Вопросы для самопроверки по теме 1.3
1. Принципы действия защиты шин.
2. Защита шин типовых схем электрических станций.
3. С какой целью защита шин электростанций выполняется направленной?
4. Принцип действия дифференциальной защиты шин.
5. Что такое логическая защита?
6. Особенность логической цифровой защиты.
7. Cравните традиционную защиту шин с логической.
8. Логическая цифровая защита шин электростанции.
1.4. Аварийные автоматические переключения и синхронизация генераторов
1.4.1. Общие сведения
Автоматика аварийных режимов решает задачи быстрого управления высоковольтными выключателями аналогично действию релейной защиты.
Это, прежде всего, автоматическое включение резерва (АВР) в том случае, когда исчезло напряжение на рабочем источнике или произошло короткое замыкание на этом источнике. Тогда запускается устройство АВР, отключает рабочий источник и подает питание от резервного источника. Реализация функций АВР может осуществляться автономными устройствами АВР или специальными командами в общей системе аварийного управления.
Автоматическое повторное включение (АПВ) – важнейший, традиционный, вид автоматики аварийного режима. АПВ работает после отключения элемента энергетической системы от релейной защиты. Цель применения АПВ состоит в том, чтобы в тех случаях, когда КЗ самоустранилось, восстановить нормальную работу участка сети или элемента электрооборудования.
При возникновении дефицита активной мощности и недостатке генерирующих мощностей возможно понижение частоты в энергосистеме, что грозит тяжелыми последствиями, вплоть до остановки тепловых электростанций. Этого нельзя допустить, и приходится отключать малоответственных потребителей для спасения энергосистемы. Задачу частотной разгрузки решает специальный вид автоматики – автоматическая частотная разгрузка (АЧР).
При снижении частоты в некоторых случаях необходимо производить деление энергетического района. Эту функцию осуществляет делительная защита – особый вид защиты, реагирующий на снижение частоты.
Режим энергосистемы предполагает включение и отключение отдельных ее частей, а также включение в работу основных источников электроэнергии - синхронных генераторов. Включение генераторов обеспечивается их синхронизацией тем или иным способом. Синхронизация – это процесс совмещения частот и фаз включаемого в систему генератора и энергетической системы. Синхронность, т. е. одновременность, понимается как равенство частот вращения генератора и сети, а синфазность означает равенство фаз генератора и сети. Оба эти условия должны быть обеспечены.
1.4.2. Автоматическое включение резервного питания
Повышение надежности электроснабжения потребителей электрической энергии достигается комплексом средств, выполняющих различные функции. Одним из таких средств является автоматическое включение резерва (АВР). Устройства АВР или функции АВР реализуются на современном этапе развития автоматики различным образом. Это могут быть классические релейно-контактные схемы, выполненные на электромеханических реле. Это могут быть терминалы релейной защиты и автоматики в составе цифровых комплексов.
Алгоритмы АВР строятся на основе общих требований ПУЭ, из которых следует выделить самые основные:
- АВР должны включать даже на КЗ;
- АВР должны быть однократного действия;
- если АВР установлено на секционном выключателе, то должно предусматриваться ускорение действия релейной защиты этого выключателя после действия АВР.
Второе и третье требования ПУЭ являются следствием первого – если ожидается включение на КЗ, то, очевидно, второго срабатывания АВР допустить нельзя, а релейная защита секционного выключателя, согласованная по времени с защитами отходящих линий должна быть ускорена на определенный интервал времени, достаточной для отключения секционного выключателя, если включение произошло на КЗ на секции шин. После этого выдержка времени должна быть восстановлена.
Алгоритмы АВР достаточно просто реализуются либо в терминалах цифровых устройств релейной защиты и автоматики, либо на программируемых логических матрицах (ПЛМ).
Предлагается простейший вариант тиристорного выключателя и приводятся результаты разработки АВР на подстанции с такими выключателями.
На рис. 1.4.1 показана схема подстанции.
Рис. 1.4.1. Схема подстанции
Тиристорные выключатели (Q1÷Q3) являются главными коммутационными аппаратами подстанции.
Рис. 1.4.2. показывает размещение устройства АВР в схеме подстанции и поясняет его работу.
При нормальном режиме работы подстанции секционный выключатель Q3 отключен, и питание секций I и II осуществляется раздельно от вводов 1 и 2 соответственно.
Задачей устройства АВР при нарушении нормальной работы схемы является обеспечение питанием обеих секций при наличии напряжения на одном из вводов, а также восстановление исходной схемы подстанции.
Отметим виды нарушения нормального режима схемы и действие устройства АВР в этих случаях. Если прекратится подача напряжения по одному из вводов, то сработает датчик напряжения U1 (или U2), и по его команде АВР обеспечит отключение выключателя Q1 (или Q2) и включение секционного выключателя Q3.
То же самое произойдет, если случится КЗ на одной из питающих линий, когда датчик напряжения почувствует снижение напряжения на этой линии.
Рис. 1.4.2. Работа АВР в схеме подстанции
Напряжение на шинах одной из секций может исчезнуть и после отключения выключателя рабочего питания защитой при КЗ на шинах этой секции (точки К1 или К2). В этих случаях устройство АВР работает как АПВ, однократно включая секционный выключатель на короткое замыкание. При устойчивом КЗ защита окончательно отключит питание этой секции.
При отключении выключателей рабочего питания Q1 или Q2 вручную либо с диспетчерского пульта устройство АВР должно быть выведено из работы.
Если появляется питающее напряжение на обоих вводах, устройство АВР автоматически восстанавливает исходную схему подстанции, включая при этом тот выключатель, который был отключен, и отключая секционный выключатель Q3.
Принципиальная схема устройства содержит три блока (рис. 1.4.3):
- блок сопряжения;
- логический блок;
- выходной блок
Рис. 1.4.3. Принципиальная схема АВР
Через блок сопряжения логический блок получает информацию о состоянии выключателей (Q1÷Q3) и о наличии напряжения на вводах 1 и 2. Включенное состояние выключателей (Q1÷Q3) фиксируется их замкнутыми контактами (SQ1÷SQ1). Наличие напряжения на вводах 1 и 2 фиксируется с помощью реле напряжения (KV1÷KV6).
Являясь разновидностью программируемых логических интегральных схем, ПЛМ относится к цифровым устройствам электроники и при проектировании описывается моделью дискретного автомата.
При восстановлении питающего напряжения на том вводе, где оно исчезло, устройство АВР должно обеспечить автоматическое восстановление исходной электрической схемы.
Теперь рассмотрим вид входных сигналов, учитывающих контроль напряжения каждой фазы.
На рис. 1.4.4 показана матричная схема АВР на ПЛМ:
x11, x12, x13 – сигналы напряжения V1, которые формируются через конъюнкторы напряжений трех фаз A, B и C соответственно;
x2, x3, x4 – сигналы состояния выключателей Q1, Q2 и Q3 соответственно;
x51, x52, x53 – сигналы напряжения V2, которые формируются аналогично сигналам x11, x12, x13;
x6 – сигнал, поступающий с элемента задержки, выведенного за пределы логической схемы, что необходимо в последующем для построения матрицы;
(y1÷y6) – выходные сигналы
y7 – сигнал на выходе схемы И-НЕ, следящей за состоянием выключателей Q1 или Q2 (рис. 1.4.4), который поступает на вход элемента задержки.
Рис. 1.4.5 поясняет принцип работы матрицы на примере формирования выходного сигнала y4.
В основе имеем принципиальную электрическую схему эмиттерного повторителя, в которой отпирание транзистора VT зависит от состояния диодов VD1÷VD9. Пока открыт хотя бы один из диодов, малый ток базы iб удерживает транзистор в запертом состоянии. При малом токе эмиттера на выходе y4 имеем сигнал низкого уровня (логический 0). Только при условии, когда все диоды будут заперты более высоким потенциалом, чем потенциал базы (на всех входах – логическая 1), транзистор откроется, и на выходе y4 появится логическая 1.
Рис. 1.4.4. Матричная схема АВР
Рис. 1.4.5. Принцип работы матрицы