1.4.3. Автоматическое повторное включение

Согласно требованиям ПУЭ автоматическое повторное включение (АПВ) должно применяться на воздушных линиях электропередачи, на кабельно-воздушных линиях и на трансформаторах. В отношении АПВ на трансформаторах делается важная оговорка: АПВ должно действовать только в тех случаях, когда не сработала релейная защита от внутренних повреждений, т. е. дифференциальная и газовая.

Данные требования обусловлены условиями работы объектов: характер КЗ на воздушных линиях (в большинстве случаев КЗ самоустраняется и действие АПВ оказывается успешным). На кабельно-воздушных линиях имеются участки воздушных линий. На трансформаторах весьма вероятны КЗ на выводах, при этом действует максимальная токовая защита, как защита от сверхтоков внешних по отношению к трансформатору повреждений.

Функция АПВ может осуществляться с помощью либо автономных устройств АПВ, установленных на соответствующих выключателях сети или трансформаторов, либо централизованно. В последнем случае отдельные устройства АПВ не применяются, а его функции реализуются путем передачи команд на выключатели от единого вычислителя, управляющего участком сети или частью энергосистемы.

В качестве примера рассмотрим комплексную систему автоматики, являющуюся подсистемой автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУ ЭС) угольной шахты. Данная система автоматики включает в себя автономные устройства максимальной токовой защиты и централизованно реализованные функции АВР и АПВ.

В системе подземного электроснабжения угольных шахт, опасных по газу и пыли, применяются устройства максимальной токовой защиты мгновенного действия. Такая защита действует неселективно и при возникновении КЗ происходит массовое отключение выключателей. Распредустройства системы подземного электроснабжения находятся на значительном расстоянии друг от друга, что затрудняет восстановление схемы после ее распада при КЗ путем осуществления местного включения дежурным персоналом. Восстановление схемы дистанционно из энергодиспетчерской требует высокой квалификации диспетчера, т. к. определить место КЗ по мнемощиту достаточно сложно.

В связи с этим появилась необходимость автоматизации процесса восстановления схемы после КЗ путем исправления неселективной работы защит и, в некоторых случаях, путем включения резервного источника питания.

В данной работе рассматривается алгоритм централизованного автоматического повторного включения и автоматического включения резерва (ЦАПВ и ЦАВР).

Поясним изложенное на примере участка распределительной сети 6 кВ подземной части системы электроснабжения угольной шахты. Схема участка сети показана на рис. 1.4.6.

Участок сети состоит из трех распредустройств: ЦПП1, секция 1; ЦПП1, секция 2; РПП1. Выключатели 1 всех распредустройств – вводные,также вводным является выключатель m РПП1. На рис. 1.4.14 это отражается отсутствием отходящей снизу линии. Остальные выключатели линейные, в том числе выключатель n ЦПП1, секции 2. От шин ячейки этого выключателя питание подается прямо на кабель к РПП1. ЦПП1 – центральная подземная подстанция N1, РПП1 – распределительный подземный пункт N1.

Рис. 1.4.6. Схема распредустройств подземной части системы

электроснабжения шахты

Система ЦАПВ и ЦАВР должна в случае возникновения КЗ в любой точке данного участка сети обеспечить повторное включение отключенных неселективно релейной защитой выключателей и, если это необходимо, включить питание от резервного источника (в нашем случае от питающих линий Ф1 и Ф2). Исходное состояние схемы показано на рисунке и характеризуется тем, что осуществляется раздельное питание потребителей, т. к. вводной выключатель 1 РПП 1 нормально отключен – заштрихован.

В системе ЦАПВ и ЦАВР предусмотрено формирование двух сигналов от каждого выключателя:

- сигнала срабатывания максимальной токовой защиты – отображается на мониторе красном цветом;

- сигнала положения выключателя: включенное положение – зеленый цвет; отключенное положение – голубой цвет; отключенное положение по причине исчезновения напряжения – желтый цвет.

Сигналы анализируются, результаты анализа формируются в виде команд, которые поступают на выключатели.

Алгоритм ЦАПВ и ЦАВР – это процедура восстановления схемы после ее распада при коротком замыкании. Алгоритм записывается в графической и табличной форме, удобной для составления программы для реализации на компьютере.

Суть алгоритма состоит в том, что следует включить все отключившиеся выключатели по цепи прохождения тока короткого замыкания, за исключением последнего перед точкой КЗ (АПВ) и в некоторых случаях подключить резервной источник (АВР).

Для составления алгоритма следует выполнить декомпозицию исходной схемы распределительной сети путем разбивки ее на так называемые тупики, т. е. участки с двумя-тремя источниками и с одним-двумя тупиковыми потребителями. Затем схему каждого тупика следует представить графом и соответствующей ему таблицей, в столбцах которой и записываются команды включения и отключения соответствующих выключателей.

Покажем на примере анализ схемы и составление алгоритма. Будем считать, что декомпозиция схемы сделана, и схема одного из тупиков показана на рис. 1.4.6.

Первая операция – кодирование выключателей с тем расчетом, чтобы каждому выключателю всей схемы подземной распредсети соответствовал свой адрес.

Код выключателя имеет вид A-B-C,

где A – номер уровня распредустройства;

B – номер секции;

C – номер выключателя.

Рис. 1.4.7. Граф распределительной сети

Для схемы рис. 1.4.7 коды выключателей представлены в табл. 1.4.1.

Т а б л и ц а 1.4.1

Обозначение на схеме	Код
ЦПП1, секция 1, выключатель 1	1-1-1
ЦПП1, секция 1, выключатель 2	1-1-2
ЦПП1, секция 1, выключатель k	1-1-k
ЦПП1, секция 1, выключатель l	1-1-l
ЦПП1, секция 2, выключатель 1	1-2-1
ЦПП1, секция 2, выключатель 2	1-2-2
ЦПП1, секция 2, выключатель n-1	1-2-(n–1)
ЦПП1, секция 2, выключатель n	1-2-n
РПП1, выключатель 1	2-1-1
РПП1, выключатель 2	2-1-2
РПП1, выключатель m-1	2-1-(m–1)
РПП1, выключатель m	2-1-m

Из табл. 1.4.1 видно, что номер уровня растет от источника к потребителю, шины РПП1 не секционированы, значит это номер один.

Граф цепи – это магистраль и отходящие линии. Магистраль – это путь тока от одного источника до другого, отходящие линии присоединяются к соответствующим ветвям графа рис. 1.4.7. Вершины графа – выключатели магистрали, ветви – связи между выключателями. Граф является математической моделью структуры распределительной сети и служит для формирования массива ее элементов в памяти компьютера подсистемы АСУ.

В составе АСУ ЭС угольной шахты действует подсистема централизованного автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР). О математическом и программном обеспечении этой подсистемы подробно говорилось выше, здесь же остановимся подробно на техническом обеспечении данной подсистемы, которую в дальнейшем будем называть системой. Структура системы показана на рис. 1.4.8.

Рис. 1.4.8. Структурная схема подсистемы АСУ

Энергодиспетчерская находится в здании на поверхности земли, диспетчерский пункт связан через панели телемеханики с системой электроснабжения подземного горизонта. К каждому из КП присоединяется группа выключателей, от которых поступают сигналы срабатывания релейной защиты и сигналы положения выключателей.

Главная часть системы – контроллер, который осуществляет управление всей системой: прием информации, передача сигналов прерывания в компьютер, выбор нужного тупика, прием информации от компьютера, передача сигналов управления выключателями на блок рабочих реле и пр.

Персональный компьютер хранит схему подземного электроснабжения, разбитую на тупики. В компьютер записана программа, реализующая алгоритм централизованного АПВ и АВР.

Рассмотрим работу системы. При возникновении КЗ в СЭС происходит массовое отключение выключателей релейной защитой, работающей без выдержки времени. Сигналы от выключателей через соответствующие КП передаются по линии связи на диспетчерский пункт в энергодиспетчерскую и далее на диспетчерский щит и на контроллер.

Условные обозначения:

ПК – персональный компьютер;

К – контроллер;

БР – блок рабочих реле;

ДП – диспетчерский пункт системы телемеханики;

ДЩ – диспетчерский щит;

ЛС – линия связи системы телемеханики;

КП1…КПN – контролируемые пункты системы телемеханики;

СЭС – система электроснабжения.

Подача сигналов на контроллер вызывает формирование сигнала прерывания, который поступает через порт на компьютер и по высшему приоритету останавливает любую программу, идущую в данный момент в компьютере. Одновременно вызывается на дисплей тот тупик, где случилось КЗ, и при этом активизируется программа централизованного АПВ и АВР. В результате работы программы на экране монитора сначала отображается картина отключений после КЗ, а затем выдается решение.

Диспетчер оценивает правильность решения и, в случае согласия с ним, нажимает «кнопку диспетчера» на блоке рабочих реле, в результате чего команды на выключатели передадутся через каналы телемеханики на СЭС.

На рис. 1.4.16 стрелками показаны направления передачи сигналов. По линиям связи сигналы передаются в обе стороны.

С помощью ключей обеспечивается дистанционное (телемеханическое) управление выключателями схемы электроснабжения.

На диспетчерский щит поступают также сигналы управления выключателями от контроллера через блок рабочих реле. Сигналы срабатывания релейной защиты и сигналы положения выключателей поступают от диспетчерского щита на контроллер.