Стартовая >> Статьи >> Управляемая коммутация выключателем с контроллером Switchsync

Управляемая коммутация выключателем с контроллером Switchsync

Подавление переходных процессов при коммутации

В ряде случаев, включение-выключение или отключение цепей выключателями в производные моменты могут приводить к появлению больших переходных напряжений или токов. Эти переходные процессы протекают в главных цепях, но при этом могут наводиться также переходные процессы в цепях управления и вспомогательных цепях, а также в соседних низковольтных системах. Переходные процессы сопровождаются электрическими и механическими нагрузками на высоковольтное оборудование и способны вызвать его постепенные или мгновенные повреждения. Наведенные переходные процессы могут вызвать большое количество различных помех, например, в системах управления и защиты подстанции, компьютерах и процессорах, или в системах связи.

Включение шунтирующих конденсаторов, шунтирующих реакторов и мощных трансформаторов может сопровождаться большими перенапряжениями, посадкой напряжения или большими бросками токов. Отключение шунтирующих реакторов может стать причиной повторных зажиганий, приводящих к возникновению волн напряжения. Амплитуда переходных процессов зависит от точки на кривых токов или напряжений, в которых происходит размыкание и замыкание контактов выключателей. В неконтролируемой ситуации коммутация раньше или позже случается в наихудшей для этого точке кривой.

Даже если современный выключатель будет иметь очень низкую вероятность повторных пробоев при включении емкостных нагрузок или фильтров подавления гармоник, по статистике, при большом количестве операций коммутации могут возникнуть несколько повторных случайных пробоев. Этот риск случайных пробоев можно снизить с помощью управляемых операций отключения.

Для ограничения амплитуды переходных процессов при коммутации, после того как они произошли, принимают такие традиционные контрмеры, как предвключаемые резисторы, демпфирующие реакторы или резисторы, или разрядники, Кроме того, можно усилить изоляцию системы и оборудования для выдерживания нагрузок. Указанные решения могут оказаться неэффективными, не надежными или дорогими и не решают проблему кардинально.

Принцип управляемой коммутации

Управляемая коммутация представляет собой способ устранения вредных переходных процессов посредством управляемых по времени операций коммутации. Команды включения или отключения на выключатель задерживаются таким образом, чтобы замыкание или разделение контактов происходили в оптимальный момент времени по отношению к фазовому углу.

Посредством контроллеров SwitchsyncTM можно управлять операциями подачи и отключения питания по отношению к положению точки на кривой тока или напряжения, и вредные переходные процессы не генерируются.

Нижеследующий пример демонстрирует общий принцип работы контроллера SwitchsyncTM , для коммутации конденсаторной батареи. Во избежание переходных процессов при коммутации момент включения в данном случае будет при нулевом напряжении. Для упрощения, рассматривается только одна фаза.

Подходящие автоматические выключатели

Выключатели с дугогасящей камерой под напряжением и выключатели с функцией разъединителя компании АББ имеют пружинные приводы. В некоторых вариантах в качестве альтернативы используется привод с электродвигателем. Все эти выключатели имеют стабильное время срабатывания, которое изменяется лишь в незначительной степени в зависимости от температуры окружающей среды и управляющего напряжения.

Для обеспечения нормального результата и соответствующего ограничения переходных процессов при коммутации, мы рекомендуем применять контроллеры SwitchsyncTM только с элегазовыми (SF6) выключателями с дугогасящей камерой под напряжением компании АББ.

Коммутация конденсаторных батарей и фильтров подавления гармоник

SwitchsyncTM для выключателей, установленных в цепи шунтирующих конденсаторных батарей и фильтров подавления гармоник, обычно используется для управления включением.

При подключении к источнику питания, разряженный конденсатор идентичен короткозамкнутой цепи. При питании от источника с высоким напряжением большие переходные напряжения и токи могут создавать серьезные проблемы. В зависимости от конфигурации сети, волны напряжения могут вызвать пробой в каком-нибудь месте высоковольтной сети, и тогда возможны повреждение изоляции или выход из строя низковольтной аппаратуры. При использовании параллельных конденсаторных батарей пусковые токи могут иметь достаточно высокую частоту и большую амплитуду. В крайних случаях , это представляет опасность для механической прочности как конденсаторов, так и выключателей. Если выключателем управлять так, чтобы напряжение в емкостную нагрузку подавалось при нулевом напряжении источника, то вредные переходные процессы исключаются.

На рис. 3 показан пример того, как эффективное управление коммутацией устраняет вредные переходные процессы коммутации в отношении подачи напряжение в конденсаторную батарею.

Переходные напряжения при возбуждении одной фазы конденсаторной батареи

Рис.1.

Переходные напряжения при возбуждении одной фазы конденсаторной батареи 72 кВ

a. В неподходящей точке кривой, вблизи пика напряжения промышленной частоты. формируется высокое переходное напряжение.

b. При использовании контроллера Switchsync™ возбуждение выполняется вблизи нулевого значения напряжения, поэтому переходные процессы не формируются.

Обычно при трехфазной коммутации три полюса выключателя следует замыкать в разные моменты времени. Сдвиг по времени зависит от конкретного применения.

Для конденсаторной батареи с заземленной нейтралью: три полюса должны замыкаться с разностью по времени в 1/6 периода (3,33 мс при 50 Гц, или 2,8 мс при 60 Гц).

Для конденсаторной батареи с незаземленной нейтралью: два полюса должны замыкаться одновременно при нулевом значении междуфазного напряжения, а последний — на 1/4 периода позже (5 мс при 50 Гц или 4,2 мс при 60 Гц).

Требуемое разнесение по времени для заземленной шунтирующей батареи

Требуемое разнесение по времени для незаземленной шунтирующей батареи

Требуемое разнесение по времени для незаземленной шунтирующей батареи

Рис. 2.

Примеры последовательности коммутации для шунтирующей конденсаторной батареи 50 Гц. Незначительные отклонения по времени от нулевого значения напряжения источника не учитывались.

При пополюсном управлении выключателя контроллер SwitchsyncTM позволяет управлять отдельно каждым полюсом, чтобы обеспечить замыкание каждого полюса в надлежащий момент. При трехполюсном управлении одним приводом полюса регулируют механически (разносят), чтобы обеспечить замыкание в надлежащий момент времени. При коммутации шунтирующей конденсаторной батареи или фильтра подавления гармоник конкретный выбор разнесения зависит от:

- соединения нейтрали нагрузки - с заземлением или без заземления;

- частоты системы - 50 или 60 Гц.

Отключение выключателей конденсаторных батарей обычно не приводит к каким-либо значительным переходным процессам. Основной причиной этого является отсутствие повторных пробоев при отключении емкостного тока.

Рис. 3.

Неуправляемое отключение шунтирующего реактора приводит к глубоким переходным процессам повторного зажигания.

Управляемое отключение шунтирующего реактора исключает переходные процессы повторного зажигания. Остается только ограниченное перенапряжение умеренной частоты, связанное со срезом тока.

Однако в особых случаях тяжелых режимов контроллер Switchsync™ можно применить для контролируемого отключение выключателей конденсаторных батарей. Цель состоит в том, чтобы исключить даже небольшую вероятность повторного пробоя, и выключателем управляют так, чтобы исключить возможность малого времени горения дуги.

Подходящими типами контроллера Switchsync™ для выключателей, коммутирующих конденсаторные батареи, являются:

• Выключатель с трехполюсным управлением: Только для включения: Switchsync™ E113 Для включения и отключения: Switchsync™ E213

• Выключатель с пополюсным управлением: Только для включения или для включения/ отключения: Switchsync™ F236

Коммутация шунтирующих реакторов

С выключателями в цепи шунтирующих реакторов, контроллер Switchsync™ обычно применяют для управления отключением. Неконтролируемое отключение напряжения будет приводить к повторному зажиганию, по меньшей мере, в одном полюсе. Возникающие при этом очень крутые переходные напряжения могут угрожать изоляции реактора из-за неравномерного распределения по обмоткам. Существует риск того, что градиенты напряжения могут пробить изоляцию реактора, что, через некоторое время, может привести к полному пробою. Изоляция соседнего оборудования также может быть повреждена. Управляя операцией размыкания контактов и смещая момент размыкания достаточно далеко от нуля тока, повторные зажигания можно исключить. Остающееся переходное напряжение представляет собой безопасное перенапряжение срезанного импульса относительно небольшой частоты. В некоторых случаях управляют также включением шунтирующего реактора. Процесс коммутации аналогичен включению ненагруженного трансформатора и может приводить к большому броску тока и току нулевой последовательности с соответствующими электромеханическими нагрузками. Управление включением выключателя сводит к минимуму эти явления.

Выключатели, коммутирующие шунтирующие реакторы, обычно имеют пополюсное управление, т.к. устанавливаются в сетях с высокими номинальными напряжениями.

Подходящими типами контроллеров Switchsync™ являются:

Только для отключения: Switchsync™ E113 Для включения и отключения: Switchsync™ F236

Коммутация силовых трансформаторов

Для выключателей в цепи силовых трансформаторов контроллер Switchsync™ используется для управления операциями включения, чтобы ограничить броски токов. Неконтролируемая подача напряжения в невыгодных точках кривой вызывает сильные и медленно затухающие броски тока. В результате обмотки испытывают механические напряжения, наводятся помехи во вторичных цепях из-за больших токов нулевой последовательности, и происходят искажения токов высшими гармониками.

Режим с неуправляемой подачей напряжения на силовой трансформатор.

При симметричном магнитном потоке в сердечнике трансформатора ток имеет небольшое значение, но даже при небольшой асимметрии быстро растет вследствие насыщения сердечника. Управляемое включение напряжения обеспечивает симметрию магнитного потока с момента включения.

Операция включения должна выполняться в соответствующий момент времени, с учетом остаточного магнитного потока в сердечнике трансформатора.

Существуют три основных способа управления выключателем:

1. При игнорировании остаточного магнитного потока достаточно управлять операциями включения. Этот простой способ обеспечивает ограничение максимальных величин броска тока даже в том случае, если имеется остаточный магнитный поток.

Подходящий тип контроллера - Switchsync E113.

2. Осуществляется управление операциями отключения выключателя, чтобы получить определенный повторяющийся остаточный магнитный поток в сердечнике трансформатора. Ток холостого хода обычно прерывают вблизи перехода через нулевое значение, и остаточный магнитный поток в сердечнике благодаря этому близок к нулю. Затем управляют последующей операцией включения, чтобы свести к минимуму бросок тока. Однако иногда выбирается более высокое значение остаточного магнитного потока, так как это связано с более низкой нагрузкой выключателя при формировании дуги в последующей операции включения. Благодаря этому также повышается точность работы выключателя.

Данный способ пригоден для регулярной запланированной коммутации трансформаторов в режиме без нагрузки. Он применим в ситуациях, когда один и тот же выключатель всегда выполняет операции включения и отключения.

Подходящий тип контроллера - Switchsync™ F236.

3. Операции отключения выполняют без управления, если результирующий остаточный магнитный поток определяется путем интегрирования напряжения трансформатора. Сигналы напряжения на контроллер для этого процесса могут направляться от обычного трансформатора напряжения или от емкостного трансформатора напряжения, установленного рядом с трансформатором.

По результатам вычисления остаточного магнитного потока управление последующей операцией включения осуществляется таким образом, чтобы свести к минимуму бросок тока. В таком режиме работы остаточный магнитный поток может значительно изменяться от операции к операции, а фактические операции включения могут выполняться в разные моменты времени относительно кривой напряжения питания.

Этот способ в основном пригоден для ситуаций с незапланированными операциями в изменяющихся условиях коммутации и работает также при операциях отключения в связи с неисправностями в системе. Поскольку каждый полюс нуждается в независимом управлении, такой способ требует пополюсного управления выключателем трансформатора.

Подходящий тип контроллера - Switchsync™ T183.

Коммутация линий сверхвысокого напряжения

Традиционный способ ограничения перенапряжений, возникающих при включении и автоматическом повторном включении ненагруженных сверхвысоковольтных линий состоит в использовании выключателей, оборудованных предвключаемыми резисторами. Однако метод управляемой коммутации линейных выключателей все более широко рассматривается как альтернативное решение, а также часто в качестве частичного решения в ситуации, когда с целью защиты от перенапряжения применяют также ограничители перенапряжений для оптимального ограничения коммутационных перенапряжений. Выключатели на такой уровень напряжения обычно имеют пополюсное управление.

Для нескомпенсированных линий управляемую коммутацию выключателей можно организовать двумя разными способами:

1. Заряд, распределенный на линии после операции отключения, не записывается. При включении, управление выключателем организуют таким образом, чтобы включать ток приблизительно в момент, когда мгновенное напряжение на подстанции равно нулю. Тем самым удается ограничить большие перенапряжения независимо

от фактически распределенного заряда. Этот способ прост и часто обеспечивает подходящий результирующий уровень перенапряжения, особенно, когда применяется в сочетании с ограничителями перенапряжений. Во многих случаях распределенный заряд будет фактически нулевым или близким к нулю. Это будет иметь место, когда после операции отключения прошло достаточно времени, или даже при быстрых операциях повторного включения, если линия оборудована магнитными трансформаторами напряжения.

Подходящий тип контроллера - Switchsync™ F236.

2. Коммутационные перенапряжения ограничиваются эффективнее, когда заряд, распределенный на линии, записывается и учитывается управляющим устройством. Это решение особенно полезно в условиях, когда ожидается большой распределенный заряд, т.е. при быстрых операциях повторного включения в условиях применения емкостных трансформаторов напряжения. Величину распределенного заряда могут записывать емкостные трансформаторы напряжения.

Подходящий тип контроллера - Switchsync™ L183.

В поперечно скомпенсированных линиях взаимодействие между линейной емкостью и индуктивностью реактора будет приводить к колебаниям напряжения в линии после отключения. В этом случае, из-за колебаний напряжения на линии, трансформаторы напряжения, подключенные к линии, будут обеспечивать верные сигналы напряжения.

Для управляемой коммутации требуются линейные автоматические выключатели с пополюсным управлением. Повторное включение может быть отрегулировано на момент немного позже нулевого значения фазного напряжения на стороне питания.

Подходящим типом контроллера является контроллер Switchsync™ F236, подключенный таким же образом, как и для нескомпенсированной линии.

Адаптивное управление

Все контроллеры SwitchsyncTM имеют специальные функции контроля операции управляемой коммутации.

Адаптивное управление может быть организовано двумя способами и применяться как для управляемого включения, так и для управляемого отключения.

Отклонения от заданных значений могут быть вызваны различиями рабочих условий. Рабочие условия, которые могут повлиять на время срабатывания выключателя, - это, например, постепенно увеличивающееся обгорание контактов вследствие многих циклов коммутации, изменение температуры окружающей среды и изменение вспомогательного напряжения.

Принцип действия адаптивного управления заключается в том, что обнаруженная погрешность компенсируется в следующей управляемой операции.

Если выключатель имеет отклонение времени срабатывания от значения, установленного контроллером SwitchsyncTM, сигнал обратной связи адаптации от датчика появится чуть позже или чуть раньше, чем ожидалось. Когда контроллер обнаружил ошибку, внутреннее время выдержки будет изменено для следующей операции так, чтобы выключатель был возвращен к расчетному времени срабатывания.

Пример включения шунтирующей конденсаторной батареи с контуром обратной связи по моменту возникновения тока

Для выключателей с пополюсным управлением адаптивное управление может быть организовано отдельно для каждого полюса.

В случае выключателей с трехполюсным управлением со смещением времени срабатывания механическим способом контролируется только один полюс. Остальные два полюса имеют механическое соединение с управляемым полюсом.

Серия контроллеров Switchsync™ имеет следующий состав:
Контроллер Switchsync™Основное применениеУправляемая

операция выключателя

Управление выключателя
E113Шунтирующие конденсаторные батареи, шунтирующие реакторыОтключение или включениеТрехполюсное
E213Шунтирующие конденсаторные батареиОтключение и включениеТрехполюсное
F236Шунтирующие конденсаторные батареи, шунтирующие реакторы, трансформаторыОтключение и включениеПополюсное
T183ТрансформаторыВключениеПополюсное
L183Нескомпенсированные линииВключениеПополюсное

Во всех контроллерах предусмотрен адаптивный ввод сигналов для компенсации систематических изменений времени срабатывания выключателя. Кроме того, в контроллерах Switchsync™ F236, T183 и L183 предусмотрен ввод двух внешних адаптивных сигналов (например, изменения температуры и управляющего напряжения). Эти функции позволяют повысить точность синхронизации управляемого выключателя. Кроме того, контроллеры имеют память данных для хранения информации о временах коммутации и, благодаря этому, допускают контроль состояния выключателя. Датчики для компенсации и ПО связи для всех контроллеров, за исключением моделей Е, входят в состав принадлежностей и поставляются по отдельному заказу.

Обозначение типа

В обозначении типа контроллера Switchsync™ содержится информация о его функциях.

Буква указывает поколение и назначение устройства, а остальные цифры несут следующую информацию:

Контроллеры Switchsync

Рисунок 4. Контроллеры Switchsync™ F236 и E113

Количество командных входных сигналов (отключение или включение)

Количество адаптивных каналов

Количество командных выходных сигналов, поступающих на управляемый выключатель

Контроллер Switchsync

Рисунок 11. Контроллер Switchsync™ T183

Дополнительная информация

Дополнительная информация о применении устройств управляемой коммутации и контроллеров Switchsync™ приведена в документе Устройства управляемой коммутации, Справочник покупателя/Руководство по применению.

Рисунок 5. Контроллер Switchsync™ L183

контроллер Switchsync L183

 
« Управление техническим обслуживанием электрооборудования 4   Управляемые реакторы в качестве силовых элементов ФВПТ »
электрические сети