АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА

1. Общие сведения

Устройства автоматического включения резерва (АВР) приме­няются в распределительных сетях и на подстанциях, имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одно­стороннего питания. Ис­пользование режима односторон­него питания может существенно снизить значения токов к. з., что позволит применить более де­шевую аппаратуру, а также в ряде случаев может упростить релей­ную защиту, обеспечить лучшие условия регулирования напряже­ния и т. д. В распределительных сетях применяются две группы АВР: местные и сетевые.

Местным АВР называют ус­тройство, все элементы которого установлены на одной подстанции и действия которого не выходят за пределы этой подстанции. Ха­рактерной особенностью построе­ния схемы местного АВР является подача команды на включение выключателя резервного источника питания только с помощью специальных вспомогательных контактов (блок-контактов) выклю­чателя рабочего питания, которые замыкаются при его отключении. Например, секционный выключатель подстанции В (рис. 1) включается схемой АВР только после отключения рабочего выключа­теля трансформатора Тр1 или Тр2, а выключатель линии Л3 на подстанции Д — только после отключения выключателя Л4 на этой же подстанции, Этим исключается возможность подачи напря­жения при АВР на к. з. в сети рабочего источника питания.

Рис. 1. Схема распределительной сети с устройствами местных АВР на подстанциях В (двустороннего дей­ствия) и Д (одностороннего действия)

Сетевой АВР представляет собой комплекс устройств, в который входят само устройство АВР, а также устройства делительной авто­матики, действующие до или после АВР, устройства для автома­тического изменения уставок релейной защиты и т. п. Эти устройства расположены в разных точках распределительной сети, как пра­вило, не связаны между собой проводными или высокочастотными каналами, но их действия объединены единством задачи и строго согласованы между собой путем правильного выбора принципов действия и параметров срабатывания (уставок). В отличие от мест­ного АВР команда на включение нормально отключенного вы­ключателя, оборудованного сетевым АВР, подается самим устрой­ством АВР, а предварительное отключение выключателей рабочего питания в заданных точках сети производится другими устройствами, главным образом делительной автоматикой (рис. 3). Поскольку выполнение схем и расчет уставок местных и сетевых АВР имеют существенные различия, эти устройства рассматриваются раздельно.

2. Основные условия выполнения и расчета местных АВР

Схемы и уставки местных АВР должны отвечать следующим основным требованиям.

1. Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой из двух причин.

а. При аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключе­нии выключателя рабочего питания, находящегося на данной под­станции (например, выключателя линии Л4 на подстанции Д — рис. 1); в этом случае немедленно должен автоматически вклю­чаться резервный источник питания (линия Л3 на той же подстан­ции); продолжительность перерыва питания в этих случаях опре­деляется в основном собственным временем включения резервного выключателя, которое составляет 0,4—0,8 с. Такой «быстрый» АВР широко применяется и на электростанциях в системе собствен­ных нужд и на подстанциях, за исключением подстанций с такими электродвигателями, для которых включение в противофазу является опасным.

б. При исчезновении напряжения на шинах или на линии, откуда питается рабочий источник; для выполнения этого требова­ния в схеме АВР должен предусматриваться специальный пусковой орган, состоящий из реле, реагирующих на снижение напряжения рабочего источника питания, и реле, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике питания. На подстанциях с крупными синхронными двигателями для ускорения действия АВР пусковой орган напряжения может дополняться реле понижения частоты или реле разности частот, запускающим АВР при сниже­нии частоты на рабочем источнике, но при сохранении нормальной частоты на резервном, или устройством, реагирующим на скорость снижения частоты.

Контроль наличия напряжения (КНН) на резервном источнике осо­бенно важен для подстанций, у которых могут одновременно отклю­чаться оба источника питания (подстанция В, рис. 1). В таких случаях пусковые органы АВР будут ждать появления напряже­ния на одном из источников питания без ограничения времени. Контроль частоты резервного источника питания предотвращает излишние срабатывания АВР при авариях, связанных со сниже­нием частоты и работой устройств АЧР.

Напряжение срабатывания (замыкания) размыкающих контак­тов реле, реагирующих на снижение напряжения (минимальных реле), следовало бы выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Однако по условиям термической стойкости стандартных реле их напряже­ние срабатывания не должно быть ниже 15 В (реле РН-53/60Д). Наряду с этим выбор очень низкого напряжения срабатывания вы­зовет замедление действия АВР, поскольку двигатели нагрузки, вращаясь по инерции после отключения питания, могут при опре­деленных условиях поддерживать на шинах достаточно медленно снижающееся напряжение. Поэтому рекомендуется принимать на­пряжение срабатывания минимальных реле напряжения

(1)

При выполнении пускового органа с помощью реле времени переменного напряжения типа ЭВ-215—ЭВ-245 следует отбирать реле, имеющие напряжение срабатывания (отпадания якоря) в пре­делах, указанных в (1), что не всегда возможно. У трехфазных реле времени типа ЭВ-215к—ЭВ-245к значение этого напряжения не превышает 0,35 U_ном.

Напряжение срабатывания максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике, определяется из условия отстройки от минимального рабочего на­пряжения:

(2)

где Uраб. мин — минимальное рабочее напряжение; k_H — коэффи­циент надежности, принимаемый в пределах 1,1—1,2; k_B — коэф­фициент возврата реле, который для реле серии РН-50 равен 1,2— 1,25. Таким образом из выражения (2)

(2а)

Частота срабатывания частотного пускового органа АВР при­нимается в пределах 46—48 Гц. При установке старых реле пони­жения частоты типа ИВЧ требуется дополнительное замедление действия пускового органа на 0,3—0,5 с во избежание излишнего действия АВР из-за возможного срабатывания реле при снятии

с него напряжения. При установке реле типа РЧ-1 такое замедле­ние частотного пускового органа ие выполняется.

2. Пуск схемы местного АВР при снижении напряжения на ши­нах ниже принятого по формуле (1) должен производиться с вы­держкой времени для предотвращения излишних действий АВР при к. з. в питающей сети или на отходящих элементах, а также для создания при необходимости опре­деленной последовательности действий устройств противоаварийной автоматики в рассматриваемом узле. Время сраба­тывания реле времени пускового органа напряжения местного АВР (t_ср. авр) должно выбираться по следующим усло­виям.

а. По условию отстройки от времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых к. з. могут вызывать снижения напряжения ниже принятого по фор­муле (1):

(3)(4)

где t{ — наибольшее время срабатывания защиты присоединений шин высшего на­пряжения подстанции (например, за­щиты линий ЛЗ или Л4 при выборе уста­вок АВР2 в схеме на рис. 4-4); t₂ — то же для присоединений шин, где установлен АВР (для АВР2 — линий Л5, Л6 или трансформаторов, рис. 4-4); At — сту­пень селективности, принимаемая равной 0,6 с при использовании реле времени АВР типа ЭВ со шкалой до 9 с и равной 1,5—2 с — со шкалой 20 с.

б. По условию согласования дей­ствий АВР с другими устройствами противоаварийной автоматики узла (АПВ, АВР, делительной автоматикой). На­пример, для устройства АВР1 (рис. 2), с целью ожидания срабатывания двух циклов АПВ Л1 (Л2):

(5)

где t_c.з. — время действия той ступени защиты линии Л1 (Л2), которая надежно защищает всю линию; t'_c.з — время действия защиты Л1 (Л2), ускоряемой после АПВ; t_1апв , t_2апв — уставки по времени первого и второго циклов двукратного АПВ линии Л1 (Л2); t_зап= 2,5 - 3,5 с в зависимости от типов выключателей, реле времени в схемах защит, АПВ, АВР.

Рис. 2. Схема нормально разомкнутой распредели­тельной сети с несколькими устройствами местных АВР двустороннего действия и АПВ линий
Для устройства АВР2 (рис. 2) с целью ожидания срабатыва­ния АВР1, расположенного ближе к источникам питания,
(6)
где t_зап = 2 - 3 с в зависимости от типов выключателей и реле времени в схемах АВР1 и АВР2.

Поскольку условия (5) и (6) в ряде случаев могут приводить к значительной задержке восстановления электроснабжения, особенно при ожидании срабатывания второго цикла двукратного АПВ на питающей линии (до 20 с), в целях ускорения действия местных АВР можно не ждать успешного срабатывания второго, а иногда и первого циклов АПВ питающей (рабочей) линии. При этом выбирают t_ср.авр только по условиям (3) и (4). Однако это допустимо только тогда, когда схемы устройств АВР обеспечи­вают автоматическое восстановление первичной схемы доаварийного режима, как требуется по «Правилам…». Схемы устройств АВР с автоматическим восстановлением первичной схемы (автома­тическим возвратом) описаны в работах. Переход от одной первичной схемы к другой может производиться с кратковременным замыканием сети между рабочим и резервным источниками пита­ния (А и Б, рис. 2), т. е. без погашения потребителей, или, если такое замыкание недопустимо, то с кратковременным погашением — от момента отключения резервного питания (например, секцион­ного выключателя, рис. 2) до включения выключателя рабочего питания. Недопустимость даже кратковременного замыкания сети между рабочим и резервным источниками может быть вызвана их несинфазностью (например, при разных группах соединения обмо­ток рабочего и резервного питающих трансформаторов), отсутствием синхронизма (например, из-за принадлежности к разным, не свя­занным или слабо связанным между собой энергосистемам) и т. п.

Включение рабочего выключателя после восстановления напря­жения на рабочем источнике в типовой схеме АВР производится с выдержкой времени, равной 14—15 с (для того чтобы убедиться в полной исправности рабочего источника). Еще через 4—5 с отклю­чается резервный выключатель. Таким образом, примерно через 20 с восстанавливается нормальная схема подстанции.

3. Действие АВР должно быть однократным.

Однократность обеспечивается: в схемах АВР на переменном оперативном токе использованием энергии предварительно поднятого груза или на­тянутых пружин в приводах выключателей, или энергии предварительно заряженных конденсаторов, а в схеме АВР на постоянном оперативном токе — применением специального промежуточного реле однократности включения, имеющего небольшое замедление на возврат после снятия напряжения с его катушки. Выдержка времени при возврате этого реле должна несколько превышать время включения выключателя резервного питания:

(7)

где t_в.в — время включения выключателя резервного источника питания; t_зап, — время запаса, принимаемое равным 0,3—0,5 с.

Однако при необходимости ожидания предварительного сраба­тывания делительной защиты (автоматики) генераторов, синхрон­ных компенсаторов или двигателей замедление по условию (7) может оказаться недостаточным и такая схема АВР выведется из действия раньше, чем сработает делительная защита. Для предот­вращения отказа АВР по этой причине следует применять схему АВР с ожиданием (без ограничения времени) снижения напряже­ния ниже принятого по формуле (1), например схему АВР с реле РПВ-58 или аналогичным статическим реле РПВ-01, или дру­гие специальные схемы.

4. Для ускорения отключения выключателя резервного источ­ника питания при включении на неустранившиееся к. з. должно предусматриваться автоматическое кратковременное ускорение за­щиты.

Это ускорение, как указывается в [7], не допускается про­изводить до 0 с (путем полного исключения выдержки времени) на резервных источниках питания собственных нужд электростан­ций, поскольку при этом возможны неправильные действия защиты резервного источника из-за кратковременных бросков пусковых токов или токов при АВР незатормозившихся двигателей. Такие же требования должны быть предъявлены к ускорению защит и на под­станциях, в нагрузке которых преобладают электродвигатели и понижающие трансформаторы (для последних характерны броски намагничивающего тока). Поэтому выдержка времени ускоряемых защит не должна быть менее 0,5 с. Защиты, имеющие время сра­батывания не более 1,2 с, допускается не ускорять при действии АВР. В современных типовых схемах предусматривается возмож­ность выполнения выдержки времени в цепи ускорения защит. Выдержка времени 0,5 с позволяет ие отстраивать максимальную защиту (по току) от бросков пусковых токов (а только от устано­вившегося значения /сзп). токов включения незатормозившихся дви­гателей, бросков намагничивающих токов трансформаторов, на ко­торые подается напряжение в результате действия АВР.

3. Основные условия выполнения и расчета сетевых АВР

Схемы и уставки сетевых АВР должны отвечать следующим основ­ным требованиям.

1. Схема сетевого АВР одностороннего действия должна прихо­дить в действие при исчезновении напряжения со стороны основ­ного (рабочего) источника питания при наличии напряжения со стороны резервного. Схема сетевого АВР двустороннего действия должна приходить в действие при исчезновении напряжения со стороны любого из двух источников питания при наличии напря­жения со стороны другого источника питания (рис. 3).

Напряжение срабатывания реле, контролирующих отсутствие напряжения, выбирается по формуле (1) и дополнительно по условию, в котором имеются в виду не только делительные защиты местных электростанций или крупных син­хронных двигателей, но и делительные защиты минимального на­пряжения, действующие перед срабатыванием сетевого АВР для предотвращения опасных перегрузок, включений на удаленные к. з. и т. п. Например, на рис. 3 такая делительная за­щита на подстанции Г предотвращает возможность опасной под­питки неустранившегося к. з. на пита­ющей линии высшего напряжения Л1 через сеть низшего напряжения от источника А после срабатывания сете­вого АВР.

Уставка реле, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике питания, выбирается с по­мощью выражений (2), (2а).

2. Действие сетевого АВР на вклю­чение при условиях, изложенных в п. 1, должно происходить с выдерж­кой времени, так же как и мест­ных АВР, причем время срабатывания реле времени пускового органа выби­рается по условиям (3)—(5) и дополнительно по условию ожидания срабатывания делительных защит (авто­матики) минимального напряжения, действующих перед АВР (защита на подстанции Г, рис. 3):

(8)

где t_ДЗН — время срабатывания реле времени делительной защиты мини­мального напряжения, определяемое по условию ожидания действия АПВ на линии основного (рабо­чего) питания, аналогично (5), или АВР в питающей сети; Dt = 0,6 с при использовании реле времени со шкалами до 9 с и Dt = l,5 - 2 с — со шкалами до 20 с.

Для ускорения действия сетевых АВР, так же как и местных, допустимо не ждать срабатывания АПВ на питающей (рабочей) линии или АВР в питающей сети. Соответственно настраиваются и делительные защиты, действующие перед данным сетевым АВР. При отсутствии делительной защиты необходимо в схеме АПВ пи­тающей (рабочей) линии предусмотреть контрольный орган отсут­ствия напряжения на линии, чтобы избежать АПВ после срабаты­вания сетевого АВР, особенно если замыкание сети между двумя источниками питания является недопустимым (например, при не­синфазных или несинхронных напряжениях этих источников). На схеме рис. 3 нет делительной защиты минимального напря­жения на подстанции А, поскольку шины этой подстанции надежно

Рис. 3. Схема распредели­тельной сети с сетевым АВР двустороннего действия и де­лительной защитой минималь­ного напряжения (ДЗН), дей­ствующей перед АВР в сторону подстанции Г во избежание включения на к. з. в сети выс­шего напряжения питаются от нескольких источников («непогасаемые» шины). По­этому АПВ линии Л2 со стороны этой подстанции должно быть выполнено с контролем отсутствия напряжения на линии, если имеется необходимость ускорить действие сетевого АВР в сторону подстанции Б, не считаясь с условием (5), а замыкание сети между источниками А и Д недопустимо. Контроль отсутствия напряжения можно выполнить только для второго цикла АПВ или для обоих циклов. Соответственно и выполняется при расчете условие (5).

Для сетевых АВР двустороннего действия могут быть выбраны разные уставки по времени для работы в разные стороны.

3. Действие сетевого АВР должно быть однократным. Имеются различные схемы, обеспечивающие однократность АВР, в том числе широко применяются схемы с использованием реле РПВ-58 или РПВ-258 АПВ линии. Поскольку уставки по времени АПВ (первого цикла) и АВР обычно существенно отличаются друг от друга, рекомендуется выполнить (путем небольшой переделки реле РПВ) автоматическое изменение уставок по времени при переводе режимного ключа АПВ—АВР из одного положения в другое.

4. Ускорение действия защиты при срабатывании сетевого АВР может осуществляться, но при этом необходимо обеспечить селек­тивность ускоряемой защиты как с предыдущей (на элементе, где может сохраниться повреждение), так и с последующей (со стороны питающего источника). При АВР двустороннего действия уско­ряемая защита, очевидно, должна обладать способностью действо­вать при направлениях тока к. з. как от шин в линию, так и в обрат­ном направлении, и обладать селективностью со смежными защи­тами в обоих режимах после АВР. Например, на рис. 4-5 такой защитой является защита на выключателе 3, оборудованном сете­вым АВР двустороннего действия. При срабатывании АВР в сто­рону подстанции Б у этой защиты может шунтироваться элемент направления или автоматически изменяться уставка по времени.

Современный контроллер АВР (avr) выполняем все основные действия для ввода резерва, такие как измерения фазного напряжения, регулирование силовыми аппаратами, подача звукового и светового сигнала, а главное имеет компактный вид и универсален в применении.