Глава 1. Способы и средства обеспечении устойчивости работы подстанций с электродвигательной нагрузкой

Обеспечение результирующей устойчивости подстанций с электродвига­тельной нагрузкой в связи с ростом суммарной мощности двигательной нагрузки промышленных предприятий, особенно там, где внезапное кратко-временное нару­шение электроснабжения может привести к нарушению безопасности работы, расстройству сложного технологического процесса, значительному браку про­дукции и другим нежелательным последствиям, становится все более актуальной проблемой.

Устройства автоматического ввода резерва давно применяются в системах электроснабжения при режимах раздельной работы вводов, обеспечивая переклю­чение питания в случае нарушения электроснабжения в цепи одного из вводов. Однако обычный АВР не всегда эффективен из-за большого времени срабатыва­ния, обусловленного необходимостью ожида-ния, пока напряжение на потерявшей питание секции не снизится до безопасной величины.

1.1 Нормативные документы по устойчивости и автоматическому вводу резервного питания

Задача обеспечения устойчивости изначально определялась, как требование обеспечить параллельную работу генераторов энергетических систем [3,24,25,46, 49]. Поэтому и существуют методические указания по устойчивости энергосисте­мы [81].

Однако в новых экономических условиях все больший вес приобретают за­дачи, непосредственно связанные с обеспечением результирующей устойчивости промышленных подстанций (узлов двигательной нагрузки), суммарная мощность которых достигает 15-20 МВт, а в ряде случаев и 30-50 МВт.

Интерес к вопросам разработки новых способов повышения устойчивости возник в связи с необходимостью обеспечения динамической устойчивости высо­ковольтной и низковольтной нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий, которые отличаются сложной структурой и конфигурацией внутри­заводской сети, сложностью технологических процессов, непрерывностью и значительной степенью автоматизации производства, наличием потребителей элек­троэнергии большой единичной мощности. В связи с внедрением преобразовате­лей напряжения, цифровых систем управления технологическими процессами не­обходимо обеспечить высокие остаточные напряжения на шинах ТП напряжени­ем 0,38 кВ во время КНЭ.

1.1.1 Вопросы обеспечения работы авр согласно требованиям главы «Автоматика и телемеханика» пуэ

Требования главы 3.3 ПУЭ [94] распространяются на автоматические и телемеханические устройства электростанций, энергосистем, сетей и электроснаб­жения промышленных и других электроустановок, предназ-наченных для осущест­вления:

• для восстановления питания потребителей путем автоматического присое­динения резервного источника питания при отключении рабочего источника пи­тания, приводящем к обесточиванию электроустановок потре-бителя;

• для автоматического включения резервного оборудования при отключе­нии рабочего оборудования, приводящем к нарушению нормального технологиче­ского процесса.

Устройство АВР должно обеспечивать возможность его действия при исчез­новении напряжения на шинах питаемого элемента, вызванном любой причиной, в том числе КЗ на этих шинах (последнее - при отсутствии АПВ шин). Устройст­во АВР при отключении выключателя рабочего источника питания должно вклю­чать без дополнительной выдержки времени выключатель резервного источника пи­тания, но это не всегда приводит к желаемому результату.

Для обеспечения действия АВР при обесточивании питаемого элемента в связи с исчезновением напряжения со стороны питания рабочего источника, а также при отключении выключателя с приемной стороны (например, для случаев, когда релейная зашита рабочего элемента действует только на отключение вы­ключателей со стороны питания) в схеме АВР должен предусматриваться пуско­вой орган напряжения. Указанный пусковой орган при исчезновении напряжения на питаемом элементе и при наличии напряжения со стороны питания резервного источника должен действовать с выдержкой времени на отключение выключателя рабочего источника питания с приемной стороны [94], что приводит к увеличе­нию времени перерыва питания. Пусковой орган напряжения АВР не должен пре­дусматриваться, если рабочий и резервный элементы имеют один источник питания [94] (но ничего не сказано о случае, когда источники почти зависимы).

Элемент напряжения минимального действия пускового органа АВР, реагирую­щий на исчезновение напряжения рабочего источника, должен быть отстроен от режима самозапуска электродвигателей и от снижения напряжения при удален­ных КЗ. Напряжение срабатывания элемента контроля напряжения на шипах ре­зервного источника пускового органа АВР выбирается исходя из условия самоза­пуска электродвигателей. Время действия пускового органа АВР должно быть больше времени отключения внешних КЗ [94], при которых снижение напряже­ния вызывает срабатывание элемента минимального напряжения пускового орга­на, и, как правило, больше времени действия АПВ со стороны питания, что в со­временных РЗА можно не соблюдать.

Элемент минимального напряжения пускового органа АВР согласно [94] должен быть выполнен так, чтобы исключалась его ложная работа при перегора­нии одного из предохранителей трансформатора напряжения со стороны обмотки высшего или низшего напряжения; при защите обмотки низшего напряжения ав­томатическим выключателем при его отключении действие пускового органа должно так же блокироваться.

При использовании пуска АВР по напряжению время его действия может оказаться недопустимо большим (например, при наличии значительной доли син­хронных электродвигателей) и ПУЭ рекомендует применять в дополнение к пус­ковому органу напряжения пусковые органы, реагирующие на исчезновение тока, снижение частоты, изменение направления мощности и т. п.

При выполнении устройств АВР рекомендуется проверять условия пере­грузки резервного источника питания и самозапуска электродвигателей и, если имеет место чрезмерная перегрузка, выполнять разгрузку при действии АВР (напри­мер, отключение неответственных или части ответственных СД и АД).

Для устройств АВР, когда возможно включение выключателя на КЗ, ПУЭ предусматривает ускорение действия защиты этого выключателя и принятие мер для предотвращения отключений резервного питания по цепи ускорения зашиты за счет бросков тока включения. Для этого на выключателях источников резервно­го питания собственных нужд электростанций ускорение защиты предусматривается в случае, если ее выдержка времени превышает 1-1,2 с; при этом в цепь уско­рения должна быть введена выдержка времени около 0,5 с.

Согласно [94], если в результате действия АВР возможно несинхронное вклю­чение синхронных электродвигателей и оно для них недопустимо, а также для ис­ключения подпитки от этих машин места повреждения следует при исчезновении питания автоматически отключать синхронные машины или переводить их в асинхронный режим отключением АГП с последующим автоматическим включе­нием или ресинхронизацией после восстановления напряжения, в результате ус­пешного АВР.

Для предотвращения включения резервного источника от АВР до отключе­ния СД допускается применять замедление АВР. Когда последнее недопустимо для остальной нагрузки, то допускается при специальном обосновании отключать от пускового органа АВР линию, связывающую шины рабочего питания с нагруз­кой, содержащей синхронные электро-двигатели [94].

Существующая редакция ПУЭ [94] с целью предотвращения включения ре­зервного источника питания на КЗ при неявном резерве, предотвращения его пе­регрузки, облегчения самозапуска, а также восстановления наиболее простыми средствами нормальной схемы электроустановки после аварийного отключения и действия устройства автоматики рекомендует применять сочетание устройств АВР и АПВ. Устройства АВР должны действовать при внутренних повреждениях рабочего источника, АПВ - при прочих повреж-дениях.

После успешного действия устройств АПВ, АВР должно обеспечиваться бо­лее полное автоматическое восстановление схемы доаварийного режима (напри­мер, для подстанций с упрошенными схемами электрических соединений со сто­роны высшего напряжения - отключение включенного при действии: АВР секци­онного выключателя на стороне низшего напряжения после успешного АПВ пи­тающей линии).