Устройства автоматики электрических станций и подстанций

Устройства автоматики электрических станций и подстанций

Методические указания для выполнения контрольной работы по курсу «Спец. вопросы автоматики электрических станций»

Дисц. «Спец. вопросы автоматики электрических станций»

Для спец. 100.100, з/о сокращенной формы обучения

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором

Ó Вятский государственный технический университет, 2001

Права на данное издание принадлежат Вятскому

государственному техническому университету

Первоначально устройства автоматики применялись в энергетике главным образом для выполнения функций защиты тех или иных элементов от действия сверхтоков, возникающих в момент повреждения. В последствии автоматические устройства, предназначенные для защиты элементов электрических систем при авариях и электромагнитных переходных процессов возникающих при этом, стали называться устройствами релейной защиты. В отличие от устройств релейной защиты, действие которых носит локальный характер и ограничивается, как правило, одним или несколькими присоединениями, системной автоматике присущ чаще всего глобальный характер действия и влияние на энергосистему с охватом большего числа присоединений и достаточно большого района энергосистемы. Действие устройств автоматики распространяется на контроль и регулирование режимных параметров энергосистемы, таких как уровни напряжения в заданных узлах, активные и реактивные мощности отдельных генераторов и синхронных компенсаторов, частота напряжения и других. Они применяются в тех случаях, когда требуется более высокая скорость реакции, чем у человека, а так же для выполнения задач по восстановлению параллельной работы электростанций и электроснабжения потребителей. Релейная защита и системная автоматика – два вида автоматического управления в энергосистемах, взаимосвязанных и взаимодополняющих друг друга. Устройства автоматики подразделяются на три основные группы:

– сетевая автоматика, к которой относятся автоматическое повторное включение и автоматический ввод резерва;

– автоматика нормального режима, является достаточно медленной автоматикой предназначенной в основном для помощи оперативному персоналу и не оказывающей значительного влияния на процессы при авариях, но действующая в послеаварийном режиме;

– противоаварийная автоматика, является быстродействующей и предназначена для работы в аварийных режимах.

В методических указаниях рассмотрены следующие виды устройств автоматики:

2. автоматический ввод резервного питания (АВР);

ОСОБЕННОСТИ СХЕМ АПВ НА ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ

Для нормальной работы воздушных выключателей необходимо поддерживать определенный уровень давления в резервуарах сжатого воздуха. Осуществление контроля уровня давления является особенностью для устройств АПВ, действующих на воздушные выключатели. Снижение давления ниже предельного уровня должно приводить к блокированию действия АПВ. Для современных воздушных выключателей на напряжение 110 –500 кВ типов ВВ и ВВН минимальные уровни давления составляют 2; 1,9; 1,6 МПа, а для выключателей типа ВНВ – 4 МПа. Контроль давления сжатого воздуха и блокировка цепей управления выключателем производятся с помощью электроконтактных манометров, настроенных на определенные уставки. Наиболее тяжелые условия работы создаются у выключателя в цикле неуспешного АПВ, когда выключатель сначала отключается, затем включается на не устранившееся КЗ и снова отключается действием релейной защиты. При каждой коммутации выключателем расходуется определенное количество воздуха, что сопровождается снижением давления. После каждого отключения выключателя возникают значительные колебания давления в резервуарах и готовность выключателя к следующим действиям восстанавливается через» 1 с. При этом контакты манометра вибрируют, что может привести к отказу АПВ или к его неверной работе. Для предотвращения ложного действия АПВ в этом случае используется нормально замкнутый контакт промежуточного реле с выдержкой времени на размыкание. Этот контакт находится в цепи обмотки реле, размыкающийся контакт которого находится в цепи пуска АПВ.

Несинхронное АПВ – наиболее простое устройство, допускающее включение разделившихся частей энергосистемы независимо от разности частот и напряжений. Схема АПВ выполняется без каких либо блокировок, но для предотвращения включения на устойчивое КЗ с обоих концов линии, а так же правильной работы РЗ при НАПВ, устройство АПВ с одного из концов линии выполняется с контролем наличия напряжения. При таком включении синхронные машины и трансформаторы подвергаются значительным электродинамическим усилиям, которые могут превышать предельно допустимые. На основании теоретических и экспериментальных исследований кратность периодической составляющей тока несинхронного включения

не должна превышать следующих значений:

а) для гидрогенераторов с успокоительными контурами и для турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток

б) для гидрогенераторов без успокоительных обмоток и для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток

г) для трансформаторов и автотрансформаторов

где

– сверхпереходное сопротивление генераторов и синхронных компенсаторов,

– напряжение короткого замыкания трансформатора (

– номинальный ток генератора, компенсатора, трансформатора (автотрансформатора).

Наибольшие значения электромагнитного момента при несинхронном включении в турбогенераторах возникают с углом включения d» ± 120°, а в гидрогенераторах с углом включения d» ± 135°. Для трансформаторов и автотрансформаторов допустимость НАПВ при угле d = 180° проверяется сравнением тока включения с предельно допустимым током трехфазного КЗ на выводах. Достоинствами НАПВ является простота и возможность использования на выключателях всех типов. В большинстве случаев после НАПВ ресинхронизация происходит успешно без асинхронного режима или после нескольких циклов асинхронного хода. Применение НАПВ на линиях, несинхронное включение которых приводит к длительному асинхронному ходу, нецелесообразно, так как может нарушить работу потребителей.

В распределительных сетях находят широкое применение схемы АВР, обеспечивающие при срабатывании восстановление питания нескольких подстанций сети, —

так называемые сетевые АВР. Схема такого АВР приведена на рисунке 11. Устройство двустороннего действия обеспечивает восстановление питания участков сети, рас-

Рисунок 11 – Схема сетевого АВР: а) схема сети; б) цепи напряжения и оперативного тока

положенных слева и справа от подстанции В, в случае нарушения питания от подстанций А и Б соответственно. Пуск схемы АВР осуществляется контактами реле напряжения KV1 или KV2, подключенных к трансформаторам напряжения TV1 и TV2 соответственно. В цепи обмотки реле времени КТ1 пускового органа АВР включены замыкающие вспомогательные контакты автоматических выключателей SSF1 и SSF2, благодаря чему предотвращается ложное срабатывание пускового органа в случае неисправности цепей напряжения, а также замыкающие контакты KV3.1 и KV4.1 реле напряжения, контролирующих наличие напряжения со стороны резервного источника. В схеме пускового органа схемы АВР предусмотрено второе реле времени КТ2 для возможности осуществления двух различных уставок по времени в случае отключения источников питания от подстанций А к Б. Однократность действий рассматриваемой схемы АВР обеспечивается двухпозиционным реле переменного тока KQ типа РП-9. В нормальном режиме замкнуты контакты реле KQ.1 и подготовлена цепь обмотки выходного промежуточного реле KL. После срабатывания этого реле, подающего команду на включение Q1, и замыкания контактов реле положения «Включено» KQC.1, фиксирующего завершение процесса включения Q1, реле KQ срабатывает и переключает свои контакты, размыкая KQ.1 в цепи обмотки KL. Возврат реле KQ и подготовка схемы АВР к новому действию осуществляются нажатием кнопки SB. Действие сетевого АВР согласуется с АПВ линий, что обеспечивает наибольшую эффективность действия автоматики.

1. Выдержка времени срабатывания реле, обеспечивающего однократность действия АВР (от момента снятия напряжения с его обмотки до размыкания контакта), должна с некоторым запасом превышать время включения выключателя резервного источника питания:

где

– время включения выключателя резервного источника питания;

2. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения при выполнении пускового органа (рисунок 8а) выбирается так, чтобы оно срабатывал только при полном исчезновении напряжения и не приходил в действие при понижениях напряжения, вызванных КЗ или самозапуском электродвигателей. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения можно определить

где

– наименьшее расчетное значение остаточного напряжения при КЗ;

– наименьшее напряжение при самозапуске электродвигателей;

– коэффициент надежности, принимаемый 1,25;

– коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Для определения наименьшего остаточного напряжения производятся расчеты при трехфазных КЗ за реакторами и трансформаторами (точки K2, K4, K6 на рисунке 12) и расчет самозапуска электродвигателей. Принимается меньшее значение напряжения срабатывания из полученных.

Рисунок12 – Расчетная схема к выбору уставок пусковых органов АВР

Как правило, обоим условиям удовлетворяет напряжение срабатывания, равное

где

– номинальное напряжение электроустановки;

– коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

В пусковых органах минимального напряжения применяются термически стойкие реле РН-53/60Д, имеющие уставки срабатывания 15 – 60 В и допускающие длительное включение на напряжение на напряжение 110 и 220 В.

Используемые в пусковых органах реле времени переменного тока ЭВ-215 – ЭВ-245, с

не имеют возможности регулирования их напряжения срабатывания, поэтому подбирать реле, удовлетворяющие условию (3.4). В пусковых органах минимального напряжения можно использовать любые реле времени типов ЭВ-215К — ЭВ-245К, так как по паспортным данным их напряжение срабатывания

Выдержка времени пускового органа минимального напряжения должна быть на ступень селективности больше выдержек времени защит, в зоне действия которых остаточное напряжение при КЗ оказывается ниже напряжения срабатывания минимального реле напряжения или реле времени. Расчетными точками при этом нужно принимать K1, K3, K5 (рисунок 12).

Выдержка времени пускового органа минимального напряжения может быть определена:

где

– соответственно, наибольшие выдержки времени защиты присоединений, отходящих от шин высшего и низшего напряжений подстанции;

– ступень селективности, равная

с.

3. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения пускового органа минимального тока и напряжения выбирается по формулам (3.2 – 3.4). Отстраиваться нужно только от КЗ в точке K2, так как при КЗ в точках K4, K6 через трансформатор проходит большой ток КЗ и реле KA (рисунок 8г) удерживает контакт разомкнутым.

Ток срабатывания реле минимального тока должен быть меньше минимального тока нагрузки

где

– минимальный ток нагрузки трансформатора;

– коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5;

– коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока.

Выдержка времени выбирается по (3.5) для согласования с защитой, действующей на отключение при КЗ в точке K1. Согласование с временем срабатывания защит присоединений шин низшего напряжения не требуется.

4. Напряжение срабатывания реле контроля наличия напряжения на резервном источнике питания определяется по условию отстройки от минимального рабочего напряжения

где

– минимальное рабочее напряжение;

– коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2;

– коэффициент возврата реле.

5. Уставки срабатывания реле понижения частоты, используемых в пусковых органах АВР (рисунок 8д), выбираются на уровне 48 Гц. Еще одно реле понижения частоты может блокировать действие устройства АВР при общесистемном понижении частоты. Размыкающий контакт промежуточного реле, обмотка которого получает питание при его срабатывании, включается последовательно с KA.1. Его уставка по частоте должна быть выше частоты срабатывания устройства АЧР.

На рисунке 15а приведена схема совмещенных АЧР I и АЧР II. Действие АЧР осуществляется с помощью реле частоты KF1 промежуточного реле KL1 и выходного реле KL2. Устройство АЧР II выполняется с помощью реле частоты KF2 и реле времени KT1. Сигнализация срабатывания АЧР I и АЧР II выполняется с помощью указательных реле KH1 и KH2 соответственно. При выполнении АЧР только одного вида (АЧР I или АЧР II) соответствующая часть реле исключается из схемы.

С целью экономии реле частоты во многих случаях для осуществления совмещенного АЧР используются специальные схемы, в которых предусматривается переключение уставки одного реле частоты. Одна из таких схем приведена на рисунке 15б. В схеме АЧР используется одно реле частоты KF типа РЧ-1, на измерительных элементах которого настроены уставки, соответствующие АЧР I и АЧР II. В нормальном режиме до срабатывания KF замкнут контакт KL2.1 двухпозиционного реле типа РП8, чем обеспечивается готовность к действию обоих измерительных элементов реле, настроенных на уставки АЧР I и АЧР II.

При снижении частоты до уставки АЧР II замкнется контакт KF1 и реле KL1 контактом KL1.1 подаст плюс на верхнюю обмотку реле KL2,которое, переключив свои контакты, выведет из действия измерительный элемент с уставкой АЧР II. Если частота понизится до уставки АЧР I, контакт KF1 при этом не разомкнется или, разомкнувшись кратковременно, замкнется вновь, после чего с небольшим замедлением сработает промежуточное реле KL3 и контактом KL3.1 подаст импульс через указательное реле КН1 на выходное промежуточное реле KL5.

Если частота не снизится до уставки АЧР I, схема будет продолжать работать. Реле времени KT1, сработав при замыкании контакта KL2.3,будет самоудерживаться через свой мгновенный замыкающий контакт KT1.1. Спустя выдержку времени, установленную на проскальзывающем контакте KT1.2, будет подан плюс на нижнюю обмотку реле KL2, и оно переключит свои контакты, вновь вводя в действие измерительный элемент с уставкой АЧР II. В течение всего времени, пока не замкнется проскальзывающий контакт КТ1.2, схема будет готова к действию на отключение без выдержки времени в случае снижения частоты до уставки АЧР I. После замыкания проскальзывающего контакта KT1.2 и переключения контактов реле KL2 цепь отключения от АЧР I будет выведена и в работе останется только АЧР II. После переключения KL2 сработают вновь KF (если частота в энергосистеме будет ниже уставки срабатывания АЧР II) и реле KL1 и запустится реле времени KT2, которое, доработав, через указательное реле KH2 подаст плюс на выходное реле схемы KL5. Промежуточное реле KL4, обмотка которого включена параллельно обмотке KT1, будет держать своим контактом KL4.1 разомкнутой цепь верхней обмотки реле KL2, предотвращая его повторное срабатывание.

Возврат схемы в исходное положение осуществляется после срабатывания выходного реле KL5, которое разомкнет контакт KL5.1 в цепи обмоток реле KT1 и KL4. Если схема не подействует на отключение вследствие восстановления частоты в энергосистеме выше уставки АЧР II и возврата реле KF, возврат схемы будет осуществлен шунтированием обмотки KT1 по цепи: упорный контакт KT1.3 — размыкающий контакт KL1.3 — размыкающий контакт KL2.4. Выдержка времени АЧРII в рассматриваемой схеме определяется суммой выдержек времени, установленных на КТ2 и на проскальзывающем контакте КТ1.2.

На рисунке 15в приведена схема одной очереди АЧР с ЧАПВ. В этой схеме используется одно реле частоты, уставка срабатывания которого автоматически переключается. При снижении частоты до уставки срабатывания соответствующей очереди АЧР сработает реле частоты KF и запустит реле времени KT1. После того как замкнется контакт реле времени KT1.1, сработают промежуточные реле KL1 и KL2 и отключат группу потребителей. Одновременно замыкающий контакт KL1.2 введет в работу измерительный элемент реле частоты типа РЧ-1 с уставкой, соответствующей уставке ЧАПВ. Теперь после ввода в работу указанного измерительного элемента контакт реле частоты разомкнется лишь после того, как частота в энергосистеме восстановится до значения новой уставки, равного 49,5—50 Гц. Реле KL1 при срабатывании замыкает также своим контактом KL1.2 цепь обмотки промежуточного реле KL3, которое срабатывает и самоудерживается. После восстановления частоты в энергосистеме реле KF и KT1 разомкнут свои контакты. При этом реле KL1 возвратится и замкнет контакт KL1.3 в цепи обмотки реле времени KT2. Поскольку контакт KL3.2 уже замкнут, реле KT2 начинает работать, и, спустя выдержку времени, установленную на проскальзывающем контакте KT2.2, замкнет цепь обмотки промежуточного реле KL4. Реле KL4 самоудерживается через свой замыкающий контакт KL4.1 и подает импульсы на включение выключателей потребителей, отключавшихся действием АЧР. Возврат схемы осуществляется после замыкания упорного контакта реле времени KT2.3, выдержка времени на котором отличается от выдержки времени на проскальзывающем контакте KT2.2 примерно на 1 с. После замыкания упорного контакта KL3.2 реле KL3 возвратится и разомкнет контактом KL3.2 цепь обмотки реле времени KT2. Указательные реле KH1 и KH2, установленные в рассматриваемой схеме, предназначены для сигнализации срабатывания АЧР и ЧАПВ. С помощью накладки SX1 может быть полностью выведена из действия вся схема автоматики,

Рисунок 15 – Схемы: а) АЧРI и АЧРII с двумя реле частоты; б) АЧРI и АЧРII с одним реле частоты; в) АЧР с ЧАПВ

По схемам, приведенным на рисунках 15б и 15в, может быть выполнена также схема совмещенного АЧР с ЧАПВ. При этом на реле частоты должны быть выполнены три уставки по частоте, соответствующие АЧР I, АЧР II и ЧАПВ. На линиях, оснащенных устройствами электрического АПВ, последние могут быть использованы для осуществления ЧАПВ. При этом пуск АПВ должен осуществляться после восстановления частоты, соответствующей уставке ЧАПВ.

1. Барзам А.Б. Системная автоматика. М.: –Энергоатомиздат, 1989.

2. Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. и др. Автоматика электроэнергетических систем. – М.: Энергоиздат, 1981.

3. Беркович В.А. и др. Автоматика энергосистем. – М.: Энергоиздат, 1991.

4. Дроздов А.Д., Засыпкин А.С., Аллилуев А.А., Савин М.М. Автоматизация энергетических систем.– М.: Энергия, 1977.

5. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. – М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2000.

из протокола заседания методического совета ЭТФ

Слушали: Новикова А.В., доцента кафедры «Электрические станции» об издании методических указаний ст. преподавателя Н.В. Петрова «Устройства автоматики электрических станций и подстанций» для студентов сокращенной формы обучения специальности ЭС по дисциплине «Автоматика электрических станций и подстанций».

Постановили: рекомендовать методические указания Петрова Н.В. «Устройства автоматики электрических станций и подстанций» для студентов сокращенной формы обучения специальности ЭС к изданию в ВятГТУ тиражом 75 экземпляров.

Председатель методсовета ЭТФ А.В.Голговских

на методические указания по выполнению контрольных работ студентами сокращенной формы обучения специальности «Электрические станции»

Методические указания «Устройства автоматики электрических станций и подстанций» содержат достаточно полные сведения об устройствах автоматического повторного включения, автоматического ввода резерва и автоматической частотной разгрузки. Хорошо представлено взаимодействие этих устройств автоматики между собой, а также с устройствами релейной защиты. Подробно рассмотрено действие этих устройств при различных нарушениях нормального режима работы энергосистемы и электроснабжения потребителей. Методические указания содержат большое количество графического материала. Это позволяет в доступной форме проиллюстрировать принципы построения схем устройств автоматики.

Представленные методические указания могут быть рекомендованы для издания в ВятГТУ.

Устройства автоматики электрических станций и подстанций

Дисц. «Спец. вопросы автоматики электрических станций»

Для спец. 100.100, з/о сокращенной формы обучения

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором

Ó Вятский государственный технический университет, 2001

Права на данное издание принадлежат Вятскому

государственному техническому университету

– противоаварийная автоматика, является быстродействующей и предназначена для работы в аварийных режимах.

В методических указаниях рассмотрены следующие виды устройств автоматики:

2. автоматический ввод резервного питания (АВР);

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: