/
Автор: Шабад М.А.
Теги: электротехника электроэнергетика автоматика релейная защита электродвигатели серия библиотека электромонтера
Год: 1984
Текст
М. А. ШАБАД
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
НА ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЯХ,
ПИТАЮЩИХ
СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
ВЫПУСК 565
М. А. ШАБАД
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
НА
ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЯХ,
ПИТАЮЩИХ
СИНХРОННЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
1^
ЛЕНИНГРАД
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1984
ББК 31.27-05
III 32
УДК 621.316.925:621.311.4
Редакционная коллегия:
Андриевский В. Н., Бажанов С. А., Зайцев Ю. И.,
Ларионов В. П., Мусаелян Э. С., Розанов С. П.,
Семенов В. А., Смирнов А. Д., Трифонов А. Н.,
Устинов П. И., Филатов А. А.
Рецензент В. А. Семенов
Шабад М. А.
III 32 Релейная защита и автоматика на электропод¬
станциях, питающих синхронные двигатели. — Л.:
Энергоатомиздат. Ленингр. отд-нпе, 1584. — 64 с.,
ил. — (Б-ка электромонтера; Вып. 565).
20 к.
В книге рассмотрены аварийные режимы работы иа подстанциях,
питающих синхронные электродвигатели, особенности выполнения уст¬
ройств релейной защиты и противоаварийной автоматики на элементах
этих подстанций. Даны рекомендации по выполнению схем защиты н
автоматики н по расчету их параметров срабатывания.
Книга рассчитана на электромонтеров и мастеров, работающих в
электросетях Минэнерго СССР и других ведомств, а также может быть
полезна инженерам и техникам, специализирующимся в области проек¬
тирования, иаладки и обслуживания устройств релейной защиты н авто-
матики.
2302040000—104 ББК 31.27-05
Ш 051 (01)—84 ,35~84 6П2.11
© Энергоатомиздат, 1984
ПРЕДИСЛОВИЕ
В современной промышленности для привода крупных
насосов, компрессоров, вентиляторов широко используются
трехфазные синхронные электродвигатели напряжением 6
или 10 кВ и единичной мощностью от 1 до 30 МВт. Они
применяются на перекачивающих станциях магистральных
нефте- и газопроводов, на химических комбинатах, в ме¬
таллургической, металлообрабатывающей и других отрас¬
лях промышленности, а также в установках собственных
нужд тепловых электростанций.
Применение синхронных электродвигателей обусловле¬
но их ценными свойствами: более высоким коэффициентом
полезного действия, чем у аналогичных асинхронных элект¬
родвигателей, меньшей зависимостью вращающего момен¬
та от подводимого напряжения, независимостью частоты
вращения от нагрузки на валу электродвигателя. Наряду
с этим синхронные электродвигатели могут быть использо¬
ваны для компенсации реактивной мощности. Это объяс¬
няется тем, что в отличие от асинхронного синхронный
электродвигатель может работать с коэффициентом мощ¬
ности, близким к единице, и не потреблять из электриче¬
ской сети реактивной мощности для создания собственного
магнитного поля. Более того, в ряде случаев синхронный
электродвигатель может «отдавать» реактивную мощность
в сеть, т. е. компенсировать (уменьшать) ее получение от
энергосистемы. При этом снижаются потери энергии в
электрических сетях и поддерживается нормальное напря¬
жение на зажимах электролриемников узла нагрузки.
Компенсирующая способность синхронных электродвигате¬
лей, характеризующаяся отношением реактивной мощно¬
сти, «отдаваемой» электродвигателем в сеть, к его полной
мощности, обычно невелика, и ее нельзя повышать на дли¬
тельное время без снижения активной нагрузки. Поэтому
при необходимости компенсации реактивной мощности в
больших размерах в' энергосистемах применяются так на¬
зываемые синхронные компенсаторы — специальные синх-
1* 3
ронные электродвигатели, предназначенные для работы
только на холостом ходу (без нагрузки на валу) и'для
выработки или потребления реактивной мощности. Их еди¬
ничная мощность доходит до 160 МВ-А.
На электрических подстанциях, питающих синхронные
электродвигатели, или, как говорят, в узлах с синхронной
нагрузкой, имеется ряд специфических особенностей в вы¬
полнении устройств релейной защиты и противоаварийной
автоматики. Это связано с особенностями поведения в
аварийных режимах синхронной нагрузки по сравнению с
другими типами нагрузки, например осветительной. Если
при внезапном отключении питающего источника на под¬
станции с осветительной нагрузкой напряжение на шинах
сразу становится равным нулю, то на подстанции с синх¬
ронной нагрузкой напряжение на шинах плавно снижается
в течение нескольких секунд, пока вращаются по инерции
синхронные электродвигатели, работающие в этот период
как синхронные генераторы. Именно эта способность
синхронного двигателя работать в определенных ситуациях
в режиме синхронного генератора вызывает необходимость
выполнения важных дополнений и изменений в типовых
устройствах релейной защиты и автоматики в тех случаях,
когда на подстанции или в прилегающей электрической
сети имеются относительно крупные синхронные двигатели.
Особенности выполнения устройств релейной защиты и
автоматики на электроподстанциях, питающих синхронные
двигатели, рассматриваются в этой книге. Приведенные
материалы отражают требования директивных материалов
Минэнерго СССР [1], а также накопленный в нашей стра¬
не опыт проектирования и обслуживания устройств релей¬
ной защиты и автоматики подстанций, питающих синхрон¬
ные двигатели и компенсаторы.
Автор надеется, что изложенные сведения помогут ра¬
ботникам электрических сетей Минэнерго СССР и других
министерств и ведомств предотвратить возможные случаи
отказов функционирования устройств релейной защиты и
автоматики и тем самым повысить надежность электро¬
снабжения народного хозяйства.
Автор считает своим приятным долгом высказать бла¬
годарность за помощь и ценные советы В. А. Семенову и
А. В. Беляеву.
Все замечания и предложения просьба направлять по
адресу: 191041, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинград¬
ское отделение Энергоатомиздата.
Автор
1. АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ
НА ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЯХ, ПИТАЮЩИХ
СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
На подстанциях, питающих синхронные двигатели и
синхронные компенсаторы, могут возникать следующие ха¬
рактерные аварийные режимы, особенности которых не¬
обходимо учитывать при разработке схем и выборе пара¬
метров срабатывания (уставок) устройств релейной защи¬
ты и автоматики:
потеря питания из-за отключения питающего источни¬
ка, после чего синхронные двигатели, продолжая вра¬
щаться за счет накопленной кинетической энергии, перехо¬
дят в режим синхронного генератора и в течение несколь¬
ких секунд поддерживают на шинах подстанции напря¬
жение, значение которого и частота постепенно снижа¬
ются;
короткое замыкание, в месте которого суммируются
токи к. з. от основного источника питания (как правило,
от энергосистемы) и токи к. з., генерируемые синхронными
двигателями, которые и в этом случае работают в режиме
синхронного генератора;
асинхронный режим или выпадение синхронного двига¬
теля из синхронизма;
несинхронное включение синхронного двигателя.
Рассмотрим -каждый из этих аварийных режимов.
Потеря питания. После внезапного отключения питаю¬
щей линии или трансформатора (например, Трі на
рис. 1,о) теряет питание соответствующая секция. Синх¬
ронные двигатели СД этой секции переходят в режим
синхронного генератора, продолжая вращаться по инерции
с постепенно уменьшающейся частотой вращения. Двига¬
тели поддерживают на секции напряжение U, значение
которого постепенно снижается по мере снижения э. д. с.
двигателей из-за снижения их частоты вращения [2, 3].
По этой же причине снижается и частота f генерируемого
напряжения (рис. 1,6). Скорости снижения частоты и на¬
пряжения зависят от параметров синхронных двигателей и
5
Энергосистема
Рис. 1. Характеристики изменения напряжения
и частоты на подстанции, питающей синхрон¬
ные электродвигатели, после потери питания
от энергосистемы: а — первичная схема под¬
станции; б — характеристики изменения напря¬
жения U и частоты f
/, II— первая и вторая секции шин 6(10) кВ под¬
станции; СД — синхронные электродвигатели; Н —
прочая (безынерционная) нагрузка; Трі, Тр2— пони¬
жающие трансформаторы; АВР — устройство авто¬
матического включения резерва (§ Б)
в особенности от соотношения суммарных мощностей
синхронных двигателей и остальной (безынерционной) на¬
грузки. На рис. 1,6 кривые изменения частоты и напряже¬
ния соответствуют случаю, когда мощность безынерцион¬
ной нагрузки Н в три раза больше, чем мощность синх¬
ронных двигателей СД этой секции [4]. Чем меньше мощ¬
ность безынерционной нагрузки Н по сравнению с мощ¬
ностью синхронных двигателей СД, тем медленнее будет
происходить снижение частоты и. напряжения при потере
питания.
Из рис. 1,6 видно, что примерно через 1 с после отклю¬
чения питающей линии и начала переходного процесса
выбега синхронных двигателей значение частоты в относи-
- тельных единицах f*^0,8, что соответствует значению ча¬
стоты f=40 Гц. Это значение частоты значительно ниже,
чем самый нижний предел уставок по частоте автомати¬
ческой частотной разгрузки (АЧРІ), равный 46,5 Гц [1].
В этот же момент времени напряжение на секции еще
поддерживается около 0,5 номинального (t/*«t0,5). При
таких значениях U и f создаются условия для неправиль¬
ной (излишней) работы устройства АЧР на отключение
потребителей. Это опасное явление было замечено и иссле¬
довано еще в 1950-х годах, когда и был разработан ряд
способов и схем для предотвращения излишней работы
6
устройства АЧР на подстанциях с синхронной нагрузкой [4].
В настоящее время вероятность излишней работы уст¬
ройств АЧР на электроподстанциях возросла главным
образом по трем причинам:
увеличение числа подстанций, питающих синхронные
двигатели;
массовое применение батарей силовых конденсаторов,
подключаемых параллельно к электрической сети, как ос¬
новного средства компенсации реактивной мощности [5]
(наличие конденсаторных батарей затягивает процесс сни¬
жения напряжения и на подстанциях с асинхронными дви¬
гателями за счет возникновения самовозбуждения);
все более широкое применение в схемах устройств АЧР
новых полупроводниковых реле понижения частоты типа
РЧ-1, которые могут срабатывать при -снижении напряже¬
ния сети вплоть до 0,2 номинального (ранее выпускавшие¬
ся реле понижения частоты типа ИВЧ отказывали уже при
напряжениях сети ниже 0,4 номинального).
В связи с этим в Сборнике директивных материалов
[1] подчеркивается необходимость предотвращения излиш¬
них отключений потребителей действием устройств АЧР в
случаях кратковременного перерыва питания и рекомен¬
дуется для этих целей ряд способов, которые рассматри¬
ваются в § 6.
Короткое замыкание. При расчете токов к. з. в элект¬
рических сетях должна учитываться подпитка места к. з.
от синхронных электродвигателей. Это необходимо не
только для правильного выбора первичного оборудования
(выключателей, реакторов, шин), но и для расчета рабочих
уставок некоторых устройств релейной защиты.
Максимальное значение тока к. з. в начальный момент
времени определяется для случая, когда включено макси¬
мальное, но реально возможное число источников питания
и в том числе синхронных двигателей. Например, для схе¬
мы подстанции (рис. 2) максимальное значение тока в ме¬
сте к. з. 7к.сум должно рассчитываться при условии, что
включены все синхронные двигатели СД I секции (за
исключением находящихся в холодном резерве), а энерго¬
система работает в максимальном режиме, т. е. включены
все питающие источники: генераторы, линии электропере¬
дачи, автотрансформаторы. Подпитку места к. з. от сосед¬
ней II секции не учитывают, если работа подстанции с
включенным секционным выключателем СВ является ред¬
ким и кратковременным режимом (§ 5).
Для расчета тока к. з. в начальный момент времени -
составляется схема замещения, в которой синхронные
7
Рис. 2. Схема подстанции, питающей син¬
хронные двигатели
Лс.еум — суммарный ток в поврежденной линии,
представляющий собой сумму токов от энер¬
госистемы и от всех синхронных двигателей 1
секции шин 6(10) кВ
двигатели должны быть представлены своими сверхпере¬
ходными параметрами: индуктивным сопротивлением х„”
и э. д. с. Е*". Значения сопротивления х»" в относитель¬
ных единицах или в процентах приводятся в информацион¬
ных материалах заводов-изготовителей и в справочной ли¬
тературе. Э. д. с. синхронного двигателя может приближен¬
но приниматься £*"=1,1, а синхронного компенсатора —
£*"=1,2 [6].
При отсутствии данных о значениях сверхпереходного
сопротивления х*" синхронного двигателя можно принять
в расчете либо среднее значение х*"=0,2 [6], либо при¬
ближенное значение, вычисленное по относительному зна¬
чению пускового тока 7*п:
Л * 1/1>п. (О
где 7*п=7п/7ном.дв — относительное установившееся значе¬
ние тока при прямом пуске двигателя из заторможенного
состояния; 7П — установившееся значение тока при прямом
пуске двигателя, известное из справочной литературы или
из протокола наладочных испытаний; 7Ном.дв — номиналь¬
ный ток двигателя по его паспортным данным.
Сравним значения х*", приведенные в работе [3] для
синхронных двигателей разной мощности (Рдв) серии СТД,
с приближенными значениями х»', вычисленными с по¬
8
мощью выражения (1) по значениям пускового тока /.п,
соответствующих двигателей из этой же работы:
Р№, МВт 1 4 8 10 12,5
/*„ [3] 6,7 6,69 6,93 8,1 8,86
X"* [3] 0,133 0,148 0,143 0,126 0,120
x",= l./4il 0,149 0,150 0,144 0,123 0.1J3
Значения х*" различаются не более чем на 10%.
Максимальное значение тока, посылаемого синхронным
двигателем к месту к. з. (без учета сопротивлений элемен¬
тов от двигателя до секции и от секции до места к. з. К
на рис. 2), определяется в относительных единицах
^"*к = (2)
ттК- ДВ trr' fr •
Для того чтобы получить значение тока к. з. в имено¬
ванных единицах (амперах), необходимо умножить
НЗ /ном.дв [6].
В приближенных расчетах допустимо вычислять значе*
ние тока к. з., посылаемого синхронным двигателем, по
значению его пускового тока:
f к.дв’5^ «пАіом.дв’
или по значению кратности пускового тока Лп:
I к. дв ^пЛюм. дв> (*^а)
где kii==I•п=^Іц/Ів.ом.тів (см. выше).
Значения ka синхронных двигателей находятся в пре¬
делах 5—8 [3, 6]. Следовательно, максимально возможный
ток к. з. от синхронного двигателя или группы двигателей
равен 7к.дв= (5 ^8)/ном.дв. Для того чтобы оценить, велико
ли может быть значение подпитки места к. з. синхронными
двигателями, отметим, что максимальное значение тока к
месту к. з. К (рис. 2) от основного источника питания, на¬
пример трансформатора, /К^10/Ном.тр, учитывая, что у
стандартных отечественных двухобмоточных трансформа¬
торов 110/6(10) кВ напряжение к. з. пк^10,5%. Если
предположить, что мощность синхронных двигателей на
секции примерно равна мощности питающего трансформа¬
тора, то при учете подпитки места к. з. синхронными дви¬
гателями расчетное значение суммарного тока к. з. будет в
1,5—1,8 раза больше, чем в том случае, когда подпитка
места к. з. синхронными двигателями не учитывалась. Из
этого примера видно, насколько важно учитывать подпит¬
ку места к. з. синхронными двигателями при определении
9
максимальных значений тока к. з. Но при определении
минимальных значений токов к. з., которые необходимы
для вычисления коэффициентов чувствительности уст¬
ройств релейной защиты, подпитку места к. з. синхронными
двигателями не учитывают и это создает некоторый рас¬
четный запас (§ 3).
Асинхронный режим (выпадение синхронного двигате¬
ля из синхронизма). Как известно, ротор синхронного дви¬
гателя при нормальной работе вращается синхронно с
магнитным полем статора (без какого-либо скольжения,
как это имеет место у асинхронных двигателей). Момент
вращения синхронного электродвигателя
УІ4 (4)
■^дв
, где Еде — э. д. с., наводимая в обмотках статора; Ѵс — на¬
пряжение сети на зажимах статора; б — угол между век¬
торами Еда и Uг, Хда — синхронное сопротивление двигате¬
ля; k — коэффициент пропорциональности.
Из выражения (4) видно, что уменьшение значения мо¬
мента вращения и, как следствие, нарушение нормальной
(устойчивой) работы синхронного электродвигателя может
произойти в следующих случаях:
при' значительных снижениях напряжения- Uc на зажи¬
мах двигателя, которые могут происходить при близких
трехфазных к. з. в прилегающей сети, при нарушениях
устойчивости работы питающей энергосистемы, при от¬
ключении подстанции от источников питания (опасным
считается снижение напряжения Uc ниже 0,5—0,6 номи¬
нального значения [8]);
при потере возбуждения, т. е. исчезновении тока воз-
■ буждения в обмотке ротора, в результате чего исчезает
э. д. с. Еда, наводимая в обмотках статора;
при значительных механических перегрузках на валу
двигателя, в результате чего значение угла б увеличивает¬
ся свыше 90°, начинается проскальзывание ротора относи¬
тельно вращающегося магнитного поля статора, электро¬
двигатель выходит из синхронизма и возникает асинхрон¬
ный режим (асинхронный ход).
Работа синхронного двигателя в асинхронном режиме
опасна для самого двигателя, поскольку при этом в обмот¬
ках статора и ротора появляются дополнительные пульси¬
рующие токи, которые вызывают перегрев двигателя.
Поэтому на синхронных двигателях предусматривается '
защита от асинхронного режима. Но поскольку эта защи¬
та действует с некоторым замедлением, во время асин-
10
а)
Энергосистема
Рис. 3. Характеристика периодического изменения
тока к. з. в поврежденном элементе при асинхрон¬
ном ходе синхронного двигателя СД по отноше¬
нию к энергосистеме: а — первичная схема под¬
станции; б — характеристика периодического, изме¬
нения тока /ц.а от максимального до минималь¬
ного значения (/к.макс И /к.мин)
хронного режима относительно крупного по отношению к
мощности питающего источника синхронного двигателя
(или группы двигателей) могут происходить весьма значи¬
тельные изменения тока к. з. в поврежденном элементе.
На рис. 3,6 показан характер изменения тока /к.а в по¬
врежденной линии 6(10) кВ при асинхронном режиме син¬
хронного двигателя СД. Значение тока /к.а, пред¬
ставляющего геометрическую сумму токов к. з. от питаю¬
щей энергосистемы 1С и от синхронного двигателя 7ДВ,
периодически изменяется от максимального значения, ког¬
да токи /с и /дв арифметически складываются, до мини¬
мального значения, когда они вычитаются: /к.а=/с—/да.
Если мощность двигателя относительно велика, то перио¬
дические уменьшения тока в поврежденном элементе могут
быть столь значительными, что это вызовет отказ макси¬
мальной токовой защиты поврежденной линии РЗЛ или
замедление ее срабатывания, что приведет к неселектив¬
ному действию релейной защиты питающего трансформа¬
тора РЗТр и погашению всей подстанции (рис. 3,а).
Для предотвращения возникновения асинхронного ре¬
жима синхронных двигателей выполняется ряд мероприя¬
тий: на двигателях применяется устройство форсирования
возбуждения (для увеличения тока возбуждения и увели¬
11
чения Едв при снижении Uc ниже 0,85 номинального)а на
отходящих элементах выполняется быстродействующая за¬
щита для отключения всех к. з., при которых напряжение
сети на зажимах статора Uc снижается ниже опасного пре¬
дела (§ 3).
Для предотвращения опасных последствий возникшего
асинхронного режима необходимо проверять надежность и
селективность действия защит отходящих и питающих эле¬
ментов в этом режиме (§ 3).
Несинхронное включение. При кратковременной поте¬
ре питания синхронный двигатель, как уже отмечалось,
продолжает некоторое время вращаться и работать в ре¬
жиме синхронного генератора. В случае автоматического
включения источника питания действием устройств АПВ
или АВР в момент, когда векторы э. д. с. двигателя Елв и
напряжения сети Uc находятся в противофазе, т. е. сдви¬
нуты относительно друг друга примерно на 180°, через
обмотки статора двигателя пройдет ток несинхронного
включения. Значение этого тока, прямо пропорционального
сумме ЕдВ и ис, может оказаться существенно большим,
чем допустимый ток несинхронного включения, и привести
к повреждению двигателя. Расчетное определение допусти¬
мости несинхронного включения синхронных двигателей
может быть выполнено по выражениям, приведенным в
работе [3].
Но и в тех случаях, когда расчеты показывают допу¬
стимость несинхронного включения, такой режим считает¬
ся крайне нежелательным. Это объясняется главным обра¬
зом тем, что при несинхронном включении возбужденного
синхронного двигателя уменьшается вероятность его ус¬
пешной ресинхронизации (втягивания в синхронизм) по
сравнению с включением развозбужденного синхронного
двигателя, т. е. двигателя, у которого после потери пита¬
ния был автоматически отключен автомат гашения поля
АГП [2, 3]. Кроме того, при несинхронном включении мо¬
гут быть излишние срабатывания токовых отсечек двига¬
телей, отстроенных, как обычно, от сверхпереходного тока
двигателя при внешнем к. з., определяемого по выражению
(2). Во избежание этого токовые отсечки было бы необхо¬
димо загрублять, т. е. увеличивать их ток срабатывания,
что, в свою очередь, приводило бы к нежелательному
уменьшению коэффициента чувствительности отсечки и
уменьшению ее зоны действия при к. з. в обмотке статора
электродвигателя. По всем этим причинам несинхронное
включение возбужденных синхронных двигателей, как пра¬
вило, не предусматривается.
12
Для предотвращения несинхронных включений син¬
хронных двигателей при работе устройств АПВ, АВР или
при случайном (ошибочном) включении ключом управле¬
ния необходимо выполнять на подстанциях, питающих син¬
хронные двигатели, специальную автоматику для предва¬
рительного отключения АГП или выключателей синхрон¬
ных двигателей, а кроме того, устанавливать контрольные
органы проверки отсутствия напряжения в схемах
устройств АПВ и АВР (§ 5, 7).
2. ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВАМ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ПОДСТАНЦИЙ,
ПИТАЮЩИХ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) под¬
станций, питающих синхронные двигатели и синхронные
компенсаторы, должны отвечать общим требованиям и до¬
полнительным требованиям, которые вызваны особен¬
ностью работы синхронных двигателей в аварийных ре¬
жимах [1, 8].
Короткие замыкания, вызывающие снижение напряже¬
ния на зажимах синхронных двигателей ниже допустимого
по условиям сохранения их устойчивой работы, должны
отключаться без выдержки времени (§ 3). В некоторых
случаях при таких опасных снижениях напряжения можно
отключать выключатель или гасить магнитное поле у того
синхронного двигателя, которому угрожает выход из
синхронизма.
Максимальные токовые защиты линий и трансформато¬
ров, через которые питаются синхронные двигатели, не
должны срабатывать от токов, посылаемых синхронными
двигателями при внешних к. з. (§ 4).
Продольные дифференциальные защиты элементов
должны быть отстроены от токов небаланса, вычисленных
при максимальных сквозных токах к. з. с учетом подпитки
места повреждения синхронными двигателями (§ 4).
Устройства АПВ на линиях и трансформаторах, через
которые питаются синхронные двигатели, должны выпол¬
няться с контролем отсутствия напряжения со стороны
двигателей, для того чтобы предотвратить несинхронное
включение двигателей (§ 5).
Устройства АВР на линиях, трансформаторах и сек¬
ционных выключателях, при включении которых подается
напряжение на синхронные двигатели, потерявшие основ¬
ное питание, должны выполняться с контролем и ожида¬
13
нием снижения напряжения со стороны двигателей; при
этом перед включением выключателя резервного питания
должны отключаться АГП или выключатели синхронных
двигателей. Это делается для ускорения действия устройств
АВР и для предотвращения несинхронного включения
синхронных двигателей и обеспечения их успешной ре¬
синхронизации, т. е. втягивания в синхронизм после вклю¬
чения АГП и подачи тока возбуждения в обмотку ротора
электродвигателя.
При выполнении устройств АПВ, местных и сетевых
АВР [9] и в некоторых других случаях необходима спе¬
циальная автоматика для прекращения подпитки места
к. з. синхронными двигателями (§ 7, 8).
Устройства АЧР не должны излишне срабатывать на
отключение потребителей при кратковременных перерывах
питания подстанций с синхронной нагрузкой (§ 6).
3. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
ОТХОДЯЩИХ ЛИНИЙ 6 И 10 кВ
К шинам подстанций, питающих синхронные двигатели,
кроме самих двигателей могут быть подключены кабель¬
ные или воздушные линии 6(10) кВ, трансформаторы
6(10)/0,4 кВ и блоки линия — трансформатор и трансфор¬
матор — двигатель.
При к. з. в двигателях, трансформаторах, блоках устой¬
чивая работа синхронных двигателей обеспечивается быст¬
рым отключением поврежденного элемента, оборудованно¬
го в соответствии с Правилами [8] быстродействующей
защитой.
При к. з. на отходящих линиях сохранение устойчивой
работы синхронных двигателей может обеспечйваться сле¬
дующими способами:
реактированием отходящих линий (рис. 4,а), причем
реакторы Р или сдвоенные реакторы PC выбираются та¬
ким образом,, чтобы при к. з. за ними (точки KI, К2) на
шинах подстанции и соответственно на зажимах синхрон¬
ных двигателей СД не происходило бы опасного снижения
напряжения;
быстрым отключением к. з. на нереактированных ли¬
ниях (Л1 на рис. 4,6).
Быстрое отключение к. з. выполняется с помощью быст¬
родействующей защиты, которая дает команду на отклю¬
чение выключателей поврежденной линии без выдержки
времени, практически ‘не более чем через 0,1 с после воз-
14
Рис. 4. Способы предотвращения асинхронного хода Син¬
хронных двигателей: реактированием отходящих ли¬
ний 6(10) кВ (о), выполнением быстродействующих за¬
щит на отходящих элементах 6(10) кВ подстанции (б)
Л1, Л2, ЛЗ — отходящие линии 6(10) кВ: Р — реактор: PC —
реактор сдвоенный; Т — токовая отсечка без выдержки време¬
ни: ТВ — максимальная токовая защита с выдержкой времени:
АПВ — устройство автоматического повторного включения (§ 5)
никновения к. з. На линиях би 10 кВ могут применяться
следующие типы быстродействующих защит:
токовая отсечка;
отсечка по напряжению;
продольная дифференциальная защита.
Токовая отсечка. Такая защита по исполнению пред¬
ставляет собой максимальную токовую защиту без вы¬
держки времени. Селективность (избирательность) дейст¬
вия обычной токовой отсечки обеспечивается выбором то¬
ка срабатывания большего значения, чем ток короткого
замыкания в конце .защищаемого элемента: в конце линии
или за трансформатором, например в конце линии Л1 на
рис. 4,6. Но для специальных токовых отсечек, предназна¬
ченных для быстрого отключения всех к. з., вызывающих
опасные для синхронных двигателей снижения напряже¬
ния, ток срабатывания выбирается прежде всего по сле¬
дующему выражению [10]:
у <Сс.мин zg\
1^3 (zc.MHH + ^с^с.мнн)
где t/с.мин — междуфазное напряжение (э. д. с.) питающей
системы в минимальном режиме ее работы, В; zc .мин — СО-
15
противление системы в мини¬
мальном режиме до места
установки отсечки Т (рис.5,а),
Ом; ko — коэффициент, отра¬
жающий зависимость остаточ¬
ного напряжения .L/OCT в месте
установки отсечки Т от удален¬
ности трехфазного к. з. (zK=
—kozc), определяется по за¬
висимости І7*ост=/(^о)—рис.
5,6; kK — коэффициент надеж¬
ности, принимаемый равным
примерно 1,1.
Значение ko может быть
вычислено по выражению
^о = 17*І(р/(1—^Дкр)» (6)
где 17,кр — относительное зна¬
чение критического напряже¬
ния, при котором происходит
нарушение устойчивости ра¬
Рис. 5. Расчетная схема и за¬
висимость Uoci=f[ko) (к вы¬
бору тока срабатывания токо¬
вых отсечек)
боты синхронного двигателя; для различных типов двига¬
телей и в зависимости от режима их работы находится в
пределах 0,3—0,5, а для некоторых (тихоходных) двига¬
телей — около 0,6. Для приближенных расчетов принимает¬
ся среднее значение І7,кр=0,5 UHOM, для более точных рас¬
четов значение І7кр может быть рассчитано с использова¬
нием работы [3].
Отсечка с током срабатывания, выбранным по условию
(5), обеспечивает быстрое отключение всех к. з., при кото¬
рых напряжение на зажимах двигателей снижается ниже
критического значения. Но может оказаться, что опасное
снижение напряжения происходит не только при к. з. на
отходящей линии (например JJ1 на рис. 4,6), а и на сосед¬
них (предыдущих) элементах, например при к.'з. на линии
Л2 или в трансформаторе Тр, которые оборудованы собст¬
венными защитами. В последних случаях отсечка линии Л1
может сработать неселективно и отключить всех потреби¬
телей, питающихся по этой линии. Правила [8] допускают
такие оправданные неселективные действия защиты, но при
условии, что они исправляются действиями устройств
автоматического повторного включения (АПВ). Для ус¬
пешного действия устройства АПВ прежде всего необхо¬
димо, чтобы при к. з. на поврежденном предыдущем эле¬
менте его защита сработала несколько раньше или по
крайней мере Одновременно с неселективной отсечкой по-
16
устройством
должна, как
опасное для
а отсечка на
При к. з. в
следующего элемента. Кроме того, элемент с неселектив¬
ной отсечкой оборудуется устройством АПВ, а предыдущие
элементы — не оборудуются. Например, при к. з. на линии
Л2 (точка К2 на рис. 4,6) должны отключиться обяза¬
тельно обе линии Л1 и Л2, а включиться
АПВ — только Л1. Для этого отсечка на Л1
правило, иметь небольшое замедление, не
работы двигателей, — примерно 0,1—0,15 с,
Л2 должна быть более быстродействующей,
трансформаторе Тр (точка КЗ на рис. 4,6) плавкая встав¬
ка предохранителя Пр должна расплавиться раньше или
одновременно с отключением выключателя линии Л1. Что¬
бы убедиться в этом, необходимо определить время плав¬
ления вставки при токе к, з., несколько меньшем, чем ток
срабатывания отсечки линии Л1-. Іг_=К.а/\,2. Время плав¬
ления определяется по времятоковым (защитным) харак-
теристикам предохранителей [10, 11]. Время горения
электрической дуги в патроне предохранителя можно не
> учитывать, так как дуга погаснет во время бестоковой
паузы перед АПВ линии.
\ Более сложно использовать неселективную токовую от-
X сечку на линиях, питающих синхронные двигатели, по-
скольку при к. .з. в одном из двигателей потеряет питание
вся секция, а АПВ синхронных двигателей не всегда воз-
) Ç, можно.
\ Для обеспечения успешного действия устройства АПВ
динии ток срабатывания отсечки, выбранный по условию
(5), должен быть больше суммарного броска токов намаг¬
ничивания всех трансформаторов, на которые подается на¬
пряжение при включении этой линии [10]. Как правило,
не должно допускаться срабатывание неселективной от¬
сечки линии 6(10) кВ при к. з. за трансформаторами, пи¬
тающимися по этой линии, т. е. при к. з. на элементах се¬
тей 0,4 кВ. При выполнении всех этих условий токовая от¬
сечка может быть использована как одно из надежных
средств обеспечения устойчивости работы синхронных дви¬
гателей.
Токовая отсечка, как правило, устанавливается вместе
с максимальной токовой защитой с выдержкой времени,
которая обеспечивает ближнее и дальнее резервирова¬
ние [14].
Токовая отсечка выполняется с помощью двух токовых
реле типа PT-40 (1РТ, 2РТ на рис. 6). В схемах неселек¬
тивной отсечки, выполненных на постоянном и выпрямлен¬
ном оперативном токе, устанавливается выходное реле
1РП типа РП-251, имеющее небольшое замедление при
2—3307 17
Линия 6( Ю) кВ
линии
Рис. 6. Принципиальная схема токовой отсечки: а—
цепи переменного тока; б — цепи оперативного по¬
стоянного тока
- МТЗ — максимальная токовая защита
срабатывании (около 0,1 с), или реле времени, например,
типа РВ-114. Не рекомендуется выполнять неселективную
токовую отсечку на реле прямого действия типа РТМ из-за
их быстродействия (до 0,04 с), а также на реле РТ-80, раз¬
мещенных в камерах типа КРУ и KCQ вместе с выключа¬
телем, поскольку эти реле могут излишне срабатывать на
отключение от сотрясений, вызванных включением выклю¬
чателя в своей или соседней ячейке.
Пример расчета токовой отсечки линии 6 кВ (рис. 7). Для обес¬
печения устойчивой работы синхронных двигателей СД1, СД2 токовая
отсечка линии должна иметь ток срабатывания, выбранный по усло¬
вию (5):
, 6000
Іс о < Г7= = = 6 300 А,
Кз-1,1(0,25+ 1-0,25)
где гс.мин=Хс.мин=0,25 Ом в соответствии с заданием (рис. 7); Ао—
= 1 из выражения (6), если принять 17.Кр=0,5.
Проверяется селективность токовой отсечки с выбранным током
срабатывания 6 300 А. Для этого рассчитывается максимальное значе-
иие тока при к. з. в конце защищаемой линии (точка К1 на рис. 7).
Расчет производится с учетом подпитки места к. з. синхронными дви¬
гателями СД1, СД2. Параметры элементов расчетной схемы приведе¬
ны на рис. 7. Сопротивления двигателей в относительных единицах:
*"*сді = 0,2; = 0,18,
18
Энергосистема
хс.накс~0,23 Ом
хс.мин = 0,25 Ом
4000 кВт
hm~450A
хі=0,2
2500-кВт
280 А
0,18
6 кВ
7 — ТВ
АПВ
1км\
АСБ~3*120
0,26+j 0,08 Ом
10000 А
8 700 А
/7К[ ] 160 А
Ът.вс~ ™ А [ ] 08
Рис. 7. Расчетная схема к примеру выбора уставок
токовых защит отходящей линии 6 кВ на под¬
станции, питающей синхронные двигатели СД1
и СД2
Т — токовая отсечка; ТВ — максимальная токовая за¬
шита
Сопротивления двигателей рассчитываются по известному выра-
жеиию [6]:
x"J4,om 0.2-6000
— ,r—. — -.г— - —1,55 Ом.
СД1 КЗ/ИОМ КЗ-450
0,18-6000 „ „ „
х.ГП„ — ,г— =2,23 Ом.
СДІ Кз-280
Сопротивление двух двигателей (при их параллельном включении):
1,55-2,23
Хс-Д== 1,554-2,23 = °»91 Ом-
Принимая примерно равными по значению э. д. с. двигателей
и напряжение на шипах 6 кВ энергосистемы іЦс, сопротивления дви¬
гателей Хе.д и системы Хс, соединенных параллельно, складываются.
Прн вычислении максимального значения тока к. з. принимается наи¬
меньшее из заданных значений сопротивлений системы Хс.макс. кото¬
рое соответствует максимальному режиму питающей системы, когда
2* 19
включены все генераторы, трансформаторы, питающие линии. Сопро¬
тивление до точки к. з. К1
О 23-0 91
Хк = 0,23 + 0,91 4-0.°8 = 0'26 Оы;
гк=гл = 0,26 Ом (рис. 7);
zK = ^к + ^к = VO,26s + 0.262 = 0,368 Ом.
Ток трехфазного к. з. (периодическая составляющая)
6 300
= "77=—;— ~ Ю 000 А.
к Г 3-0,368
Для сравнения отметим, что без учета подпитки от двигателей
ток к. з. равен 9 000 А.
По условию селективности ток срабатывания отсечки следовало
бы выбрать большим, чем максимальный ток к. з., т. е. /с.о^ ^н/(3) =
= (1,24-1,3) • 10 000=12 0004-13 000 А, что значительно больше, чем ток
срабатывания, выбранный по усло.вию (5). Таким рбразом, токовая
отсечка с током срабатывания /с.о=6300 А является неселективной,
т. е. может срабатывать прн к. з. за пределами защищаемой лннни,
в данном примере прн к. з. в любом нз трансформаторов 6/0,4 кВ.
Для исправления неселектнвных (излишних) срабатываний этой от¬
сечки необходимо выполнить на линии устройство автоматического
повторного включения (АПВ). Действия устройства АПВ будут ус¬
пешными, если время плавления плавкой вставки предохранителей ти¬
па ПК прн к. з. в трансформаторе будет меньше -нлн равно времени
срабатывания отсечки. Время плавления определяется прн токе к. з.,
значение которого несколько меньше, чем ток срабатывания неселек¬
тивной отсечкн, т. е. при Ік—6300/1,2==5250 А. По времятоковой ха¬
рактеристике предохранителя типа ПК-6 с номинальным током плав¬
кой вставки 160 А определяем, что время плавления не превышает
0,02. Следовательно, плавкая вставка успеет расплавиться до сраба¬
тывания неселектнвной отсечкн, а гашение электрической дуги в пре¬
дохранителе произойдет во время бестоковой паузы перед срабатыва¬
нием устройства АПВ линии.
Для успешного АПВ необходимо обеспечить несрабатывание (от¬
стройку) отсечкн при броске тока намагничивания включаемых транс¬
форматоров, в данном примере Трі н Тр2, мощностью по 630 кВ-А
каждый. Номинальный ток трансформатора равен 60,5 А, двух транс¬
форматоров—121 А. Для отстройки от броска тока намагничивания
необходимо, чтобы ток срабатывания отсечкн был в 4—5 раз больше
суммы номинальных токов включаемых трансформаторов, т. е. около
605 А. Выбранный выше ток срабатывания (6300 А) обеспечивает не¬
срабатывание отсечкн в этом режиме.
Как видно из рнс. 7, неселектнвная отсечка лнннн с током сраба¬
тывания 6300 А не срабатывает прн к. з. за трансформатором
20
6/0,4 кВ, поскольку ток к. з. в точке R2 равен 1160 А, отнесенный
к напряжению 6 кВ.
В заключение определяется коэффициент чувствительности отсечкн
прн двухфазном к. з. в конце защищаемой- линии (точка К1 на рис. 7).
Минимальное значение тока к. з. рассчитывается без учета подпитки
от синхронных двигателей, система учитывается в минимальном ре¬
жиме. В данном примере минимальное значение тока трехфазного к. з.
равно 8700 А, двухфазного к. з. — примерно на 15% меньше, т. е.
7500 А. Коэффициент чувствительности /гч=7500/6300= 1,19. Такое
значение коэффициента чувствительности недостаточно для того, что¬
бы считать отсечку основной защитой линии, и поэтому в дополне¬
ние к отсечке устанавливается максимальная токовая защита с вы¬
держкой времени. Обе эти защиты и устройство АПВ условно указа¬
ны на рис. 7.
Отсечка по напряжению (рис. 8). Эта защита приме¬
няется в виде дополнительного органа ускорения действия
максимальной токовой защиты линии. Из рис. 8,6 видно,
что при срабатывании токовых реле и замыкании их кон¬
тактов 1РТ и 2РТ «плюс» оперативного тока подается на
катушку реле времени 1РВ, у которого мгновенно замы¬
кается контакт 1РВ1 и с выдержкой времени — конечный
контакт 1РВ2. Если к. з. на линии Л1 вызвало опасное
для двигателей СД снижение напряжения ниже значения
Рнс. 8. Принципиальная схема отсечкн по напряжению: а цепи
переменного тока н напряжения; б — цепи постоянного оператив-
го тока
21
І/кр, то минимальные реле напряжения 1РН и 2РН замк¬
нут свои размыкающие контакты и через замкнувшийся
мгновенный контакт 1РВ1 немедленно будет подана ко¬
манда на отключение выключателя В. При более удален¬
ном к. з. напряжение на шинах подстанции сохраняется
большим, чем икр, реле 1РН и 2РН не замыкают свои
контакты и отключение линии Л1 происходит только после
замыкания с выбранной выдержкой времени конечного
контакта 1РВ2.
Значение напряжения, при котором замыкаются размы¬
кающие контакты минимальных реле напряжения 1РН,
2РН, выбирается по двум условиям. Для обеспечения
устойчивой работы синхронных двигателей необходимо,
чтобы это напряжение /7с.з было равно или выше критиче¬
ского Икр, при котором двигатели могут выйти из синхро¬
низма:
Пс.3>Пкр. (7)
Для обеспечения селективности, т. е. несрабатывания
защиты Л1 при к. з. на предыдущих линиях (Л2, ЛЗ на
рис. 8,а), необходимо выбрать значение ис.з более высо¬
ким, чем остаточное напряжение в месте установки защи¬
ты при трехфазном к. з. в конце линии Л1 (точка К) в
минимальном режиме:
Пс.з>Посг = /3/к?к, (8)
где А — ток к. з.; zK — полное сопротивление элементов от
места установки защиты до точки к. з.
Отсечка по напряжению (так же как и токовая отсеч¬
ка) может быть селективно настроена только на относи¬
тельно длинных воздушных и кабельных линиях (несколь¬
ко сот метров). Приближенно оценить минимально допу¬
стимую длину кабельной линии /Каб.мин с селективной
отсечкой по напряжению можно по условию, приведенно¬
му в работе [3]:
/каб.мин __ 20 ^«кр^ном , (g)
•Ч 7К
где /каб.мин — длина кабельной линии с алюминиевыми жи¬
лами, м; q — сечение жилы кабеля, м2-10~6; /7*кр — крити¬
ческое напряжение, о. е.; /7ц<>м — номинальное междуфаз¬
ное напряжение, кВ; Д — ток короткого замыкания, кА.
Например, при значениях /7,кр=0,5; /7Ном=6 кВ; Д=
=20 кА и <7=150-10“6 м2 (150 мм2) оказывается, что дли¬
на кабеля должна быть не менее чем 450 м, а с учетом
некоторого запаса (/?н^ь4,1) —не менее 400 м.
22
Для условий примера расчета токовой отсечки (рис. 7)
произведем выбор напряжения срабатывания отсечки по
напряжению в соответствии с выражением (8):
>ѴЗ'/кгк = УЗ'.8700-0>26= 3900 В или 0,62 Uam. Это зна¬
чение І7с.з>І7кр=0,5 икоы, и, следовательно, удовлетво¬
ряется и условие (7). Таким образом, все к. з. в опасной
зоне будут отключаться быстро, а более удаленные к. з. —
с выдержкой времени максимальной токовой защиты (кон¬
такт 1РВ2 на рис. 8,6).
В ряде случаев выполнение отсечки по напряжению мо¬
жет оказаться проще и дешевле, чем выполнение токовой
отсечки, поскольку токовая отсечка должна устанавливать-
ваться на каждой линии, а орган ускорения по напряже¬
нию можно установить один для всех линий, отходящих от
секции шин [3].
Продольная дифференциальная защита. На сравни¬
тельно коротких линиях (ориентировочно до 200 м) может
выполняться такая же дифференциальная защита, как, на¬
пример, на двигателях, с реле типа РНТ-565 или ДЗТ-11.
Для более длинных линий такая схема продольной диф¬
ференциальной защиты оказывается слишком сложной и
дорогой, так как требует больших сечений соединительных
проводов. Поэтому специально для линий электропередачи
в СССР выпускается продольно-дифференциальная защи¬
та типа ДЗЛ [12].
Защита типа ДЗЛ имеет высокую чувствительность и
быстродействие, но она защищает только саму линию.
Поэтому в дополнение к защите ДЗЛ на шинах приемных
подстанций должна выполняться также быстродействую¬
щая защита (неполная дифференциальная защита шин),
а на самой линии должна быть установлена резервная
максимальная токовая защита. Для выполнения защиты
ДЗЛ или другой продольной дифференциальной защиты
необходима прокладка специального кабеля связи между
двумя полукомплектами защиты, установленными на обоих
концах защищаемой линии. Из-за этих сложностей защита
ДЗЛ сравнительно редко применяется в сетях 6(10) кВ.
Максимальная токовая защита. Для линий 6(10) кВ
схема защиты и ее ток срабатывания Іс.3 выбираются по
известным условиям, приведенным, например, в работе
[10]. Но при наличии на подстанции крупных синхронных
электродвигателей и отсутствии по каким-то причинам
описанных выше быстродействующих защит необходимо
дополнительно проверить надежность срабатывания мак¬
симальной токовой защиты отходящих линий в асинхрон-
23
ном режиме, возникшем из-за задержки отключения к. з.
(рис. 3). Надежность срабатывания обеспечивается, если
выполняется следующее условие:
с.з
Ас. а. мин
kqkB
(10)
где /к.а.мин — минимальное значение тока к. з. через защи¬
ту поврежденного элемента, представляющее собой раз¬
ность токов к. з. от энергосистемы и от синхронного дви¬
гателя в моменты, когда угол между осью ротора двига¬
теля и вектором напряжения энергосистемы составляет
180, 540° и т. д.; k4 — коэффициент чувствительности, рав¬
ный 1,5 [8]; kB — коэффициент возврата токовых реле,
принимается для запаса равным 1.
Очевидно, что чем больше мощность двигателя по отно-
шёнию к мощности энергосистемы, тем меньше значение
/к.а.мин и тем труднее выполнить условие (10).
Не следует применять для защиты таких линий токовые
реле с зависимой характеристикой типа РТ-80, РТВ и т. п.,
поскольку при периодических уменьшениях тока замед¬
ляется работа механизма реле и общее время срабатыва¬
ния этой защиты может оказаться большим, чем у защиты
питающего элемента, что приведет к обесточению всей
подстанции.
В тех случаях, когда не обеспечивается условие (10) и
по каким-то причинам не может быть обеспечено мгновен¬
ное отключение к. з. на любой из отходящих линий, сле¬
дует рассмотреть вариант быстрого отключения выключа¬
теля или автомата гашения поля (АГП) синхронного дви¬
гателя, который наиболее сильно влияет на уменьшение
тока к. з. в поврежденной линии при асинхронном режиме.
Для воздействия на выключатель или АГП может быть
выполнена либо отсечка по напряжению по типу защиты
на рис. 8, либо защита с фильтром-реле напряжения пря¬
мой последовательности типа РНФ-2 с напряжением сра¬
батывания [7с.з=0,4-^-0,5 номинального напряжения.
В редких случаях на отходящих линиях может приме¬
няться максимальная токовая защита с так называемым
«мгновенным замером», которая запоминает первоначаль¬
ное значение тока к. з. и через заданное время действует
на отключение, несмотря на возможное уменьшение тока.
Установка защит с мгновенным замером вызывает увели¬
чение выдержек времени защит питающих элементов и
поэтому без особой необходимости не производится.
24
4. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ ПИТАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Быстрое отключение к. з. Все к. з. на питающих эле*
ментах 35—220 кВ, которые могут вызвать опасные.для
устойчивости синхронных двигателей понижения напряже¬
ния, должны отключаться без выдержки времени [8]. Тре¬
бования к защитам этих элементов такие же, как и к за¬
щитам отходящих линий 6 и 10 кВ (§ 3). Из схемы питаю*
щей сети (рис. 9) видно, что при близком трехфазном
к. з. на линии Л2 происходит глубокое снижение напряже¬
ния на шинах 110 кВ питающей подстанции А. При этом
синхронные двигатели СД подстанции Б как бы теряют
электрическую связь с энергосистемой и при задержке от*
ключения поврежденной линии Л2 выходят из синхрониз¬
ма - по отношению к энергосистеме. Опасные последствия
этого режима рассмотрены в § 1 и 3. Дополнительно сле¬
дует учитывать возможность отключения линии Л2 и вос¬
становления напряжения Uc на шинах подстанций А и Б в
наиболее неблагоприятный момент, когда вектор э. д. с.
синхронных двигателей Е№ будет в противофазе к векто¬
ру напряжения Uc. В этот момент происходит как бы
несинхронное включение СД и через все питающие элемен¬
ты (Л1, Тр, сборные шины подстанций А и Б) проходит
уравнительный ток, значение которого определяется сум¬
мой значений Uc и ERB,
деленной на суммарное
сопротивление всех эле¬
ментов расчетной схемы
от двигателей до энерго¬
системы. Значение этого
тока может быть больше
тока к. з. Следовательно,
необходимо либо не до¬
пускать нарушения ус¬
тойчивости синхронной
нагрузки, либо учитывать
ток несинхронного вклю¬
чения при расчете пара¬
метров срабатывания за¬
щит питающих линий и
трансформаторов, в том
числе при расчетах диф¬
ференциальных токовых
Рис 9. Схема сети ПО кВ с подстан¬
цией 110/35/6 кВ, питающей синхрон¬
ные двигатели
защит и расчетной про¬
верке трансформаторов
тока [10].
25
Учет подпитки места к. з. синхронными двигателями
при расчетах максимальных токовых защит. При выборе
тока срабатывания максимальных токовых защит и отсе¬
чек линий и трансформаторов, питающих синхронные дви¬
гатели, необходимо в дополнение к известным условиям
(см., например, работу [10]) обеспечить надежное несра¬
батывание этих защит при прохождении токов к. з., гене¬
рируемых синхронными двигателями к месту к. з. на ши¬
нах 6 или НО кВ питающих подстанций.
Например, при трехфазном к. з. в точке К2 (рис. 9) не
должны срабатывать токовая отсечка и максимальная
токовая защита 1 на кабельной линии КЛ. Для обеспече¬
ния этого условия необходимо рассчитать ток, посылае¬
мый двигателями к месту к. з. Пренебрегая относительно
небольшим значением сопротивления линии КЛ, вычислим
с помощью выражения (2) максимальное значение тока,
посылаемого к месту к. з. двигателями СД1 и СД2, имею¬
щими одинаковые параметры:
Г" —9 Е”* Г —9 1,1 лип — 6600 А
1 К.ДВ Z УН0М.ДВ Z 015 —ооии л.
Следовательно, ток срабатывания токовой отсечки и
максимальной токовой защиты 1 (рис. 9) не должны быть
меньше, чем (1,3—е—1,5) -6600=8600-5-9900 А. При этом
обеспечивается несрабатывание этих защит и при к. з. в
других точках питающей сети (К/, КЗ на рис. 9).
Максимальные токовые защиты линий 6(10) кВ, пи¬
тающих синхронные двигатели, нежелательно выполнять
на реле с зависимой характеристикой (например, типа
РТ-80), так как эти реле способны срабатывать при нару¬
шениях устойчивости параллельной работы синхронных
двигателей с энергосистемой и могут вызвать излишнее
отключение питающей линии.
Если питание синхронной нагрузки производится по
двум параллельно работающим линиям 6(10) кВ и на
приемных концах этих линий предполагается установить
максимальную направленную защиту, необходимо обеспе¬
чить несрабатывание токовых реле этой защиты при к. з.
на шинах питающей подстанции. Несрабатывание токовых
реле обеспечивается выбором их тока срабатывания боль¬
шим, чем суммарный ток, посылаемый синхронными двига¬
телями к месту к. з., деленный на число параллельно рабо¬
тающих линий. Чувствительность направленной ^защиты
проверяется в условиях двухфазного к. з. на одной из ли¬
ний близ шин питающей подстанции после мгновенного от¬
ключения этой линии со стороны питающей подстанции
26
[10]. Подпитка места к. з. синхронными электродвигате¬
лями при оценке чувствительности уже не учитывается.
При выводе в ремонт одной из двух линий направленная
защита на оставшейся в работе линии должна выводиться
из действия. Более совершенной зашитой для приемочных
концов подобных линий 6(10) кВ является направленная
зашита с контролем направления мощности в параллель¬
ной линии [8].
5. УСТРОЙСТВА АПВ И АВР
НА ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЯХ, ПИТАЮЩИХ
СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Устройства АПВ линий. Устройства АПВ линий, пи¬
тающих синхронные двигатели, выполняются в основном
по типовым схемам, описанным, например, в работах [9,
13, 15]. В тех случаях когда недопустимо несинхронное
включение синхронных двигателей из-за их электромеха¬
нических характеристик или такое включение нецелесооб¬
разно по условиям ресинхронизации двигателей, в устрой¬
стве АПВ линии должен быть предусмотрен специальный
пусковой орган напряжения, разрешающий автоматиче¬
ское повторное включение линии только после снижения
напряжения со стороны двигателей до допустимого значе¬
ния, указанного заводом-изготовителем; в настоящее время
это значение практически принимается равным примерно
0,5 номинального напряжения [3]. В то же время на под¬
станциях, где установлены синхронные двигатели, преду¬
сматривается специальная автоматика, фиксирующая ис¬
чезновение основного питания и воздействующая на отклю¬
чение синхронных двигателей или на гашение их магнит¬
ного поля (развозбуждение), для того чтобы обеспечить
быстрое снижение или полное снятие напряжения, поддер¬
живаемого двигателями, и ускорить АПВ питающей линии
(§ 7).
В типовой схеме устройства АПВ (рис. 10,о), пуск реле
повторного включения типа РПВ-58 происходит по фак¬
тору «несоответствия» положения контактов реле РПФ,
зафиксировавшего включение выключателя (контакты
замкнуты), и положения контактов реле РПО, которые
замыкаются при аварийном отключении выключателя, а
также по фактору снижения напряжения на линии ниже
уставки минимального реле напряжения PH, когда замы¬
кается его размыкающий контакт. При замыкании всех
этих контактов начинает работать реле времени 1РВ в
27
Рис. 10. Принципиальные схемы устройства АПВ линий
с реле типа РПВ-58: а—типовая; б— после изменения
схемы внутренних соединений реле типа РПВ-58
комплекте реле РПВ-58 и через заданное время подклю¬
чает рабочую (параллельную) обмотку промежуточного
реле 1РП к предварительно заряженному конденсатору С.
Этот конденсатор заряжается только при включенном вы¬
ключателе линии, т. е. при замкнутых контактах реле
фиксации положения ключа управления выключателем
РПФ, когда через них подается «плюс» оперативного тока
на зажим 6 реле РПВ-58 (рис. 10,а). Реле 1РП срабаты¬
вает и через свою удерживающую (последовательную) об¬
мотку замыкает цепь контактора включения КВ, который,
срабатывая, подает питание электромагниту (соленоиду)
включения выключателя (на рис. 10 эти цепи не показаны).
- Аналогичным образом выполняется пуск нового реле
устройств АПВ типа РПВ-02, выполненного на основе ин¬
тегральных микросхем. Пуск этого реле осуществляется
28
подачей напряжения постоянного оперативного тока 220 В
к- соответствующим выводам через контакты реле РПФ,
РПО и PH (см. выше).
Таким образом, общее время, через которое произойдет
автоматическое повторное включение линии, складывается
из времени замыкания контакта реле времени 1РВ и вре¬
мени замыкания контакта реле PH. Причем последнее не
может быть заранее определено однозначно, поскольку за¬
висит от скорости снижения напряжения, которое поддер¬
живается синхронными двигателями на выбеге. При авто¬
матическом отключении АГП это напряжение снижается
довольно быстро (0,5—2 с). Если же АГП не отключается,
то скорость снижения напряжения в каждом случае зави¬
сит от соотношения мощностей синхронных двигателей и
остальной (безынерционной) нагрузки, отделившейся от
источника питания вместе с этими двигателями, а также
от параметров и коэффициентов загрузки самих синхрон¬
ных двигателей.
Для ускорения действия устройства АПВ можно изме¬
нить схему рис. 10,с таким образом, чтобы исключить из
общего времени АПВ линии время срабатывания реле 1РВ
[3]. Из измененной схемы (рис. 10,6) видно, что после от¬
ключения выключателя линии и замыкания контакта ре¬
ле положения «Отключено» РПО сразу запускается реле
времени 1РВ. Если к моменту замыкания его контакта
1РВ в цепи рабочей обмотки промежуточного реле 1РП
напряжение, поддерживаемое синхронными двигателями,
еще не снизилось до того значения, при котором замы¬
кается размыкающий контакт реле контроля PH, действие
схемы АПВ приостанавливается. После замыкания контак¬
та реле PH схема АПВ срабатывает без дополнительной
выдержки времени. В этой схеме, так же как и в преды¬
дущей, не допускается заряда конденсатора С при отклю¬
ченном положении выключателя линии (разомкнут контакт
реле РПВ и на зажим 7 не подается «минуса» оператив¬
ного тока).
Катушка реле контроля напряжения PH подключается
либо к трансформатору напряжения, либо к устройству
отбора напряжения, установленным на линии сразу же за
выключателем (рис. 11). Устройство отбора напряжения
выполняется с помощью высоковольтных конденсаторов
связи КС. Основным назначением конденсаторов связи яв¬
ляется создание высокочастотного канала связи между
подстанциями [13]. Катушка реле PH подключается к
вторичной обмотке специального трансформатора отбора
напряжения ТОН. Первичная обмотка ТОН включена по-
29
Линия 110 кВ
Рис. 11. Схема устройства отбора напряже¬
ния от конденсаторов связи (КС1, КС2)
ВЧА — аппаратура высокочастотной части защи-
ты или высокочастотной связи; ТОН — трансфор¬
матор отбора напряжения; Др —дроссель; PH —
реле контроля напряжения на линии (контак¬
ты — в схеме устройства АПВ на рнс. 10)
следовательно в электрической цепи линия — конденсаторы
связи КС1 и КС2 — дроссель Др — «земля». Конденсаторы
КС используются здесь как делители напряжения, они
представляют очень большое сопротивление для тока ос¬
новной частоты (50 Гц) и очень малое сопротивление для
токов высокой частоты, которые поступают в высокочастот¬
ную аппаратуру ВЧА, их используют для передачи сигна¬
лов между подстанциями. Дроссель Др не допускает утеч¬
ки токов высокой частоты при запуске ВЧА.
Параметры ТОН подбираются таким образом, чтобы
при нормальном напряжении на линии во вторичной об¬
мотке ТОН и катушке реле PH проходил ток около 100 мА.
При этом размыкающий контакт реле PH разомкнут. При
снижении напряжения на линии ниже отрегулированной
уставки (примерно 0,5 номинального напряжения) ток в
реле PH пропорционально снижается примерно до 50 мА
и его размыкающий контакт замыкается, разрешая дейст¬
вие схемы АПВ (рис. 10).
Расчет параметров срабатывания (рабочих уставок)
устройств АПВ на воздушных линиях, питающих синхрон¬
ные двигатели. Для линий с односторонним и двусторон¬
ним питанием время срабатывания устройств АПВ одно¬
кратного действия (t Апв ) выбирается прежде всего по
условиям готовности привода выключателя (Ап) и самого
выключателя (А,в) к повторному включению и последую-
30
Щему отключению в случае устойчивого повреждения на
линии:
^АПВ ^г.п + ^зап’ (11)
(апв *г.в + ^зап’ 0^)
где /г.п=0,1—0,2 с, /г.в=0,2—2 с, /в.в=0,2—0,8 с в зависи¬
мости от типа привода и выключателя; /3ап=0,4—0,5 с.
Кроме того, время срабатывания устройства АПВ
должно быть больше, чем общее время деионизации сре¬
ды (воздуха) в месте неустойчивого повреждения воздуш¬
ной линии. Это время складывается из времени срабаты¬
вания специальной автоматики, действующей на отключе¬
ние синхронных двигателей или гашение их магнитного по¬
ля (/а), времени, в течение которого напряжение на линии
со стороны синхронных двигателей снижается до допусти¬
мого (/„,), и собственно времени деионизации среды пос¬
ле погасания электрической дуги в месте повреждения ли¬
нии (Q. Таким образом, для линий с односторонним пи¬
танием
^АПВ ~I- ^с.и I ^Д I ^зап’ 0*0
где /д=0,2 с для линий 35—110 кВ и 0,3—0,4 с для линий
220 кВ; /зап=0,4-5-0,5 с.
Для устройств АПВ с пусковым (контрольным) орга¬
ном напряжения (реле PH на рис. 10, И) при определении
^апв можно было бы не учитывать значения ta и іс.И, по¬
скольку реле PH замыкает свой размыкающий контакт и
разрешает АПВ только при снижении напряжения от но¬
минального до допустимого, равного уставке реле, при
котором несинхронное включение двигателей не представ¬
ляет опасности. Однако, как правило, в схемах устройств
АПВ контролируется напряжение только одной фазы и
при к. з. на этой фазе или при неисправности устройства
отбора напряжения реле PH может замкнуть свой размы¬
кающий контакт и разрешить АПВ в то время, как напря¬
жение со стороны двигателей еще недопустимо велико.
Для предотвращения таких опасных случаев время сраба¬
тывания устройств АПВ следует выбирать по условию (13)
независимо от наличия в схеме контрольного органа от¬
сутствия напряжения (реле PH).
Время срабатывания специальной автоматики, дейст¬
вующей на отключение синхронных двигателей или гаше¬
ние их магнитного поля (ta), определяется как сумма вре¬
мени снижения частоты при выбеге синхронных двигате-
31
лей до частоты срабатывания /с.р пускового органа спе¬
циальной автоматики — защиты от потери питания — іс.ч,
времени срабатывания реле времени этой автоматики tPB
(§ 7) и времени отключения выключателя (последнее из-за
малости можно не учитывать):
^а==#с.ч-Ь^РВ_Ь^о.в. (14)
Значение /с.ч приближенно может быть определено по
выражению [3] :
. Т'ин Ьюм fc.p
СЧ“Л1МХ- fHOM ’ v 1
где Тнн — инерционная постоянная времени, с, для агрега¬
тов с синхронными двигателями мощностью от 1 до
12 тыс. кВт находится в пределах от 4 до 15 с; Л4МХ —ме¬
ханический момент на валу двигателя в долях от номи¬
нального, характеризующий загрузку двигателя; /с.р— ча¬
стота срабатывания реле понижения частоты пускового
органа специальной автоматики — защиты от потери пи¬
тания, Гц; [ном—50 Гц — номинальное значение частоты
переменного тока.
Например, для подстанции с асинхронными двигателя¬
ми мощностью 12 тыс. кВт с Тин=15 с при относительно
небольшой загрузке двигателей (Л4МХ—0,6) время сниже¬
ния частоты от /ном=50 Гц до /с.р=47 Гц определяется по
выражению (15):
(50-47) g
с-4 0,6 ' 50 ’
При уставке реле времени специальной автоматики,
равной 0,3—0,5 с (§7), значение іа по выражению (14)
составит около 2 с.
Время снижения напряжения на зажимах выбегающих
синхронных двигателей после отключения АГП (<С1Н) До
значения, равного, например, 0,5 номинального напряже¬
ния, при котором разрешается АПВ линии, зависит от ти-
’па системы возбуждения, установленной на двигателях, и
может находиться в пределах от 0,5 до 2 с. Таким обра¬
зом, в соответствии с выражением (13) для рассматривае¬
мого примера расчетное время АПВ
/Апв > 2,0 + (0,5 -ь- 2,0) 4-0,2 0,5 = 3,2 - 4,7 с,
Надо отметить, что полученные в этих расчетах значе¬
ния <АПВ вполне соответствуют значениям, рекомендуе¬
мым для воздушных одиночных линий с односторонним
32
питанием (2—5 с), поскольку за этот промежуток времени
успевает самоустраниться большинство причин, вызвав¬
ших неустойчивое к. з. на линии, и произойти деионизация
среды в месте повреждения. Выбор <АПВ в этих пределах
повышает вероятность успешного АПВ, но затягивает про¬
цесс восстановления питания подстанции, самозапуск синх¬
ронных двигателей и их ресинхронизацию. С этой точки
зрения на подстанциях с синхронной нагрузкой предпоч¬
тительнее осуществлять восстановление питания с по¬
мощью АВР (см. далее).
Для линий с двусторонним питанием, в частности для
линий, работающих в замкнутой кольцевой сети с одним
источником питания, выражение (13) усложняется, по¬
скольку пусковой орган по снижению частоты специальной
автоматики на подстанциях, питающих синхронные двига¬
тели, сможет подействовать только после отключения ли¬
нии с обеих питающих сторон. Поэтому значение /Апв на
любой из сторон линии должно быть выбрано большим,
чем полученное по выражению (13), плюс наибольшее вре¬
мя срабатывания релейной защиты на противоположной ■
стороне этой же линии (/с.зг):
^ЛПВ > ^с.32 4- #а + *с.н 4- 4- 4ап- (16)
Как правило, в выражение (16) должно подставляться
время срабатывания второй ступени релейной защиты на
противоположной стороне линии [1]. И только в тех слу¬
чаях, когда эта ступень имеет недостаточную чувствитель¬
ность при к. з. на противоположной стороне линии, допу¬
скается подставлять в выражение (16) значение времени
срабатывания третьей ступени этой же защиты. Поскольку
вторые ступени защит линий 35—220 кВ обычно действуют
с временем не более 1,0—1,5 с, значение /Апв для рас¬
смотренного выше примера должно составлять пример¬
но 5 с.
Для линий с двусторонним питанием и устройствами
АПВ с контролем и ожиданием синхронизма выражение
(16) действительно для приближенного определения зна¬
чения #дпв для тоя стороны, которая при АПВ включает¬
ся первой, т. е. по условию снижения встречного напряже¬
ния ниже-0,5 номинального. Расчет параметров срабатыва¬
ния того устройства АПВ, которое включает линию по
3—3307 33
условию синхронизма напряжений, приведен в работе [13].
Напряжение, при котором замыкается размыкающий
контакт реле PH (в схеме на рис. 10), выбирается, как
уже указывалось, равным примерно 0,5 номинального на¬
пряжения при условии, что напряжение, при котором сра¬
батывает защита минимального напряжения на подстан¬
ции, питающей синхронные двигатели, выбрано не мень¬
шим, а лучше, если на 5—10% большим, т. е. 0,55 номи¬
нального напряжения, чтобы обеспечить надежное согласо¬
вание по чувствительности этих органов [10]. Защита ми¬
нимального напряжения должна устанавливаться в соот¬
ветствии с Правилами [8] вне зависимости от выполне¬
ния на подстанции специальной автоматики — защиты от
потери питания (§ 7).
АП В трансформаторов. Правила [8] предусматривают
оборудование устройствами АПВ всех одиночных пони¬
жающих трансформаторов мощностью более 1 тыс. кВ-А,
которые имеют выключатель и максимальную защиту с
питающей стороны. На трансформаторах упрощенных под¬
станций, не имеющих выключателя на питающей стороне
35—220 кВ, устройства АПВ устанавливаются на выклю¬
чателях низшего напряжения 6(10) кВ и обеспечивают
АПВ шин этого напряжения. Автоматическое повторное
включение должно производиться в случаях, когда отклю¬
чение трансформатора приводит к обесточению электро¬
установок потребителей. Как правило, действие устройства
АПВ должно происходить при отключении трансформатора
максимальной токовой защитой и должно запрещаться
при отключении трансформатора защитами от внутренних
повреждений (дифференциальной и газовой), но в отдель¬
ных случаях допускается АПВ и при срабатывании защит
от внутренних повреждений. Например, АПВ блоков ли¬
ния — трансформатор.
На двухтрансформаторных подстанциях с раздельной
работой трансформаторов на стороне 6(10) кВ, как прави¬
ло, выполняются устройства АПВ на каждом из трансфор¬
маторов и устройство АВР на секционном выключателе
6(10) кВ. Для восстановления питания используется либо
АПВ, либо АВР, т. е. допускается только однократное
включение выключателя одного из питающих элементов
(трансформатора или секционного выключателя). При
этом необходимо заранее четко определить, в каких слу¬
чаях должно действовать только устройство АПВ, а в
каких — устройство АВР. На рис. 12 приведен пример вы¬
полнения схемы АПВ трансформатора, которая запускает¬
ся при срабатывании максимальной токовой защиты транс-
34
Рис. 12. Принципиальная схема устройства
АПВ трансформаторов с реле типа РПВ-58
форматора (замыкается размыкающий контакт промежу¬
точного реле 1РП) при условии, что на трансформаторе
имеется примерно нормальное напряжение со стороны пи¬
тания и замыкающий контакт максимального реле напря¬
жения 2РН замкнут. Напряжение, при котором замыкает¬
ся этот контакт, принимается обычно равным 0,65—0,7 но¬
минального. Реле 1РП самоудерживается в сработавшем
состоянии с помощью своей удерживающей обмотки 1РП
до тех пор, пока выключатель 6(10) кВ трансформатора
не включится. После включения выключателя замкнувший¬
ся контакт реле положения «Включено» РПВ1 зашунти-
рует удерживающую обмотку реле 1РП, реле вернется в
исходное положение и контакт 1РП разомкнется. Своим
контактом РПВ2 реле положения «Включено» обеспечи¬
вает заряд конденсатора в реле РПВ-58 и тем самым го¬
товность устройства АПВ только при включенном положе¬
нии выключателя, так же как в схеме рис. 10.
После отключения или гашения поля синхронных дви¬
гателей напряжение на соответствующей секции шин
6(10) кВ снижается и, когда оно достигает значения при¬
мерно 0,5 номинального, замыкается размыкающий кон¬
такт минимального реле напряжения 1РН и происходит
срабатывание реле РПВ-58 на включение выключателя
трансформатора (см. рис. 10,6). В схеме предусмотрен за¬
прет действия устройства АПВ при срабатывании выход¬
ного реле 2РП защит от внутренних повреждений транс¬
форматора (газовой и дифференциальной) и в случае за¬
пуска схемы АВР, когда замыкается контакт реле ЗРП. За-
3* 35
Рис. 13. Схема подстанции, питающей синхронные дви¬
гатели, с устройством АВР на нормально отключенном
секционном выключателе СВ
ТСН — трансформатор собственных нужд; TH — трансформа¬
тор напряжения
прет действия устройства АПВ осуществляется путем бы¬
строго разряда конденсатора С в реле РПВ-58 при под-
ключёнии зажима 8 к «плюсу» оперативного тока (рис. 12
и 10,6).
Время срабатывания АПВ трансформаторов, которое,
по сути дела, является АПВ шин низшего напряжения,
определяется по выражениям (11) и (12), а также по ус¬
ловию обеспечения деионизации среды в месте к. з. Однако
АПВ трансформатора происходит только после действия
его максимальной токовой защиты стороны 6(10) кВ, при
котором одновременно с отключением выключателя
6(10) кВ дается команда на отключение АГП (развозбуж-
дение) синхронных двигателей (§ 7). Поэтому в выраже¬
нии (13) нет необходимости учитывать время /а, опреде¬
ляемое по условию (14). С учетом сказанного выше, t АПВ
для трансформаторов должно быть примерно 2—3 с.
Устройство АВР трансформаторов. На двухтрансфор¬
маторных подстанциях промышленных и сельскохозяйст¬
венных предприятий осуществляется, как правило, раз¬
дельная работа трансформаторов на стороне низшего на¬
пряжения (6 или 10 кВ). Такой режим позволяет значи¬
тельно снизить значения токов к. з. по сравнению с режи¬
мом параллельной работы трансформаторов, а следова¬
тельно, применить более дешевые выключатели, а также
выполнить более простую релейную защиту.
36
При аварийном отключении одного из трансформаторов
питание потребителей должно автоматически переклю¬
чаться на другой трансформатор. Обычно это выполняется
путем автоматического включения секционного выключа¬
теля СВ, соединяющего две секции подстанции, питаю¬
щиеся от первого и второго трансформаторов (рис. 13).
Автоматическое включение СВ производится устройством
автоматического включения резервного питания АВР.
В соответствии с существующими требованиями [8, 9] схе¬
ма двустороннего АВР на подстанции должна приходить
в действие при исчезновении питания любой из секций, ко¬
торое может произойти при аварийном, ошибочном или
самопроизвольном отключении выключатёля рабочего пи¬
тания (В1 или В2), а также в случае исчезновения .напря¬
жения на секции без отключения этого выключателя. По¬
следнее происходит, например, при отключении питающих
линий 35—220 кВ.
В этом случае устройство АВР должно сначала дать
команду на отключение выключателя рабочего пита¬
ния, а затем на включение СВ (рис. 13). Для фиксации
исчезновения питания в широко применяемых схемах
устройств АВР используется пусковой орган минимально-
'Го напряжения, который состоит из следующих элементов
(рис. 14, а):
минимальных реле напряжения 1РН, 2РН, фиксирую¬
щих снижение напряжения на своей секции шин;
максимального реле напряжения, контролирующего на¬
личие напряжения на соседней секции шин (ЗРН);
реле времени 1РВ, создающего замедление в подаче ко¬
манды на отключение выключателя рабочего питания, на¬
пример В1 на рис. 13; аналогичным образом выполняется
схема отключения выключателя рабочего питания В2 дру¬
гой секции.
После отключения рабочего выключателя В1 или В2
замыкается контакт соответствующего реле положения
«Отключено» РПОВ1(В2) в цепи включения секционного
выключателя СВ, подающего резервное питание от сосед¬
ней секции.
Для выполнения одного из важнейших требований к
устройствам АВР — однократности действия — в схемах на
оперативном постоянном токе устанавливается специаль¬
ное промежуточное реле с замедленным возвратом (реле
РОВ на рис. 14). При включенном положении рабочего
выключателя В1 (В2) и введенном в работу устройстве
АВР через замкнутые контакты переключателя ПБ и реле
положения «Включено» РПВ на катушку реле РОВ по-
37
ПБі
о)
+В1(В2)
01
1РУ
+св\
ЗРИ 1РВ -В1(Б2)
ВКВ
От ключа управления, от защиты РОВ
РОВ ~св
РП0В1(В2) \ 20У ВКВ
Пусковой
орган АВР
Отключение рабо¬
чего Выключателя
Реле однократ¬
ности Включения
в)„\
1 01
Включение ре¬
зервного Выклю¬
чателя (АВР)
+BUB2) ■
_q, $
4
1РН 2РН
1РП ~В1(й2)
ПБ
РГіВ
ЗРН
1РП
1РВ
Пусковой
орган
АВР
,10У„.ВК? 7^
rv-л
Отключение рабо¬
чего Выключателя
От ключа управления, от защиты РѴВ
Реле однократ¬
ности Включения
Р0В1
1РП2
Рис. 14. Принципиальные схемы устройств АВР на подстанции (пер¬
вичная схема — иа рис. 13): а — типовая; б — усовершенствованная
для подстанций, питающих синхронные двигатели [16]
I
дается «плюс» оперативного тока, реле находится в сра¬
ботавшем положении и его контакты замкнуты. На рис. 14
эти контакты разомкнуты, поскольку схема показана при
отключенном оперативном токе и отсутствии напряжения
на подстанции, и состояние контактов соответствует поло¬
жению «Реле на складе».
38
Для подстанций, питающих синхронные Двигатели, ти¬
повая схема АВР на рис. 14,а не может быть рекомендова¬
на, поскольку она допускает несинхронное включение
синхронных двигателей в тех случаях, когда выключатель
рабочего питания В1 (В2) отключается, например, случай¬
но ключом управления. При его отключении замыкается
без выдержки времени контакт реле РП0В1 (В2) и дает
команду на включение секционного выключателя СВ, по¬
дающего резервное питание, без контроля напряжения на
секции. За небольшой период времени, равный времени
отключения рабочего и времени включения резервного
выключателей (0,2—0,8 с), синхронные двигатели обесто¬
ченной секции могут выйти из синхронизма и в момент за¬
мыкания контактов резервного выключателя СВ произой¬
дет несинхронное включение двигателей. Об опасности
этого режима изложено в § 1.
Для предотвращения несинхронного включения двига¬
телей необходимо в цепь включения резервного питания
(выключателя СВ) дополнительно ввести контроль сниже¬
ния напряжения, поддерживаемого на секции синхронны¬
ми двигателями. В усовершенствованной схеме устройства
АВР (рис. 14,6) эту задачу выполняет замыкающий кон¬
такт реле 1РП1, который может замкнуться только после
снижения напряжения ниже уставки минимальных реле
напряжения 1РН, 2РН (обычно 0,25—0,4 номинального на¬
пряжения) и замыкания их размыкающих контактов
[16].
Одновременно размыкающий контакт этого же реле
1РП2 размыкает дополнительную цепь питания катушки
реле однократности включения РОВ. Поскольку основная
цепь питания этой катушки уже разомкнулась сразу же
после отключения выключателя В1 (В2), реле РОВ воз¬
вращается в исходное положение и размыкает с выдерж¬
кой времени свой размыкающий контакт РОВ2 ' в цепи
включения СВ, чтобы не допустить многократного его
включения. Время возврата реле РОВ„ выбирают равным
времени включения резервного выключателя. С небольшим
запасом это время равно примерно 1—1,2 с. Отсюда по¬
нятно, что без дополнительной цепи питания катушки реле
РОВ схема могла бы отказать, если время снижения на¬
пряжения, поддерживаемого синхронными двигателями
после отключения рабочего питания, и, следовательно, вре¬
мя замыкания контакта 1РП1 оказалось бы больше чем
1 —1,2 с. Например, выключатель В1 ошибочно отключают
ключом управления. При этом размыкается контакт реле
РПВ и снимает питание с катушки реле РОВ. Через 1—
39
Рис. 15. Принципиальная схема пускового органа устройства АВР
для подстанций, питающих синхронные двигатели: а — поясняющая
первичная схема подстанции и цепи переменного напряжения; б —
цепи оперативного постоянного тока (для выключателя В1)
ТН1, ТН2 — трансформаторы напряжения 1 и 11 секций шин 6(10) кВ
соответственно'
1,2 с контакт РОВ2 в цепи включения СВ разомкнется.
Если время снижения напряжения, поддерживаемого дви¬
гателями, и соответственно время замыкания размыкаю¬
щих контактов 1РН, 2РН и затем замыкающих контактов
1РП1 равно, например, 1,3 с, то к моменту замыкания
контактов 1РП1 контакт РОВ2 окажется уже в разомкну¬
том положении и устройство АВР не сработает. Дополни¬
тельная цепь питания катушки реле РОВ обеспечивает на¬
дежное однократное действие устройства АВР.
Устройства АВР на подстанциях, питающих синхронные
Двигатели, выполняются с реле типа РПВ-58, аналогично
схемам АПВ (рис. 10 и 12). В них отсутствует реле РОВ,
40
поскольку однократность действия схемы обеспечивается
с помощью конденсатора С, разряд которого на катушку
выходного реле является однократным. Схема устройства
АВР с реле РПВ-58, так же как и устройства АПВ, яв¬
ляется схемой с ожиданием разрешающей команды в тече¬
ние неограниченного времени. Однако восстановление пи¬
тания следует производить как можно скорее, и для этого
пусковой орган минимального напряжения в устройствах
АВР на подстанциях, питающих синхронные двигатели,
дополняется пусковым органом, реагирующим на снижение
частоты [3, 8, 13]. Из принципиальной схемы комбиниро¬
ванного пускового органа устройства АВР (рис. 15) видно,
что в дополнение к пусковому органу снижения напряже¬
ния, рассмотренному на схеме рис. 14 (реле ІРН—^ЗРН),
здесь выполнена цепь пуска АВР путем отключения рабо¬
чего выключателя В1 при замыкании контакта реле пони¬
жения частоты 1РЧ, подключенного к трансформатору
напряжения рабочей секции шин. Но отключение происхо¬
дит лишь при условии, что остается замкнутым размыкаю¬
щий контакт реле-повторителя 2РПЧ, свидетельствующий
о нормальном значении частоты в энергосистеме. Реле
2РПЧ получает питание только при срабатывании реле
понижения частоты, подключенного к трансформатору на¬
пряжения соседней секции шин 6(10) кВ или к трансфор¬
матору напряжения на стороне 35—110 кВ. Срабатывание
реле 2РПЧ свидетельствует об общесистемном понижении
частоты, при котором его размыкающий контакт размы¬
кается и запрещает действие устройства АВР.
Реле-понижения частоты (1РЧ на рис. 15) настраи¬
вается таким образом, что оно замыкает свой замыкаю¬
щий контакт при снижении частоты ниже 46—47 Гц. До¬
пускать более высокое значение частоты срабатывания не
рекомендуется во избежание излишних срабатываний ре¬
ле, а более низкое значение — увеличивает время работы
устройства АВР. Время снижения частоты приближенно
может быть определено по выражению (15). Это время
всегда значительно меньше, чем время снижения напря¬
жения от нормального до уставки минимальных реле пу¬
скового органа напряжения [(0,25^-0,4) t/ном]. Кроме то¬
го, время срабатывания реле времени 2РВ (рис. 15) может
быть выбрано равным примерно 0,3 с, а для реле времени
1РВ уставка выбирается равной времени срабатывания
максимальной токовой защиты ввода 6(10) кВ питающего
трансформатора и может составлять 1—2 с [10, 13]. Та¬
ким образом, дополнительный пусковой орган по снижению
частоты может ускорить действие устройства АВР в не¬
41
сколько раз по сравнению с тем случаем, когда исполь¬
зуется только пусковой орган минимального напряжения.
Однако отказаться от применения этого традиционного
пускового органа в типовой схеме устройства АВР было
бы опасно, поскольку на некоторых подстанциях в каких-
то режимах торможение синхронных, двигателей может
произойти столь быстро, что пусковой орган понижения ча¬
стоты не успеет сработать из-за того, что напряжение
быстро снизится до 0,2—0,3 номинального и реле пониже¬
ния частоты разомкнет свой контакт.
Такое же глубокое снижение напряжения может про¬
изойти при к. з. на питающей линии.
После отключения рабочего выключателя (В1 на
рис. 15) устройство АВР должно дать команду на вклю¬
чение секционного выключателя СВ. Включение произво¬
дится с помощью реле типа РПВ-58, которое может быть
переделано так же, как показано на рис. 10,6, для уско¬
рения действия устройства АВР.
Пуск реле РПВ-58 устройства АВР происходит после
отключения рабочего выключателя (В1 или В 2) и замы¬
кания контакта соответствующего реле положения «От¬
ключено» 1РПО или 2РПО (рис. 16). При этом соответст-
Рис. 16. Принципиальная схема устройства АВР на секцион¬
ном выключателе СВ с реле типа РПВ-58 (схема внутренних
соединений реле РПВ-58 показана на рис. 10,6)
42
вующий контакт реле фиксации 1РІ1Ф или 2РПФ остаёт¬
ся замкнутым, так как перед автоматическим отключением
выключатель -был включен ключом управления. Контакт
реле РПФ секционного выключателя также замкнут, по¬
скольку этот выключатель отключен и находится в авто¬
матическом резерве. Реле времени в реле РПВ-58
(рис. 10,6) срабатывает и с небольшой выдержкой време¬
ни (0,3—0,5 с) замыкает свой контакт в цепи разряда
конденсатора С. Как только напряжение, поддерживаемое
синхронными двигателями на секции, потерявшей питание,
снизится до 0,5 номинального, замыкается размыкающий
контакт минимального реле напряжения 1РН или 2РН
соответственно. При этом срабатывает промежуточное
реле в РПВ-58 и дается команда на включение контактора
включения КВ секционного выключателя СВ, а затем и
самого СВ.
Для ускорения работы устройства АВР пусковой орган
понижения частоты должен действовать не только на от¬
ключение рабочих выключателей В1 или В2, но одновре¬
менно на отключение АГП синхронных двигателей соответ¬
ствующей секции шин.
При действии устройства АВР на отключение выклю¬
чателя рабочего питания (В1 или В2) автоматически за¬
прещается АПВ соответствующего трансформатора
(рис. 12). Аналогично при действии устройств АПВ любо¬
го из двух трансформаторов необходимо запрещать сраба¬
тывание устройства АВР на включение секционного вы¬
ключателя СВ. Это требование осуществляется замыка¬
нием контактов соответствующего реле 2РП (рис. 16).
Кроме того, запрет АВР выполняется при срабатывании
соответствующего выходного реле ЗРП максимальной то¬
ковой защиты на стороне 6(10) кВ трансформатора дан¬
ной секции, поскольку действие этой защиты в большинст¬
ве случаев вызывается повреждением на самой секции.
При этом повторное включение поврежденной секции осу¬
ществляется от своего трансформатора, чтобы не подвер¬
гать опасности потребителей соседней секции. Запрет
АВР производится подачей «плюса» оперативного тока на
зажим 8 реле РПВ-58 (рис. 12 и 10,6).
* Для пуска устройств АВР и одновременного отключе¬
ния АГП, а при необходимости и выключателей синхрон¬
ных двигателей, широко используется так называемая за¬
щита от потери питания или специальная автоматика, дей¬
ствующая при потере питания от энергосистемы (§ 7).
Быстродействующий АВР. В последние годы появи¬
лись предложения изменить порядок действий при АВР на
43
Подстанциях, питающих синхронные двигатели. При появ¬
лении угрозы прекращения питания одной из секций под¬
станции, например, при однофазном или другом несим¬
метричном к. з. на питающей .линии 35—220 кВ (рис. 13),
устройство АВР сначала включает секционный выключа¬
тель СВ, а потом отключает тот рабочий выключатель (В1
или В2), который соответствует повредившейся линии. При
этом двигатели не выходят из синхронизма, не требуется
автоматического гашения поля и ресинхронизации двига¬
телей. Включение секционного выключателя СВ предла¬
гается выполнять при появлении тока нулевой последова¬
тельности в одной из наглухо заземленных нейтралей пи¬
тающих трансформаторов НО—220 кВ, что свидетельст¬
вует о к. з. на землю на соответствующей линии (Белглав-
энерго). Предлагается также передавать команду на
включение СВ по высокочастотному каналу с помощью
устройства типа ВЧТО немедленно после срабатывания
релейной зашиты поврежденной питающей линии. (Энер-
госетьпроект). При этом параллельно обычному секцион¬
ному выключателю 6(10) кВ на подстанции устанавли¬
вается специальный быстродействующий вакуумный вы¬
ключатель, который должен включиться раньше или одно¬
временно с отключением питающей линии 35—220 кВ. И в
этом случае двигатели не успевают выйти из синхронизма.
Продолжаются поиски и других технических решений,
обеспечивающих надежную работу подстанций, питающих
синхронные двигатели, в аварийных режимах, связанных с
потерей питания от энергосистемы.
Пусковой орган АВР с контролем угла б между векто¬
рами напряжений рабочего и резервного источников пита¬
ния. При отключении рабочего источника питания напря¬
жение на секции, как известно, поддерживается вращаю¬
щимися по инерции синхронными электродвигателями, но
вектор этого напряжения начинает отставать от вектора
напряжения резервного источника питания и, следователь¬
но, значенйе угла 6 увеличивается. Исследования послед¬
них лет показали, что пусковой орган, реагирующий на
значение этого угла, может выявить факт потери питания
от энергосистемы быстрее, чем пусковой орган, реагирую¬
щий на снижение частоты напряжения, поддерживаемого
синхронными электродвигателями. Типовых схем устройств
АВР с контролем угла б пока нет. Но надо отметить, что
и при использовании пускового органа, реагирующего на
угол б, нельзя будет отказаться от традиционного пуско¬
вого органа минимального напряжения, поскольку при
быстрых и глубоких снижениях напряжения из-за быстро-
44
го торможения синхронйых электродвигателей пусковой
орган, реагирующий на угол между напряжениями рабо¬
чего и резервного источников питания, не сможет работать.
6. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ИЗЛИШНИХ ОТКЛЮЧЕНИИ
потребителей действием устройства ачр
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) предназ¬
начена для предотвращения и ликвидации аварий в энер¬
госистемах и объединенных энергосистемах (ЭС и ОЭС)
из-за опасного снижения частоты при внезапных дефици¬
тах активной мощности, которые могут возникнуть при
аварийных отключениях крупных генераторов, автотранс¬
форматоров или линий электропередачи, а также при ава¬
рийных разделениях ЭС и ОЭС на части [1]. При этом в
некоторых отделившихся от энергосистемы районах мощ¬
ность нагрузки оказывается больше, чем генерируемая мощ¬
ность электростанций этого района. Возникает перегрузка
генераторов, снижение их частоты вращения и соответст¬
венно снижение частоты переменного тока и напряжения.
Работа энергосистемы с пониженной частотой является
не только неэкономичной, но и опасной [4, 13]. Поэтому
уже при частоте, близкой к 49 Гц, т. е. всего на 2% ниже
номинальной, начинают действовать первые ступени уст¬
ройств АЧР и отключать часть наименее ответственных
потребителей.
Устройства АЧР устанавливаются практически на каж¬
дой подстанции энергосистемы, на подстанциях промыш¬
ленных предприятий и на тяговых подстанциях железных
дорог. Очевидно, что должны быть приняты все необходи¬
мые меры, чтобы эти устройства действовали только при
аварийных ситуациях, с опасным понижением частоты в
энергорайоне, ЭС или ОЭС, но не отключали бы потреби¬
телей при перерывах питания, вызванных отключением
питающей линии или питающего трансформатора. Из мно¬
голетнего опыта известно, что такие перерывы питания в
большинстве своем бывают кратковременными, так как
через несколько еекунд электропитание подстанции вос¬
станавливается с помощью устройств АПВ или АВР (§ 5).
Однако на подстанциях, питающих синхронные двигатели,
именно в этот период — перед действием устройств АПВ
или АВР, создается ситуация, при которой может излиш¬
не сработать устройство АЧР (§1). Поэтому Директивные
материалы Минэнерго СССР [1] предлагают выполнять
специальные мероприятия, предотвращающие отключение
45
Потребителей действием устройств АЧР в случаях сниже¬
ния частоты при перерывах питания во- время действий
устройств АПВ и АВР. Далее рассматриваются эти ме¬
роприятия.
Выполнение на подстанции АЧР с выдержкой времени
(АЧРІІ). В соответствии с Директивными материалами
[1] установлены три категории устройств АЧР:
быстродействующая — АЧРІ с выдержкой времени не
более 0,5 с, все ступени которой имеют различные уставки
по частоте;
АЧРІІ, имеющая общую уставку по частоте, все ступе¬
ни которой имеют различные уставки по времени с интер¬
валами не менее 3 с, начиная примерно с 10 с;
дополнительная, для ускорения разгрузки в некоторых
энергорайонах при особо больших дефицитах мощности,
возникающих при отделении их от энергосистемы.
Для надежного несрабатывания при потере питания
от энергосистемы устройства АЧРІІ должны иметь вы¬
держку времени больше, чем то время выбега синхронных
двигателей, за которое напряжение на подстанции сни¬
жается до 0,1—0,2 номинального. Обычно это время не
превышает 10 с. При напряжении ниже 0,1—0,2 номиналь¬
ного реле понижения частоты в устройствах АЧР уже не
могут сработать и излишние отключения потребителей не
происходят. Поэтому на подстанциях, питающих синхрон¬
ные двигатели, желательно применять устройства АЧР с
уставками АЧРІІ; К сожалению, это не всегда возможно,
поскольку таких подстанций становится все больше и их
устройства АЧР приходится настраивать на уставки быст¬
родействующей категории АЧРІ. При этом должны приме¬
няться различные блокировки, запрещающие действие уст¬
ройства АЧР при потере питания и разрешающие дейст¬
вия этих устройств при опасном понижении частоты в ЭС,
ОЭС или в отделившемся энергорайоне.
Блокировка устройства АЧР по скорости снижения
частоты. Проведенные исследования и многолетний опыт
применения устройств АЧР в нашей стране показывают,
что значения скоростей снижения частоты существенно
отличаются друг от друга в случаях общесистемного по¬
нижения частоты, вызванного отключением крупного гене¬
рирующего источника, и в режимах потери питания и вы¬
бега синхронных двигателей на отдельной подстанции или
в небольшом районе. Несмотря на то, что скорость сниже¬
ния частоты в энергосистеме зависит от многих факторов
и может находиться в довольно широких пределах, как
правило, ее значение не превышает 3 Гц/с. Для конкрет-
46
+АЧР
1РЧ
1РВ -ЛЧР
1РШ
~2РЧ P 2РП
2РГі1
2РП2 1РП2
2РВ^ РУ
2 PB
ЗРП
1РП R
Блокировка
устройства
АЧР
Устройство
АЧР
Рис. 17. Принципиальная схема блокировки устрой¬
ства АЧР по скорости снижения частоты
При использовании реле 2РЧ типа РЧ-1 можно не устанав¬
ливать реле 2РВ
ных условий это максимальное значение определяется
службами энергетических режимов ЭС или ОЭС.
Скорость снижения частоты на подстанции, питающей
синхронные двигатели, при ее отделении от энергосистемы
также определяется многими факторами, но главным обра¬
зом, инерционными постоянными самих двигателей, сте¬
пенью их загрузки и соотношением суммарных мощностей
синхронных двигателей и безынерционной нагрузки отде¬
лившейся подстанции (§ 1). Однако, как правило, при
самых неблагоприятных условиях значения скорости сни¬
жения частоты на отделившейся подстанции с синхронной
нагрузкой превышают 10 Гц/с. В- тех энергосистемах и
энергоузлах, для -которых характерны именно такие су¬
щественные различия в значениях скоростей понижения
частоты, выполняется схема блокировки (запрета) дейст¬
вия устройства АЧР при относительно быстром снижении
частоты (рис. 17). Принцип блокировки устройств АЧР
по скорости снижения частоты был описан в работе [4] и
с тех пор достаточно широко и успешно применяется в
энергосистемах (например, в Ленэнерго).
Схема блокировки выполняется с помощью обычного
реле понижения частоты 1РЧ, реле времени 1РВ и проме¬
жуточного реле 1РП, катушка которого рассчитывается на
напряжение, равное половине номинального напряжения
оперативного тока, поскольку она включается через рези¬
стор R. Реле 1РЧ имеет обычно частоту срабатывания
48,5 Гц и при понижении частоты срабатывает раньше, чем
реле частоты ступени устройства АЧРІ (2РѴ), у которого
47
частота срабатывания, например, 47,0 Гц. При заданном
условии, что устройство АЧР должно действовать только
при скорости снижения частоты, равной или менее 3 Гц/с,
время замыкания замыкающего контакта реле 1РВ выби¬
рается следующим образом:
t Іірч—І2рч 48,5 47,0 п ц ,,
1ірв — у ~ з ’ ‘
При меньшей скорости снижения частоты от 49 до
47,5 Гц реле времени 1РВ успеет замкнуть свой’ контакт
в цепи катушки реле 1РП, последнее своим замкнувшим¬
ся контактом 1РП2 подготовит цепь катушки реле 2РВ
устройства АЧР. После срабатывания реле 2РЧ и 2РП за¬
мыкается контакт 2РП2, срабатывают реле времени 2РВ
(через 0,3—0,5 с) и затем — промежуточное реле ЗРП,
замыкающиеся контакты которого дают команду на’ от¬
ключение части линий или трансформаторов 6(10) кВ для
аварийной разгрузки энергосистемы.
При большей, чем 3 Гц/с, скорости снижения частоты,
что характерно для режима потери питания и выбега
синхронных двигателей, реле 2РЧ срабатывает вслед за
реле 1РЧ до того момента, когда замкнется контакт реле
1РВ. Сработавшее промежуточное реле 2РП своим кон¬
тактом 2РП1 через еще не разомкнувшийся размыкающий
контакт реле 1РП1 подает «плюс» оперативного тока на
правый зажим катушки реле 1РП для того, чтобы не до¬
пустить срабатывания этого реле после замыкания контак¬
та релё времени 1РВ. Резистор R при этом предотвращает
короткое замыкание между «плюсом» и «минусом» сети
оперативного тока. Поскольку реле 1РП не сможет сра¬
ботать и замкнуть свой контакт 1РП2, действие устройст¬
ва АЧР блокируется (запрещается).
Допустимость выполнения блокировки устройств АЧР
по скорости снижения частоты в каждом случае опреде¬
ляется службами энергетических режимов ЭС или ОЭС.
В некоторых случаях может выполняться блокировка уст¬
ройств АЧР по скорости снижения напряжения [1].
Блокировка устройства АЧР по направлению мощно¬
сти. В ряде энергосистем (например, ЛІосэнерго) 'приме¬
няется блокировка устройств АЧР по направлению мощно¬
сти. Принцип этой блокировки основан на том, что нор¬
мально мощность направлена от энергосистемы по питаю¬
щей линии и понижающему трансформатору к шинам
6(10) кВ, где включены синхронные двигатели и другая
нагрузка подстанции (рис. 13). Если происходит общеси-
48
стемное понижение частоты, направление мощности не
изменяется, контакты реле мощности остаются замкнуты¬
ми и разрешают срабатывание устройства АЧР на под¬
станции. При отключении питающей линии или трансфор¬
матора поток мощности изменяет направление: теперь он
либо направлен от синхронных двигателей к нагрузке,
подключенной к питающей линии или к обмотке среднего
напряжения трансформатора, либо в этих элементах он
равен нулю, если синхронные двигатели питают нагрузку,
подключенную к шинам 6(10) кВ. В этих случаях реле
мощности, реагирующие на направление мощности в пи¬
тающей линии или питающем трансформаторе, разомкнут
свои контакты и действие устройств АЧР будет запрещено.
Этот принцип использован и при выполнении так назы¬
ваемой защиты от потери питания, которая в числе других
задач может выполнять и блокировку устройств АЧР на
подстанциях, питающих синхронные двигатели (§ 7).
В некоторых случаях может выполняться блокировка
устройств АЧР по фактору исчезновения тока в питающей
линии или питающем трансформаторе, а также блокиров¬
ка по частоте на соседней секции, аналогично тому, как
это выполнено на рис. 15 для дополнительного пускового
органа устройства АВР по понижению частоты. Если реле
2РПЧ держит свои размыкающие контакты замкнутыми,
значит, частота на соседней секции и, очевидно, в энерго¬
системе нормальная. В этом случае действие устройства
АЧР на своей секции должно запрещаться. Если частота
понижается на обеих секциях одновременно, устройства
АЧР допускаются к действию. Недостатком этого принци¬
па блокировки является возможность отказа функциони¬
рования (бездействие) при режиме работы подстанции с
включенным секционным выключателем СВ, например, при
ремонте одного из питающих трансформаторов.
Единой общесоюзной типовой схемы для блокировки
устройств АЧР на подстанциях, питающих синхронные
двигатели (и крупные асинхронные двигатели), пока нет.
В новом комплектном устройстве АЧР типа АЧРС, кото¬
рый с 1980 г. выпускается Рижским опытным заводом
объединения Союзэнергоавтоматика Минэнерго СССР,
предусмотрены лишь зажимы, к которым при необходимо¬
сти подключается схема блокировки устройства АЧРС.
Принцип действия и схема блокировки должны в каждом
случае определяться проектной или обслуживающей орга¬
низацией по согласованию с энергосистемой или ОЭС.
Реле схемы блокировки устанавливаются вне комплекта
АЧРС.
4—3307 49
7. СПЕЦИАЛЬНАЯ АВТОМАТИКА,
ДЕЙСТВУЮЩАЯ ПРИ ПОТЕРЕ ПИТАНИЯ
ОТ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
На подстанциях, питающих синхронные двигатели, ши¬
рокое применение нашла специальная автоматика, дейст¬
вующая при потере питания от энергосистемы, описанная,
в работе [3]. Выявление факта потери питания здесь
производится по снижению частоты и изменению направле¬
ния активной мощности (рис. 18). Орган снижения часто¬
ты ускоряет действие этой автоматики по сравнению с
традиционной защитой минимального напряжения, по¬
скольку при потере питания снижение частоты до уставки
реле понижения частоты (46—48 Гц или 0,92—0,96 номи¬
нальной частоты) происходит в несколько раз быстрее,-чем
снижение напряжения, поддерживаемого синхронными
двигателями, до уставки минимальных реле напряжения
(0,5—0,6 номинального напряжения). Орган направления
мощности предотвращает излишние отключения синхрон¬
ных двигателей при общесистемном понижении частоты.
Специальная автоматика (рис. 18) выполняет ряд за¬
дач:
предотвращает опасное несинхронное включение синх¬
ронных двигателей, обеспечивает их успешную ресинхрони¬
зацию после действия устройств АПВ или АВР;
предотвращает излишние отключения потребителей
устройствами АЧРІ при кратковременных перерывах пи¬
тания;
прекращает подпитку синхронными двигателями места
повреждения на соседних упрощенных подстанциях 35—
220 кВ с отделителями и короткозамыкателями (§ 8);
ускоряет действия устройств АПВ и АВР на подстан¬
циях и в сетях.
Все эти задачи решаются в основном путем воздейст¬
вия на отключение вводного выключателя 6(10) кВ и ав¬
томатов гашения поля АГП тех синхронных двигателей,
которые не допускают несинхронного включения, могут
подпитывать место повреждения на соседних подстанциях,
длительно поддерживают напряжение при выбеге и тем
самым затягивают время срабатывания устройств АВР и
АПВ. В ряде случаев автоматика может действовать на
отключение выключателей синхронных двигателей, не
участвующих в процессе ресинхронизации после успешного
срабатывания устройств АПВ или АВР и восстановления
питания.
F0
Рис. 18. Принципиальная схема специальной автоматики — защиты от
потери питания на подстанциях, питающих синхронные двигатели:
а — поясняющая первичная схема и цепи переменного тока; б —
цепи переменного напряжения; в — векторные диаграммы реле 1РМ,
2РМ, иллюстрирующие их поведение при направлении мощности
к шинам 6(10) кВ подстанции; г — цепи оперативного постоянного
тока
В схеме специальной автоматики (защиты от потери питания) на
рис.-18 выявительные реле направления мощности 1РМ, 2РМ (типа,
например, РБМ-171) своими токовыми обмотками постоянно подклю¬
чены к трансформаторам тока, установленным на стороне 6 (10) кВ
питающего трансформатора Трі (рнс. 18,а). Обмотки напряжения
этих реле подключаются к цепям трансформатора напряжения пер¬
вой секции 1ТН только при снижении частоты до частоты срабаты¬
вания реле 1РЧ (типа ИВЧ-3 или РЧ-1). Подключение производится
контактами 1РПЧ1 и 1РПЧ2 промежуточного реле-повторителя
4*
51
1РПЧ (рис. 18,6 и г). Для соседней секции выполняется аналогичная
схема.
Реле направления мощности 1РМ и 2РМ включены (сфазированы)
таким образом, что их контакты в цепи обмотки реле блокировки
1РПБ замыкаются при нормальном направлении мощности от энерго¬
системы к своей секции шин 6(10) кВ (рис. 18,а — в). В этом слу¬
чае 1РПБ срабатывает, размыкает свой размыкающий контакт в це¬
пи реле времени 1РВ, тем самым блокируя (запрещая) действие ав¬
томатики. Такой случай соответствует общесистемному понижению
частоты, когда действия этой автоматики и не требуется.
При потере питания от энергосистемы и выбеге синхронных дви¬
гателей СД на подстанции снижается частота, срабатывает реле ІРЧ
(уставка 46—48 Гц), вслед за ним — реле 1РПЧ, ио контакты реле
мощности 1РМ и 2РМ остаются разомкнутыми и в том случае, когда
мощность равна нулю, и в том случае, когда мощность направлена
в сторону энергосистемы. При этом реле 1РПБ не срабатывает, его
размыкающий контакт 1РПБ в цепи реле 1РВ остается замкнутым.
Поскольку замыкающий контакт ІРПЧЗ уже замкнут, начинает рабо¬
тать реле 1РВ и через заданное время (0,3—0,5 с) срабатывает вы¬
ходное реле 1РП, которое своими контактами 1РГГ1, 1РП2 и другими
дает команды на отключение выключателей или АГП синхронных дви¬
гателей, блокирует при необходимости устройство АЧР (см. далее),
отключает вводный выключатель 6(10) кВ В1 (В2), запускает либо
устройство АВР на включение секционного выключателя СВ, либо
устройство АПВ вводного выключателя, т. е. АПВ трансформатора
(§ 5).
Наряду с рассмотренной автоматикой на подстанции обычно вы¬
полняется и традиционная защита минимального напряжения. При
снижении напряжения ниже 0,5—0,6 номинального с выдержкой вре¬
мени 0,5—1,5 с отключаются неответственные потребители и те син¬
хронные двигатели, которые не участвуют в самозапуске, а у тех дви¬
гателей, которые участвуют в самозапуске и последующей ресинхро¬
низации, — отключаются АГП. Если напряжение ниже 0,5—0,6 номи¬
нального держится несколько секунд, т. е. больше, чем время АПВ
питающей линии, производится отключение выключателей и тех дви¬
гателей, у которых уже снято возбуждение (отключен АГП).
Недостатком схемы автоматики (рис. 18) является неавтомати¬
ческий выбор направлений ее действий. Необходимо заранее опреде¬
лить, какой способ восстановления питания — АПВ или АВР — будет
более эффективным, и установить вручную в соответствующие поло¬
жения отключающие устройства. Очевидно, что это невозможно зара¬
нее предугадать, потому что в одних условиях более целесообразно
АПВ, в других — АВР.
Усовершенствованная схема специальной автоматики — защиты от
потери питания, принцип действия которой изложен в работе 117],
позволяет автоматически избирательно выбирать способ восстановле-
52
Контроль
частоты и
направления
мощности
Выбор
режима
АПВ
Контроль
напряжения
Отключение
АГП СД .
при Вейстбии
автоматики,
защит Тр1,
отключение
В1
Блокировка АЧР
Рис. 19. Принципиальная схема усовершенствованной (избира¬
тельной) специальной автоматики — защиты от потери питания
на подстанциях, питающих синхронные двигатели (показаны
только цепи оперативного тока для I секции шии 6(10) кВ и вы¬
ключателя В1)
Выбор
режима
АВР
ния питания — с помощью АПВ или АВР, а также выполнять все
остальные задачи, рассмотренные выше. На рис. 19 показаны только
Цепи оперативного тока этой автоматики, а поясняющая первичная
схема, цепи переменного тока и векторные диаграммы реле IBM и
2РМ остаются такими же, как на рис. 18.
53
При потере питания от энергосистемы, например, первой секции
шин 6(10) кВ реле 1РЧ и 1РПЧ срабатывают и подключают к це¬
пям напряжения трансформатора 1ТН реле 1РМ и 2РМ. Но послед¬
ние не замыкают свои контакты, и реле 1РПБ не срабатывает. Через
замкнутый при включенном положении выключателя В1 контакт реле
1РПВ1' замкнувшийся контакт 1РПЧЗ и оставшийся замкнутым раз¬
мыкающий контакт 1РПБ создается цепь запуска реле времени 2РВ,
если, при этом не разомкнулся размыкающий мгновенный контакт
ЗРВ1 реле ЗРВ. Этот контакт остается замкнутым, если иа соседней
секции так же снизились частота (размыкается размыкающий кон¬
такт 2РПЧ5) или напряжение (размыкается замыкающий контакт
ЗРН, который замкнут прн нормальном напряжении — выше 0,65 но¬
минального). При таком положении контактов 2РПЧ5 и ЗРН на реле
времени ЗРВ не подается «плюса» оперативного тока и оно не сра¬
батывает. В этом случае через 0,3—0,5 с замыкается' контакт 2РВ, а
затем срабатывают промежуточные реле 2РП н 4РП. Последнее да¬
ет команду на отключение АГП (развозбуждеиие) синхронных дви¬
гателей или иа отключение некоторых из них. Далее должно действо¬
вать устройство АПВ питающей линии, которое выполняется обычно
с контролем отсутствия напряжения (рис. 10,6).
В ряде случаев для быстрой ликвидации подпитки места к. з.
синхронными двигателями (§ 8), а также для ускорения и повыше¬
ния вероятности успешного действия устройства АПВ линии целесооб¬
разно отключить выключатель ввода 6(10) кВ питающего трансфор¬
матора с последующим его АПВ по схеме рис. 12. В схеме должна
быть предусмотрена цепь отключения этого выключателя с одновре¬
менным запретом действия устройства АВР на включение секцион¬
ного выключателя СВ.
В том случае когда на соседней секции шин 6(10) кВ сохраня¬
ются нормальные значения частоты и напряжения, оста¬
ются замкнутыми контакты ЗРН, 2РПЧ5 и 2РПВ (реле положения
«Включено» выключателя 6(10) кВ трансформатора соседней секции).
Теперь при потере питания от энергосистемы н- срабатывании реле
1РЧ и 1РПЧ после замыкания контакта 1РПЧ4 создается цепь пуска
реле времени ЗРВ. Мгновенный размыкающий контакт этого реле
ЗРВі разрывает цепь катушки реле времени 2РВ. После замыкания
с небольшой выдержкой времени замыкающего конечного контакта
ЗРВ2 срабатывает промежуточное реле ЗРП, которое своими замы¬
кающими контактами, так же как и в предыдущем случае реле 2РН,
дает команды на отключение АГП синхронных двигателей и обяза¬
тельно на отключение выключателя 6(-10) кВ питающего трансфор¬
матора, для того чтобы вызвать АВР с помощью секционного выклю¬
чателя СВ. Включение СВ выполняется с помощью реле типа Р11В-58
по схеме, аналогичной рис. 16, т. е. с контролем снижения напряже¬
ния на секции. При этом запрещается действие устройства АПВ вы¬
ключателя 6(10) кВ этого трансформатора (рис. 12).
54
Наряду с АВР по факту снижения частоты (реле ЗРВ), преду¬
смотрена возможность АВР н при снижении напряжения на секции
(реле 4РВ). При снижении напряжения ниже общепринятых уставок
устройств АВР (0,25—0,4 номинального напряжения) замыкаются
размыкающие контакты минимальных реле напряжения 1РН и 2РН,
срабатывает реле-повторитель 1РПН и замыкает свой замыкающий
контакт 1РПН1 в цепи катушки реле 4РВ. Для срабатывания этого
реле необходимо, чтобы напряжение на соседней секции было не ни¬
же 0,65 номинального (замкнут контакт ЗРН), был включен автомат
во вторичных цепях трансформатора напряжения 2ТН (замкнут кон¬
такт 2АВ) и замкнуты втычные контакты 2ТН в ячейке этого транс¬
форматора напряжения. При замыкании с выдержкой времени кон¬
такта 4РВ срабатывает реле ЗРП и выполняет описанные выше за¬
дачи.
Время срабатывания - реле ЗРВ на замыкание конечного- контакта
ЗРВ2 выбирается минимальным, около 0,3—0,4 с, для того чтобы ус¬
корить восстановление питания секции и улучшить условия ресинхро¬
низации синхронных двигателей.
Время срабатывания реле 4РВ должно выбираться так же, как
выбирается время действия пускового органа минимального напря¬
жения устройства АВР [9, 10, 13]: во-первых, большим времени сра¬
батывания тех защит, в зоне действия которых повреждения могут
вызвать снижения напряжения ниже того значения, при котором
замыкаются размыкающие контакты реле 1РН и 2РН-, во-вторых,
большим времени действия других устройств, которые должны в пер¬
вую очередь сделать попытку восстановления питания данной под¬
станции. К таким устройствам могут быть отнесены устройства АПВ
питающих линий или трансформаторов более высокого напряжения,
а также АВР источников питания.
Действие схемы (рис. 19) на отключение АГП (развозбуждение)
синхронных двигателей предусмотрено также при действии релейной
зашиты питающего трансформатора (замыкаются контакты выходных
реле защиты 5РП и 6РП) и при ручном или случайном отключении
выключателя 6(10) кВ этого трансформатора (В1).
В последнем случае мгновенно замыкается контакт 1РПО реле
положения «Отключено», но еще некоторое время остается замкну¬
тым контакт 1РПВЗ реле положения «Включено» выключателя В/.,
Если при этом замкнут один из контактов реле положения «Включе¬
но» выключателей СВ и В2, что свидетельствует о том, что одни нз
этих выключателей отключен, то происходит срабатывание реле 4РП
и дается команда на отключение АГП синхронных двигателей.
Если оба выключателя — СВ и В2 — включены и производится
отключение В1, то это свидетельствует о выполнении обычной опе¬
рации перевода нагрузки с одного питающего трансформатора иа
Другой без ее погашения. При этом оба контакта реле положения
СВ и В2 (РПВ СВ и РПВ В2) будут разомкнуты и команда на
55
отключение АГП ие пойдет. После срабатывания реле 4РП оно са¬
моудерживается через свой замкнувшийся контакт 4РП1 и замкну¬
тый при нормальном напряжении размыкающий контакт 1РПН2.
После отключения АГП напряжение, поддерживаемое синхронными
двигателями, снижается, срабатывают и замыкают свои размыкаю¬
щие контакты минимальные реле напряжения 1РН и 2РН. Затем сра¬
батывает реле 1РПН, размыкается контакт 1РПН2 и самоудержива-
ние реле 4РП прекращается (18].
Преимущество усовершенствованной схемы автоматики (рис. 19)
по сравнению с предыдущей состоит в ускорении восстановления Пи¬
тания секции шин 6(10) кВ путем отключения рабочего и включения
резервного выключателя (СВ). В этом случае повышается вероятность
успешного АВР, так как это действие схемы происходит только при
нормальных значениях частоты и напряжения на соседней секции,
откуда подается резервное питание.
В благоприятных условиях время АВР в этой схеме составляет
десятые доли секунды, что, в свою очередь, улучшает условия ресин¬
хронизации синхронных двигателей.
Таким образом, АВР происходит без ожидания действий устрой¬
ства АПВ питающей линии 35—220 кВ или других устройств АВР
на элементах питающей сети. При успешном АПВ питающей линии
и восстановлении напряжения на стороне 35—220 кВ питающего транс¬
форматора приходит в действие устройство автоматического восста¬
новления нормальной схемы подстанции, которое включает .выключа¬
тель 6(10) кВ трансформатора и затем отключает секционный вы¬
ключатель СВ [8, 9, 13].
Для предотвращения излищнего срабатывания реле ЗРВ при
общесистемном понижении частоты н ее «зависании» на пределе сра¬
батывания реле частоты рекомендуется выполнить автоматическое
переключение уставки срабатывания того реле частоты другой секции,
которое выполняет функции блокирующего. Уставка реле повышается
с помощью одного из замыкающих контактов реле РПЧ другой сек¬
ции (на рис. 19 это не показано). Таким образом, при срабатывании
реле частоты, подключенного к трансформатору напряжения одной из
секций, обеспечивается срабатывание реле частоты и на другой сек¬
ции. Если частоту срабатывания реле установлена, например, 47—
48 Гц, то после срабатывания реле РПЧ она становится равной
48,5 Гц.
Замыкающий контакт 1РПБ2 реле 1РПБ можно использовать для
блокировки устройства АЧР дайной секции шин. Этот контакт замы¬
кается и подает «плюс» на схему АЧР только при условии, что мощ¬
ность через трансформатор направлена к шинам и контакты реле
1РМ и 2РМ замкнуты. Срабатывание этих реле свидетельствует так¬
же о понижении частоты в энергосистеме ниже уставки реле 1РЧ.
Однако может оказаться, что уставка реле частоты устройства АЧР
(fA4p задана более высокой, чем уставка реле 1РЧ специальной ав-
56
тематики (/а). Например, fA4p=48 Гц, а /„=47 Гц. В этом случае
необходимо либо выполнить самостоятельную схему блокировки уст¬
ройств АЧР (§ 6), либо в описанной схеме автоматики (рис. 19)
жестко подключить обмотки напряжения реле 1РМ и 2РМ к вторич¬
ным цепям трансформатора напряжения, т. е. зашуитировать контак¬
ты 1РПЧ1 и 1РПЧ2 (рис. 18,6).
На трансформаторах с расщепленными обмотками 6(10) кВ то¬
ковые обмотки реле мощности ІРМ и 2РМ рекомендуется подклю¬
чать к трансформаторам тока, установленным на стороне высшего
напряжения трансформатора и соединенным в треугольник. Обмотки
напряжения этих реле подключаются к вторичным цепям трансфор¬
матора напряжения, включенного на стороне 6(10) кВ между транс¬
форматором и одним из выключателей этого напряжения.
Реле 4РП в схеме АВР (рис. 19), кроме перечисленных действий,
может давать команду иа срабатывание устройств форсирования воз¬
буждения синхронных двигателей неповрежденной (резервной) секции
шин 6(10) кВ, для того чтобы увеличить их ток возбуждения и э. д. с.
в тот момент, когда к этой секции подключается другая секция с
полностью или частично затормозившимися электродвигателями. Во
время самозапуска этих двигателей увеличивается ток через питающий
трансформатор и снижается напряжение на обеих секциях и, следо¬
вательно, напряжение Uc на зажимах статоров всех электродвигате¬
лей. В этих условиях увеличение э. д. с. Едв согласно выражению
(4) помогает сохранить в допустимых пределах значение момента
вращения электродвигателя Л4вр и обеспечить его устойчивую работу
(§ 1)-
8. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
УПРОЩЕННЫХ ПОДСТАНЦИИ
С КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛЯМИ И ОТДЕЛИТЕЛЯМИ
ПРИ НАЛИЧИИ В ПРИЛЕГАЮЩЕМ СЕТИ
СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Трансформаторы упрощенных подстанций подключаются к ответв¬
лениям от линий 35—220 кВ с помощью автоматических отделителей
ОД (рис. 20). Эти коммутационные аппараты имеют низкую отклю¬
чающую способность — ими разрешается отключать только ток холос¬
того хода трансформатора. При повреждении трансформатора необ¬
ходимо вызвать отключение выключателя питающей линии иа под¬
станции А энергосистемы либо путем передачи отключающего импульса
(телеотключение), либо с помощью включения специального аппара¬
та — короткозамыкателя КЗ. Последний создает металлическое к. з.
на стороне высшего напряжения трансформатора: однофазное на зем¬
лю в сетях НО кВ и выше; двухфазное — в сетях 35 кВ, работаю¬
щих с изолированной нейтралью.
57
Рис. 20. Схема сети ПО кВ, где возможна под¬
питка от синхронных двигателей СД места к. з.
на соседней подстанции (В)
АПП — устройство автоматики — защиты от потери пи¬
тания; АГП — автомат гашения поля синхронного дви¬
гателя; ОД — автоматический отделитель для отключе¬
ния поврежденного трансформатора во время бестоко¬
вой паузы; КЗ — короткозамыкатель; АОД— автомати¬
ка отключение отделителя ОД
На рис. 20 на поврежденном трансформаторе подстанции а ко¬
роткозамыкатель КЗ показан уже во включенном положении, а вы¬
ключатель питающей линии на подстанции А — в отключенном поло¬
жении. Если бы не было синхронных двигателей СД на соседней
подстанции Б, ток через короткозамыкатель КЗ был бы равен нулю,
наступила бы так называемая бестоковая пауза, во время которой
специальная .автоматика дает команду на отключение отделителя ОД
(описание этой атоматики приведено в работе [13]). При наличия на
соседней подстанции Б синхронных двигателей СД ток через вклю¬
ченный короткозамыкатель КЗ подстанции В не исчезает, его условное
направление показано стрелками на рис. 20. Значение * тока, генери¬
руемого вращающимися по инерции синхронными двигателями, может
во много раз превосходить допустимый ток отключения отделителя
ОД. В таких случаях может не сработать автоматика отключения
отделителя АОД и отделитель останется во включенном положении
либо автоматика сработает, но отделителю придется отключать не¬
допустимо большой ток, что вызовет его повреждение возникшей
электрической дугой. И в том, и в другом случае поврежденный
трансформатор с включенным короткозамыкателем не отделится от
питающей линии и поэтому АПВ линии будет неуспешным. Это при¬
ведет к дополнительным отключениям потребителей. Очевидно, что на
подстанциях, питающих синхронные двигатели, подобных подстан¬
ции Б на рис. 20, необходимо предусматривать специальную автома-
58
тику, выявляющую нарушение связи с системой (потерю питания) и
действующую иа отключение выключателей или АГП (развозбуждение)
синхронных электродвигателей [8]. Примеры выполнения такой авто-
Матики приведены в § 7.
При выполнении иа подстанциях, питающих синхронные двигате¬
ли, специальной автоматики (защиты от потери питания) по схемам
рис. 18 или 19 необходимо учитывать время действия этой автомати¬
ки при выборе схемы и уставок автоматики отключения отделителей
на других подстанциях этого узла, а также при расчете времени сра¬
батывания устройства АПВ на выключателях питающей линии, осо¬
бенно в тех случаях, когда по каким-либо причинам устройство АПВ
линии выполнено без контроля снижения напряжения иа линии (§ 5).
Автоматика отключения отделителя (АОД иа рис. 20) должна
выполняться с замедлением действия, например, с помощью часового
механизма реле времени прямого действия, которое устанавливается
в приводе короткозамыкателя КЗ. Контакт этого реле замыкается с
выдержкой времени /доди дает разрешение на отключение отдели¬
теля ОД. Для того чтобы это отключение произошло в бестоковую
паузу, т. е. после прекращения тока подпитки от синхронных двига¬
телей соседней подстанции, необходимо, чтобы выполнялось условие
ІДОД 4" Іс.н 4" Ізап. СО
где /а — время срабатывания специальной автоматики, действующей
на отключение вводного выключателя 6(10) кВ на подстанции Б
(рис. 20), или иа отключение синхронных двигателей на этой под¬
станции, или иа развозбуждение этих двигателей (§ 7); tc.H — вре¬
мя, в течение которого напряжение со стороны синхронных двигате¬
лей снижается ниже 0,2—0,3 номинального; ^аап~0,5 с.
Как правило, специальная автоматика (§ 7) действует иа отклю¬
чение вводного выключателя 6(10) кВ иа всех подстанциях, питаю¬
щих синхронные двигатели, если в том же эиергорайоие есть под¬
станции с отделителями и короткозамыкателями (рис. 20). При этом
из выражения (17) можно исключить значение /с.в, поскольку на¬
пряжение, а следовательно, и ток подпитки становятся равными ну¬
лю немедленно после отключении вводных выключателей 6(10) кВ
подстанций с синхронными двигателями.
Значение времени может быть приближенно рассчитано по вы¬
ражениям (14) и (15). Из примера, приведенного в § 5, видно, что
расчетное значение может доходить до 2,5 с, а в некоторых слу¬
чаях и более (при малоиагружеиных мощных двигателях).
При расчете по выражению (17) предполагается, что при к. з.
в трансформаторе (подстанция В на рис 20) действуют без замед-
левия на включение короткозамыкателя основные быстродействую¬
щие защиты (газовая, дифференциальная или токовая отсечка), а
затем также без замедления действует защита питающей линии. Ес¬
59
ли же последняя может действовать с некоторым замедлением, на-
пример с временем второй ступени защиты (*с*з. влЬ то это
время должно быть учтено при выборе- (АОД п0 выражению (17):
*аод = £з. вл + *а + *с.н + Gan- , (17а)
В выражениях (1'7) и (17а) не учитывается собственно время
включения короткозамыкателя, если реле времени в схеме автомати¬
ки АОД начинает работать только после включения короткозамыка¬
теля.
Для устройства АПВ питающей линии (ВЛ ПО кВ на рис. 20),
особенно выполненного без контроля отсутствия напряжения со сто¬
роны линии, время срабатывания *дпв должно выбираться не
только по выражениям (11)—(13), но и по дополнительному условию
ожидания отключения отделителя поврежденного трансформатора:
*АПВ > *АОд + *оод+ *ЗЯГІ’
где (АОД— время срабатывания автоматики, действующей на отключе¬
ние отделителя ОД, рассчитывается по выражениям (17) или (17а);
*оОД — собственное время отключения отделителя (около 0,7 с);
^3311^0,5 с.
При неблагоприятных условиях рассчитанное значение /АОд по вы¬
ражению (17а) может составить
1АОД = (0,4 = 1,0) +2,54-0,5 = 3,4^-4 с,
а значение 1АПВ п0 выражению (18)
*АПВ = (3,4 = 4) + 0,7 + 0,5 = 4,6 = 5,2 с.
Эти значения /Апв вполне соответствуют принятым на практике
для устройства АПВ воздушных одиночных линий с односторонним
питанием (§ 5) и не противоречат Правилам [8].
Для линий с двусторонним питанием время срабатывания уст¬
ройств АПВ (без контроля синхронизма) на обоих концах линии вы¬
бирается по выражениям (17), (17а) и (18) самостоятельно для каж¬
дого конца, поскольку время срабатывания защиты линии на каждом
из концов может быть разным.
В настоящее время стремятся не выполнять упрощенных под¬
станций с отделителіями на тех линиях, где включены подстанции,
питающие крупные синхронные двигатели.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сборник директивных материалов по эксплуатации энергоси¬
стем. Электротехническая часть. — 2-е изд.—М.: Энергоиздат, 1981.
2. Коваленский И. В. Релейная защита электродвигателей напря¬
жением выше 1000 В. — 2-е изд.—М.: Энергия, 1977.
3. Слодарж М. И. Режимы работы, релейная защита н автомати¬
ка синхронных электродвигателей. — М.: Энергия, 1977.
4. Москалев А. Г. Автоматическая частотная разгрузка энергоси¬
стем.— М.: Госэнергоиздат, 1959.
5. Ермилов А. А. Электроснабжение промышленных предприятий.—
3-е изд. — М.: Энергия, 1977.
6. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в элек¬
трических системах. — М.: Энергия, 1970.
7. Крючков И. П., Кувшииский Н. Н., Неклепаев Б. Н. Электри¬
ческая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы. —
3-е изд. — М.: Энергия, 1978.
8. Правила устройства электроустановок. — М.: Энергоиздат, 1981.
9. Шабад М. А. Автоматика электрических сетей 6—35 кВ в сель¬
ской местности. — Л.: Энергия, 1979.
10. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распре¬
делительных сетей. — 2-е изд. — Л.: Энергия, 1976.
11. Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных се¬
тей.— Л.: Энергоиздат, 1981.
12. Гельфанд Я. С. Релейная защита распределительных сетей. —
М.: Энергия, 1975.
13. Беркович М. А., Комаров А. Н., Семенов В. А. Основы авто¬
матики энергосистем.—2-е изд. — М.: Энергоиздат, 1981.
14. Рубинчик В. А. Основные принципы резервирования отключе¬
ния коротких замыканий в сетях 110—220 кВ. — Электрические стан¬
ции, 1981, № 3.
15. Голубев М. Л. Автоматическое повторное включение в рас¬
пределительных сетях. — М.: Энергоиздат, 1982.
16. Захаров С. Н., Шабад М. А. Релейная зашита и противоава-
рийная автоматика. — В кн.: Достижения в области эксплуатации
энергетического оборудования в системе Ленэнерго. — М.: Энергия,
17. Слодарж М. И. Избирательный запуск устройств АВР и
АПВ. — Электрические станции, 1981, № 5.
18. Беляев А. В. Автоматизация компрессорных подстанций с син¬
хронными двигателями.—Электрические станции, 1983, № 6.
Предисловие 3
1. Аварийные режимы на электроподстанциях, питающих син¬
хронные электродвигатели ■ . . . 5
2. Требования к устройствам релейной защиты и автоматики
подстанций, питающих синхронные двигатели 13
3. Релейная защита отходящих линий 6 и 10 кВ 14
4. Особенности защиты питающих элементов 25
5. Устройства АПВ и АВР на электроподстанциях, питающих
синхронные электродвигатели - 27
6. Предотвращение излишних отключений потребителей дейст¬
вием устройства АЧР 45
7- Специальная автоматика, действующая при потере питания
от энергосистемы 50
€. Особенности защиты и автоматики упрощенных подстанций
с короткозамыкателями и отделителями при наличии в приле¬
гающей сети синхронных двигателей 57
Список литературы 61
МИХАИЛ АБРАМОВИЧ НІАБАД
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
НА ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЯХ.
ПИТАЮЩИХ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Редактор В. Н. Миханкова
Художественный редактор Д. Р. Стеванович
Технический редактор А. Г. Рябкина
Корректор А. М. Куминова
ИБ № 250
Сдано в набор 01.11.83. Подписано в печать 06.02.84. М-20430.
Формат 84X108732. Бумага типографская 3. Гарнитура литературная.
Печать высокая. Усл. печ. л. 3,36. Усл. кр. отт. 3,57. Уч.-изд. л. 3,84.
Тираж 18 030 экз. Заказ 3307. Цена 20 к.
Ленинградское отделение Энергоатомиздата. 161041. Ленинград, Мар¬
сово поле, 1.
Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени
Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова Союзполиграф-
прома при Государственном комитете СССР по делам издательств, по¬
лиграфии и книжной торговли. 113054, Москва, М-54, Валовая, 28.
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
Ленинградский книжный магазин «Энергия» — опорный
пункт Энергоатомиздата — высылает рекламные проспекты
на литературу по всем разделам энергетики, в том числе
и по теплотехнике и теплоэнергетике.
Магазин принимает заказы на книги, намеченные к вы¬
пуску в 1984 году, а также на издания прошлых лет.
Рекламные проспекты высылаются по просьбе предприя¬
тий и организаций.
Пользуйтесь услугами магазина № 92 Ленкниги «Энер¬
гия».
Адрес магазина: 196066, Ленинград, Московский
пр., 189.
20 к.
ш ма
tfitPir filІет.'пиіосімі