IV. ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИЙ СРЕДСТВАМИ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
11. основные сведения
Повреждения в главных схемах обычно сопровождаются короткими замыканиями. В каком бы месте энергосистемы ни возникло к. з., оно в той или иной мере отражается на работе всех ее элементов, находящихся во взаимной связи и взаимозависимости. Процессы к. з. характеризуются прохождением больших токов и глубоким понижением напряжения. Они возникают и развиваются в очень короткое время. Очень важно для обеспечения нормальной работы энергосистемы и потребителей электроэнергии по возможности быстро (в течение десятых и даже сотых долей секунды) выявить и отделить место повреждения от неповрежденной части.
Ясно, что эта задача не может быть выполнена персоналом в такое короткое время. Ее выполнение возложено на устройства релейной защиты, являющиеся основными видами электрической автоматики энергосистем. Релейная защита непрерывно контролирует состояние и режимы работы оборудования и в случае возникновения к. з. или опасных ненормальных режимов воздействует на отключение соответствующих выключателей главных схем. Таким образом релейной защитой обеспечивается лишь быстрое и надежное отделение места повреждения, последствия же аварии (восстановление нормального режима работы оборудования и питания потребителей) устраняются оперативным персоналом и действием специальных устройств противоаварийной автоматики.
Время, затрачиваемое персоналом на ликвидацию несложных аварий после автоматического отключения поврежденного оборудования релейной защитой, исчисляется минутами, если персонал находился на щите управления и был готов к экстренным действиям. На ликвидацию сложных аварий уходят десятки минут. По скорости действия и точности определения характера повреждения автоматические устройства намного превышают действия, выполняемые оперативным персоналом. Поэтому на современном этапе развития энергетики широкое применение нашли устройства противоаварийной автоматики, позволяющие в течение секунд устранять аварийные режимы и восстанавливать схемы электроснабжения потребителей, исключая в ряде случаев вмешательство персонала.
К числу таких наиболее распространенных автоматических устройств относятся устройства автоматического повторного включения (АПВ) линий электропередачи, сборных шин и трансформаторов, автоматического включения резерва (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР).
Ниже кратко рассматриваются назначение, способы пуска и некоторые оперативные особенности перечисленных выше автоматических устройств.
12. автоматическое повторное включение
Назначение АПВ.
Опыт эксплуатации показывает, что значительная часть отключений релейной защитой оборудования вызывается такими нарушениями высоковольтной изоляции, которые самоустраняются при снятии напряжения. Повреждения такого рода называют неустойчивыми. На линиях электропередачи они возникают при перекрытии изоляции во время грозы, схлестывании проводов при сильном ветре, касаниях проводов ветвей деревьев, набросах и в других случаях. После кратковременного автоматического отключения линии изоляция ее обычно восстанавливается, и при повторном включении линия остается в работе. Статистическими данными подтверждается успешность АПВ воздушных линий в 70% случаев при первом включении и до 15% при втором. Третье повторное включение, как правило, не имеет смысла, так как его успешность не превышает 1—2%. При устойчивом повреждении на линии ее повторное включение от устройств АПВ не может быть успешным и при подаче напряжения она отключается защитой.
Пуск в действие устройства АПВ осуществляется различными способами: один из них — релейной защитой при отключении выключателя поврежденной цепи. Этот способ обладает тем недостатком, что повторное включение происходит только при действии релейной защиты, в связи с чем он используется в особых случаях. От указанного недостатка свободен другой способ пуска, при котором устройство АПВ приходит в действие каждый раз, когда возникает несоответствие положения выключателя и его ключа управления. В этом случае АПВ обеспечивается при любом отключении выключателя, в том числе и при отключении его с места установки воздействием на сердечник электромагнита отключения или механическое устройство ручного отключения, кроме дистанционного отключения с помощью ключа управления. Запрещение повторного автоматического включения после отключения выключателя ключом управления, а также в случае отключения выключателя действием релейной защиты сразу же после включения его на устойчивое к. з. является важнейшей оперативной особенностью всех схем АПВ.
Автоматическое повторное включение линий.
В эксплуатации получили распространение два вида устройств АПВ линий: трехфазное (ТАПВ), подающее импульс на включение трех фаз выключателя, и однофазное (ОАПВ), осуществляющее включение лишь одной фазы выключателя, отключенной релейной защитой при однофазном к. з.
Кроме того, на линиях с двусторонним питанием схемы АПВ дополняются специальными органами контроля напряжения и синхронизма, а также применяются различные способы сочетаний устройств АПВ.
Трехфазные устройства АПВ применяются на линиях с односторонним и двусторонним питанием. Наибольший эффект дает применение устройств ТАПВ на одиночных линиях с односторонним питанием, так как при каждом успешном автоматическом повторном включении линии восстанавливается питание потребителей и предотвращается авария. Трехфазные устройства АПВ могут выполняться с однократным и двукратным действием. Распространены устройства ТАПВ однократного действия с автоматическим возвратом в положение готовности к новому действию после включения выключателя. Применение устройства двукратного ТАПВ предусматривается на линиях, неуспешное однократное ТАПВ которых приводит к полному обесточиванию ответственных потребителей.
На ответвительных подстанциях с упрощенными схемами (без выключателей на стороне ВН) действие устройства ТАПВ в сочетании с автоматикой подстанций позволяет отключать поврежденное оборудование отделителями и восстанавливать схемы питания потребителей. Отключение ближайших к месту повреждения отделителей происходит в период бестоковой паузы цикла устройств ТАПВ, когда оборудование не находится под напряжением.
Однофазные устройства АПВ применяются в сетях напряжением 220 кВ и выше, работающих с глухозаземленной нейтралью. В таких сетях велика вероятность однофазных к. з., из которых 80—90% относится к категории неустойчивых. Для их ликвидации бывает достаточным отключить, а затем автоматически включить только одну повредившуюся фазу линии. Повторное включение осуществляется устройством ОАПВ. Преимущество ОАПВ перед ТАПВ состоит в том, что на время цикла ОАПВ сохраняется связь между двумя источниками питания или частями энергосистемы по двум неповрежденным фазам, а в случае повреждения тупиковых линий обеспечивается непрерывное питание потребителей по двум фазам линии.
Однако осуществление ОАПВ связано с необходимостью раздельного управления фазами выключателей и сопряжено с усложнением защиты и самих схем ОАПВ за счет введения органов, избирающих поврежденную фазу линии для ее отключения и последующего повторного включения. В случае неуспешного ОАПВ (устойчивое к. з.) релейная защита действует на отключение выключателей трех фаз линий и выводит устройство ОАПВ из работы.
Однофазные АПВ не действуют при междуфазных к. з. Поэтому на линиях электропередачи 330 — 750 кВ применяются комбинированные устройства, которые действуют как ОАПВ при однофазных к. з. и как ТАПВ при междуфазных.
Особенности АПВ линии.
Трехфазные устройства АПВ на линиях с двусторонним питанием иногда дополняются специальными органами, обеспечивающими необходимое взаимодействие устройств АПВ обоих концов линии, чтобы не допускать несинхронных включений, если они опасны для оборудования. В тех случаях, когда несинхронные включения недопустимы или нет уверенности в том, что асинхронный режим после включения линии успешно завершится ресинхронизацией (восстановлением синхронной работы) соединяемых частей энергосистемы, в схемы АПВ вводятся реле, контролирующие синхронность напряжений на включаемой линии и шинах станции или подстанции. Повторное автоматическое включение линии в этом случае происходит следующим образом. Отключившаяся релейной защитой линия включается устройством АПВ с одной из сторон при условии отсутствия на ней напряжения. Если включение линии под напряжение окажется успешным, включение ее с другой стороны произойдет лишь после проверки синхронности напряжений на линии и сборных
шинах. При подаче напряжения на устойчивое повреждение выключатель линии отключится релейной защитой, устройство АПВ на противоположном конце линии работать не будет.
Устройства АПВ, дополненные органами контроля напряжения и синхронизма, получили названия: АПВОН — с контролем отсутствия напряжения, АПВНН — с контролем наличия напряжения, АПВОС —с ожиданием синхронизма, АПВУС — с улавливанием синхронизма.
Различие двух последних устройств состоит в том, что АПВОС проверяет синхронность напряжений либо ожидает наступления такого момента, когда скольжение или разность частот разделившихся частей системы уменьшатся до приемлемых значений, и обеспечивает включение линии сразу после истечения установленной выдержки времени, а АПВУС действует лишь в определенном диапазоне разности частот и разрешает посылку импульса на включение с опережением момента совпадения фаз напряжений, т. е. оно действует на принципе синхронизатора с постоянным углом опережения.
В обоих случаях осуществления АПВ с ожиданием или улавливанием синхронизма повторное включение производится с одной из сторон линии при отсутствии на ней напряжения, а включение линии под нагрузку разрешается соответствующими органами контроля синхронизма. При этом схемы автоматов повторного включения с каждой из сторон линии, как правило, выполняются одинаковыми, но предусматривается возможность изменения режимов их работы по усмотрению персонала.
Время срабатывания устройств АПВ определяется необходимостью деионизации среды в месте повреждения, восстановления отключающей способности выключателя и его привода к работе на включение, обеспечения возврата реле защит в исходное положение.
Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ линий с односторонним питанием, не менее 0,3 — 0,5 с. Однако успешность АПВ возрастает при увеличении выдержки времени до нескольких секунд.
Время автоматического возврата автоматов повторного включения в положение готовности к следующему действию составляет для устройств однократного ТАПВ 20 — 25 с, двукратных ТАПВ 60— 100 с и ОАПВ 6 —9 с.
Автоматическое повторное включение сборных шин считается целесообразным по тем же причинам, что и АПВ линий. Успешность их действия достигает 65 — 75% случаев автоматических отключений шин. Применяются два способа АПВ шин: с использованием имеющихся устройств АПВ выключателей на питающих линиях и трансформаторах и с помощью специальных комплектов устройств АПВ шин. В простейшем случае, когда на приемной подстанции отсутствует защита сборных шин, повторная подача напряжения обеспечивается действием устройств АПВ выключателей линий со стороны питающих подстанций. Повторная подача напряжения на шины СН и НН может осуществляться также с помощью устройств АПВ трансформаторов, о чем сказано ниже.
Если сборные шины защищены специальной защитой (например, дифференциальной токовой), то для осуществления автоматического повторного включения шин используется устройство АПВ присоединений, отключенных защитой шин, при этом выключатели трансформаторов и тупиковых линий, не имеющих обратного питания, защитой шин не отключаются. Подача напряжения на сборные шины производится от одной из питающих линий, устройство АПВ которой пускается при несоответствии положения выключателя и его ключа управления. После успешной подачи напряжения на сборные шины от одной заранее выбранной линии может потребоваться включение других питающих линий. Для этого предусматривается поочередное АПВ еще нескольких или всех питающих линий.
Для предотвращения недопустимого включения электрических цепей на несинхронное напряжение их устройства АПВ выполняются с контролем синхронизма. На питающих линиях, допускающих несинхронное АПВ, никаких мер, запрещающих такое включение, не предусматривается. Однако их включение производится с контролем наличия напряжения на сборных шинах, чтобы исключить возможность многократной подачи напряжения от разных линий на устойчивое повреждение.
В случае срабатывания устройства резервирования при отказе выключателей (УРОВ) запрещается действие автоматического повторного включения сборных шин для предотвращения подачи напряжения на поврежденные трансформаторы при отказе их выключателей.
Автоматическое повторное включение трансформаторов (АПВТ) предназначается для восстановления питания потребителей после автоматического отключения трансформаторов при неустойчивых повреждениях на сборных шинах или отходящих линиях, а также при ложном действии защит и в ряде других случаев. Пуск устройств АПВТ обычно осуществляется от резервной защиты (например, максимальной токовой с выдержкой времени), установленной на трансформаторе, или при несоответствии положения выключателя и его ключа управления. Действие устройства АПВТ не допускается (блокируется) при внутренних повреждениях трансформатора, когда срабатывает газовая или дифференциальная защита, благодаря чему предотвращается развитие повреждения. Однако применяются и такие устройства АПВТ, пуск которых происходит при всех автоматических отключениях трансформаторов, в том числе и при срабатывании дифференциальной защиты, а блокирование их действия — только при замыкании сигнального контакта газового реле, что практически имеет место при всех видах внутренних повреждений трансформаторов.
Устройства АПВ трансформаторов выполняются по тем же схемам, что и устройства АПВ линий. При необходимости в их схемы вводятся органы контроля напряжения и синхронизма.
