Источники постоянного оперативного тока обладают высокой надежностью, однако крупным их недостатком является большая стоимость как самих аккумуляторных батарей, так и сети оперативного тока, которая при централизованном распределении неизбежно получается очень сложной и сильно разветвленной.
Аккумуляторные батареи требуют отдельного, специально оборудованного помещения, изолированного от других служебных и производственных помещений и снабженного надежной и эффективной приточно-вытяжной вентиляцией. Эксплуатация аккумуляторных батарей достаточно сложна: необходима высокая квалификация обслуживающего персонала. Все это делает нецелесообразным применение оперативного постоянного тока на небольших электроустановках, напряжением 310 кВ и ниже, где возможно применение переменного оперативного тока.
Источниками переменного оперативного тока являются трансформаторы собственных нужд и измерительные трансформаторы тока и напряжения, осуществляющие питание вторичных устройств непосредственно или через промежуточные звенья — конденсаторные устройства, блоки питания или специальные выпрямительные агрегаты.
Переменный оперативный ток распределяется централизованно, и, следовательно, при его использовании не требуется сложной и дорогой распределительной сети. Однако зависимость питания вторичного оборудования от наличия напряжения в основной сети, необходимость в специальных аппаратах и приборах с мощной контактной системой, а также недостаточная во многих случаях мощность самих источников (трансформаторов тока и напряжения) ограничивают область использования оперативного переменного тока относительно малыми установками небольшого напряжения (не выше 310 кВ).
Другим недостатком оперативного переменного тока является отсутствие универсальности источников, каждый из которых имеет свою область применения.
Оперативный переменный ток с успехом используется на упрощенных подстанциях всех напряжений, не имеющих выключателей на стороне высшего напряжения.
Трансформаторы тока служат надежными источниками для питания защит от коротких замыканий (ток и мощность при к. з.
возрастают), однако в случаях, когда повреждения в сети или в оборудовании не сопровождаются увеличением тока, трансформаторы тока не могут обеспечить действие соответствующих защит (от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, от витковых замыканий, от повышения и понижения напряжения, от понижения частоты).
Рис. 9-10. Схема питания цепей защиты переменным током
На рис. 9-10 приведена схема питания оперативной цепи защиты непосредственно от трансформатора тока.
В — выключатель; КО — катушка отключения; Т — реле тока; ТТ — трансформатор тока
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут служить источниками оперативного тока для защит от повреждений и ненормальных режимов, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения, например от перегрузки, замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, повышения напряжения.
Так как напряжение в сети при к. з. заметно снижается, иногда до нуля, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд не могут использоваться для питания оперативных цепей защит от к. з.
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд можно также применять для питания вторичного оборудования и цепей, когда не требуется высокой стабильности напряжения и допустимы перерывы в питании (двигатели обдувки радиаторов трансформаторов, управление зарядными агрегатами и т. п.).
Схемы питания оперативных цепей от трансформаторов напряжения и трансформаторов собственных нужд приведены на рис. 9-11.
Рис. 9-11. Схемы питания цепей защиты переменным током: а — от трансформатора напряжения; б — от трансформатора собственных нужд ТТ — трансформатор тока; ТН — трансформатор напряжения; КО — катушка отключения; Т — реле тока; Тр — трансформатор собственных нужд; Д — селеновый выпрямитель; А, В шины подстанций; Л1 - линия высокого напряжения
Рис. 9-12. Схема комбинированного блока питания с трансформаторами напряжения и тока
ПИТ — промежуточный и насыщающийся трансформатор тока; ПТН — промежуточный трансформатор напряжения; С — конденсатор; БПИ — блок напряжения; БПТ — блок тока; Д — селеновый выпрямитель; ТН — трансформатор напряжения; ТТ трансформатор тока; Uq — напряжение на выходе блока
Для повышения мощности и расширения области применения трансформаторов тока и напряжения разработаны схемы комбинированного питания, в которых токи измерительных трансформаторов суммируются непосредственно на стороне переменного тока (геометрическая сумма токов) или после их выпрямления, например, защита от любых повреждений и ненормальных режимов.
Блок питания содержит в себе промежуточный трансформатор тока ПНТ (рис. 9-12) или трансформатор напряжения ПТН, к которым подключены выпрямительные устройства, соответственно Д1 или Д2. Блок тока БПТ подключен к трансформатору тока, а блок напряжения БПН — к трансформатору напряжения.
Как видно из схемы на рис. 9-12, блоки тока и напряжения включаются параллельно на стороне постоянного тока и суммарный выпрямленный ток подается на питание оперативных цепей вторичных устройств.
Конденсатор С, включенный на выходе промежуточного трансформатора ПHT в блоке тока, служит для демпфирования опасных для изоляции пиков вторичного напряжения.
Типовые схемы блоков питания показаны на рис. 9-13 и 9-14.
Блоки питания выпускаются промышленностью в довольно широком диапазоне мощностей, от 20—25 Вт (БП-11) до 1,5 кВт (БП-1002), и выходных напряжений (24; 48; 110; 220 В). Однако их мощность, так же как и мощность других источников переменного оперативного тока, в некоторых случаях все же недостаточна, например для питания электромагнитных приводов выключателей, потребляющих при отключении и особенно при включении большие токи. Для питания этих приводов применяются конденсаторные устройства, которые заряжаются во время нормального режима электроустановки и энергия заряда которых используется в аварийных режимах.
Рис. 9-14. Схема блока питания БПН-100
Рис. 9-13. Схема блока питания БПТ-100
Схема конденсаторного устройства показана на рис. 9-15. В нормальном режиме конденсатор С заряжен. В аварийном режиме под действием защиты он замыкается на электромагнит отключения и, питая последний своим разрядным током, отключает выключатель.
Необходимый заряд и емкость конденсатора можно определить из формул:
(9-15)
(9-16)
Здесь С — емкость конденсатора, мкФ; U — напряжение на обкладках конденсатора, В; k3Sn — коэффициент запаса; Ак0 — энергия срабатывания электромагнита отключения, Вт-с; тимп — время первого импульса разряда, равное половине периода собственных колебаний контура разряда.
Рис. 9. 15. Схема питания оперативных цепей защиты переменным током за счет энергии заряженного конденсатора
Обычно напряжение при заряде равно 300—400 В. Тогда необходимая емкость конденсатора может составить величину от 75 мкФ для привода ПС-10 до 230 мкФ для привода ПС-30.
Заряженный конденсатор является независимым источником оперативного тока, поэтому конденсаторные устройства могут использоваться для питания всех вторичных устройств, которые должны работать при исчезновении напряжения в основной сети электростанции (подстанции).
Конденсаторные устройства выпускаются для однократного действия, однако, комбинируя их, можно получить устройства многократного действия, в которых число разрядных импульсов равно числу конденсаторных батарей, объединенных в них.
Обычно на электроустановках с переменным оперативным током применяют выключатели с легкими приводами (пружинными, грузовыми); таким образом оказывается возможным использовать конденсаторные устройства и для включения выключателей.
В тех случаях, когда неизбежна установка выключателей с мощными электромагнитными приводами, потребляющими при включении большие мощности — от 10 до 170 кВт (привод ШПЭ-504 к выключателю МКП-500-25), приходится питать электромагниты включения таких приводов централизованно от трансформатора собственных нужд через выпрямительную установку.
Следует еще раз подчеркнуть, что использование оперативного переменного тока ограничено установками сравнительно небольшой мощности и относительно небольших напряжений (3, 6, 10, 35 и частично 110 кВ) из-за недостаточной разработанности специальной аппаратуры.
К числу выпрямительных установок сравнительно небольшой мощности принадлежат, например, стабилизированные блоки БПНС-1, поддерживающие при колебаниях входного напряжения в диапазоне 50—110 % номинального выходное напряжение в пределах 85—110 %. Длительная выходная мощность такого блока составляет 650 Вт, а импульсная односекундная — 1,5 кВт.
В последнее время начат выпуск выпрямительных установок большей мощности, работающих в импульсном режиме и пригодных для питания приводов со значительной потребляемой мощностью на включение. К ним относятся, например, блоки питания типа БПРУ и КВУ, выполняемые на кремниевых выпрямителях.
Блоки питания типа БПРУ с распределительным устройством выпускаются для преобразования трехфазного переменного тока 220 или 380 В в постоянный (выпрямленный) ток и могут быть использованы для питания электромагнитов включения масляных выключателей на подстанциях при отсутствии на них аккумуляторных батарей или при их недостаточной мощности.
Блок 380 В отличается от блока 220 В схемой выпрямительного устройства. В блоке БПРУ-66/380 применена трехфазная нулевая схема, а в блоке БПРУ-66/220 — трехфазная мостовая схема выпрямления. И тот и другой блок работают в импульсном режиме с длительностью импульса, равной одной секунде. Максимальное значение импульса выпрямленного тока 300 А, максимальная импульсная мощность у обоих блоков 66 кВт, номинальное выпрямленное напряжение 220 В.
Ток на выходе блоков БПРУ регулируется переменными сопротивлениями в пределах 150—300 А. Блоки серии КВУ-66 имеют такую же выходную мощность 66 кВт, но отличаются от блоков БПРУ отсутствием аппаратуры управления.
