Цепи напряжения (идущие от трансформаторов напряжения) служат для питания:
измерительных приборов (показывающих и регистрирующих) — вольтметров, частотомеров, ваттметров, варметров; счетчиков активной и реактивной энергии, осциллографов, телеизмерительных устройств и др.;
Рис 2.6. Организация вторичных цепей напряжения в ОРУ 330 или 500 кВ с полуторной схемой соединения:
1 — к защите, измерительным приборам я другим устройствам автотрансформатора: 2 — к защите, измерительным приборам и другим устройствам линии W2, 3 — к защите, измерительным приборам и другим устройствам II системы шин; 4 — к РУ 110 или 230 кВ, 5 — к резервному трансформатору СН 6 или 10 кВ, б — к цепям синхронизации и ЗУ, 7 — к защите, измерительным приборам и другим устройствам блока GTI; 8 —к устройствам АРВ и группового управления возбуждения (ГУВ); 9— к реле контроля напряжения на линии
органов напряжения релейной защиты — дистанционной, направленной, максимальной токовой с пуском по напряжению и др.; автоматических устройств АПВ, АВР, АРВ, противоаварийной автоматики, автоматической частотной разгрузки (АЧР), регулирования частоты и мощности в энергосистеме, регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой, блокировочных устройств и др.; органов контроля наличия напряжения;
устройств синхронизации (ручной и автоматической);
устройств, преобразующих переменный ток в выпрямленный и применяемых в качестве источников оперативного тока.
Пример организации вторичных цепей напряжения дан на рис. 2,6, где показаны две цепи полуторной схемы электрических соединений РУ 500 кВ: к одной подключены блок GT1 (генератор — трансформатор) и автотрансформатор 77 связи РУ 500 кВ с РУ среднего (110—220 кВ) и низшего (6—10 кВ) напряжений, к другой — воздушные линии W1 и W2 500 кВ. Из рисунка видно, что в полуторной схеме ТН установлены на всех присоединениях — на линиях и источниках электроэнергии (автотрансформаторах или генераторах) и на обеих системах шин. У каждого из ТН имеются две вторичные обмотки — основная и дополнительная. Они имеют разные схемы соединений.
Основные обмотки соединяются в звезду и используются для питания цепей защиты, измерений и синхронизации. У генераторов они используются также для питания цепей АРВ. От них выводятся три фазные и один нулевой провод, обозначенные соответственно А, В, С, N. Дополнительные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника. От них выводятся четыре провода, обозначенные Н, U, К, F. Провода Н, К предназначаются для выведения напряжения нулевой последовательности, используемого для питания цепей защиты от замыкания на землю. Провод U используется для снятия векторных диаграмм при проверках рабочим током защит от замыканий на землю, получающих питание от цепей. Напряжение фазы В дополнительных обмоток ТН 110 кВ и выше используется также для синхронизации, для чего от этой фазы выводится провод F. Кроме того, все выводы от основных и дополнительных обмоток ТН используются для питания устройств блокировок неисправностей цепей напряжения защит линий 330 кВ и выше.
Учитывая разветвленность нагрузки вторичных обмоток ТН и установку реле и приборов, получающих питание от цепей напряжения, на разных панелях одного релейного щита над панелями защиты и автоматики прокладывают шинки напряжения. Шинки создают удобства для подключения к цепям напряжения реле и приборов, а также уменьшают кабельные связи между панелями. Шинки каждого ТН получают питание от шкафа трансформатора напряжения, устанавливаемого около ТН.
На рис. 2.6 условно обозначены: EVT1 — шинки напряжения ТН автотрансформатора; EVG1— ТН блока генератор-трансформатор; EVW2 — ТН на линии; EV2 — ТН на II системе шин. Шинки EVT1 и EVG1 создаются для питания цепей синхронизации и АПВ выключателей QGT1 и QGTT1. Например, чтобы включить выключатель QGT1 с контролем синхронизма, надо сравнить напряжение ближайших ТН: TV6II системы шин и TV3 блока GT1, не отделенных другими выключателями от синхронизируемого выключателя. При этом для синхронизации используются шинки EV2 и EVG1. Но если блок GT1 не работает, напряжение II системы шин можно сравнить с напряжением автотрансформатора Т1 на стороне высшего напряжения, т. е. ТН TV4. В этом случае необходимо контролировать включенное состояние первичной цепи от синхронизируемого выключателя до точки включения ТН. В нашем примере — это цепь выключателя QGTT1 и его разъединителей. Реле контроля включенного состояния этой цепи KLS1 замыкает свои контакты в цепях подачи напряжения от шинок EVT1 к шинкам EVG1, куда подключены цепи синхронизации выключателя QGT1.
Реле KLS2 контролирует включенное состояние цепи выключателя QGT1 и при синхронизации на выключателе QGTTI и отключенном блоке GT1 подает на шинки EVG1 напряжение от ТН II системы шин TV6. Реле- повторитель KQQS1 фиксирует включенное состояние разъединителя QS1 блока и своими размыкающими контактами отключает от шинок EVG1 цепи напряжения других ТН. Размыкающие контакты KLS1 и KLS2 участвуют в схеме для исключения возможности параллельного включения двух ТН со стороны вторичного напряжения после включения выключателя, на котором проводилась синхронизация.
Питание расчетных счетчиков на генераторах и линиях для соблюдения точности их показаний осуществляется отдельными контрольными кабелями, специально рассчитанными для этой цели по допустимым потерям напряжения. Это выполняется в том случае, если при питании общими кабелями для обеспечения допустимых потерь напряжения до счетчиков приходится чрезмерно завышать сечение жил кабеля от ТН.
Дополнительные обмотки ТН, соединенные в разомкнутый треугольник, используются для питания цепей защиты от КЗ на землю в сетях с заземленной нейтралью и для сигнализации замыканий на землю в сетях 6—35 кВ, работающих с изолированной нейтралью. При КЗ на землю в одной из фаз сети с заземленной нейтралью нарушается симметрия фазных напряжений сети и на выводах разомкнутого треугольника ТН появляется напряжение 3U, которое подается на реагирующий орган защиты или, если ток КЗ на землю недостаточен для срабатывания защиты (замыкание через переходное сопротивление), на реле сигнализации замыкания на землю.
При замыкании на землю в одной из фаз сети 6—35 кВ с изолированной нейтралью КЗ не возникает и симметрия фазных напряжений сети не нарушается. Для обеспечения действия реле сигнализации замыкания на землю, включаемого на выводы разомкнутого треугольника ТН, общая точка первичных обмоток ТН должна быть заземлена. Тогда, например, при металлическом замыкании на землю фазы А первичная обмотка фазы А ТН оказывается замкнутой накоротко и напряжение на ней становится равным нулю. Нарушается симметрия фазных и линейных напряжений в обмотках ТН и на выводах разомкнутого треугольника, появляется напряжение 3U0, от которого срабатывает реле сигнализации замыкания на землю. Для определения фазы, на которой произошло замыкание на землю, используется шинный вольтметр с переключателем, позволяющим включать его на любое фазное или междуфазное напряжение.
Напряжение на выходе обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, может возникать не только при замыканиях на землю в сети, но и при перегорании одного из предохранителей при их наличии в цепях первичных обмоток ТН. Для исключения ложной сигнализации о замыкании на землю в этом случае предусматривается блокирование действия реле сигнализации замыканий на землю устройством контроля предохранителей.
Сигнализация о замыкании на землю выполняется с выдержкой времени для отстройки от сигналов, связанных с повреждениями, отключаемыми защитой.
Защита от повреждений в первичных цепях ТН на напряжение 35 кВ и выше не предусматривается. В цепях ТН на шинах 6—10 кВ защита осуществляется с помощью предохранителей, но в тех случаях, когда возникновение КЗ в цепи первичной обмотки ТН 6—10 кВ маловероятно, предохранители на стороне высшего напряжения ТН не устанавливаются. Так, в комплектных токопроводах мощных генераторов ТН включаются без предохранителей, поскольку при этом разделение отдельных фаз практически исключает возникновение междуфазных КЗ на этом участке.
Трансформаторы напряжения должны защищаться от всех видов КЗ во вторичных цепях автоматическими выключателями, имеющими контакты для сигнализации их отключения. Предохранители для защиты цепей вторичных обмоток ТН не используются из-за относительно большого времени их действия. Применение быстродействующих автоматических выключателей необходимо для обеспечения действия блокировок, предотвращающих неправильные действия защит при обрыве цепей напряжения. При этом суммарное время отключения автоматических выключателей и действия устройств блокировки должно быть меньше времени срабатывания защит. Автоматические выключатели устанавливаются в шкафу у ТН.
Защита цепей основных вторичных обмоток, соединенных в звезду, осуществляется одним трехполюсным автоматическим выключателем в проводах А, С, N. Если вторичные цепи разветвлены незначительно и вероятность повреждений в них мала, защитный автоматический выключатель в этих цепях допускается не устанавливать. Например, защитные автоматические выключатели допускается не устанавливать в цепи 3U0 ТН шин и ТН стороны низшего напряжения автотрансформаторов (трансформаторов), установленных в шкафах КРУ 6—10 кВ.
Цепи напряжения счетчиков, проложенные отдельным кабелем, защищаются отдельным автоматическим выключателем.
В сетях с большим током замыкания на землю во вторичных цепях обмоток ТН, соединенных в разомкнутый треугольник, автоматические выключатели также не предусматриваются, так как при возникновении повреждений в таких сетях поврежденные участки быстро отключаются защитами сети и соответственно быстро снижается напряжение 3U0. Поэтому з цепях, идущих от выводов Н и К ТН автотрансформатора, линии и шин 500 кВ, автоматических выключателей нет.
Наоборот, в сетях с малым током замыкания на землю у ТН между выводами Н и К может длительно существовать 3Uo, при замыкании на землю в первичной цепи и при КЗ во вторичных цепях ТН он может повредиться. Поэтому здесь необходимо устанавливать защитные автоматические выключатели. Так, например, в схеме блока GT1 (с малым током замыкания на землю) в цепи Н (нулевой последовательности — 3U0) установлен однополюсный автоматический выключатель; в цепи К (заземленной) автоматический выключатель не установлен.
Для защиты цепей напряжения, прокладываемых от неразомкнутых вершин треугольника (U, F), предусматривается отдельный автоматический выключатель.
Кроме того, в цепях всех выводов от вторичных обмоток ТН предусматривается установка рубильников для создания в них видимого разрыва, что необходимо для обеспечения безопасного ведения ремонтных работ на ТН (исключается подача напряжения на вторичные обмотки ТН от постороннего источника тока). В КРУ в схеме ТН, устанавливаемого на тележке (например, ТН на шинах РУ СН 6—10 кВ), рубильники не устанавливаются, так как видимый разрыв обеспечивается при выкатывании тележки с ТН из шкафа КРУ.
Необходимо предусматривать контроль исправности цепей трансформаторов напряжения. Контроль целости предохранителей в схемах ТН 6—10 кВ выполняется при помощи реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и реле минимального напряжения основных обмоток ТН. При перегорании предохранителей в одной или двух фазах нарушается симметрия линейных напряжений и реле РНФ-1М срабатывает и подает сигнал о неисправности ТН.
В случае исчезновения напряжения всех трех фаз, когда реле РНФ-1М не действует, сигнализация неисправности цепей напряжения обеспечивается с помощью реле PH, включенного на линейное напряжение.
Вторичные обмотки и вторичные цепи ТН должны иметь защитное заземление. Оно выполняется путем соединения с заземляющим устройством одного из фазных проводов или нулевой точки вторичных обмоток. Заземление вторичных обмоток ТН выполняется на ближайшей от ТН сборке зажимов, либо на зажимах самого ТН.
В заземленных проводах между вторичной обмоткой ТН и местом заземления его вторичных цепей установка рубильников, переключателей, автоматических выключателей и других аппаратов не допускается. Заземленные выводы обмоток ТН не должны объединяться, а при переходе в контрольный кабель наряду с другими проводами должны проводиться отдельными жилами до места своего назначения, например до своих шинок. Допускается объединение заземляемых вторичных цепей нескольких трансформаторов напряжения одного РУ общей заземляемой шинкой (ПУЭ, п. 3.4.24).
На щите управления и релейном щите для возможности отыскания мест повреждения и проверок в цепях напряжения применяются разъединительные зажимы. В эксплуатации возможны случаи повреждения или вывода в ремонт ТН, вторичные цепи которых подключены к устройствам защиты, измерения, автоматики, учета и др. Чтобы не допускать нарушения их работы, применяется ручное резервирование от другого ТН.
В полуторной схеме (рис. 2.6) в случае вывода ТН на линиях резервирование осуществляется от ТН той системы шин, с которой данная линия связана через один выключатель — с помощью переключателя SN1 для цепей, идущих от основной обмотки, соединенной в звезду, и переключателя SN2 — для цепей разомкнутого треугольника.
При рабочем положении переключателей цепи напряжения защиты и измерения линии питаются от линейного ТН. При выходе его из строя переключатели вручную переводятся в положение «резерв» и питание цепей напряжения линии осуществляется от ТН шин.
Для главных схем электрических соединений на напряжении 330—500 кВ (треугольник, четырехугольник) резервирование осуществляется от ТН другой линии, для схемы автотрансформатор — шины — от ТН соответствующей системы шин.
Рис. 2.7. Схема ручного переключения вторичных цепей ТН в РУ с двумя системами шин
1 — шинки напряжения системы шин; 2 - шинки напряжения II системы шин; 3— к измерительным приборам и другим устройствам I системы шин на ЦЩУ (или ГЩУ). 4 — к измерительным приборам и другим устройствам II системы шин на ЦЩУ (или ГЩУ)
Для линии 750—1150 кВ в целях резервирования предусматривается установка двух комплектов ТН на каждой линии. От других ТН резервирование не предусматривается.
В схемах с двумя системами сборных шин трансформаторы напряжения должны взаимно резервировать друг друга при выводе из работы одного из ТН с помощью переключателей SN1—SN4 (рис. 2.7). При этом шиносоединительный выключатель QK1 должен быть включен.
Рис. 2.8. Схема автоматического переключения вторичных цепей шинных ТН с помощью вспомогательных контактов разъединителей в ГРУ 6—10 кВ
В РУ, имеющих две системы сборных шин, нередко производится перевод отдельных присоединений с одной системы шин на другую. Для предупреждения возможных нарушений и ошибок и сокращения времени на производство оперативных переключении (в частности, во вторичных цепях) в схемах предусматривается автоматическое переключение цепей напряжения присоединения с одной системы шин на другую.
Переключение производится в закрытых распределительных устройствах (ГРУ) 6— 10 кВ вспомогательными контактами шинных разъединителей, как это показано на рис. 2.8. Например, при включенном разъединителе QS2 линии W1 цепи напряжения защиты и приборов через вспомогательные контакты этого разъединителя подключены к шинкам напряжения II системы шин. При переводе линии W1 на I систему шин включается разъединитель QS1, а разъединитель QS2 отключается. Таким образом, не прерывается питание цепей напряжения при переключении линии W1 с одной системы шин на другую. То же имеет место и при оперативных переключениях линии W2 и др.
На линиях 110 кВ и выше, подключенных к двойной системе сборных шин, переключение цепей напряжения производится с помощью контактов реле-повторителей положения шинных разъединителей, как это видно из рис. 2.9. В схеме участвуют четыре реле-повторителя: KQS1 и KQS11 — положения разъединителя QS1 I системы шин; KQS2 и KQS12 — положения разъединителя QS2 II системы шин. Реле-повторители работают следующим образом (при переводе линии со 2 системы шин на I). При включении разъединителя QS1 линии на I систему шин его вспомогательные контакты замыкаются. При последующем отключении разъединителя QS2 от II системы шин реле-повторитель контактов этого разъединителя KQS12 теряет питание и его размыкающие контакты замыкаются. На обмотку реле-повторителя KQS1 подается напряжение постоянного тока, реле KQSI срабатывает и замыкает свои контакты. Тем самым цепи напряжения линии подключаются к шинкам EV1.A, EV1.B, EV1.C, EV1.N (эти шинки питаются от основной обмотки ТН). Кроме того, при замыкании контакта KQS1 срабатывает реле-повторитель KQS11, подключающее через свои контакты цепи напряжения линии также к шинкам, питаемым от дополнительной обмотки ТН: EV1.H, EV1.K, EV1.U той же I системы шин. Размыкающие контакты KQSI1 и KQS12 включены в цепи обмоток реле-повторителей во избежание недопустимого объединения вторичных цепей ТН I и II систем шин.
При переводе переключаются все цепи напряжения, в том числе и заземленные цепи основных и дополнительных обмоток. При этом исключается возможность объединения заземленных цепей двух ТН. Это обстоятельство является важным. Как показал опыт эксплуатации, объединение заземленных точек разных ТН может привести к нарушению нормальной работы релейной защиты и устройств автоматики и поэтому не может быть допущено.
Разводку вторичных цепей ТН необходимо выполнять таким образом, чтобы сумма токов этих цепей в каждом кабеле была равна нулю в любых режимах при любом характере нагрузок. Для выполнения этой задачи предусматривается прокладка в одном кабеле трех фазных и нулевого проводов от основных обмоток ТН, соединенных в звезду, до релейного щита и прокладка в одном кабеле проводов от дополнительных обмоток ТН, соединенных в разомкнутый треугольник, до релейного щита. Использование разных кабелей для прокладки цепей от основной и дополнительных обмоток ТН обусловлено необходимостью применения кабелей со значительным сечением жил.
Для прокладки вторичных цепей напряжения должны использоваться четырехжильные кабели в металлической оболочке, при этом оболочка должна заземляться с обоих концов каждого кабеля. Использование изолированной металлической оболочки в качестве одного из проводов вторичной цепи напряжения по соображениям надежности не допускается.
Кабели в цепях основных и дополнительных обмоток ТН по всей длине от шкафа ТН до релейного щита должны прокладываться рядом.
Ряс 2 9 Схема автоматического переключения вторичных цепей шинных ТН в установках 35 кВ и выше с помощью реле-повторителей.
Рассмотрим подключение к цепям ТН цепей синхронизации генераторов, синхронных компенсаторов, отдельных частей энергосистемы (между собой или с электрической сетью и т.д.). Для выключателя любого присоединения с двусторонним питанием (линии, трансформатора и т. д.) в схеме управления должна быть предусмотрена возможность его включения с контролем синхронизма тех объектов, которые объединяются включением рассматриваемого выключателя.
В процессе синхронизации производится сравнение напряжений по величине, фазе и частоте с двух сторон от включаемого выключателя. Для контроля напряжения по указанным факторам используются ТН с двух сторон от включаемого выключателя. Например, при включении генератора на сборные шины, на которых уже объединены на параллельную работу другие генераторы и трансформаторы связи с системой, используются ТН генераторов и ТН сборных шин, от шинок напряжения которых через переключатели синхронизации SS1—SS3 подается напряжение на шинки синхронизации (рис. 2.10). К этим шинкам подключены вольтметры и частотомеры, а также синхроноскоп через ключ SVJ.
Включение может производиться разными способами. Способ точной синхронизации требует, чтобы в момент включения на параллельную работу в электрической сети и у включаемого генератора (или у обеих систем шин) были равенство частот, напряжений и совпадение фаз напряжений. Для ручной синхронизации на щите управления монтируется панель или щиток синхронизации. С помощью установленных на них частотомеров PF и вольтметров PV сети и подключаемого генератора производятся подгонка и уравнивание частот и напряжений, а по синхроноскопу персонал улавливает момент достижения синхронизма и производит выключателем включение на параллельную работу. На рис. 2.10 показана схема синхронизации применительно к электростанции с двумя системами сборных шин. Жирными линиями показаны первичные цепи, тонкими линиями — вторичные цепи. На схеме условно объединены заземленные шинки фаз В разных ТН. В действительности их подключение к шинкам синхронизации должно выполняться так же, как и для фаз А и С. На генераторных и шиносоединительных выключателях Q1, Q2 и QK1 переключатели SS имеют на данном щите управления только одну общую для них съемную рукоятку. Эта рукоятка может сниматься только в горизонтальном положении, что соответствует положению отключено О. Благодаря этому исключается возможность одновременного нахождения во включенном положении нескольких переключателей SS, а следовательно, к шинам и приборам синхронизации будут подключаться цепи только синхронизируемого генератора (или синхронизируемых шин).
Ключ SV1 необходим для того, чтобы ограничить время работы синхроноскопа PS1. Персонал включает синхроноскоп только тогда, когда достигнуты примерно равные значения напряжения и частоты в работающей системе и у подключаемого (синхронизируемого) элемента (генератора).
Рис. 2.11. Цепи напряжения в шкафу ТН КРУ 6 кВ:
1 — цепи напряжения защиты и других устройств резервного трансформатора СН 6 кВ: 2 — цепь сигнала «Отключение автоматического выключателя ТН»; 3 — шкаф КРУ трансформатора напряжения
Рис. 2.10. Схема синхронизации
Вторичные цепи подключаются к шинкам напряжения через контакты разъединителей для выбора шинок напряжения той системы шин, к которой подключается синхронизируемый элемент. Кроме того, через переключатели (условно не показаны вторые контакты переключателей между ключами SA1—5А3 и электромагнитами YAC1— YAC3) подается оперативный постоянный ток, с помощью которого ключами SA1 — SA3 производится включение выключателя. Это исключает возможность включения десинхронизируемого генератора поскольку все переключатели имеют только одну общую рукоятку.
Другие способы синхронизации (с помощью автосинхронизатора, полуавтоматической и автоматической самосинхронизации) и необходимые для этого переключатели и некоторые другие связанные с этим устройства (блокировка от неправильной синхронизации и т. д.) здесь не рассматриваются.
На рис. 2.11 показаны цепи напряжения в шкафу трансформатора напряжения КРУ 6 кВ СН. Здесь обмотки двух однофазных ТН соединены по схеме неполного треугольника. Трансформатор напряжения со стороны высшего напряжения подключается только через разъемные контакты, а со стороны низшего — через разъемные контакты и автоматический выключатель SF1, от вспомогательных контактов которого предусматривается подача сигнала на щит управления о его отключении. Разъемные контакты выполняют роль разъединителя в первичных и рубильников во вторичных цепях.
В эксплуатации очень важно осуществлять тщательный контроль за надежным состоянием разъемных контактов в шкафах КРУ и КРУН и отходящих от них вторичных цепей (токовых, напряжения, оперативного тока).
