выключателя. 122 8. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 8.1. Устройства автоматики асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ К устройствам автоматики электродвигателей напряжением вы- ше 1 кВ относятся устройства АПВ и АВР электродвигателей. Устройство АПВ электродвигателей рассмотрено в разделе 1.7. Устройство АВР На рис. 8.1 показана схема УАВР, выполненная применительно к установке с двумя электродвигателями, подключаемыми к источ- никам питания выключателями с пружинно-грузовым приводом. Схема управления каждого из трех электродвигателей выполня- ется в соответствии с рис. 8.1, б. В этой схеме натяжение пружин привода осуществляется только перед включением выключателя. При этом исключаются длительное пребывание пружин в заведен- ном состоянии и возможность самопроизвольного включения вы- ключателя. Любой из двух электродвигателей может быть рабочим или резервным. Это устанавливается избирательным ключом управ- ления SA1, положения которого на рис. 8.1, б обозначены как Р (ре- зерв), М (местное управление) и Д (дистанционное управление). Ключ SA2 служит для дистанционного управления пуском и оста- новом электродвигателя, а кнопочные выключатели SB1 и SB2 – для местного управления. Реле KСС осуществляет пуск электродви- гателя при действии устройства АВР. Рабочий электродвигатель должен иметь дистанционное и местное управление, а резервный – пуск только от устройства АВР и дистанционное и местное управ- ления остановом. Для достижения этого в схеме рабочего электро- двигателя ключ SA1 находится в положении Д, а ключ SA2 – в нейт- ральном положении (после включения). При этом замкнуты контак- ты SA1.2, SA1.4 и SA2.3. В схеме резервного электродвигателя ключ SA1 находится в положении Р, а ключ SA2 – в нейтральном положении (после отключения). Замкнутыми оказываются контакты SA1.3 и SA1.4. Как в той, так и в другой схеме (рис. 8.1, б) все реле не возбуждены. 123 Рис. 8.1. Схема устройства АВР электродвигателя F4 в KL2.2 Q1.2KL2.1 KQT1.1KCC.1 KQT2.4 KQT1.4 KB KCC VS F1 F2 a KQT1.3 KQT2.3 KB ДР М SB1 KL1 б SA1 SA1.1 SA1.2 о в SA2.1 SA1.3 KL1.1 Q1.1 ДР М KL2 SA1.4 оSA2.2 KL1.2 М Q1.4 YAC Q1.6 Q1.3 SB2 YAT Q1.7 KT KH о в KL1.3 Q1.5 KQT1 F3 SA2.3 124 В общих цепях УАВР (см. рис. 8.1, а) возбуждено реле KB запрета автоматики, обеспечивающее однократность действия УАВР. Его контактом KB подготавливается цепь обмотки реле включения ре- зерва KСС. При аварийном отключении рабочего электродвигателя в цепях его управления замыкается цепь несоответствия, образован- ная контактом SA2.3 ключа SA2 и вспомогательным контактом вы- ключателя Q1.5 в цепи обмотки реле KQT1. Реле KQT1 срабатывает и контактом KQT1.1 размыкает цепь автоматического пуска электро- двигателя. В общих цепях схемы УАВР (см. рис. 8.1, а) реле контак- том KQT1.3 размыкает цепь обмотки реле блокировки KB и контак- том KQT1.4 замыкает цепь обмотки реле включения резерва KСС. Реле KСС срабатывает и замыкает контакты KСС в цепях управления всех электродвигателей. Однако при этом замкнутой оказывается толь- ко цепь обмотки реле KL1 в схеме резервного электродвигателя (кон- такт SA1.3 ключа SA1 и контакты реле KСС1 и KQT1.1), которое по- сле срабатывания самоудерживается контактом KL1.1 и контактом KL1.2 подает напряжение на электродвигатель М, заводящий пружины привода выключателя резервного электродвигателя. По окончании завода пружин конечный выключатель Q1.4 отключает электродвига- тель М, вспомогательный контакт готовности привода Q1.6 замыкает цепь электромагнита включения YAC и выключатель резервного элек- тродвигателя включается. При этом самоудерживание реле KL1 пре- кращается (размыкается контакт Q1.1). Промежуточное реле KL2 дей- ствует в случае дистанционного отключения электродвигателя. Все электродвигатели имеют защиту от перегрузки, выполненную на переменном оперативном токе (реле тока с зависимой характери- стикой, контакт KТ которого и указательное реле KН показаны на рис. 8.1, б). Защита от коротких замыканий и понижения напряже- ния выполняется с помощью реле прямого действия, встроенных в приводы выключателей (на рис. 8.1 не показаны). 8.2. Особенности автоматики синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ Устройства противоаварийной автоматики (УАПВ и УАВР) синх- ронных электродвигателей работают в несколько иных условиях, чем аналогичные устройства асинхронных электродвигателей. При дей- ствии УАПВ и УАВР происходит несинхронное включение синх- 125 ронных электродвигателей, сопровождающееся токами, которые мо- гут значительно превышать пусковой ток. Поэтому перед включени- ем электродвигателя производится частичное гашение его поля с тем, чтобы напряжение на его выводах Uд не превышало (0,5–0,6) Uном. Если расчеты показывают, что кратности тока и момента при не- синхронном включении не превышают допустимых значений, то уст- ройства АПВ и АВР могут включать электродвигатель при полном возбуждении. Действия устройств АПВ и АВР согласуются с дейст- вием защиты от потери питания. 8.3. Минимальная защита напряжения и автоматика асинхронных электродвигателей напряжением до 1 кВ Минимальная защита напряжения может быть осуществлена, ес- ли электродвигатель включается в сеть через контактор или маг- нитный пускатель. При этом в ряде случаев дополнительное реле не требуется, так как схема управления аппаратом уже содержит эле- менты минимальной защиты напряжения. Исчезновение или сни- жение напряжения на обмотке магнитного пускателя приводит к его отключению. При восстановлении напряжения магнитный пуска- тель автоматически включиться не может. Если в цепях управления используется ключ SA с фиксирован- ными положениями (рис. 8.2, а) или цепи управления подключают- ся к независимому источнику питания (рис. 8.2, б), то для мини- мальной защиты напряжения применяется реле напряжения KV. Реле напряжения KV может размыкать цепь удерживающей обмот- ки КМ контактора при напряжении U = (0,25–0,7) Uном (в зависимо- сти от типа реле и его уставки), причем в схеме рис. 8.2, а контактор после восстановления напряжения автоматически включается, про- изводя автоматическое повторное включение электродвигателя. Для ответственных электродвигателей схемы управления, защиты и автоматики обычно выполняются так, что повторное включение контактора или пускателя обеспечивается лишь при восстановлении напряжения в течение заданного времени. В схеме, показанной на рис. 8.2, в, выдержку времени создает реле KL, имеющее замедле- ние на возврат. Недостаток этой схемы состоит в том, что при опе- ративном отключении электродвигатель отключается не сразу после 126 нажатия на кнопочный выключатель SB2; длительность нажатия должна быть больше выдержки времени, создаваемой реле KL. Рис. 8.2. Минимальная защита напряжения электродвигателей напряжением до 1 кВ Некоторые из рассмотренных схем минимальной защиты напря- жения одновременно выполняют функции устройств АПВ, так как допускают повторное включение электродвигателей при восстанов- лении напряжения, поэтому такие схемы часто называют схемами АПВ электродвигателей. Схему, показанную на рис. 8.2, а, можно назвать схемой АПВ постоянного действия, а схему, приведенную на рис. 8.2, в, – схемой АПВ с действием в течение заданного вре- мени. Устройство АПВ постоянного действия включает электродви- гатель при подключении его к сети через контактор с защелкой, од- нако функций минимальной защиты напряжения такой контактор не выполняет. Приведенные схемы не исчерпывают всего многооб- разия устройств АПВ, применяемых на промышленных предприя- тиях. Если по условиям технологического процесса требуется авто- матическое включение резервного электродвигателя, то схему АВР также выполняют на контакторах или магнитных пускателях. KM KL KM A B Cв M SB2 SB1 KL KM A B C a KM o в SA KV KV M KM KM A B Cб KV M SB SB KV 127 Для примера на рис. 8.3 показана комбинированная схема АПВ- АВР электродвигателей низкого напряжения. Рис. 8.3. Комбинированная схема устройства АПВ–АВР электродвигателей напряжением до 1 кВ b1 KM1 M1 SF1 KST1 c1 KL1 KT1 KM1.2 b1 c1 SA1 SB1 KST1 KST1 KM1 KM2.3 о в KT1 KL1 SB2 b2 KM2 M2 SF2 KST2 c2 KL2 KT2 KM2.2 b2 c2 SA2 SB3 KST2 KST2 KM2 KM1.3 о в KT2 KL2 SB4ИП2 ИП1b1 c1 a1 b2 c2 a2 128 Взаимно резервируемые электродвигатели Ml и М2 присоедине- ны к разным источникам питания ИП1 и ИП2 через магнитные пус- катели KМ1 и KМ2, схемы управления которыми подключены, на- пример, к фазам В и С источников питания (b1, c1 и b2, c2). Для вы- бора рабочего и резервного электродвигателей служат ключи SA. Если, например, электродвигатель Ml является рабочим (контакт SA1 разомкнут, a SA2 – замкнут), а М2 – резервным, то после ис- чезновения напряжения источника питания ИП1 магнитный пуска- тель KM1 отключает электродвигатель M1. При этом одновременно начинают отсчет времени реле KL1 с задержкой на отпускание яко- ря (реле, разрешающее АПВ) и реле KТ2 (реле, осуществляющее АВР). Выдержка времени реле KL1 t1 = 1,3 c, а реле KТ2 – t2  2 с. В зависимости от того, на какое время нарушилось электроснабже- ние (менее 1,3 с или более), происходит АПВ электродвигателя Ml или АВР электродвигателя М2. При АВР схема действует в следую- щем порядке: замыкается контакт KТ2, срабатывает реле KL2, кон- тактом KL2 подается питание на обмотку магнитного пускателя KМ2 и он включает резервный электродвигатель М2. Если электродвигатель Ml отключается защитой (автоматическим выключателем SF1 или электротепловыми реле KST1), то происхо- дит только АВР электродвигателя М2. 129 9. АВТОМАТИКА СПЕЦИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК 9.1. Устройства автоматического регулирования напряжения конденсаторных батарей Автоматическое регулирование напряжения имеет одноступен- чатое исполнение, при автоматическом включении (отключении) всей конденсаторной установки, или многоступенчатое, когда включаются (отключаются) отдельные батареи или единичные кон- денсаторы. Автоматическое регулирование напряжения может осуществлять- ся в функции напряжения, тока нагрузки, значения или знака реак- тивной мощности, времени суток (программное управление с по- мощью контактных электрических часов). Одноступенчатое регулирование напряжения в связи с включе- нием (отключением) всей установки имеет большие зоны нечув- ствительности и допускает значительные отклонения напряжения, что в ряде случаев нежелательно. При одноступенчатом автомати- ческом регулировании напряжения на шинах 0,38 кВ может приме- няться схема, приведенная на рис. 9.1, на которой показаны элемен- ты защиты конденсаторной установки (предохранители F1, F2 и ав- томатический выключатель SF1). Регулирование осуществляется в функции напряжения, поэтому схема содержит максимальное ре- ле напряжения KV1 и минимальное реле напряжения KV2. Реле KV1 срабатывает при повышении напряжения на шинах 0,38 кВ, а реле KV2 – при его снижении. Чтобы автоматика не действовала при кратковременных колебаниях напряжения, управляющие воз- действия на контактор КМ, подключающий конденсаторную уста- новку к шинам, подаются контактами реле времени KТ1 и KТ2 че- рез 15 с после срабатывания соответствующего реле напряжения. В эксплуатации имеются и другие схемы управления конденсатор- ной установкой в функции напряжения. Однако некоторые из них имеют ряд существенных недостатков. 130 Рис. 9.1. Схема одноступенчатого управления конденсаторной установкой в функции напряжения На рис. 9.2 показана схема защиты и одноступенчатого регули- рования напряжения в функции времени конденсаторной установки высокого напряжения (рис. 9.2, а). Контакты электрических часов РТ, замыкаясь на Δt = 15 с, включают одно из двух реле времени, KТ1 или KТ2 (в зависимости от положения выключателя Q и его вспомогательных контактов Q.3 и Q4), рис. 9.2, в. При отключенном выключателе работает реле KТ1 и после вы- держки времени t1 = 9–10 с контактом KТ1 воздействует на электро- магнит YАС включения выключателя Q. После включения выключа- теля и переключения его вспомогательных контактов начинает рабо- тать реле времени KТ2, имеющее выдержку времени tс.КТ2 = tс.КТ1. Сумма выдержек времени двух реле выбрана больше времени замк- нутого состояния контактов РТ, поэтому реле времени KТ2 не успе- вает доработать и конденсаторная установка остается подключен- ной к шинам до момента очередного замыкания контактов РТ, при- водящего к ее отключению. Конденсаторная установка имеет общую защиту от коротких замыканий и перегрузки. Защита выполнена по- SF1 0,4 кВ KM F1 F2 a, b a KT1 KV1 KM KM KT2 SB2 KT2 KV2 KT1 SB1 KM KV1 б SF2 KV2 < > 131 средством комбинированных реле KАТ1 и KАТ2. Для защиты от повышения напряжения использованы реле KV и KТ3. При сраба- тывании защит промежуточное реле KL самоудерживается (контак- том KL.3) и разрывает цепь включения выключателя (контактом KL.1). Самоудерживание снимается кнопочным выключателем SB. Источником переменного оперативного тока служит трансформатор собственных нужд подстанции с конденсаторной установкой. Рис. 9.2. Схема одноступенчатого управления конденсаторной установкой в функции времени Также имеются схемы управления в функции абсолютного зна- чения или знака реактивной мощности и разработано устройство, в котором измерительный орган выполнен на основе элемента Холла. KAТ TA KAТ Q С С С о н в SA КТ1 КL.1 Q.1 YAC KТ2 Q.2 YAT KL.2 Q.3 KT1 Q.4 KT2 PTSX KLSBKH1 KAT2 KAT1 KT3 KL.3 KV KT3 a в к TV б a b c KV 132 9.2. Устройства автоматики полупроводниковых преобразовательных агрегатов Для повышения надежности электроснабжения потребителей по- стоянного тока используются устройства АПВ и АВР. На одноагре- гатных выпрямительных установках находит применение общее УАПВ всего агрегата или УАПВ автоматических выключателей на стороне выпрямленного напряжения. В установках с числом агрега- тов более одного вместо агрегатных УАПВ применяется одно об- щее устройство АВР. При питании выпрямительной установки от двух источников (ли- ний напряжением не более 10 кВ или трансформаторов 110/10 кВ) в распределительном устройстве переменного тока применяется двой- ная или одиночная секционированная система шин, а выпрямитель- ные агрегаты разбиваются на две группы, подключаемые к разным шинам. В этом случае можно выполнить устройство АВР, действу- ющее на включение шиносоединительного (или секционного) вы- ключателя при отключении одного из источников переменного тока. Однако эффективность действия этого устройства АВР снижается, если на стороне постоянного тока все агрегаты работают на общую нагрузку. Действительно, при отключении одного из источников питания нагрузка выпрямительных агрегатов, питаемых от второго источника, возрастает и они могут быть отключены защитой до мо- мента действия АВР. Включение шиносоединительного (секцион- ного) выключателя не приводит к восстановлению нормального пи- тания, а вызывает лишь отключение второй половины агрегатов. Следовательно, рассматриваемое устройство АВР повышает надеж- ность электроснабжения лишь в тех случаях, когда агрегаты спо- собны нести аварийную перегрузку в течение времени срабатыва- ния устройства АВР. 133 Список использованных источников 1. Овчаренко, Н. И. Автоматика электрических станций и элект- роэнергетических систем / Н. И. Овчаренко, А. Ф. Дьяков. – М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. – 503 с. 2. Овчаренко, Н. И. Элементы автоматических устройств энерго- систем : учебник для вузов : в 2 кн. / Н. И. Овчаренко. – М. : Энерго- атомиздат, 1995. – Кн. 1. – 3-е изд., перераб. и доп. – 256 с. 3. Андреев, В. Ф. Релейная защита и автоматика систем электро- снабжения : учебник для вузов по специальности «Электроснабже- ние» / В. Ф. Андреев. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая шко- ла, 1991. – 496 с. 4. Дорогунцев, В. Г. Элементы автоматических устройств энерго- систем : учебное пособие для вузов / В. Г. Дорогунцев, Н. И. Овча- ренко. – М., 1970. – 520 с. 5. Автоматика для электроэнергетических систем : учебное по- собие для вузов / О. П. Алексеев [и др.] ; под ред. В. Л. Козиса и Н. И. Овчаренко. – М., 1981. – 479 с. 134 Учебное издание ГЛИНСКИЙ Евгений Владимирович БУЛОЙЧИК Елена Васильевна САПОЖНИКОВА Анна Георгиевна ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ И РЕЖИМНАЯ АВТОМАТИКА Конспект лекций для студентов энергетических специальностей Редактор Т. Н. Микулик Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой Подписано в печать 27.09.2013. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 7,79. Уч.-изд. л. 6,09. Тираж 100. Заказ 617. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.