4. Оперативный ток на трансформаторных подстанциях
Оперативным называется ток, обеспечивающий работу логической (в ряде случаев и измерительной) части релейной защиты, ее исполнительного и сигнального органов, а также электромагнитов управления коммутационных аппаратов (рис.4-3,б). Очевидно, что надежное функционирование устройства релейной защиты в целом во многом определяется надежностью источников питания и схемы оперативного тока.
Источники оперативного тока должны всегда, в любых аварийных режимах обеспечивать такие значения напряжения и мощности, которые гарантируют надежное действие защиты и электромагнитов управления коммутационных аппаратов.
На подстанциях распределительных сетей могут применяться следующие виды оперативного тока и их источники: постоянный — аккумуляторные батареи; переменный — измерительные трансформаторы тока ТТ и трансформаторы напряжения 77/, а также трансформаторы собственных нужд ТСН;
выпрямленный — блоки питания (токовые БПТ и напряжения БПН) и другие выпрямительные устройства;
ток разряда конденсаторов — предварительно заряженные конденсаторы, собранные в блоки БК, совместно с блоками для заряда конденсаторов УЗ или БПЗ.
Из всех перечисленных источников оперативного тока принципиально самым надежным является аккумуляторная батарея, так как она обеспечивает питание защитных устройств с необходимыми значениями напряжения и мощности во время самых тяжелых аварийных режимов, когда на подстанции может полностью исчезнуть первичное напряжение. Аккумуляторная батарея по праву издавна считается автономным (независимым) источником оперативного тока. Однако при массовом строительстве в нашей стране понижающих подстанций потребовалось бы очень много аккумуляторных батарей, которые стоят значительно дороже других источников оперативного тока, требуют специальных помещений, зарядных агрегатов, специалистов для обслуживания. Из опыта эксплуатации известно, что только при систематическом квалифицированном обслуживании аккумуляторная батарея является надежным источником оперативного тока. Поэтому в настоящее время на понижающих подстанциях 35—110 кВ распределительных сетей аккумуляторные батареи, как правило, не применяются, что соответствует указаниям [1]. Исключение могут составлять подстанции с тяжелыми масляными выключателями 110 кВ (например, типа МКП), которые требуют для включения мощный независимый источник постоянного оперативного тока.
Источники переменного оперативного тока — ТТ,ТН и ТСН — могут обеспечить надежное питание защитных устройств только в случае их совместного применения. При междуфазных к.з., сопровождающихся увеличением тока и глубоким снижением напряжения, очевидно, нельзя использовать в качестве источников оперативного тока ТН и ГС#, включенные на стороне НН или СН трансформаторной подстанции, но можно использовать ГГ, установленные для защиты трансформатора (рис. 4-5,а). Успешно применяется так называемая схема с дешунтированием ЭО (ЭВ)У в которой ГГ являются источниками оперативного тока для максимальных и. дифференциальных токовых защит, действующих при междуфазных к.з. Принцип работы и область применения этой схемы рассмотрены в § 4-5.
При других видах повреждения, например при витковом замыкании в обмотке трансформатора или уходе масла из-за неисправности бака трансформатора, а также при перегрузках напряжение на -подстанции не снижается, поэтому ТН и ТСН вполне могут быть использованы в качестве источников оперативного тока для газовой защиты, а также максимальной токовой защиты от сверхтоков, обусловленных перегрузкой.
По этому же принципу строится схема питания защитных устройств выпрямленным оперативным током (рис. 4-5,6). Токовый блок питания БПТ обеспечивает выпрямленное напряжение на общих шинках оперативного тока «+» и «—» при между- фазных коротких замыканиях, сопровождающихся большими токами через ТТ. Блок питания БПН включен на переменное напряжение трансформатора собственных нужд ТСН и обеспечивает выпрямленное напряжение на тех же шинках оперативного тока при таких повреждениях и ненормальных режимах, при которых напряжение на шинах НН подстанции сохраняется нормальным или близким к нормальному (витковые замыкания в трансформаторе, перегрузка, уход масла).
Рис. 4-5. Источники переменного (а) и выпрямленного (б) оперативного тока
ГСЯ —трансформатор собственных нужд; блоки предварительно
заряженных конденсаторов; УЗ — зарядное устройство; БЛ7\ БПН-блоки питания
Блок БПН обеспечивает выпрямленное напряжение также для операций оперативного включения и отключения коммутационных аппаратов.
От общих шинок выпрямленного оперативного тока получают питание все устройства релейной защиты, электромагнит отключения выключателя В, электромагнит включения короткозамыкателя КЗ. Схемы включения БПТ и БПН рассмотрены в § 4-7.
Однако на современных подстанциях распределительных сетей могут возникать такие аварийные режимы, во время которых на подстанции нет напряжения и не проходит ток к.з. И именно в таком режиме должна действовать специальная автоматика и должны отключаться выключатели или автоматические отделители. Наиболее характерным примером является действие автоматики отделителя ОД, через который понижающий трансформатор подключен к питающей линии (рис. 4-6). Автоматический отделитель АОД представляет собой обычный разъединитель с приводом и с несколько увеличенными расстояниями между полюсами, который не способен отключать токи к.з. и даже токи нагрузки трансформатора. Автоматический отделитель должен отключаться только во время бестоковой паузы, т. е. тогда, когда трансформатор находится без тока нагрузки и без напряжения.
Рис. 4-6. Структурная схема оперативного тока для питания цепей автоматики отключения отделителя ОД (АОД)
Рассмотрим работу автоматики АОД, обеспечивающей отключение отделителя ОД в бестоковую паузу (рис. 4-6). При к.з. в трансформаторе и действии его релейной защиты РЗТ включается короткозамыкатель КЗ. Источниками оперативного тока для этой операции могут служить трансформаторы тока ТТ (при действии дифференциальной или максимальной токовой защиты) или трансформатор ТСН (при действии газовой защиты). После включения КЗ действует защита питающей линии P3J1 и отключает выключатель В линии ВЛ-110 кВ, после чего на рассматриваемой подстанции полностью исчезает напряжение и ток до момента работы АПВ линии. Для того чтобы в этот промежуток времени, называемый бестоковой паузой, отключить отделитель, необходим независимый источник оперативного тока. Таким источником может быть, кроме аккумуляторной батареи, предварительно заряженный конденсатор БК (рис. 4-6). Накопленная в конденсаторе энергия сохраняется в течение достаточно длительного времени (минуты) после полного исчезновения напряжения на подстанции и прекращения заряда конденсатора зарядным устройством УЗ. Эта энергия используется для отключения ОД в бестоковую паузу.
Предварительно заряженные конденсаторы применяются в качестве независимого источника оперативного тока практически на всех упрощенных подстанциях, причем в ряде случаев не только для отключения ОД в бестоковую паузу, но также для обеспечения работы токовых защит трансформатора и включения КЗ, если схема с дешунтированием ЭО (ЭВ) не может быть использована (§ 4-5). Энергия предварительно заряженных конденсаторов широко используется и в схемах автоматики распределительных сетей [5]. Устройства для заряда конденсаторов рассмотрены в § 4-6.
Таким образом, на типовой упрощенной подстанции распределительных сетей 35—110 кВ используется несколько источников оперативного тока, взаимно дополняющих друг друга и обеспечивающих надежную работу защитных устройств и коммутационных аппаратов во всех возможных режимах,
