Широкое применение шкафов КРУ во всех отраслях народного хозяйства со специфическими особенностями технологии производства привело к исключительно большому количеству схем вспомогательных цепей. Каждый головной проектный или научно-исследовательский институт отрасли имеет несколько типовых работ по этим схемам для различных вариантов технологического производства на проектируемых предприятиях или технологии выработки электроэнергии на электрических станциях. Даже на распределительных подстанциях имеется несколько типовых работ по схемам вспомогательных цепей для КРУ напряжением 6 (10) кВ, которые зависят от множества различных факторов. С увеличением единичной мощности блоков электрических станций возрастает число токоприемников и схем управления ими. Существующее многообразие схем управления объясняется нс столько требованиями эксплуатации, сколько отсутствием до сих пор технических условий на схемы управления типовыми электродвигателями напряжением 6 кВ. индивидуальным подходом разработчиков к выполнению схем, а также включением в схему управления электродвигателями испей технологической блокировки конкретного механизма.
Разработка заданий (опросных листов) заводам на изготовление КРУ могла бы выполняться проектными институтами в сжатие сроки, если бы ими широко применялись ЭВМ, но это можно сделать только после проведения большой подготовительной работы, включающей несколько этапов по упорядочению технологии разработки и оформлению технической документации.
Для решения указанных вопросов необходимо, чтобы проектные институты свели к минимуму число разновидностей схем электрических главных цепей КРУ и схем управления, которые должны быть построены на одинаковой аппаратуре релейной защиты, управления, сигнализации, измерения и блокировок, и должны монтироваться в серийных шкафах КРУ с одинаковой схемой вспомогательных испей этих шкафов.
Одним из этапов упорядочения работ по сокращению разновидностей схем вспомогательных цепей является унификация схем управления электродвигателями 6 кВ тепловых электрических станций. Действующие схемы управления электродвигателями 6 кВ кроме постоянных испей защиты и сигнализации электродвигателя содержат цепи управлении реле включении и отключения выключателя электродвигателя, элементы управления вспомогательными механизмами и цепи технологической блокировки механизма Включение а состав схемы управления пеней разного назначения и разных уровней управлении привело к созданию большого числа разновидностей схем управлении.
Заводы-изготовители выпускают шкафы КРУ по типовым работам головных научно-исследовательских и проектных институтов.
«Энергосетьпроект» (ЭСП) — № 9964тм; 3701тм; 3707тм; 5930 тм, а также по новым работам № 10656тм и 10657тм (для КРУ с выключателями ВК-10 и ВКЭ-10);
«Атомтеплоэлектропроскт» (АТЭП) — 51589Э и 48387Э, а также по работе № 192101 0215138 01275 010 ЭТ HI Киевского отделения. «Тяжпромэлектропроект» (ТГ1ЭП) — № Р 2285Р 2289; Р 2213 ; Р 2220 (в том числе с использованием транзисторных защит), а также по работам 5ВВ 350 .
Одесский отдел комплексного проектировании института «Сельэнергопроект» разработал типовую работу № К-102 00 00 00, в которой приведены схемы вспомогательных цепей шкафов КРУН для секционирования линий 6(10) кВ с односторонним и двусторонним питанием, а также схемы АВР этих линий с двусторонним питанием.
Работоспособность принципиальных схем вспомогательных цепей каждого шкафа КРУ гарантируется институтом — разработчиком этих схем-заданий заводам — изготовителям КРУ, а соответствие монтажных схем вспомогательных цепей принципиальным схемам гарантируется заводами — изготовителями шкафов КРУ.
Отдельные заводы — изготовители КРУ, имеющие специальные конструкторские бюро (СКВ), отделы главного конструктора (ОГК) или конструкторские бюро (КБ), принимают к изготовлению шкафы КРУ по цетиловым схемам вспомогательных цепей (не более 15% общего объема типовых схем в конкретном заказе) при условии подтверждения такой необходимости головными институтами — разработчиками типовых схем, а также при условии, что разработка нетиповой схемы не потребует изменения конструкции шкафа КРУ и его релейного шкафа или отсека, где размещена аппаратура вспомогательных цепей.
Все схемы вспомогательных цепей шкафов КРУ в зависимости от типовой работы выполнены применительно ко всем видам оперативного тока: постоянного, переменного, выпрямленного Конкретно каждый завод оговаривает это в технических условиях на КРУ.
Типовые работы ЭСП № 10656 и 10657, выпушенные в 1982 г., после их широкого внедрения в шкафах КРУ полностью заменят типовые работы, выпущенные институтом рапсе Они рассчитаны на применение в шкафах КРУ новых маломасляных выключателей колонкового типа ВК-10, ВКЭ-10 (до 1600 А) и ВМПЭ-10-3150 на 3150 А. Схемы шкафов с выключателями предусматривают дуговую защиту, выполненную в соответствии с техническими требованиями на устройства защиты при дуговых КЗ, утвержденными Главниипроектом, согласованными Главтехуправлением 19 12.1980 г. и дополнительными изменениями от 19. 03.1982 г. Кроме того, схемные решения предусматривают взрывопожарную безопасность при эксплуатации подстанций.
Типовые работы ЭСП содержат группы схем для линий 6 (10) кВ; вводов с выключателями от трансформаторов и автотрансформаторов, глухого ввода; секционного выключателя и разъединителя, секционного выключателя с быстродействующим АВР (БАВР), шкафа автоматической частотной разгрузки (АЧР); трансформаторов с. и. с выключателями, предохранителями, дугогасящей катушкой; автоматического обогрева релейных отсеков и шкафов; трансформаторов напряжения: шинных, на вводе от силового трансформатора и от автотрансформатора, на линии 6(10) кВ, для питания счетчиков и общеподстанционных элементов.
В типовую работу АТЭП № 192101.0215138.01275.010 ЭТ HI заложены принципиальные решения, принятые для тепловых (ГРЭС, ТЭЦ) и атомных (АЭС) электрических станций, с учетом особенностей АЭС и повышенных требовании в отношении надежности и быстродействия. Работа выполнена с использованием последних технических решений в части релейной защиты с применением дистанционной защиты на вводах рабочего и резервного питания. С внедрением этой работы в КРУ для с и. ранее выпущенная работа института № 51589 Э будет аннулирована.
Типовая работа АТЭП содержит:
группы схем для вводов питания от силовых трансформаторов с расщепленными обмотками, дистанционную защиту вводов рабочего и резервного питания, вводы резервного питания от магистрали резервного питания и на магистраль резервного питания с дифференциальной защитой магистрали резервного питания и с дистанционной защитой ввода резервного питания на магистраль резервного питания, ввод резервного питания на магистраль резервного питания без дифференциальной защиты магистрали резервного питания с максимальной токовой защитой ввода резервного питания на магистраль резервного питания, вводы рабочего и резервного питания на секцию общеподстанционной нагрузки, линий питания секции общестанционной нагрузки;
группы схем секционного выключателя магистрали резервного питания с дифференциальной защитой (а также без нее); схем блочной секции и секции надежного питания;
группы схем измерительных трансформаторов напряжения блочной секции и секции надежного питания;
Группы схем рабочих и резервных силовых трансформаторов с. и. 6/0,4 кВ;
группы схем электродвигателей;
группы схем резервной дизель-электростаиции надежного питания.
С целью снижения объема повреждений при КЗ с открытой электрической дугой шкафы КРУ оснащаются новыми защитными устройствами — дуговой защитой, обеспечивающей ускоренное отключение указанных повреждений. На повышение давления газов внутри шкафа в момент образования электрической дуги реагируют разгрузочные клапаны, установленные во всех новых конструкциях КРУ. Конструкции разгрузочных клапанов в различных КРУ выполняются по-разному, например в шкафах КРУ типа КЭ-10 обеспечивается самовозврат клапана в рабочее положение, в шкафах K-XXVI возврат клапана зависит от угла его отклонения: при малых углах обеспечивается самовозврат, при больших углах возврат клапана осуществляется вручную.
Для выполнения дуговой защиты используются контакты конечных выключателей, установленных в шкафах КРУ, и связанных с положением клапана. В нормальном (закрытом) положении клапана контакт конечного выключателя разомкнут, он замыкается при откидывании клапана. Дуговая защита выполняется с контролем тока КЗ в цепи питающих элементов. Для контроля тока КЗ используется реагирующий орган релейной защиты питающего элемента (дистанционное реле либо токовое реле с пуском по напряжению или без него).
Для достижения наиболее высокой эффективности функционирования дуговой защиты обеспечивают по возможности ее быстродействие, т. е. работу на отключение без выдержки времени. Время действия дуговой защиты при этом практически равно времени срабатывания клапана в шкафу (время от возникновения электрической дуги до замыкания контакта конечного выключателя клапана) и не превышает 0,02 с, а промежуточного реле — 0,06 с.
При выборе схем дуговой защиты был рассмотрен вопрос о возможности ее использования для ускоренного отключения выключателей присоединений, отходящих ог секции КРУ 6 кВ, при КЗ с дугой в шкафах этих выключателей. Для этого может быть выполнено действие на их отключение отдельного контакта конечного выключателя клапана с общим контролем тока.
Рассмотрение этого вопроса показало, что: открытая дуга в шкафу, как правило, возникает в результате отказа уже отключаемого выключателя; при КЗ в шкафу за трансформаторами тока быстрое отключение выключателя присоединения обеспечивается и без дуговой защиты — отсечкой или дифференциальной защитой присоединения; в случае КЗ между выключателем и трансформаторами тока для обеспечения селективного отключения КЗ потребовалось бы ввести замедление в действие дуговой защиты на отключение источников питания, что снизило бы эффективность в большинстве случаев се действия.
В связи с этим, а также принимая во внимание малую вероятность КЗ в указанной точке, действие дуговой защиты на отключение выключателей отходящих присоединений признано нецелесообразным и не предусматривается.
При возникновении КЗ с дугой в любом шкафу секции, оснащенном клапаном дуговой защиты, должно обеспечиваться отключение без выдержки времени ввода рабочего или резервного питания данной секции.
При КЗ с дугой в шкафу любого выключателя, присоединенного к магистрали резервного питания, а именно выключателей ввода питания от резервных трансформаторов па магистраль (магистральных выключателей), секционных выключателей магистрали резервного питания и выключателей вводов peзервнoго питания на секции, должно обеспечиваться отключение дуговой защитой без выдержки времени магистральных выключателей
При КЗ с дугой в шкафу ввода рабочего питания секции или в шкафу магистрального выключателя действие дуговой защиты на отключение выключателей в этих шкафах может оказаться неэффективным. Тогда для ликвидации КЗ потребуется полное отключение источника питания (блока или выключателя со стороны высшего напряжения рабочего или резервного трансформатора). Во избежание ложных или лишних отключений энергоблоков или нагрузки других соединений РУ, питающихся от вторых обмоток рабочих или резервных трансформаторов (например, при ошибочно открытой крышке клапана в шкафу ввода рабочего питания или магистрального выключателя и КЗ на отходящем присоединении), в действие дуговой защиты на отключение указанных источников питания вводится минимальная выдержка времени — около 0,3 с. Для этой цели должно устанавливаться новое реле времени типа РВ-01, имеющее по сравнению с реле типов РВ-100 и ЭВ-100 значительно меньшую погрешность в выдержке времени.
Указательные реле в выходных цепях защиты сигнализируют о действии дуговой защиты на отключение. Кроме того, для отыскания шкафа, в котором сработал разгрузочный клапан, в каждом шкафу предусмотрено указательное шунтовое реле, срабатывающее от отдельного контакта конечного выключателя крышки клапана. От контактов указательных реле должно обеспечиваться действие сигнализации вызова персонала в РУ 6 кВ, а также включение сигнальной лампы в соответствующих шкафах КРУ 6 кВ.
В связи с тем, что цепи отключения от дуговой защиты объединяют между собой все шкафы данной секции, ремонтные операции с крышками разгрузочных клапанов и регулировка их конечных выключателей могут выполняться только при обесточенной секции и при снятом оперативном токе на защитах рабочего и резервного вводов питания данной секции.
В типовой работе ТПЭП № 5ВБ 350..., состоящей из пяти альбомов, с целью упрощения некоторые элементы схем (счетчики, цепи обогрева, блоки конденсаторов, питание оперативных цепей, секционирование оперативных шинок, контроль изоляции и напряжения, центральная сигнализация, полная или упрощенная АЧΡ, защита шин, защита минимального напряжения, отсечка, максимальная токовая защита, дифференциальная защита, защита от потери питания, пуск минимальной токовой защиты по напряжению, защита от замыканий на землю, защита, реагирующая на напряжение 3U0), входящие в схемы шкафов КРУ по исполнению даны на отдельных чертежах, которые названы "Функциональными группами". С целью повышения локализационной способности все схемы включают в себя защиту от дуговых замыканий в пределах шкафа КРУ.
Типовая работа ТПЭП содержит группы схем: рабочие и резервные вводы с выключателем и разъединителем, секционные выключатели и разъединители, измерительные трансформаторы напряжения, трансформаторы с. и., линии 6(10) кВ. липни к трансформатору 10/6 кВ, линии к КТП или трансформаторам; асинхронные и синхронные двигатели, блоки трансформатор — асинхронный или синхронный двигатель, пусковой реактор и динамическое торможение; линии к дугогасящим реакторам, к батареям конденсаторов, фильтрам высших гармоник, преобразовательным агрегатам, электропечам, линии тяговых совмещенных подстанций. Схемы выполнены на постоянном и выпрямленном токе напряжением 110 и 220 В.
Такое выполнение типовой работы позволяет размещать часть аппаратуры в навесных шкафах, которые поставляются комплектно со шкафами КРУ. В этих шкафах размещаются схемы центральной сигнализации, питания оперативных цепей, полная к упрощенная АЧР, управление обогревом, групповая сигнализация замыканий на землю, блоки конденсаторов.
Перечисленные выше новые типовые работы ЭСП, ЛТЭП и ТПЭП построены на применении в них электромеханических устройств релейной защиты и автоматики. Внедрение транзисторных (полупроводниковых) устройств в КРУ обеспечивает дальнейшее повышение надежности работы КРУ и электроснабжения потребителей в целом. Включение полупроводников в реле, устройства защиты и автоматики повышает их быстродействие и чувствительность, улучшает аппаратную надежность, качество и стабильность характеристик.
Широко применяемые в настоящее время устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА) не полностью удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к надежности работы электроустановок, в особенности тех, которые обеспечивают электроснабжение потребителей с непрерывным технологическим циклом, так как они должны обладать быстродействием, высокой чувствительностью, аппаратной надежностью, качеством характеристик (разброс параметров срабатывания).
Решающее значение для сокращения продолжительности аварийного состояния системы электроснабжения имеет быстродействие мгновенно действующей защиты, а также реагирующего органа устройства РЗА, фиксирующих аварийную ситуацию Уменьшение времени срабатывания токовых защит, а следовательно, быстрейшее отключение КЗ позволяет: в большинстве случаев сохранить устойчивую работу синхронных двигателей, питаемых от шкафов КРУ6(10) кВ; сократить, локализовать размеры повреждения, предупредить возможность возникновения электрической дуги в отсеках шкафов КРУ, в кабельных присоединениях и т. п. Выполнение пусковых органов устройств АВР быстродействующими позволяет снизить общее время перерыва питания потребителей, улучшить условия самозапуск двигателей.
Сравнивая надежность полупроводниковых и электромеханических устройств РЗА, применяемых в шкафах КРУ, можно отмстить, что электромеханические реле, например серии РТ-80, не предназначены для работы в условиях вибрации и ударов, в среде, насыщенной пылью; их подпятники и диски подвержены интенсивной коррозии, а пыль, попадая на подвижные диски и шарнирные узлы, вызывает затирание, препятствующее движению дисков и правильной работе реле. В сравнении с реле серии РТ-80 полупроводниковый модуль-аналог м3-133 устойчив к вибрации, может четко работать при наличии нетокопроводящей пыли, имеет возможность широкой регулировки параметров срабатывания, имеет меньшее потребление В целом надежность полупроводниковых устройств РЗЛ обеспечивается за счет использования достаточно надежных элементов: диодов, стабилизаторов, транзисторов, резисторов, конденсаторов, а также пайки узлов и др.
Электромеханические реле времени, широко применяемые в КРУ, обладают погрешностями, обусловленными неточностью выставления уставки, старением отдельных деталей часовою механизма, изменением свойств смазки, влиянием температуры и загрязненности среды.
Применение полупроводников позволило резко упростить конструкции реле с электромеханическим принципом, заложенным в известных существующих реле, значительно уменьшить количество деталей и устройств, что в целом позволило сократить время на наладку, а также резко упростить их обслуживание и выполнение различных проверочных и эксплуатационных работ. Применение полупроводниковых устройств в первых КРУ для распределительных подстанций 6(10) кВ, где имеется большое количество различных схем вспомогательных цепей в зависимости от назначения присоединения, показало, что в их схемах содержится часть повторяющихся, однотипных элементов, которые затем были максимально унифицированы и конструктивно оформлены в самостоятельные изделия. Применение унифицированных элементов дало возможность упростить процесс наладки, а наличие выводов у полупроводниковых устройств в виде штепсельных разъемов позволило производить быстрый монтаж схемы вспомогательных цепей КРУ на заводе-изготовителе, быструю замену элементов при неисправности в эксплуатации.
Комплектные устройства защиты и автоматики типа ЯРЭ 2201 на интегральных микросхемах, созданные и впервые изготовленные в 1984 г., предназначены для установки в КРУ 6(10) кВ электрических станций, подстанций и заменяют модули защиты и автоматики серии М, кассеты модульные серии КМ, шкафы питания ШПТЗ-01, имеющие большие (по сравнению с устройствами ЯРЭ 2201) габаритные размеры, большую материалоемкость и трудоемкость изготовления и худшие технические характеристики.
Обозначение устройства ЯРЭ 2201 расшифровывается так: Я — ящик; Р — полупроводниковое устройство; Э — для энергетических объектов, 22 — комплектные устройства защиты элементов подстанций; 01—порядковый номер разработки.
Устройство ЯРЭ 2201 выполняет все необходимые функции защиты и автоматики одного или нескольких присоединений, оно состоит из блоков, расположенных и объединенных в кассетах, в том числе блоков преобразователей тока. для защиты с зависимой от тока выдержкой времени, для дифференциальной токовой защиты; блоков преобразователей: напряжения, органа направления мощности, выдержки времени; блоков измерительных: тока для токовых защит, максимального напряжения, минимального напряжения, максимального и минимального напряжения, тока для дифференциальной токовой защиты; блоков сигнализации однофазных замыканий на землю, направленной токовой защиты от замыканий на землю, измерительного органа направления мощности; блоков комбинированных измерительного органа: тока с органом выдержки времени, максимального напряжения с органом выдержки времени, минимального напряжения с органом выдержки времени, тока и измерительного органа максимального напряжения, тока и измерительного органа минимального напряжения: блоков комбинированных органа тока нулевой последовательности и органа выдержки времени, формирования органа частоты, счетчика импульсов органа частоты, регулировки уставок органа частоты, АПВ, питания стабилизаторов напряжения, входных реле, реле сигнализации, коммутатора.
Соединение цепей напряжения постоянного и переменного тока электрических схем блоков, устанавливаемых в устройствах ЯРЭ 2201, осуществляется с помощью разъемов. Питание устройства осуществляется через преобразовательный блок питания выходной мощностью 15 Вт от аккумуляторной батареи или от источника постоянного выпрямленного напряжения 220 и 110 В. Контактные зажимы разъема, предназначенные для присоединения к ним внешних токовых цепей, рассчитаны для присоединения к ним двух проводов с медной жилой сечением 1,5 мм2. Переменный ток и напряжение подаются от трансформаторов тока и напряжения на вход устройства ЯРЭ 2201, а затем на выходи блоков.
Устройство ЯРЭ 2201 (рис. 2.3) имеет исполнения по характеристикам для присоединений: рабочего и резервного вводов, секционного выключателя, трансформатора напряжения и с. н., асинхронного и синхронного электродвигателей, блока трансформатор — асинхронный или синхронный электродвигатель, линий 6(10) кВ, питания трансформаторов преобразовательных агрегатов, к трансформатору 6—10/0,4 кВ, к КТП 6—10/0,4 кВ, к рабочему и резервному трансформаторам с. н., к линии, к электрической печи, к батарее статических конденсаторов, АЧР.
Рис. 2.3. Устройство защиты и автоматики ЯРЭ 2201 на интегральных микросхемах:
и — кассета с блоками: 2 — блок
Устройство ЯРЭ 2201 содержит блок коммутатора, с помощью которого осуществляется контроль правильности функционирования измерительных, функциональных органов и цепей выходных реле. Блоки в кассете устанавливают в одни или два ряда, их ширина В в зависимости от сложности насыщения может быть равна 24,5, 29,5; 34,5; 44,5; 59,5; 69,5; 139,5 мм, и соответственно меняется масса блока — от 0,2 до 4,5 кг
В КРУН серии К-102 для секционирования и АВР линий 6(10) кВ нашло широкое применение полупроводниковое комплектное устройство защиты и автоматики типа КРЗА-С от всех видов междуфазных КЗ и для выполнения двукратного АПВ линий 6(10) кВ радиального и двустороннего питания. Устройство рассчитано на номинальное напряжение 100, 220 или 100, 380 В. Потребляемая мощность: по цепям тока при номинальном токе на фазу: блока питания катушки отключения — не более 40 В-A; блока защиты — не более 10 В-А; по цепям напряжения при номинальном напряжении блока защиты: в дежурном режиме — не более 15 В-А; в режиме опробования работоспособности — не более 150 В-А; блока АПВ — не более 10 В· А.
Конструктивно устройство выполнено в виде двух блоков: защиты и АПВ В блоке защиты путем переключения числа витков на трансформаторах тока осуществляется ступенчатое регулирование минимального сопротивления срабатывания защиты. На лицевые панели блоков выведены органы регулирования уставок срабатывания, органы опробования в контроля срабатывания устройства.
В состав блока защиты входят: блок питания защиты, измерительный орган тока, измерительный орган напряжения, пусковой орган защиты, пусковой орган отсечки, орган выдержки времени защиты, выходной орган защиты, орган опробования работоспособности защиты, лампа контроля исправности защиты, органы блокировки.
В состав блока АПВ входят: блок питания электромагнита отключения, орган опробования работоспособности блока питания с действием на электромагнит отключения, лампа контроля исправности блока питания электромагнита отключения, фиксатор срабатывания блока отключения при воздействии на электромагнит отключения, блок питания устройства АПВ двукратного действия, реле времени первого и второго циклов АПВ, орган опробования работоспособности АПВ, выходной орган АПВ и лампа контроля исправности действия АПВ
Типовая работа для КРУП К-102 кроме устройства КРЗА-С предусматривает варианты выполнения схем вспомогательных цепей с релейной защитой и автоматикой на электромеханических реле или с применением устройства максимальной направленной токовой защиты двустороннего действия типа ЛТЗ с автоматическим выключателем АПВ-2П.
Требования на выполнение схем вспомогательных устройств приведены в ГОСТ Единой системы конструкторской документации. В ГОСТ 2.701—84 «Схемы Виды и типы. Общие требования к выполнению» приведены требования и характеристики схем, которые подразделяют на следующие: структурные, функциональные, принципиальные (полные), соединений (монтажные), подключения, общие и расположения. В ГОСТ 2.702—75* «Правила выполнения электрических схем» установлены правила выполнения вышеуказанных схем. В ГОСТ 2.413—72* «Правила выполнения конструкторской документации изделий, изготавливаемых с применением электрического монтажа» приведены правила выполнения сборочных чертежей и спецификаций и конструкторской документации изделий всех отраслей промышленности. В ГОСТ 2.710—81 «Обозначения буквенноцифровые в электрических схемах» приведены обозначения условные буквенно-цифровые, применяемые в электрических схемах.
