СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ
СИВГАТУЛЛИН Г. Г., инж.,
Нижнекамские электрические сети
На большинстве современных подстанций (ПС) с упрощенными схемами релейных защит (РЗ) силовых трансформаторов в качестве источника оперативного тока используются предварительно заряженные конденсаторы. Заряжаются они с помощью зарядных устройств БПЗ-401, включаемых в цепи трансформаторов собственных нужд ПС.
Такие устройства очень просты и надежны, однако не могут обеспечить заряд конденсаторной батареи при подаче напряжения на обесточенную подстанцию, если в момент включения происходит или уже имеет место короткое замыкание (КЗ). В связи с этим в энергосистемах имеются различные предложения по заряду конденсаторов. Одно из них — использование энергии токов КЗ для заряда конденсаторов.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема блока питания устройства БПЗТ
Промышленность выпускает токовое устройство заряда конденсаторов БПЗ-402, которое включается только на отдельный комплект трансформаторов тока (ТТ) из-за большого потребления мощности. Это ограничивает области применения БПЗ-402 в результате малой отдаваемой мощности встроенными ТТ (обе обмотки ТТ приходится использовать в схемах РЗ). Считается возможным применять устройства БПЗ-402 для трансформаторов напряжением 110 кВ мощностью выше 16 MB-А и 35 кВ мощностью выше 6,3 МВ-А.
В связи с этим был разработан новый токовый блок заряда конденсаторов БПЗТ, принципиальная электрическая схема которого представлена на рис. 1.
Данный блок питания отличается от устройства БПЗ-402 меньшим потреблением нагрузки (ZBх<0,11 Ом) от ТТ и относительно небольшим временем заряда конденсаторов при КЗ на ПС.
Принцип действия устройства БПЗТ основан на заряде конденсаторной батареи вынужденным током, т. е. время заряда конденсаторов можно определить по формуле
I-t = C-U, где 1 — ток в вторичной обмотке промежуточного трансформатора Т1 и Т2, А; С— суммарная емкость конденсаторов, подключенных к устройству, Ф; U — требуемое минимальное напряжение заряда на конденсаторах, В; t — время заряда, с.
Схема включения устройства БПЗТ приведена на рис. 2. Первичные обмотки W1 трансформаторов Т1 и Т2 включены на разность фазных токов ТТ на стороне 110 кВ. Эти трансформаторы предназначены для уменьшения тока до значения термической устойчивости элементов схемы и для получения необходимого напряжения заряда конденсаторов. Конденсаторы С3 и С4 используются для защиты диодов от кратковременных перенапряжений в цепях переменного тока.
Трансформируемый ток выпрямляется диодами VД1 — УД8 и подается к конденсаторным батареям. Конденсаторы заряжаются вынужденным током, так как максимальное напряжение холостого хода трансформаторов Т1 и Т2 выбирается достаточно большим.
В устройстве БПЗТ используются трансформаторы с поперечным сечением магнитопровода S = 5 см2=5 -10—4 м2; числам витков на обмотках W1 =50, №.2—3000; проводом ПЭВ-2 1,5 мм и 0,44 мм).
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема подключения устройства БПЗТ к существующей схеме РЗА трансформатора
Рис. 3. Зависимость времени заряда конденсаторов от входного тока устройства БПЗТ
Отсюда видно, что конденсаторы могут заряжаться до напряжения 750 В. Чтобы ограничить напряжение на конденсаторах в допустимых пределах, в схеме предусмотрена стабилизация напряжения на конденсаторах с помощью тиристоров VS1 и VS2. При достижении напряжения на конденсаторах в 360 В стабилитроны VД12—УД14 и VR20 — УД22 открываются и подают ток на управляющий электрод тиристоров VS1 и VS2. Тиристоры VS1 и VS2 открываются и шунтируют через обмотки реле KL и диоды УД1 — УД8 вторичные обмотки W2 трансформаторов Т1 и Т2. При этом резко уменьшается входное сопротивление устройства БПЗТ по токовым цепям (порядка 0,1 Ом).
Тиристоры VS1 и F52: уменьшают общее сопротивление устройства в токовых цепях ТТ при достижении номинального напряжения на конденсаторах;
ограничивают напряжение заряда на конденсаторах до требуемого значения;
подготавливают с помощью контактов реле KL цепь готовности устройства к дальнейшему действию РЗ по окончании заряда конденсаторов.
При уменьшении напряжения на конденсаторах ниже 360 В тиристоры закрываются и снова происходит заряд конденсаторов до необходимого значения. Чтобы уменьшить входное сопротивление устройства по токовым цепям в нормальном режиме, в схеме предусмотрена цепь управления тиристорами от действующего устройства БПЗ-401 с помощью элементов УД13 — УД 16, УД21, УД22, УД24; R2. R3, R5, Кб- С2.
Рис. 4. Входные вольт-амперные характеристики блока БПЗТ, снятые на холостом ходу при отсутствии заряда от блока питания БПЗ-401 (1) и при наличии этого заряда до 400 В (2)
При наличии напряжения на БПЗ-401 выше 0,8 UH конденсатор С2 заряжается и подает ток управления на тиристоры. Ток управления открытия тиристоров регулируется с помощью подстроечных резисторов К2 и R5 при напряжении на конденсаторе С2, равном 320—330 В. В нормальном режиме конденсатор С2 заряжается до напряжения 400 В и обеспечивает постоянное открытое состояние тиристоров VS1 и VS2 в любое время.
Емкость конденсатора С2 выбирается так, чтобы его энергии заряда хватило на ток управления до следующего импульса зарядного тока от устройства БПЗ-401. При этом входное сопротивление устройства БПЗТ определяется в основном от закороченных трансформаторов Т1 и Т2 через тиристоры VS1 и VS2, диоды УД1 — УД8 и обмотки реле KL.
В схеме устройства БПЗТ использованы следующие элементы: диоды КД202Р (УД1 — УД 10, УД 16 — УД 18);
диоды Д226Б (УДИ, УД15, УД19, УД23. УД24);
стабилитроны КС 620А с охлаждающим радиатором (УД12—УД14, УД20 — УД22);
тиристоры КУ202Н (VS1, KS2). Ток открытия цепи управления должен быть не более 14 мА: резисторы МЛТ-2 (R1 и R4—I к, R7 — 5,1 к): резисторы ППБ-3В (R2 и R5—10 к); резисторы ПЭВ-10 (R3 и R6 — 6,2 к);
конденсаторы МБГО 4X400 (С1), МБГО 20X400 (С2), МБГО 0,25Х Х500 (СЗ и С4);
промежуточное реле KL (<100 мА. сопротивление обмотки не более 30 Ом, диаметр провода обмотки не менее 0,5 мм);
реле KV типа РЭС-10 PC 4.529.031- 13;
стабилитрон Д816А (УД25)\ резисторы ПЭВ-20 (R8 — R9 — 10 к).
На рис. 1 приведена двухтрансформаторная симметричная схема, состоящая из двух самостоятельных частей для каждой фазы. Она принята, чтобы:
уменьшить габаритные размеры промежуточных трансформаторов и соответственно сопротивление КЗ трансформаторов;
сократить время заряда конденсаторов при междуфазных КЗ;
увеличить надежность схемы при отказе одного из элементов.
Схему можно уменьшить наполовину, используя трансформатор с тремя (двумя) первичными обмотками в токовых цепях. Однотрансформаторную схему следует применять в сетях 6—35 кВ. При этом упрощается изготовление таких устройств.
Экспериментально определенные характеристики устройства БПЗТ в зависимости от входного тока показаны на рис. 3 и 4. Параметры полупроводниковых элементов БПЗТ выбраны из условия термической устойчивости в течение 1 с при значении входного тока, равном 250 А.
Устройство БПЗТ можно использовать также, например, в качестве: источника оперативного тока при наличии на ПС приводов ПЭ-11 и отсутствии постоянного оперативного тока;
устройства токовой РЗ; источника стабилизированного напряжения при подаче тока.
Следует отметить, что при наличии резистора R7 сопротивлением 5,1 кОм можно производить заряд других конденсаторов в схеме РЗ трансформатора за время 2 с (время работы МТЗ) до напряжения примерно 300 В. В этом случае устройство БПЗТ полностью резервирует блок питания БПЗ-401.
Для проверки предложенной схемы сняты осциллограммы, подтверждающие работоспособность устройства БПЗТ при включении на КЗ. Входное сопротивление БПЗТ в цепях ТТ имеет нелинейную характеристику. Для расчета погрешности ТТ следует принимать среднее значение сопротивления блока 0,15 Ом.
Блок питания успешно эксплуатируется с января 1988 г.
