Как выполняются заводские подстанции - Приводы выключателей, оперативный ток

Коммутационная способность выключателей зависит от типа привода, от выполнения контактов и от времени действия релейной защиты. Чем меньше время действия защиты, тем больше коммутационная способность выключателей. Выключатели с контактами, покрытыми металлокерамикой, выдерживают большие токи, чем без металлокерамики.
В эксплуатации выявился ряд аварий с выключателями 6—10  кВ, которые явились следствием того, что их приводы не развивают необходимой скорости при включении. Особенно это относится к ручному приводу ПРБА, а также в известной степени и к пружинным приводам, в частности к приводу ППМ-10. Уже при выдержке времени защиты 0,5 сек отключающая способность выключателя ВМП-10 при применении привода ППМ уменьшается до 10—15 кс по сравнению с 20 кА по каталогу. Недостатки приводов ППМ-10 в основном объясняются недоработанностью их конструкции, а также тем, что технология их изготовления не обеспечивает необходимой точности обработки, сборки и регулировки на заводах-изготовителях. В связи с этим коммутационная способность выключателя ВМГ и ВМП с пружинными приводами была уменьшена. По этим причинам применение пружинных приводов резко ограничивается.
Пружинные приводы ПП-67—ПП-70 Рижского опытного завода Главлатвэнерго имеют лучшие характеристики, чем ППМ-10, особенно при наличии на линиях защит с выдержкой времени. Энергосистемы рекомендуют применение этих приводов, но их выпуск не обеспечивает потребности.
Наилучшим решением (в принципе) являются пружинные приводы, встроенные в выключатель (рис. 5), к изготовлению которых приступил Ровенский завод высоковольтной аппаратуры и предварительные испытания которых дали хорошие результаты.
Приводы ППМ-10 подвергаются модернизации й улучшению с учетом рекламаций и до полного освоения встроенных приводов будут еще некоторое время применяться в КРУ Запорожского трансформаторного завода.
Приводы типа ПРБА в последнее время почти не применяются, а в действующих установках заменяются на другие приводы. Это связано с тем, что особо тяжелые повреждения, сопровождаемые порой несчастными случаями с обслуживающим персоналом, возникали при включении этими приводами выключателя типа ВМГ- 133 на неустраненное короткое замыкание. Отключающая способность выключателей при этих приводах даже при мгновенном действии защиты составляет 10 кА, а при выдержке времени 0,5 сек — всего лишь 5 кА.
В связи с недостатками пружинных приводов значительно увеличилось применение электромагнитных приводов, в частности:
для электроустановок, питающих ответственные электроприемники I и II категорий с частыми (несколько раз в сутки) операциями выключателей (электропечи, электродвигатели и др.);
для особо ответственных электроустановок первой категории (например, насосные станции доменных цехов) независимо от частоты операций;
независимо от величины тока короткого замыкания при наличии аккумуляторной батареи в реконструируемых установках или при возможности использования аккумуляторной батареи, необходимой для других целей в новых установках.
В качестве источника оперативного тока можно применить:
трансформаторы тока защиты в схемах с реле прямого действия и с дешунтированием;
специальные трансформаторы оперативного тока, трансформаторы собственных нужд или же питание от сети низкого напряжения переменного тока, если принятая схема обеспечивает отключение при посадке напряжения при коротком замыкании, например конденсаторная схема и др.;
специальные комплектные блоки питания БПТ и БПН с использованием выпрямленного тока трансформаторов тока и напряжения, что позволяет практически применять защиты той же сложности, как и на постоянном оперативном токе, кроме защиты минимального напряжения двигателей. Для оперативных цепей защиты минимального напряжения электродвигателей в этих случаях применяются конденсаторы устройства с зарядным устройством типа УЗ-400А с кремниевыми диодами Д-226Б (рис. 7) вместо прежних УЗ-400 с меднозакисными выпрямителями.

Комплектные выпрямительные блоки для питания релейной защиты и автоматики на переменном оперативном токе применяются в тех случаях, когда более простые схемы (реле непосредственного действия, схемы с дешунтированием электромагнитов отключения) принципиально невозможны или приводят к более сложным решениям.
Блоки питания подразделяются на:
токовые—БПТ, включаемые на трансформаторы тока;
напряжения — БПН, включаемые на трансформаторы напряжения или на трансформаторы собственных нужд;
комбинированные (рис. 8), включаемые на трансформаторы тока и напряжения (или собственных нужд) таким образом, чтобы при всех видах короткого замыкания на выходе блоков обеспечивалось напряжение, достаточное для надежного действия реле и отключающих катушек выключателей.
Питание цепей защиты от замыкания на землю, от перегрузок, газовой защиты и цепей теплового контроля трансформаторов может быть произведено от трансформатора напряжения.
Допускается также питание цепей вышеупомянутых защит трансформатора от выводов низшего напряжения защищаемого трансформатора. Оперативные цепи при этом рекомендуется включать на междуфазное напряжение, чтобы отключающая катушка привода могла работать при разных режимах замыкания на землю. При отсутствии катушек на напряжение 380 в они могу, быть включены через автотрансформатор.
Аккумуляторные батареи для питания соленоидов включения выключателей теперь применяются сравнительно редко, например на крупных ГПП, больших преобразовательных подстанциях с тяжелыми выключателями. При этом предусматривается одна аккумуляторная батарея без элементного коммутатора, работающая в режиме постоянного подзаряда.

Рис. 8. Схема включения комбинированных блоков для сетей с малыми токами замыкания на землю.
а — схема включения с одним токовым блоком; б — виды коротких замыканий на стороне низшего напряжения трансформатора, при которых разность токов /А—/с равна нулю; я векторная диаграмма токов и напряжений на стороне первичных обмоток трансформатора со схемой соединения звезда—звезда с нулем при однофазном коротком замыкании на стороне низшего напряжения (сопротивление трансформатора принято равным нулю) и для трансформатора с соединением обмоток звезда треугольник при двухфазном коротком замыкании на стороне низшего напряжения; г — схема включения с двумя токовыми блоками.

Напряжение постоянного оперативного тока целесообразно принимать 220 в, особенно при удаленности объектов управления от источника оперативного тока, например на открытых подстанциях, в длинных машинных залах, а также в случае применения одной аккумуляторной батареи для двух и более подстанций и т. и. Для первоначальной формовки пластин аккумуляторов применяется, как правило, передвижное зарядное устройство.
Питание оперативных цепей на подстанциях 35 и 110  кВ с короткозамыкателями и отделителями в большинстве случаев также осуществляется на переменном токе. Постоянный оперативный ток применяется лишь в тех случаях, когда он требуется для тяжелых коммутационных аппаратов на вторичных напряжениях данной подстанции.
В реконструируемых электроустановках, имеющих аккумуляторные батареи, а также во вновь проектируемых установках электроснабжения, для которых могут быть использованы аккумуляторные батареи, предназначенные для других целей, независимо от величины тока короткого замыкания их рекомендуется применять для целей управления и защиты. Если же мощность имеющейся аккумуляторной батареи недостаточна для питания соленоидов включения, то для их питания могут быть использованы любые имеющиеся источники постоянного тока или выпрямительное устройство, рассчитанное на поочередное включение выключателей. Аккумуляторная батарея в этом случае используется только для целей управления и релейной защиты.
В связи с увеличившимся применением электромагнитных приводов возникает вопрос о недорогом, но достаточно надежном источнике оперативного тока для питания электромагнитных приводов без применения аккумуляторных батарей. Широкое применение находят источники выпрямленного тока в виде довольно мощных выпрямительных устройств типа КВУ-66 на кремниевых диодах. Могут быть применены также комплектные групповые выпрямительные устройства меньшей мощности серии ВУСГ1-22 с селеновыми выпрямителями.
При этом необходимо обеспечить напряжение на зажимах соленоида включения те менее: 85% от номинального для привода ПЭ-11 с выключателем В МП; 100— 95% от номинального для (привода ПС-10 с выключателем ВМГ с красномедными контактами, так как уже при 85% номинального напряжения коммутационная способность выключателя снижается до 5  кВ.
Комплектные выпрямительные устройства типа КВУ имеют два исполнения:

КВУ-66 можно применять для широкого диапазона приводов выключателей с токами включения 55—300 а при 220 в. При токах включения более 300 а можно применить параллельную -работу КВУ-66, «о не более трех.
Выпрямительные устройства менее надежны, чем аккумуляторные батареи, так как они зависимы от сети переменного тока. При включении выключателя на неудаленное короткое замыкание напряжение сети может понизиться практически до нуля. Следовательно, при питании привода выключателя от КВУ, подключенного к тем же шинам, что и выключатель, ток в электромагните включения резко снизится как раз в тот момент, когда привод выключателя должен развить максимальное усилие для включения и посадки на защелку.
Поэтому КВУ следует питать от «независимого» источника, не связанного с шинами, к которым присоединен данный выключатель, например от другой секции сборных шин или от другого трансформатора собственных нужд.
Однако это не всегда представляется возможным. Для повышения (надежности работы выключателей 6— 10  кВ на двухтрансформаторных подстанциях предусматривают два выпрямительных устройства, которые 52 подключают к двум трансформаторам собственных нужд, питающимся от разных секций сборных шин. Силовые трансформаторы на стороне 6—10  кВ работают раздельно, т. е. секционный выключатель нормально отключен. Благодаря этому напряжение на одной из секций шин сохраняется даже при коротком замыкании на другой секции.
Выпрямительные устройства могут быть включены на раздельную или параллельную работу. В первом случае цепи питания выключателей одной секции шин подключаются к выпрямителю, питающемуся от другой секции шин. Во втором случае оба выпрямителя работают на общие шины оперативного тока, от которых питаются все выключатели.
При параллельной работе выпрямителей в момент короткого замыкания на одной из секций шин выходное напряжение одного выпрямителя снижается до нуля, но это не будет влиять на нормальную работу другого выпрямителя, так как выпрямленный ток от оставшегося в работе выпрямителя не может пройти через первый выпрямитель из-за их односторонней проводимости.
Параллельная схема включения выпрямителей более проста и обеспечивает взаиморезервирование. Ее недостатком является несколько большая, чем при раздельной работе, разница в величинах напряжения на приводе в момент включения выключателя на ток нагрузки и на короткое замыкание. При выпрямителях с равнозначными характеристиками обе схемы обеспечивают одинаковое напряжение на приводе в момент включения выключателя на короткое замыкание. Во время включения выключателя на ток нагрузки напряжение на приводе при параллельной схеме будет больше из-за меньшей величины падения напряжения в выпрямителях и токоподводящих кабелях.
Если величина выходного напряжения выпрямителя, питающего выключатель в момент короткого замыкания, не снизится более чем на 15—20%, то обе схемы обеспечивают надежную работу выключателя.
В наиболее неблагоприятных условиях находится секционный выключатель. При включении его, например, от АВР на неустраненное короткое замыкание напряжение на обоих выпрямителях исчезнет в момент замыкания контактов и выключатель может недовключиться. Во избежание повреждения выключателя необходимо
иметь быстродействующую релейную защиту, отключающую его без выдержки времени.
Производство приступило к выпуску блоков питания типов БПРУ-66/220 и БПРУ-66/380, имеющих то и назначение и такие же параметры, что и КВУ-66-2 и КВУ-66-3, и их модификация заключается в основном в наличии дополнительных шинок для подключения необходимого количества разных приборов.
Для крупных распределительных устройств 10 и 6 к? на РП и цеховых подстанциях и на некоторых ГПП и ПГВ средней мощности применяются комплектные установки оперативного тока (КУОТ), содержащие аккумуляторную батарею 110 в с кислотными аккумуляторами для питания цепей защиты и управления и кремниево-выпрямительное устройство (КВУ) на напряжение 220 в для питания включающих электромагнитов приводов выключателей. Для ответственных подстанций и установок рекомендуется установка двух КУОТ с двумя КВУ и третьим КВУ, получающим питание от другого независимого источника переменного тока. Зарядка аккумуляторов КУОТ производится на специальной зарядной станции завода
Предложен  и испытан новый способ повышения надежности работы КВУ путем применения так называемых «индукционных накопителей энергии». Он заключается в подаче в выпрямитель дополнительного импульса энергии от индуктивного накопителя энергии (ИН) как раз в тот момент, когда напряжение питающей сети резко падает при коротком замыкании. Принципиальная схема индуктивного накопителя для довключения выключателя показана на рис. 9. Управление контакторами КП и КП в схеме не показано; при включении любого выключателя на подстанции включается контактор КП. отключение же КП и КП производится одновременно действие схемы индукционного накопителя происходит таким образом. При включении контактора КП одновременно включается и контактор КП и по цепи размыкающий контакт РП, /R4, управляющий электрод Tt проходит импульс тока (до срабатывания РП). который открывает 7V После открывания Т1 происходит заряд
индуктивности L„ и коммутирующей емкости С„ по цепи плюс источника, Rr, Ди Rs, Ск, Ть минус источника.

1 Имеется модификация КУОТ, обозначаемая ШУОТ, имеющая больше исполнений по напряжениям.

Если происходит резкая посадка напряжения в сети При включении выключателя на короткое замыкание, то импульс с дифференцирующей цепи CiRs открывает тиристор Ть после чего происходит разряд коммутирующей емкости Ск по цепи + СК. Lv, Т& Ti, —Ск. По достижении тока разряда величины /и в индуктивности LK ток через 7"i прерывается и тогда начинается перезаряд коммутирующей емкости Ск по цепи La, Си, L0, Тъ Bi, Яд, Lu и одновременно происходит разряд индуктивности Lu на включающий электромагнит выключателя ЭВ, имеющий индуктивность Lg, по цепи LH, Дз, ЭВ, Д4 и LH.

Рис. 9. Схема индуктивного накопителя энергии.

Если выключатель включается не на короткое замыкание, то одновременно с контактором КП отключается также контактор КН и тогда вся энергия, накопленная в индуктивности U выделяется в дуге на замыкающих контактах КН.
Произведенные испытания показали, что применение индуктивных накопителей позволяет повысить включающую способность выключателей практически до их номинальных величин.