5. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ
В электрических сетях 10 кВ в сельской местности основными видами автоматики являются: автоматическое повторное включение (АПВ) линий; автоматическое включение резервного питания или оборудования (АВР).
Наряду с ними применяются автоматические устройства для выделения поврежденного участка секционированной линии и для ограничения радиуса действия АВР (делительная автоматика, например, ДМЗ) и автоматические устройства для изменения настройки релейной защиты при изменении режима питания сети 10 кВ (например, УПЗС, см. выше).
Автоматическое повторное включение линий.
Устройствами АПВ должны оборудоваться все воздушные и смешанные (кабельно-воздушные) линии всех типов напряжением выше 1000 В для быстрого восстановления питания потребителей путем автоматического включения выключателей, отключенных устройствами релейной защиты [2]. АПВ особенно важно на подстанциях без постоянного дежурства оперативного персонала, на пунктах секционирования и т. п. Отказ от применения АПВ должен быть в каждом отдельном случае обоснован.
Для линий 10 кВ применяются устройства АПВ однократного и двукратного действия, последние рекомендуется устанавливать на линиях, не имеющих резервирования сети (рис. 1, 2). Опыт применения двукратных АПВ невелик, но в некоторых энергосистемах подсчитано, что при втором цикле АПВ происходит 10—15% успешных включений, т. е. таких, когда линия остается в работе. Вместе с многолетними показателями успешных действий АПВ первого цикла для линий 6 и 10 кВ (40—50%) процент успешных действий устройств двукратных АПВ оказывается весьма внушительным: 50—60%, т. е. число аварийных отключений с помощью АПВ сокращается не менее чем в два раза. Для повышения эффективности АПВ выдержка времени на включение отключившегося выключателя должна быть не менее 2 с для первого цикла и не менее 15—20 с для второго цикла.
Устройство АПВ однократного действия на подстанциях с переменным оперативным током.
Схема АПВ однократного действия (рис. 23) наиболее часто применяется в сельских сетях 110 кВ, где большинство выключателей имеет пружинный привод (например, типа ПП-61, ПП-67, встроенный привод выключателя ВМПП-10). Такие приводы перед операцией включения должны быть подготовлены устройством завода пружин привода (AMP).
Для удобства рассмотрения работы схемы (рис. 23) на ней показаны привод выключателя в положении готовности (пружины заведены, контакт готовности привода КГП1 замкнут), а выключатель во включенном положении: замкнут специальный вспомогательный контакт привода ВКА (прежнее название БКА).
Рис. 23. Схема устройства АПВ однократного действия на подстанциях с переменным оперативным током (для выключателей 10 и 6 кВ с пружинным приводом)
Контакт В К А размыкается только при оперативном отключении выключателя ключом или кнопкой управления или контактом телеуправления, но при отключении выключателя релейной защитой остается замкнутым.
При отключении выключателя релейной защитой создается несоответствие положения привода (ВКА замкнут) и выключателя (замкнулся вспомогательный контакт выключателя ВКВ2), при котором запускается реле времени РВ схемы устройства АПВ. Через заданное время 2—5 с замыкается импульсный контакт этого реле в цепи электромагнита включения ЭВ. К этому времени все остальные контакты в цепи ЭВ уже замкнуты: ВКА, КГП1 и ВКВЗ, замкнувшийся одновременно с ВКВ2 при отключении выключателя. При срабатывании ЭВ освобождает механизм зацепления, удерживающий пружины привода в заведенном состоянии, и выключатель включается за счет энергии, запасенной в предварительно натянутых пружинах. Одновременно в цепи ЭВ срабатывает счетчик Сч (или сигнальное реле), фиксируя факт действия схемы АПВ. Замыкается также контакт КГП2, который запускает устройство AMP — автоматический моторный редуктор, состоящий из электродвигателя типа МУН и редуктора и предназначенный для натяжения пружин привода. Процесс натяжения пружин заканчивается через 10—20 с, после чего контакт КГП2 размыкается и отключает AMP, а контакт КГП1 замыкается и подготавливает устройство АПВ к новому действию.
В рассмотренной схеме выполнены все требований, предъявляемые к устройствам АПВ: запуск схемы происходит только при отключении выключателя релейной защитой; устройство не сработает при оперативном включении выключателя на короткое замыкание (ошибочно оставленную на линии закоротку), поскольку при отключенном положении выключателя пружины не заведены и на их завод при включенном положении выключателя требуется значительное время; действие АПВ происходит с заранее выбранной выдержкой времени срабатывания реле РВ\ устройство имеет автоматический возврат, т. е. через заданное время после успешного АПВ схема автоматически подготавливается к действию; в схеме исключена возможность многократного включения выключателя на устойчивое к. з., так как при отключенном положении выключателя привод не заводится и контакт КГП1 не замыкается [2, 5].
Очень полезным является счетчик срабатываний, позволяющий точно учитывать все успешные АПВ, которые на подстанциях без постоянного дежурства при отсутствии счетчиков остаются незафиксированными. Наряду с достоинством отмечаются и недостатки устройства (рис. 23): осуществление только однократного АПВ, большие трудозатраты при наладке и обслуживании, дефицит некоторых элементов схемы (реле, электродвигатель), невозможность ее использования с некоторыми новыми приводами [4].
Устройства АПВ двукратного действия на подстанциях с переменным оперативным током.
Институтом «Сельэнергопроект» разработано и используется в типовых проектах устройство АПВ-2П, которое пригодно для выполнения двукратного АПВ на выключателях 10 кВ с приводами любых типов. Полупроводниковое устройство АПВ-2П состоит из двух реле времени: первого цикла со шкалой от 1 до 5,5 с и второго цикла с уставками от 4 до 40 с. Время подготовки к АПВ составляет не менее 20 с после включения выключателя. Устройство отвечает всем требованиям, предъявляемым к устройствам АПВ (см. выше). Схема устройства АПВ-2П приведена в работе [4]. Отмечается, что устройство АПВ-2П весьма просто монтируется в шкафу КРУ любого типа, для ввода его в работу необходимо минимальное число вспомогательных контактов выключателя. Известны и применяются также и другие устройства двукратного АПВ линии 10 кВ [6].
Устройства АПВ на выключателях с электромагнитными приводами на подстанциях с постоянным или выпрямленным оперативным током.
На линиях 10 кВ, отходящих от подстанций 1110/10 кВ, где имеется постоянный (от аккумуляторной батареи) или выпрямленный (от выпрямительных блоков питания) оперативный ток, устройства АПВ выполняются с помощью специальных реле типа РПВ-58 (однократного действия) и РПВ-258 (двукратного действия) [6, 8].
В предварительной информации завода-изготовителя приведены схемы выполнения устройств АПВ с помощью полупроводниковых реле РПВ-01 и РПВ-02. Схема подключения реле РПВ-01 с некоторыми сокращениями показана на рис. 24, где положение контактов реле схемы управления выключателем (РПО, РПВ, РПФ) соответствует включенному положению выключателя. При отключении выключателя релейной защитой замыкается замыкающий контакт реле РПО, но не размыкается размыкающий контакт реле РПФ1, который замкнулся при включении выключателя оперативным персоналом. На зажим 5 реле РПВ-01 подается «минус», запускается полупроводниковая схема отсчета времени, и через заданное время на зажим 17 подается «плюс» оперативного тока, т. е. команда на включение выключателя.
При отключенном положении выключателя устройство АПВ не готово к действию для предотвращения АПВ при включении выключателя на короткое замыкание (см. выше). Разрешение подготовки устройства к действию дается при включении выключателя и замыкании контакта реле РПВ, через который подается «минус» на зажим 7 реле РПВ-01. Время готовности может устанавливаться равным 15 или 30 с при выдержке времени АПВ от 0,5 до 5 с или равным 30 или 60 с при выдержке времени АПВ от 1 до 10 с.
Рис. 24. Схема включения полупроводникового устройства АПВ типа РПВ-01
рпо — контакт реле положения «Отключено» (замыкается при отключении выключателя); рпв — контакт реле положения «Включено» (замыкается при включении выключателя); РПФ1, РПФ2 — контакты реле фиксации команд (1 — замыкается при включении выключателя; 2 — при отключении выключателя ключом управления)
Предусмотрена возможность запрета действия АПВ путем подачи управляющего сигнала («плюса») на зажим 11. Например, можно запрещать АПВ при отключении выключателя оперативным персоналом (на рис. 24 для этой цели используется контакт реле фиксации команд РПФ2, замыкающийся при отключении выключателя ключом управления). Запрет АПВ линии может производиться при действии защиты шин питающей подстанции для того, чтобы предотвратить подачу напряжения на поврежденные шины от резервного источника питания сети 110 кВ в результате действия сетевого устройства АВР, а также при отключении выключателя линии от делительной защиты минимального напряжения ДМЗ и защиты от однофазных замыканий на землю (§ 4).
В реле РПВ-02 цепи запрета выполнены раздельно для первого и второго циклов АПВ, поскольку иногда требуется запрещать только второе АПВ, например при использовании на последовательно включенных линиях АПВ с разной кратностью действия для исправления неселективных действий защиты или при однофазном замыкании на землю после АПВ первого цикла [2, 6]. В реле РПВ-02 выдержка времени АПВ первого цикла может ступенчато регулироваться в пределах от 0,5 до 5 с или от 1 до 10 с, второго цикла АПВ — от 5 до 50 с или от 10 до 100 с. Время готовности может устанавливаться 30 или 60 с, 60 или 120 с.
Взаимодействие устройств AIIB и релейной защиты.
Для сетей, состоящих из последовательно включенных участков с собственными выключателями и релейной защитой, «Правила» [2] предусматривают следующие виды взаимодействия АПВ и релейной защиты: ускорение защиты после АПВ; ускорение защиты до АПВ; использование АПВ разной кратности. Эти мероприятия предназначены для ускорения отключения к. з. и повышения эффективности АПВ, а также для обеспечения селективных отключений поврежденных участков в тех случаях, когда релейная защита на соседних участках не может иметь полноценных ступеней селективности.
Ускорение защиты после АПВ выполняется путем использования импульсного контакта реле времени в схеме максимальной токовой защиты или путем кратковременного ввода в работу дополнительного комплекта максимальной токовой защиты. Например, в сети 10 кВ, состоящей из трех участков (рис. 25,а), защиты 1, 2, 3 из-за близких по значению выдержек времени срабатывают одновременно при к. з. в точке К, причем для защит 1 и 2 эти действия являются неселективными.
Рис. 25. Схемы сетей 10 кВ, для которых целесообразно выполнять ускорение защиты после АПВ (а) и до АПВ (б)
Первым имеет возможность сработать устройство АПВ на выключателе 1, поскольку со стороны шин 10 кВ подстанции А имеется напряжение. При включении выключателя от устройства АПВ на небольшой период времени (около 1 с) ускоряется действие защиты 1 до 0,2 с (вместо 0,8 с). Если бы к. з. произошло на участке 1—2, то выключатель 1 был бы быстро отключен этой ускоренной защитой. Но при к. з. в точке К за отключившимися выключателями 2 и 3 защита 1 не работает и через 1 с ее время срабатывания вновь становится равным 0,8 с. После успешного включения выключателя 1 появляется напряжение на схеме АПВ выключателя 2. Через несколько секунд устройство АПВ срабатывает, включается выключатель 2 и одновременно вводится .ускорение защиты 2 до 0,2 с. Но защита 2, так же как и защита 1, не срабатывает вследствие того, что к. з. произошло в точке К. Если бы к. з. было на участке 2—3, защита 2 по цепи ускорения сработала бы быстрее, чем защита 1, причем ступень селективности была бы достаточной: 0,6 с. После успешного включения выключателя 2 появляется напряжение на схеме АПВ выключателя 3. Через несколько секунд устройство АПВ срабатывает, включается выключатель 3, одновременно вводится цепь ускорения защиты 3 до 0,2 с и выключатель 3 отключается, причем намного раньше, чем могла бы подействовать защита 2, у которой к этому времени уже выведена из действия ускоренная ступень 0,2 с и введена постоянная уставка по времени 0,7 с (рис. 25,а). Ускорение защиты на постоянном оперативном токе выполняется просто и предусматривается в типовых проектных схемах [6]. Для ускорения защиты на переменном оперативном токе при использовании реле РТ-80, РТВ, РТМ требуется дополнительная аппаратура, поэтому такие схемы применяются редко.
Ускорение защиты до АПВ. Это мероприятие позволяет ускорять отключение к. з. в сети, состоящей из нескольких последовательно включенных участков или облегчать работу нескольких выключателей за счет одного, более мощного и надежного. На выключателе / (рис. 25,6) постоянно введена ускоренная защита с выдержкой времени 0,2 с. При к. з. в любой точке сети, например в точке К, эта защита отключает выключатель 1 до того, как сработают зашиты 2 и 3. При срабатывании устройства АПВ на включение выключателя 1 эта ускоренная защита выводится из действия на время, необходимое для селективного отключения ближайшего к месту к. з. выключателя 3. Схема на постоянном оперативном токе выполняется очень просто [б].
Использование АПВ разной кратности. При недостаточных ступенях селективности (рис. 25,а) для исправления неселективных отключений могут быть применены устройства АПВ с разной кратностью действия. Например, для схемы сети на рис. 25,я можно было бы выполнить: на выключателе 3 — однократное АПВ, на выключателе 2 — двукратное, на выключателе 1 — трехкратное, хотя устройства АПВ с кратностью более двух промышленностью не выпускаются. Исправление неселективных действий с помощью АПВ разной кратности используется довольно часто и на смежных участках и линиях, и на линиях с трансформаторами на ответвлениях. В последнем случае АПВ исправляет неселективное действие защиты линии 10 кВ при к. з. в трансформаторе, когда время плавления вставок предохранителей 10 кВ соизмеримо с временем срабатывания защиты линии.
