 |
|
Автоматичне повторне ввімкнення
Значна кількість пошкоджень в електричних мережах є такими, що після вимкнення напруги зникають (самоліквідуються) і не є перешкодою для повторного вмикання того чи іншого елемента енергосистеми. Таких пошкоджень за досвідом експлуатації електричних мереж близько 70-80%. Вони виникають за тимчасового порушення ізоляції між фазами ліній або між фазою і землею внаслідок атмосферних дій, сплітання проводів ліній під дією вітру, «накидів» на проводи, замкнення птахами, тваринами тощо і називаються нестійкими (само зникаючими).
Нестійкими пошкодженнями є такі, за яких електрична дуга КЗ гасне, не встигнувши спричинити пошкодження, які не дають змоги повторно подати напругу. В такому разі після вмикання лінії (елемента), на якій трапилося нестійке пошкодження, під напругу відновлюється нормальний режим роботи енергосистеми і споживачів. Таке вмикання називають повторним, а спеціальні автоматичні пристрої, що виконують цю операцію, – пристроями автоматичного повторного вмикання (АПВ).
Якщо після АПВ відновлюється нормальний режим роботи, то його називають успішним, а коли пошкодження стійке і лінія (елемент) вимикається релейним захистом, – неуспішним.
АПВ дає змогу швидко ліквідувати аварію й відновити нормальний режим мережі не лише за нестійких пошкоджень, а й у разі неправильних дійрелейного захисту, випадкового само вимкнення вимикачів або помилкових дій персоналу. Досвід експлуатації пристроїв АПВ показав,щоповторне вмикання є одним із ефективних засобів підвищення надійності електроенергетичних систем і споживачів. Відповідно до ПУЕ використанняАПВ є обов’язковим для ліній електропередачі усіх класівнапругипонад 1000 В.
Основні вимоги до пристроїв АПВ.
Усі пристрої автоматичного повторного вмикання незалежно від місця їх установлення мають задовольняти основні вимоги:
1. АПВ має приводитися в дію за всіх можливих аварійних вимкнень вимикача, крім випадку вмикання його на КЗ і подальшого вимкнення релейним захистом.
Пуск пристроїв АПВ може здійснюватися від релейного захисту, що вимикає вимикач, або від «невідповідності» позиції ключа управління і положення основних контактів вимикача.
Перший спосіб має обмежене використання, оскільки здійснює повторне вмикання лише в разі аварійних вимкнень від дії релейного захисту.
Другий спосіб передбачає повторне вмикання за будь-яких аварійних вимкнень, крім оперативного. Ця ситуація контролюється пам’яттю попередньої команди «Ввімкнути» контактом ключа управління, котрий залишається замкненим, або контактом реле фіксації стану вимикача «Вимкнено» чи блок-контактом самого вимикача.
2. Пристрої АПВ не повинні спрацьовувати в разі оперативних вимкнень вимикача персоналом як уручну, так і дистанційно.
3. Схеми АПВ повинні мати функцію «заборона» за їх дії в окремих випадках. Наприклад, «заборона» АПВ у разі спрацювання диференційного чи газового захисту силового трансформатора, коли потрібне його швидке вимкнення, щоб зупинити розвиток аварії та ін.
4. Пристрої АПВ мають забезпечувати задану кратність дії, тобто кількість наступних циклів повторного вмикання (одно-, дво- чи трикратних).
5. Пристрої АПВ мають забезпечувати необхідний час без струмової паузи між моментом гасіння дуги у вимикачі, що вимкнувся, і моментом замкнення його контактів.
6. Мінімальна тривалість команди на вмикання має бути достатньою для надійного вмикання вимикача.
7. Пристрої АПВ мають виконуватися з автоматичним поверненням у початкове положення після відповідної витримки часу – інтервалу часу з моменту його пуску до повернення в початкове положення.
8. Дії пристроїв АПВ мають узгоджуватися з діями релейного захисту та іншими пристроями системної автоматики (АВР, АЧР).
Класифікація пристроїв АПВ. Варіанти пристроїв АПВ можна класифікувати за низкою ознак, зокрема, за:
• кількістю фаз, що вмикаються в разі АПВ: трифазні (ТАПВ) і однофазні (ОАПВ), в інших випадках – по фазні (ПАПВ);
• видом обладнання, яке вмикається: АПВ ліній, шин, трансформаторів, електродвигунів;
• способом дії на привід вимикачів: механічні, що вбудовуються в пружинні чи гирьові приводи, пневматичні та електричні;
• кратністю дії: одно- або багатократні, при цьому успішність однократних АПВ – 60-80 %, двократних – 10-15 %, трикратних – 1,5-3%;
• типом комутаційного обладнання: повітряні, масляні, вакуумні, елегазові вимикачі, контактори чи магнітні пускачі;
• способом контролю параметрів ЛЕП.
Особливу групу становлять АПВ для ліній з двостороннім живленням:
• несинхронне АПВ (НАПВ);
• швидкодіюче АПВ (ШАПВ);
• АПВ з контролем наявності напруги на лінії (АПВНН);
• АПВ з контролем відсутності напруги на лінії (АПВВН);
• АПВ з очікуванням синхронізму (АПВОС);
• АПВ з уловлюванням синхронізму (АПВУС);
• АПВ з самосинхронізацією синхронних генераторів, компенсаторів і синхронних двигунів (АПВС).
До окремої групи належать пристрої АПВ, що діють після вимкнення вимикачів пристроями автоматичного частотного розвантаження (АЧР) і відновлення частоти – частотні АПВ (ЧАПВ).
Узгодження дії пристроїв АПВ та релейного захисту
У принципі пристрої АПВ завжди працюють паралельно з релейним захистом. Узгодження АПВ та релейного захисту найчастіше виявляється в прискоренні релейного захисту до і після АПВ, за почергового АПВ, АПВ з наростаючою кратністю. Мета узгодження – спростити, за можливістю, пристрої релейного захисту, виправити недоліки в побудові схем електричної мережі (наприклад, побудованих за мінімуму витрат), скоротити час вимкнення КЗ та підвищити надійність електропостачання споживачів.
Прискорення дії захисту до АПВ
Прискорення дії захисту до АПВ використовується для мережі, яка складається з кількох послідовно з’єднаних ділянок і за наявності одностороннього живлення.
Прискорення дії захисту до АПВ використовують зазвичай на повітряних лініях електропередачі.
Прискорення дії захисту після АПВ
Прискорення дії захисту після АПВ найхарактерніше для кабельних ЛЕП, тому що на них КЗ завжди стійке і необхідно не допустити перегрівання кабелю.
Почергове АПВ
Почергове АПВ поєднує в собі ефекти прискорення дії захисту до і після АПВ.
АПВ з наростаючою кратністю
Спільне використання неселективних захистів у поєднанні з пристроями АПВ різної кратності дає змогу також здійснити селективне вимкнення пошкодження, як і за почергового АПВ, але вже без недоліку, який є в попередньому вирішенні.
З цією метою найвіддаленішу ділянку обладнують однократним АПВ. Кратність дії пристроїв АПВ збільшується з наближенням до джерела живлення.
Особливості схем АПВ на повітряних вимикачах
Нормальна робота повітряного вимикача забезпечується за умови, що стиснуте повітря в його резервуарах перебуває під відповідним тиском. Ця особливість потребує здійснення контролю за тиском стиснутого повітря і блокування кіл управління зі зниженням тиску до неприпустимо низького рівня.
Під час вимкнення і вмикання вимикача витрачається частина повітря, яке запасене в його резервуарах, і відповідно знижується його тиск. Найбільше витрачається повітря і знижується тиск у резервуарах у разі вимкнення вимикача.
Швидкодіюче АПВ
АПВ називають швидкодіючим (ШАПВ), якщо час з моменту виникнення пошкодження до моменту повторного вмикання лінії наближається до мінімального, необхідного для надійної дейонізації середовища.
ШАПВ на лініях з двостороннім живленням здійснюється як і НАПВ, бел використання додаткових пристроїв контролю швидкості зміни чи величини кута зсуву між векторами напруги частин енергосистеми, які вимкнулися.
У нормальному режимі передавання по лінії потужності 
напруга 
передавального кінця випереджує на кут δ0 напругу 
приймального кінця лінії.
Після вимкнення лінії в передавальній частині енергосистеми виникає надлишок 
, а в приймальній – дефіцит 
активної потужності і відповідно підвищення та зниження частоти, що спричинює зміну початкового кута δ0 на ∆δ.
Враховуючи, що за короткий час. існування КЗ зміна кута відбувається за таким самим законом, як і в разі розмикання лінії, приймають загальну тривалість змін кута, що дорівнює циклу ШАПВ. Якщо потужність Рс1»Рс2, то можна розглядати тільки зниження частоти 
,Експоненціальну зміну частоти за короткий час циклу ШАПВ допустимо замінити рівноприскореним з прискоренням аs.
, (3.1)
де 
– приведена до потужності Рс2 – стала часу механічної інерції агрегатів електростанцій і навантаження, с.
Відповідно зміна кута, град., за час 
циклу ШАПВ дорівнює
, (3.2)
а кут вмикання
(3.3)
Час циклу ШАПІВ визначають за формулою
(3.4)
де 
– час швидкодіючого захисту, с; 
– час вимкнення вимикача, с; 
–час без струмової паузи, с ( 
> 
).
Якщо потужності Рс1 і Рс2 сумірні, то визначають і підсумовують зміни кутів 
і у кожній системі. При цьому
, (3.5)
Допустимість використання ШАПВ перевіряють за двома умовами.
1. Умова зберігання динамічної стійкості
, (3.6)
де 
– допустиме значення кута за умовою збереження динамічної стійкості.
Успішне ШАПВ у такому разі супроводжуватиметься тільки згасаючими синхронними коливаннями.
2. Умова допустимості ШАПВ за моментом на валу генератора
, (3.7)
де 
– гранично допустимий кут, за якого електромагнітний момент, що виникає в генераторі, не перевищує значення, яке відповідає КЗ на його виводах.
Якщо ці умови не виконуються, використовують інші види АПВ.
Значення гранично допустимого кута визначають за критеріями, що рекомендовані для НАПВ, а також за спеціальними кривими.
Отримання в циклі ШАПВ малої витримки часу можливе за використання швидкодіючих захистів (зазвичай високочастотних) і швидкодіючих повітряних вимикачів з обох кінців лінії.
Час спрацювання пристроїв ШАПВ з обох кінців лінії вибирається однаковим і дорівнює 0,25÷0,5 с. Завдяки малій тривалості циклу ШАПВ частота в приймальній частині системи не встигає знизитися до рівня початку дії АЧР, що є однією з переваг ШАПВ. Звичайно, може бути потреба в запобіганні неправильним діям захистів.
АПВ з очікуванням синхронізму
Пристрої АПВ ОС використовують на лініях з двостороннім живленням, які мають два-три паралельні шунтувальні зв’язки. Потреба у перевірці допустимості АПВ у цих випадках зумовлена тим, що в разі накладання аварій у ремонтному режимі такі лінії можуть опинитися в режимі одиночного транзиту, після розмикання якого можливе порушення синхронної роботи частин енергосистеми, що розділилися.
АПВ з самосинхронізацією синхронних генераторів та компенсаторів
АПВ з самосинхронізацією синхронних генераторів (АПВС) використовують на одиночних лініях зв’язку з гідроелектростанціями (ГЕС), які не мають значного місцевого навантаження, у випадках, коли не допускається використання простішого НАПВ.
Послідовність дій АПВС така.
У разі пошкодження на лінії зв’язку між енергосистемою і ГЕС дією релейного захисту вимикаються:
• лінія з боку енергосистеми;
• генератори на ГЕС з одночасним гасінням поля (іноді генератори залишаються ввімкненими, а вимикаються тільки їх АГП). Принцип дії АПВС представлено на рис. 2.12.
Пофазне АПВ на лініях з двостороннім живленням
У мережах високої напруги, що працюють з глухозаземленою нейтраллю, крім трифазного використовується по фазне автоматичне повторне вмикання (ПАПВ), відоме раніше як однофазне автоматичне повторне вмикання (ОАІІВ). Використання його в таких мережах зумовлено тим, що частка однофазних КЗ значно вища від інших видів пошкоджень (у середньому 70-90 % загальної кількості КЗ). Тому для ліквідації нестійкого пошкодження достатньо вимкнути одну пошкоджену фазу з обох боків з подальшим автоматичним повторним її вмиканням. При цьому дві інші непошкоджені фази в циклі ПАПВ залишаються в роботі.
Перевагою ПАПВ є менша кількість операцій, що здійснюються кожним вимикачем.
До основних недоліків ПАПВ належать:
• складність пристроїв ПАПВ зумовлена наявністю органів вибору пошкодженої фази і по фазним управлінням вимикачами;
• переведення лінії на тривалу роботу за схемою ДПЗ передбачає вирішення комплексу надто складних проблем, пов’язаних з неповно фазним режимом, що потребує додаткового ускладнення релейного захисту та автоматики мережі;
• вплив не симетрії на роботу генераторів, двигунів та ліній зв’язку, спричинених струмами нульової і зворотної послідовності;
• ПАПВ за своїм принципом не діє за трифазних КЗ.
Як приклад розглянемо АВР на змінному оперативному струмі
У мережах 6-10 кВ значного поширення набули схеми АВР на змінному оперативному струмі. Принцип дії АВР такого типу розглянемо на прикладі підстанції найпростішого зразка (рис. 3.4).
Підстанція А отримує живлення від робочого джерела через лінію W1. Вимикач Q1 може бути обладнаний будь-яким приводом навіть без його автоматичного вмикання, наприклад приводом ПРБА.
Резервна лінія W2перебуває під напругою від резервного джерела. Вимикач Q3 ввімкнений, Q2 вимкнений, контроль напруги на W2 здійснюється за допомогою трансформатора напруги ТV2.
Вимикач Q2 має бути обладнаний пружинним або гирьовим приводом, у нашому випадку – без автоматичного моторного редуктора (AMP).
У нормальному режимі живлення підстанції контроль напруги на шинах здійснює трансформатор напруги TV1. Гиря або пружини приводу вимикача Q2 мають бути заведені (гиря – піднятою, а пружини – натягнуті).
Рис. 3.4. АПВ на змінному оперативному струмі
Живлення електромагніту вмикання вимикача Q2 YAC2 здійснюється від однофазного трансформатора напруги TV2. Отже, АВР може працювати тільки за наявності напруги на резервному джерелі живлення і додаткового контролю не потребує.
Пуск схеми АВР здійснює реле мінімальної напруги з витримкою часу прямої дії, вбудованої в привід ПРБА вимикача Q1, ввімкненого на трансформатор TV1.
У разі зникнення напруги на шинах підстанції реле KVT спрацьовує, і з витримкою часу вимикає вимикач Q1, його блок-контакт SQ1.1 замикається. Електромагніт вмикання YAC2 отримує живлення через блок-контакти SQ1.1, SQ2.1 від трансформатора напруги TV2. YAC2, спрацювавши, вивільняє механізм зачеплення, який утримує гирю або пружину приводу в заведеному стані. Під дією вивільненої гирі або пружини вимикач Q2 вмикається, і підстанція отримує живлення від резервного джерела через лінію W2.
Якщо вимикач Q1 вимикається внаслідок дії релейного захисту чи випадково, схема АBР працює аналогічно.
У разі вмикання резервного джерела живлення на стійке КЗ вимикаються вимикачі Q2 чи Q3. Якщо вимкнеться вимикач Q2, то його повторне вмикання не відбудеться, тому що гиря або пружини не заведені. В разі вимкнення вимикача Q3 зникає напруга на трансформаторі напруги TV2, і зі схеми АВР знімається змінний оперативний струм. Таким чином, у всіх випадках забезпечується однократність дії АВР.