Автоматическое включение резервного питания. Его назначение и требования. Схема автоматического включения секционного выключателя.

Требования к устройствам АВР. В системах электроснабжения при наличии двух (и более) источников питания часто целесообразно работать по разомкнутой схеме. При этом все источники включены, но не связаны между собой, каждый из них обеспечивает питание выделенных потребителей. Такой режим работы сети объясняется необходимостью уменьшить ток к. з., упростить релейную защиту, создать необходимый режим по напряжению, уменьшить потери электроэнергии и т. п. Однако при этом надеж­ность электроснабжения в разомкнутых сетях оказывается более низкой, чем в замкнутых, так как отключение единственного источника приводит к прекращению питания всех его потребителей. Электроснабжения потребителей, потерявших питание, можно восстановить автоматическим подключением к другому источнику питания с помощью устройства автоматического включения резервного источника (УАВР).

Применяют различные схемы УАВР, однако все они должны удовлетворять изложенным ниже основным требованиям.

1. Находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при прекращении питания потребителей по любой причине и наличии нормального напряжения на другом, резервное для данных потребителей источнике питания. Чтобы не допустить включения резервного источника на короткое замыкание, линия рабочего источника к моменту действия УАВР должна быть отключена выключателем со стороны шин потребителей. Отключенное состояние этого выключателя контролируется его вспомогательными контактами или реле положения, и эти контакты должны быть использованы в схеме включения выключателя резервного источника. Признаком прекращения питания является исчезновение напряжения на шинах потребителей, поэтому воздействующей величиной устройства АВР обычно является напряжение. При снижении напряжения до определенного значения УАВР приходит в действие.

2. Иметь минимально возможное время срабатывания t_abp1. Это необходимо для сокращения продолжительности перерыва питания потребителей и обеспечения самозапуска электродвигате­лей. Минимальное время t_abp1 определяется необходимостью исключить срабатывания УАВР при коротких замыканиях на элементах сети, связанных с рабочим источником питания, если при этом напряжение на резервируемых шинах станет ниже напряжения срабатывания устройства АВР. Эти повреждения отключа­ются быстродействующими защитами поврежденных элементов. При выборе выдержки времени необходимо также согласовывать действие УАВР с действием УАПВ и с действием других устройств АВР, расположенных ближе к рабочему источнику питания.

3. Обладать однократностью действия, что необходимо для предотвращения многократного включения резервного источника на устойчивое короткое замыкание.

4. Обеспечивать вместе с защитой быстрое отключение резервного источника питания и его потребителей от поврежденной резервируемой секции шин и тем самым сохранять их нормальную работу. Для этого предусматривается ускорение защиты после АВР.

5. Не допускать опасных несинхронных включений синхронных электродвигателей и перегрузок оборудования.

В зависимости от конструкции коммутационного аппарата, схемы электроснабжения и ее номинального напряжения основные требования к устройствам АВР выполняются по-разному (например, сетевые УАВР, устройства АВР в сетях напряжением до 1 кВ).

30 Автоматическая частотная разгрузка. Назначение. Требования. Схема АЧР. Частотная АПВ. Принцип выполнения. Схема ЧАПВ.

В любой объединенной энергосистеме должен быть резерв активной мощности, при этом в системе поддерживается номинальное напряжение и номинальная частота.

Дефицит активной мощности, вызванный отключением части генераторов или включением новых потребителей, повлечет за собой снижение частоты в энергосистеме.

Небольшое снижение частоты (на несколько десятых герца) не представляет опасности для нормальной работы энергосистемы.

Снижение же частоты более, чем на 1-2 Гц представляет серьезную опасность и может привести к полному расстройству работы энергосистемы. Это в первую очередь объясняется тем, что при понижении частоты сети снижается частота вращения электродвигателей, а значит и производительность механизмов, которые они вращают.

Представим себе тепловую электростанцию. Снижение частоты на 3-5 Гц приводит к уменьшению на 20-40% подачи воды в конденсатор циркуляционными насосами. При таком снижении частоты питательные насосы почти полностью прекращают подачу воды в котел. Мощность станции резко падает. Создается в системе еще больший дефицит активной мощности. Таким образом, происходит лавинообразный процесс, получивший название «лавина частоты».

Название говорит само за себя. Процесс происходит очень быстро.

Дежурный персонал не смог бы остановить эту лавину, поэтому ликвидация аварийного режима возлагается на устройства автоматики.

Для предотвращения развития аварии должны быть немедленно мобилизованы все имеющиеся резервы активной мощности, имеющиеся на электростанции. Все вращающиеся агрегаты загружаются до предела с учетом допустимых кратковременных перегрузок.

Кроме полной загрузки генераторов можно еще перевести синхронные компенсаторы в режим генераторов.

При отсутствии вращающегося резерва активной мощности единственно возможным способом восстановления частоты в сети является отключение части наименее ответственных потребителей.

Это осуществляется с помощью специальных устройств – автоматов частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты.

Надо отметить, что действие АЧР всегда связано с определенным экономическим ущербом, поскольку отключение линий, питающих предприятие влечет за собой недовыработку продукции или появление брака. Однако существование АЧР оправданно возможно большими потерями при системной аварии.

Глубина снижения частоты зависит не только от значения дефицита активной мощности в первый момент аварии, но и от характера нагрузки.

Нагрузка делится на две группы. К первой группе относится чисто активная нагрузка (типа осветительных приборов), на которую снижение частоты никак не влияет и эта группа продолжает потреблять ту же мощность, что и до возникновения аварии.

Ко второй группе относится двигательная нагрузка, для которой снижение частоты приводит к уменьшению потребляемой мощности (мы об этом говорили раннее на примере ТЭС). Таким образом, несколько уменьшается дефицит активной мощности в сети.

Этот процесс получил название регулирующего эффекта нагрузки.

Чем больше доля второй группы потребителей в общей массе нагрузки в системе, тем устойчивей она получается, тем сильней проявится регулирующий эффект нагрузки.

Устройства АЧР должны устанавливаться там, где возможно возникновение значительного дефицита активной мощности во всей энергосистеме или в отдельных ее районах, а мощность потребителей, отключаемых при срабатывании АЧР, должна быть достаточной для предотвращения лавины частоты.

В соответствии с ПТЭ устройства АЧР должны исключать возможность даже кратковременного снижения частоты ниже 45 Гц.

Время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с., а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с.

При выполнении АЧР необходимо учитывать все реально возможные случаи аварийных отключений генерирующей мощности и разделения энергосистемы на части, в которых может возникнуть дефицит активной мощности, а также то обстоятельство, что нагрузка, а следовательно, и возможный дефицит активной мощности меняются в зависимости от сезона, времени суток, дней недели. Для того, чтобы суммарная мощность нагрузки потребителей, отключаемых действием АЧР, хотя бы примерно соответствовала дефициту активной мощности, возникшему при данной аварии, АЧР, как правило, выполняется многоступенчатой, в несколько очередей, отличающихся уставками по частоте срабатывания.

На рисунке приведены кривые, характеризующие процесс изменения частоты в энергосистеме при внезапном возникновении дефицита активной мощности. Если в энергосистеме отсутствует АЧР, то снижение частоты, вызванное дефицитом активной мощности, будет продолжаться до такого установившегося значения, при котором за счет регулирующего эффекта нагрузки и действия регуляторов частоты вращения турбин вновь установится баланс генерируемой и потребляемой мощности при новом сниженном значении частоты (кривая I).

Для восстановления в энергосистеме нормальной частоты в этом случае необходимо вручную отключить часть нагрузки потребителей, суммарное потребление мощности которыми при частоте 50Гц равно дефициту мощности, вызвавшему аварийное снижение частоты.

Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая II).

Пусть, например, АЧР состоит из трех очередей с уставками срабатывания 48, 47,5 и 47 Гц. Когда частота снизится до 48 Гц (точка 1), сработают АЧР первой очереди и отключат часть потребителей, дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему и уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,5 Гц (точка 2) сработают АЧР второй очереди и, отключив дополнительно часть потребителей, еще больше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения частоты.

При частоте 47 Гц (точка 3) сработают АЧР третьей очереди и отключат потребителей, мощность которых достаточна не только для прекращения снижения частоты, но и для ее восстановления.

Устройства АЧР, используемые для ликвидации аварийного дефицита активной мощности, подразделяются на три основные категории.

1 категория АЧР – быстродействующая (t= 0,1-0,3 с) с уставками срабатывания от 49Гц (даже от 49,3 Гц) до 46,5 Гц.

Назначение этой категории АЧР – не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии.

Уставки срабатывания отдельных очередей отличаются друг от друга на 0,1 Гц.

F1 оч=49 Гц

F2 оч=48,9 Гц

F3 оч=48,8 Гц

И так далее.

2 категория АЧР – предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно «зависает» на уровне 48Гц. АЧР-2 работает после того, как отработала часть очередей АЧР-1.

Уставки АЧР-2 выбираются уже не по Герцам (как у АЧР-1), а по времени. При этом, по Герцам уставки всех очередей одинаковы и чуть больше уставки 1 очереди АЧР-1, обычно Fачр-2=49,2 Гц. А вот выдержки времени разных ступеней АЧР-2 отличаются друг от друга на 3 с и могут быть от 5 до 90 с. Величина выдержки времени зависит от того, на какой агрегат мы рассчитываем (если это турбина, ей требуется больше времени на раскрутку).

3 категория – совмещенные АЧР-1 и АЧР-2. Логика при этом сохраняется.

При такой схеме выполнения АЧР гарантируется недопущение снижения частоты ниже 46 Гц и восстановление ее до нормального уровня за 1-1,5 минуты. Допускается неселективная работа смежных очередей АЧР-1 (при уставках, отличающихся друг от друга на 0,1Гц).

Действие устройств АЧР должно сочетаться с другими видами автоматики. Так, например, для того, чтобы действие АЧР было эффективным, нагрузка потребителей, отключенных при аварийном снижении частоты, не должна подхватываться устройствами АПВ и АВР.

3.3. Схемы устройства АЧР и ЧАПВ.

На рис. 8.9,а приведена схема совмещенных АЧР1 и AЧPII. Действие АЧР осуществляется с помощью реле частоты KF1, промежуточного релеKL1 и выходного реле KL2. Устройство AЧPII выполняется с помощью реле частоты KF2 и реле времени КТ1. Сигнализация срабатывания АЧР1 и AЧPII выполняется с помощью указательных реле КН1 и КН2 соответственно. При выполнении АЧР только одного вида (АЧР1 или AЧPII) соответствующая часть реле исключается из схемы.

С целью экономии реле частоты во многих случаях для осуществления совмещенного АЧР используются специальные схемы, в которых предусматривается переключение уставки одного реле частоты. Одна из таких схем приведена на рис. 8.9,б. В схеме АЧР используется одно реле частоты KF типа РЧ-1, на измерительных элементах которого настроены уставки, соответствующие АЧР1 и AЧPII. В нормальном режиме до срабатывания KF замкнут контакт KL2.1 двухпозиционного реле типа РП8, чем обеспечивается готовность к действию обоих измерительных элементов реле, настроенных на уставки АЧР1 и AЧPII.

При снижении частоты до уставки AЧPII замкнется контакт KF.1 и реле KLI контактом KL1.1 подаст плюс на верхнюю обмотку реле KL2,которое, переключив свои контакты, выведет из действия измерительный элемент с уставкой AЧPII. Если частота понизится до уставки AЧPI, контакт KF.1 при этом не разомкнется или, разомкнувшись кратковременно, замкнется вновь, после чего с небольшим замедлением сработает промежуточное реле KL3 и контактом KL3.1 подаст импульс через указательное реле КН1 на выходное промежуточное реле KL5. На этом работа схемы закончится.

Рис. 8.9. Схемы АЧР1 и AЧPII:
а—с двумя реле частоты; б—с одним реле частоты с переключением уставки.

Если частота не снизится до уставки AЧPI, схема будет продолжать работать. Реле времени КТ1, сработав при замыкании контакта KL2.3, будет самоудерживаться через свой мгновенный замыкающий контакт КТ1.1. Спустя выдержку времени, установленную на проскальзывающем контакте КТ1.2, будет подан плюс на нижнюю обмотку реле KL2, и оно переключит свои контакты, вновь вводя в действие измерительный элемент с уставкой AЧPII. В течение всего времени, пока не замкнется проскальзывающий контакт КТ1.2, схема будет готова к действию на отключение без выдержки времени в случае снижения частоты до уставки АЧР1. После замыкания проскальзывающего контакта КТ1.2 и переключения контактов реле KL2 цепь отключения от АЧР1 будет выведена и в работе останется только AЧPII. После переключения KL2сработают вновь KF (если частота в энергосистеме будет ниже уставки срабатывания AЧPII) и реле KL1 и запустится реле времени КТ2,которое, доработав, через указательное реле КН2 подаст плюс на выходное реле схемы KL5. Промежуточное реле KL4, обмотка которого включена параллельно обмотке КТ1, будет держать своим контактом KL4.1 разомкнутой цепь верхней обмотки реле KL2, предотвращая его повторное срабатывание.

Возврат схемы в исходное положение осуществляется после срабатывания выходного реле KL5, которое разомкнет контакт KL5.1 в цепи обмоток реле КТ1 и KL4. В случае если схема не подействует на отключение вследствие восстановления частоты в энергосистеме выше уетавки AЧPII и возврата реле KF, возврат схемы будет осуществлен шунтированием обмотки КТ1 по цепи: упорный контакт КТ1.3— размыкающий контакт KL1.3— размыкающий контакт KL2.4. Выдержка времени AЧPII в рассматриваемой схеме определяется суммой выдержек времени, установленных на КТ2 и на проскальзывающем контакте КТ1.2.

Рис.8.10.СхемаАЧРсЧАПВ

На рис. 8.10 приведена схема одной очереди АЧР с ЧАПВ. В этой схеме используется одно реле частоты, уставка срабатывания которого автоматически переключается. При снижении частоты до уставки срабатывания соответствующей очереди АЧР сработает реле частоты KF и запустит реле времени КТ1. После того как замкнется контакт реле времени КТ1.1, сработают промежуточные реле KL1 и KL2 и отключат группу потребителей. Одновременно замыкающий контакт KL1.2 введет в работу измерительный элемент реле частоты типа Р4-1 с уставкой, соответствующей уставке ЧАПВ. Теперь после ввода в работу указанного измерительного элемента контакт реле частоты разомкнется лишь после того, как частота в энергосистеме восстановится до значения новой уставки, равной 49,5—50 Гц. Реле KL1 при срабатывании замыкает также своим контактом KL1.2 цепь обмотки промежуточного реле KL3, которые срабатывает и самоудерживается.

После восстановления частоты в энергосистеме реле KF и КТ1 разомкнут свои контакты. При этом реле KL1 возвратится и замкнет контактKL1.3 в цепи обмотки реле времени КТ2. Поскольку контакт KL3.2 уже замкнут, реле КТ2 начинает работать и, спустя выдержку времени, установленную на проскальзывающем контакте КТ2.2, замкнет цепь обмотки промежуточного реле KL4. Последнее, сработав, самоудерживается через свой замыкающий контакт KL4.1 и подает импульсы на включение выключателей потребителей, отключавшихся действием АЧР. Возврат схемы осуществляется после замыкания упорного контакта реле времени КТ2.3, выдержка времени на котором отличается от выдержки времени на проскальзывающем контакте КТ2.2 примерно на 1 с. После замыкания упорного контакта KT2.S реле KL3 возвратится и разомкнет контактомKL3.2 цепь обмотки реле времени КТ2. Указательные реле КН1 и КН2, установленные в рассматриваемой схеме, предназначены для сигнализации срабатывания АЧР и ЧАПВ. С помощью накладки SX1 рассматриваемая автоматика может быть выведена из действия полностью, а с помощью накладки SX2 — только ЧАПВ.

.По схемам, приведенным на рис. 8.9,б и 8.10, может быть выполнена также схема совмещенного АЧР с ЧАПВ. При этом на реле частоты должны быть выполнены три уставки по частоте, соответствующие АЧР1, AЧPII и ЧАПВ. На линиях, оснащенных устройствами электрического АПВ, последние могут быть использованы для осуществления ЧАПВ, при этом пуск АПВ должен осуществляться после восстановления частоты, соответствующей уставке ЧАПВ.