Лекция 8

Тема: «Автоматическое повторное включение АПВ»

Назначение, область применения и требования предъявляемые к устройствам автоматического повторного включения (АПВ)

Опыт эксплуатации сетей высокого напряжения показал, что если поврежденную линию электропередачи быстро отключить, т. е. снять с нее напряжение, то в большинстве случаев повреждение ликвидируется. При этом электрическая дуга, возникавшая в месте короткого замыкания (К3), не успевает вызвать существенных разрушений оборудования, препятствующих обратному включению линии под напряжение.

Самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивым и такие повреждения возникают в результате грозовых перекрытий изоляции, схлестывания проводов при ветре и сбрасывании гололеда, падения де- ревьев, надевания проводов движущимися механизмами.

Данные о повреждаемости воздушных линий электропередачи (ВЛ) за многолетний период эксплуатации показывают что доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет 50—90%.

При ликвидации аварии оперативный персонал производит обычно опробование линии путем включении ее под напряжение, так как отыскание места повреждения на линии электропередачи путем ее обхода требует длительного времени, а многие повреждения носят неустойчивый характер. Эту операцию называют повторным включением.

Если КЗ самоустранилось, то линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому повторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

На ВЛ успешность повторного включения сильно зависит от номинального напряжения линий. На линиях 110 кВ и выше успешность повторного включения значительно выше, чем на ВЛ 6—35 кВ. Высокий процент успешных повторных включений в сетях высокого и сверхвысокого напряжения объясняется быстродействием релейной защиты (как правило, не более 0, 1—0, 15 с), большим сечением проводов и расстояний между ними, высокой механической прочностью опор.

Реже на ВЛ возникают такие повреждения, как обрывы проволок, тросов или гирлянд изоляторов, падение или по ломка опор и т. д. В кабельных сетях повреждения обусловливаются как особенностями конструкции кабелей, так и причинами их повреждений — механическим разрушением кабелей при земляных и строительных работах. Такие повреждения не могут самоустраниться, поэтому их называют устойчивыми.

При устойчивом повреждении повторно включенная линия будет вновь отключена защитой. Поэтому повторные включения линий при устойчивых повреждениях называют неуспешными.

На подстанциях с постоянным оперативным персоналом или на телеуправляемых объектах повторное включение линий занимает несколько минут, а на подстанциях не телемеханизированных и без постоянного оперативного персонала 0, 5—1 ч и более. Поэтому для ускорения повторного включения линий и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются специальные устройства автоматического повторного в к л ю ч е н и я (АПВ). Время действия АПВ обычно не превышает нескольких секунд, поэтому устройства АПВ при успешном включении быстро подают напряжение потребителям. Экономическое значение внедрения АПВ весьма существенно, поскольку стоимость устройств ВЛ несоизмеримо мала по сравнению с тем экономическим эффектом, который они дают.

Эффективность действия АПВ определяется не только числом удачных повторных включений, но и количеством потребителей, у которых при этом не нарушается нормальная работа. Экономическую эффективность применения АПВ можно оценить стоимостью продукции, вырабатываемой предприятиями за то время, в течение которого при отсутствии АПВ линии, снабжающие эти предприятия электроэнергией, были бы отключены.

Наиболее эффективно применение АПВ на линиях с односторонним питанием, так как в этих случаях каждое успешное действие АПВ восстанавливает питание потребителей и предотвращает аварию.

В кольцевых сетях отключение одной из линий не при водят к перерыву питания потребителей. Однако и в этом случае применение АПВ целесообразно, так как ускоряет ликвидацию ненормального режима и восстановление нормальной схемы сети, при которой обеспечивается наиболее надежная и экономичная работа.

Согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ) применение АПВ обязательно на всех воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях напряжением выше 1 кВ.

Короткие замыкания часто бывают неустойчивыми не только на ВЛ, но и на сборных шинах подстанций. АПВ шин с номинальным напряжением 35 кВ к выше обычно бывает успешным, что связано с малым временем работы релейной защиты шин, большими расстояниями между проводами и повышенной механической прочностью конструкций шин. Автоматическое повторное включение шин имеет высокую эффективность, поскольку каждый случай успешного действия предотвращает аварийное отключение целой подстанции или ее части.

В трансформаторах большинство повреждений (коротких замыканий) носит устойчивый характер. И тем не менее устройствами АПВ оснащаются не только одиночно работающие трансформаторы мощностью 1000 кВ-А и более и трансформаторы меньшей мощности, питающие ответственную нагрузку

Устройства АПВ на трансформаторах выполняются так, чтобы их действие происходило только при отключении трансформатора резервной защитой, поскольку процент неустойчивых повреждений трансформаторов ничтожно мал. Резервные защиты трансформаторов действуют на их отключение в большинстве сбоем при отказах устройств защиты или выключателей, питающих от этих трансформаторов линий. При этом успешность действия АПВ трансформаторов так же высока, как и АПВ воздушных линий, н составляет 70—90%. При действии же защит от внутре-нних повреждений АПВ трансформатора, как правило, не производится

Автоматическое повторное включение весьма эффективно при ложных и неселективных действиях релейной защиты, при ошибочных действиях персонала, при нарушениях изоляции оперативных цепей, вызывающих самопроизвольное (без воздействия персонала, защиты и автоматики) отключение выключателей. Применение АПВ позволяет в ряде случаев применить упрощенные схемы релейной защиты и ускорить отключение К3.

В распределительных сетях широкое внедрение АПВ наряду с другими устройствами электроавтоматики, явилось одним из основных средств, позволивших отказаться на большинстве подстанций от постоянного дежурного персонала и перенести их на обслуживание оперативно-выезд- ными бригадами (ОВВ),

Применение АПВ в распределительных сетях позволило также широко использовать подстанции 35—110 кВ, выполненные без выключателей на стороне высшего напряжения. В этих случаях выключатели и АПВ устанавливаются только на питающих линиях со стороны головного участка сети.

Основные технические требования, предъявляемые к устройствам АПВ

Факторы, определяющие условия эксплуатации устройств АПВ в энергосистемах, обусловливают технические требования, предъявляемые к ним при разработке схем, выборе рабочих уставок и при наладке АПВ.

С точки зрения сохранения устойчивой работы электрической системы желательно иметь максимальное быстро действие АПВ. Однако быстродействие ограничивается опасностью повторного зажигания дуги после подачи напряжения; перерыв в подаче напряжения должен быть больше времени деионизации среды, в которой гасится дуга. Приходится учитывать и то обстоятельство, что условия работы выключателей в цикле АПВ тяжелее обычных. Особенно это относится к масляным выключателям, в которых масло, окружающее место разрыва контактов, при отключении КЗ разлагается и обугливается под действием дуги, теряя изоляционные свойства. Возможность работы в цикле АПВ воздушных выключателей определяется практически только количеством и давлением сжатого воздуха в резервуарах выключателя. -

На быстродействие АПВ влияют время готовности привода выключателя к работе на включение, а также время возврата в исходное положение реле защиты, действовав шей при коротком замыкании.

При выполнении устройств АПВ соблюдают еще ряд обязательных условий кроме указанных выше.

Повреждения, появившиеся на присоединениях, отключенных по режиму, н ремонт и т. п., практически всегда носят устойчивый характер. Автоматическое повторное включение в указанных ситуациях приводило бы к развитию повреждений оборудования, необходимости более частых ревизий выключателей. Поэтому при автоматическом отключении выключателя, последовавшем сразу же после его оперативного включения дежурным персоналом, пуск АПВ производиться не должен.

Многократные включения выключателя на КЗ могут привести к тяжелым повреждениям выключателя. Недопустимы многократные повторные включения на КЗ и по условиям устойчивости работы энергосистемы. Поэтому схемы АПВ не должны допускать возможности многократных включений на КЗ.

Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время схем АПВ, определяемое конкретными условиями их установки и эксплуатации, все они должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Устройства АПВ должны приводиться в действие во всех случаях автоматического, в том числе и самопроизвольного, отключения выключателя, за исключением случаев, когда это отключение произошло сразу же после его оперативного включения от ключа управления или по телеуправлению, для соблюдения этого условия схемы АПВ выполняются таким образом, что при отключенном положении выключателя устройство АПВ не готово к действию и готовность наступает спустя несколько секунд после включения выключателя.

2. Схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повторных включений, т. е. действовать с заданной кратностью. Однократные АПВ должны действовать 1 раз — после аварийного отключения выключателя (цикл О—В—О), двукратные АПВ—2 раза, после первого и повторного отключений (цикл О—В—О—В—О).

3. Автоматическое повторное включение должно происходить со специально установленной выдержкой времени, выбранной из такого расчета, чтобы обеспечить максимально быстрое восстановление нормального режима работы линии или электроустановки. С другой стороны, для повышения успешности АПВ в таких, например, случаях, когда вероятны повреждения от набросов и касаний проводов механизмами, выдержку времени специально увеличивают до нескольких секунд.

4. Устройство АПВ должно иметь автоматический возврат, т.е. после успешного действия схема должна автоматически (с некоторой выдержкой) возвратиться в состояние готовности к новому действию.

5. Длительность включающего импульсного устройства АПВ должна быть достаточной для надежного включения выключателя.

6. Схемы АПВ должны предусматривать возможность запрета действия АПВ при срабатывании некоторых устройств релейной защиты (например, газовой или дифференциальной защит трансформаторов, действующих при внутренних повреждениях), а также при действии ряда устройств противоаварийной автоматики (частотная раз грузка, автоматика отделения местных электростанций нор.).

Кроме выполнения указанных выше основных требований в устройствах АПВ должны быть предусмотрены цепи ускорения действия релейной защиты, а также переключающие устройства, обеспечивающие ввод устройств в работу и вывод их из работы оперативным персоналом.

Виды устройств АПВ

Классификация видов АПВ может быть выполнена по следующим признакам:

1. По числу видов (кратности действия) включения. В эксплуатации получили применение АПВ однократного действия и АПВ двукратного действия. Последние применяются обычно на тупиковых линиях и обеспечивают успешность при втором повторном включении порядка 10— 15%. Трехкратные АПВ не получили применения в энергосистемах, поскольку успешность третьего повторного включения составляет 1, 5—3%.

Однако в ряде случаев оперативному дежурному персоналу разрешается производить третье повторное включение одиночных тупиковых линий после неуспешного действия второго цикла АПВ (спустя 1—2 мин после возникновения КЗ).

2. По способу воздействия на привод выключателя. Различают м е х а н н ч е с к и е устройства АПВ, встроенные в пружинный или грузовой привод выключателя, и электрические устройства АПВ, осуществляющие воздейст- вие на электромагнит включения выключателя с выдержкой времени.

В конструкциях выпускавшихся ранее пружинных и грузовых приводов предусматривалось механическое устройство АПВ без выдержки времени, в оправдавшее себя с точки зрения надежности действия. Поэтому в выпускаемых в настоящее время пружин приводах устройства механического АПВ не предусматриваются, что обеспечило упрощение конструкций и повышение надежности действия приводов. Таким образом, на всех типах выключателей с любыми типами приводов вновь устанавливаются только электрические устройства АПВ.

3. По виду оборудования, на котором устанавливается АПВ По виду оборудования различаются: АПВ линий, АПВ шим, АПВ трансформаторов, АПВ электродвигателей (в том числе, нескольких двигателей одновременно—так па групповое АПВ).

4. По числу фаз выключателей, на которые воздействуют защита и АПВ. По числу фаз различают: трехфазные, включающие три фазы выключателя после их отключения релейной защитой; о д н о ф а з н ы е, включающие одну фазу выключателя, отключенную релейной защитой при однофазном КЗ; к о м б и н и р о в а н н ы е, осуществляющие при междуфазных повреждениях включение трех фаз или включение одной фазы при однофазных К3.

5. По способам контроля в цепях пуска АПВ. По способам контроля, определяемым условиями устойчивости параллельной работы генераторов и асинхронных двигателей энергосистем, а также условий допустимой кратности при несинхронном включении оборудования, устройства трехфазных АПВ классифицируются на следующие типы:

без проверки синхронизма и контроля напряжении (тока), когда нарушение сннхронизма исключено— простое (ТАПВ);

без проверки сннхронизма в условиях, когда расчетом подтверждена допустимость несинхронных включений — несихронное (НАПВ);

без проверки синхронизма при наличии быстродействующих выключателей и быстродействующей релейной защиты; в условиях, когда разделившиеся части энергосистемы не успевают перейти на несинхронную работу—быстродействующее (БАПВ);

с проверкой наличия напряжения на включаемом под нагрузку оборудовании, например линии —(АПВН);

с проверкой отсутствия напряжения на линии (АПВОН)— применяется, в частности, в распределительных сетях на линиях с выделенной нагрузкой;

с ожиданием синхронизма (АПВОС); с улавливанием синхронизма (АПВУС); в сочетании с самосинхронизацией генераторов и синхронных компенсаторов (АПВС);

б. По способам. сочетания АПВ с устройствами релейной защиты в различных видов автоматики. Под способами сочетания АПВ с устройствами релейной защиты понимаются:

ускорение действия релейной защиты при АПВ;

поочередное действие АПВ, - установленных на разных (обычно, последовательно включенных) линиях;

АПВ после АЧР;

использование неселективной отсечки в сочетании с АПВ для снижении токов КЗ;

сочетание АПВ с АВР;

АПВ в сочетании с действием автоматических секционирующих отделителей и ряд других способов взаимодействия АПВ с релейной защитой и другими автоматическими устройствами, повышающими надежность работы энергосистем.

7. По виду оперативного тока. На подстанциях с постоянным оперативным током энергия, необходимая для работы реле, входящих в схему АПВ, поступает от аккумуляторной батареи. В схемах на переменном оперативном токе в качестве источников энергии используются трансфор маторы собственных нужд (СН), трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН). Указанные отличия обусловливают особенности схем АПВ, конструктивных данных реле (в частности обмоточных), применение специальных блоков питания и др.

Длительный опыт эксплуатации устройств АПВ в энергосистемах позволил свести большое разнообразие схем и конструкций, применяют на начальных этапах внедрения, к ряду унифицированных решений, обеспечивают внедрение типового проектирования и промышленного выпуска унифицированных панелей АПВ, готовых к установке, наладке и включению в эксплуатацию.

Автоматическое повторное включение выключателей с пружинными приводами

В пружинных приводах энергия, необходимая для операции включения, запасается в предварительно натянутых пружинах. Натяжение пружин производится в ручную или посредством автоматического электродвигателя в заведенном состоянии: Выключается или включается за счет ротора.

Типовая схема электрического АПВ однократного действия для присоединений, оборудованных выключателем с пружинным приводом, приведена на рис. 1.

В положении готовности привода (пружины заведены) контакт готовности привода 8 замкнут. При включении выключателя замкнется специальный вспомогательный контакт привода 59А, который размыкается только при оперативном отключении выключателя ключом управления ЗА или контактом телеуправления (на рис. 1 не показан).

При отключении выключателя релейной защитой замыкаются вспомогательные контакты выключателя ЗС2С и С2К. При этом создается цепь несоответствия положения привода и выключателя, необходимая для пуска АПВ: шинка —а—оставшийся замкнутым контакт 5(обмотка реле времени КТ—замкнувшийся контакт 39К— шинка — в. Реле времени КТ срабатывает, и через заданное время замыкается временно замыкающий контакт КТ.1 в цепи электромагнита включения ТАС. К этому моменту в цепи электромагнита включения УАС все вспомогательные контакты: З 8 замкнуты, электромагнит включения УАС срабатывает и освобождает меха- низм зацепления, удерживающий пружины привода в энергии, запасенной в предварительно натянутых пружинах. Одновременно в цепи электромагнита включения ЧАС срабатывает счетчик РС, фиксируя факт срабатывания АПВ. Замыкается также контакт ЗС2М, за счет чего запускается автоматический электродвигательный редуктор АВМ, предназначенный для натяжения пружин привода. Процесс натяжения пружин заканчивается в течение 6—20 с, после завершения этого процесса размыкается вспомогательный контакт и отключается электродвигательный редуктор АВМ. Одновременно замыкается контакт ЗОУ, чем обеспечивается готовность схемы АПВ к новому действию.

Дистанционное отключение выключателя осуществляется по цепи: шинка —а — цепь 2—4 ключа — вспомогательный контакт ЗОТ—электромагнит отключения УАТ— шинка —в.

Представленный на рис. 1 вариант схемы обеспечивает натяжение пружин и возврат привода в состояние готовности и при неуспешном АПВ для предотвращения многократного включения выключателя на устойчивое КЗ необходимо, чтобы к моменту возврата схемы АПВ в положение готовности после первого цикла успела сработать релейная защита, а также успел замкнуться и разомкнуться временно замыкающий контакт реле времени КТ.1. Поэтому время возврата схемы в положение готовности 1, соответствующее времени натяжения пружин (или подъема груза), должно быть рассчитано по следующему условию:

,

где — наибольшее время срабатывания защиты, действующей на этот выключатель; — время замыкания контакта КТ.1 в схеме АПВ, т. е. выдержка времени АПВ; - учитывает неточность определения времени натяжения пружин, ошибки реле времени, а также время замкнутого состояния временно замыкающего контакта КТО1. Последнее должно быть не менее 0, 5 с, чтобы размыкание цепи электромагнита включения YАС при включении выключателя было выполнено сравнительно более мощным вспомогательным контактом до момента размыкания временно замыкающего контакта реле времени КТ. Для этого рекомендуется применение реле со шкалой до 9 или 20 с соответственно.

Рис. 1. Схема однократного АПВ для выключателей с пружинным при- водом (положение контактов схемы соответствует включенному положению включателя)

В сетях 6—10 кВ обычно принимают уставку по времени максимальных защит не более 2 с, уставку АПВ первого цикла—не менее 2 с. Тогда по (1) получается 4 с. Это практически всегда выполняется. Поэтому однократность работы схемы АПВ (рис. 1) при включении на устойчивое КЗ выполняется.

Рис. 2. Схема двукратного АГIВ для выключателей с пружинным

при водом

Одним из достоинств показанного на рис. 1 варианта схем является автоматический возврат привода в состояние готовности как при успешном, так и при неуспешном АПВ, Указанное достоинство не требует выполнения перс налом операций по заводу пружин (вручную или посредством АПВ) и ввода в действие АПВ после включения отремонтированной линии.

Устройство АПП двукратного действия позволяет, как указывалось, повысить число успешных повторных включений. На рис. 2 показан вариант у схемы двукратного АПВ для присоединений с выключателями обо- рудованными пружинными приводами. Данная схема обеспечивает включение выключателя в первом цикле без выдержки времени, во втором цикле—с выдержкой времени, определяемой упорным контактом реле времени КТ

При включенном выключателе, когда замкнуты вспомогательные контакты выключателя ЗОА и готовность привода 3СУ2, двухпозиционное реле КЕ срабатывает под действием обмотки 1 и замыкает контакты КЕ1 в цепи обмотки реле времени КТ и КЕЗ в цепи электромагнита включения УАС.

При аварийном отключении выключатели замкнется его вспомогательный контакт 5QА2, подавая через указательное реле КНI и вспомогательный контакт SQА, который остается замкнутым при отключении выключателя защитой, импульс на электромагнит включения YАС.

Если первый цикл АПВ будет успешным, работа схемы прекратится. В случае же неуспешного АПВ и вторичного отключения выключателя контакт 3 вновь запустит реле времени, обмотка которого кратковременно обесточи- валась при включении выключателя. Реле времени по истечении заданной выдержки времени замыкает временно замыкающим контактом КТ.2 цепь обмотки 2 двухпозиционного реле КL. Последнее переключит свои контакты, размыкая контакт КL1 и цепь первого цикла АПВ (контакт КLЗ) замыкая цепь второго цикла АПВ (контакт КL.2). При размыкании контакта КL.1 реле времени удерживается через контакт КТ.1.

Второе повторное включение выключателя произойдет после замыкания контакта реле времени КТ.З. если к этому времени будет натянута пружина и замкнут ее контакт SQY1. Если же к моменту замыкания контакта КТ.3 пружина еще не будет натянута, импульс на включение будет подан с дополнительным замедлением после того, как замкнется контакт SQY1.

В случае если второй цикл АПВ будет также неуспешным, работа схемы прекратится и она останется заблокированной (контакты КЕ.L1 и КL.3 разомкнуты, обмотка реле времени обесточена).

Схема вернется в исходное положение после повторного включения выключателя, когда замкнется его вспомогательный контакт SQА1 в цепи обмотки 1 двухпозиционного реле, которое, переключив свои контакты в положение, указанное на рис. 2, подготовит цепь обмотки реле времени и электромагнита включения.

В случае успешного включения выключателя во втором цикле устройство АПВ будет подготовлено к новому действию сразу же после натяжения пружин и замыкания контактов SQY1 и SQY2. Для предотвращения действия АПВ в случае отключения выключателя ключом управления SA одним из контактов этого ключа подается плюс на обмотку 2 реле КL, которое, срабатывая, размыкает контакты КL1.1 и КLЗ. Поскольку при подаче импульса на включение выключателя контакт SQY2 в цепи обмотки 1 реле КL разомкнется и будет замкнут вновь лишь после натяжения пружины, АПВ не может подействовать при оперативном включении выключателя на КL.

Время действия АПВ во втором цикле может осуществляться с замедлением до 20 с, но не меньше времени подготовки привода к повторному включению, т. е. 6—15 с.

В связи с высокой эффективностью двукратных АПВ число успешных действий повышается по сравнению с однократными АПВ на 15—20%.