УСТРОЙСТВА АПВ.
2.1. Назначение устройств АПВ.
Практика эксплуатации энергосистем показала, что большинство повреждений воздушных линий являются неустойчивыми, т.е. такими, которые самоустраняются после кратковременного снятия напряжения. Это могут быть схлестывания проводов при сильном ветре и гололеде, нарушения изоляции во время грозы, падения деревьев, набросов, замыкания проводов движущимися механизмами и т.д. При этом электрическая дуга, возникающая в месте короткого замыкания (КЗ), гаснет, не успевая вызвать существенных повреждений, препятствующих обратному включению линии на напряжение. Использование автоматического повторного включения позволяет в 60 - 75% случаях восстановить работу потребителей.
Устройство автоматики, выполняющее повторное включение электроустановки после отключения ее от релейной защиты, называют устройством автоматического повторного включения (УАПВ).
УАПВ может оказаться успешным (питание потребителя восстановится) или неуспешным (при котором снова сработает релейная защита (РЗ)). К устойчивым повреждениям относятся обрыв проводов тросов, гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т. д. Но высокая эффективность УАПВ делает их одним из основных средств повышения надежности электроснабжения.
Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) УАПВ должны оборудоваться воздушные и смешанные кабельно-воздушные линии всех типов напряжением выше 1 кВ при наличии на них соответствующих коммутационных аппаратов.
УАПВ восстанавливает нормальную схему сети также и в тех случаях, когда отключение выключателя происходит вследствие ошибок персонала или ложного действия РЗ.
|
|
Как показывает опыт эксплуатации, успешность действия АПВ на ВЛ 110-220 кВ достигает 75-80%, на ВЛ 330 кВ – 65-70%, а 500-750 кВ – около 50%. Наиболее эффективно применение АПВ на линиях с односторонним питанием, поскольку в этих случаях каждое успешное действие АПВ восстанавливает питание потребителей и предотвращает аварию.
На кабельных линиях 35кВ и ниже рекомендуется применять УАПВ с целью исправления неселективного действия защиты.
Неустойчивые КЗ возникают часто и на шинах подстанций. Поэтому на подстанциях, обрадованных быстродействующей защитой шин, применяется АПВ, которое производит повторную подачу напряжения на шины в случае их отключения РЗ. АПВ шин имеет высокую эффективность, так как каждый случай успешного действия предотвращает аварийное отключение целой подстанции или ее части.
Устройствами АПВ оснащаются также все одиночно работающие трансформаторы мощностью 1000 кВА и более и трансформаторы меньшей мощности, питающие ответственных потребителей. УАПВ выполняются так, чтобы их действие происходило при отключении трансформатора максимальной токовой защитой. Повторное включение при повреждении самого трансформатора, когда он отключается защитами от внутренних повреждений, не производится. Успешность действия УАПВ трансформаторов и шин составляет 70-90%.
УАПВ эффективно при ложных и неселективных действиях РЗ, при ошибочных действиях персонала. Применение АПВ в ряде случаев позволяет применить упрощенные схемы РЗ и ускорить отключение КЗ.
2.2. Классификация УАПВ
Условно все устройства УАПВ можно классифицировать по ряду признаков.
|
|
Количество включаемых фаз:
· однофазные (на линиях 500 кВ и выше) – осуществляют повторное включение одной фазы выключателя, отключенной РЗ при однофазных КЗ;
· трехфазные - осуществляют повторное включение трех фаз выключателя после их отключения РЗ;
· комбинированные - осуществляют повторное включение трех фаз (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных КЗ).
Экономическая обоснованность однофазного АПВ заключается в том, что большинство замыканий в сетях 500 кВ и выше являются однофазными (до 80%).
Трехфазные АПВ делятся на 2 группы:
· АПВ на линиях с односторонним питанием.
· АПВ на линиях с двухсторонним питанием, которое в свою очередь делится на следующие виды:
¾ несинхронное АПВ (НАПВ). Включает выключатели по концам линии одновременно (tQ1=tQ2);
¾ быстродействующее АПВ (БАПВ);
¾ АПВ с ожиданием синхронизма (АПВОС). Сначала включает выключатель с одной стороны, а затем с другой;
¾ АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС).
По числу повторных циклов включения АПВ:
· однократного действия (повторное включение осуществляется 1 раз). Эффективность составляет 65-90%;
· многократного действия (повторное включение осуществляется 2 или 3 раза). Эффективность составляет 10-15% и 3-5% соответственно.
По числу циклов (кратности действия) включения:
· АПВ однократного действия;
· АПВ двукратного действия (применяются на тупиковых линиях).
По способу воздействия на привод выключателя:
· механические УАПВ – встроены в пружинный или грузовой привод выключателя;
|
|
· электрические УАПВ – осуществляют воздействие на электромагнит включения выключателя с выдержкой времени.
По виду включаемого оборудования:
· АПВ линий;
· АПВ трансформаторов;
· АПВ электродвигателей;
· АПВ шин.
2. 3. Требования к УАПВ и расчет их параметров
Факторы, определяющие условия эксплуатации устройств АПВ в энергосистемах, обуславливают технические требования, предъявляемые к ним при разработке схем, выборе рабочих уставок и при наладке АПВ.
С точки зрения сохранения устойчивой работы электрической системы желательно иметь максимальное быстродействие АПВ. Но быстродействие ограничивается опасностью повторного зажигания дуги после подачи напряжения; перерыв в подаче напряжения должен быть больше времени деионизации среды, в которой гасится дуга. Так же нужно учитывать и то обстоятельство, что условия выключателей в цикле АПВ тяжелее обычных.
На быстродействие АПВ влияют время готовности привода выключателя к работе на включение, а также время возврата в исходное положение реле защиты, действовавшей при КЗ.
Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время схем АПВ, определяемое конкретными условиями их установки и эксплуатации, все они должны удовлетворять следующим основным требованиям.
1. Они должны находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при всех случаях аварийного отключения выключателя, кроме случаев:
· отключения выключателя релейной защитой после включения его дежурным персоналом;
· не должны приходить в действие при оперативных отключениях выключателя дежурным персоналом, что обеспечивается пуском устройств АПВ от несоответствия положений выключателя и его ключа управления, которое возникает всегда при любом автоматическом отключении выключателя.
Для соблюдения этого условия схемы АПВ выполняются таким образом, что при отключенном положении выключателя УАПВ не готово к действию и готовность наступает спустя несколько секунд после включения выключателя.
В эксплуатации используется также пуск устройства АПВ при срабатывании релейной защитой. Однако такой пуск не обеспечивает действия АПВ при аварийных отключениях, не сопровождающихся срабатыванием релейной защиты, поэтому его рекомендуется применять лишь в некоторых частных случаях. Схемы АПВ должны допускать возможность автоматического вывода их из действия при срабатывании тех или иных защит. Действие УАПВ должно быть согласовано с действием других устройств автоматики.
2. Устройство АПВ должны иметь минимально возможное время срабатывания tАПВ1 для того, чтобы сократить продолжительность перерыва питания потребителей. Практически можно выполнить АПВ действующим без замедления. Однако эта возможность ограничивается рядом условий. Для успешного действия АПВ необходимо, чтобы время срабатывания tАПВ1было больше:
- времени tГП, необходимого для восстановления готовности привода к работе на включение (для применяемых типов приводов с учетом условий их работы tГ П = 0,1...0,3 с);
- времени tДС, необходимого для деионизации среды в точке повреждения (для установок напряжением до 220 кВ tДС= 0,2 с);
- времени готовности выключателя tГВ, необходимого для восстановления отключающей способности выключателя после отключения им тока К3; для однократного АПВ время tГВ всегда меньше суммы времени tГП и времени включения выключателя tВВ.Поэтому определяющим обычно является условие
tАПВ1>tГ П
При этом с учетом времени запаса tЗАП = 0,4...0,5 с время срабатывания УАПВ для линии с односторонним питанием
t АПВ1>tГ П+ t ЗАП = 0,5...0,8 с.
В отдельных случаях для ВЛ, когда велика вероятность их повреждения при падении деревьев и по другим причинам, для эффективности АПВ его выдержку времени целесообразно принимать несколько повышенной - около нескольких секунд. В этом случае так же уменьшается вероятность неселективного перегорания предохранителей при неуспешном АПВ, установленных на элементах систем электроснабжения расположенных ближе к источнику питания, чем рассматриваемый выключатель с устройством АПВ. Схема УАПВ во всех случаях должна быть выполнена так, чтобы продолжительность воздействия на включение выключателя была достаточной.
Реле времени, используемое в схемах УАПВ для создания выдержки времени tАПВ1 имеет погрешности, зависящие от температуры среды. Для линий с двусторонним питанием появляются дополнительные требования при определении tАПВ1. При применении УАПВ должно, как правило, предусматриваться ускорение действия защиты на случай неуспешного АПВ. Если защита на линиях 35 кВ и ниже выполнена на переменном оперативном токе, то с целью упрощения защиты ее можно не ускорять.
3. Автоматически с заданной выдержкой времени УАПВ должны возвращаться в состояние готовности к новому действию после включения в работу выключателя. При выборе выдержки времени tАПВ2 на возврат устройства АПВ в состояние готовности к действию должны выполняться следующие требования:
· устройство не должно производить многократные включения выключателя на не устранившееся короткое замыкание. Это обеспечивается при условии, если релейная защита с максимальной вдержкой времени t СЗМАХ успеет отключить выключатель, включенный на короткое замыкание, раньше, чем устройство АПВ вернется в состояние готовности к новому действию, т. е. должно быть
t АПВ2 > t АПВ1 +tВ В+ t СЗ МАХ + t О В + t ЗАП,
где t ЗАП- время, принимаемое равным ступени селективности защиты линии;
· устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это допускается по условиям работы выключателя после успешного включения его в работу устройством АПВ.
Опыт показывает, что для однократного АПВ оба указанных в пункте 3 требования выполняются, если принять t АПВ2= 15...25 с. Для УАПВ двукратного действия время возврата в состояние готовности после второго цикла принимается равным t АПВ2= 60...100 с.
4. Схемы АПВ должны предусматривать возможность запрета действия АПВ при срабатывании некоторых устройств РЗ, а также при действии ряда устройств противоаварийной автоматики (частотная разгрузка, автоматика отделения местных электростанций).
5. Схемы АПВ должны обеспечить определенное количество повторных включений, т. е. действие с заданной кратностью. Наибольшее распространение получило АПВ однократного действия.
2.4. Особенности устройств автоматического повторного включения линий с двусторонним питанием
При установке устройств АПВ на линиях с двусторонним питанием необходимо учитывать, что для восстановления работоспособности поврежденной линии требуется ее отключение и включение с двух сторон.
Рис. 3.1 Схемы сети:
а) с односторонним питанием, одной питающей линией и двухтрансформаторной подстанцией у потребителя;
б) с односторонним питанием и двумя параллельными линиями;
в) с тремя связями между двумя частями энергосистемы;
г) с двусторонним питанием и одной линией
В связи с этим устройства АПВ следует устанавливать на выключателях обоих концов защищаемого элемента. Необходимо также учитывать возможность несинхронного повторного включения и в ряде случаев принимать специальные меры, чтобы не допускать такое включение. Это достигается с помощью специальных органов, состоящих из реле, контролирующего наличие напряжения на линии, и реле контроля синхронизма, реагирующего на разность векторов напряжения на линии и шинах. Устройства АПВ, дополненные этими органами, называются УАПВ с контролем синхронизма.
2.5. Несинхронное АПВ (НАПВ)
НАПВ является наиболее простым устройством, допускающим включение разделившихся частей энергосистемы независимо от разности частот их напряжений. Для предотвращения включения на устойчивое КЗ с обоих концов линий, для обеспечения при НАПВ правильной работы РЗ АПВ с одного из концов линии выполняется с контролем наличия напряжения на линии. Включение линии при успешном НАПВ сопровождается сравнительно большими токами и активной мощности.
Отключение поврежденной линии происходит каскадно, поэтому tАПВ1 и tАПВ1 для выключателей Q1иQ2 не одинаковы.
Рис. 3.3. Схема УАПВ с проверкой наличия напряжения на линии
Рис. 3.4. Временные диаграммы
УАПВ включает линию с обеих сторон на устойчивое КЗ. Целесообразно осуществить поочередное включение выключателей. Например, сначала включить Q1, а затем Q2, разрешив его включение только при наличии напряжения на включаемой линии. Оно появляется, если КЗ после отключения линии самоустраняется и выключатель Q1успешно включается. При устойчивом КЗ выключатель Q1 после повторного включения отключается, линия остается без напряжения, устройство АПВ выключателя Q2 не действует. Для осуществления контроля напряжения в схему вводят максимальное реле напряжение KSV.
2.6. Быстродействующее АПВ (БАПВ)
При отключении линии, соединяющей две части энергосистемы, генераторы в одной из них начинают ускоряться, в другой тормозиться. Поэтому угол между напряжениями по концам линии изменяется.