4.2 Устройства апв

Опыт эксплуатации электрических сетей показывает, что в большинстве случаев короткие замыкания, вызванные нарушением изоляционных свойств воздушных промежутков, успешно самоликвидируются после снятия напряжения. Это объясняется способностью воздуха восстанавливать свои изоляционные свойства после погашения электрической дуги в месте пробоя. Следовательно, можно восстановить нормальную работу сети, выполнив следующие операции:

отключить поврежденную линию от источника питания и оставить ее на некоторое время без напряжения;

после паузы, в течение которой происходит ликвидация короткого замыкания, подать напряжение на отключенную линию.

Отключение поврежденной линии, трансформатора, шин и т.д. осуществляется релейной защитой. Их повторное включение может быть выполнено как вручную, так и средствами автоматики. Комплекс автоматики, обеспечивающий повторное включение линии (трансформатора, шин и т.д.) называется устройством автоматического повторного включения или сокращенно АПВ. Далее АПВ рассматривается для линии электропередач.

Если после повторного включения линия остается в работе, то говорят, что цикл АПВ был успешным, если отключается вновь, то цикл АПВ был неуспешным. Опыт эксплуатации АПВ на линиях показывает, что приблизительно в 65 − 70 % случаев действие АПВ является успешным. Это означает, что в большинстве аварийных случаев действием АПВ линии сохраняются в работе.

Устройства АПВ выполняются однократными и многократными. В многократных АПВ цикл повторного включения осуществляется несколько раз. Из многократных АПВ обычно используются двукратные и трехкратные циклы АПВ.

Эффективность последующих циклов АПВ ниже, чем эффективность

первого цикла (однократного АПВ). Так, статистические данные показывают, что успешность восстановления линии в работе за счет второго цикла составляет около 15%, а третьего − всего 1,5 − 3,0%. Более подробные данные о работе устройства АПВ приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1

Статистические данные об успешности работы АПВ (в процентах)

Тип устройства	Напряжение линии, кВ
	2−10	20−35	110−154	220-330	400-500
ТАПВ однократное	53,5	69,5	75,0	76,5	67,0
ТАПВ многократное	56,2	78,1	80,5	77,2	-
ОАПВ	-	-	73,2	80,7	59,5
Все виды	53,6	70,5	75,5	77,0	64,5

В энергосистемах Казахстана наибольшее распространение получило АПВ однократного действия.

За счет многократного действия успешность АПВ повышается. Однако необходимо иметь в виду, что осуществление многократного АПВ усложняет схему автоматики и утяжеляет режим работы выключателей. Даже при однократном цикле АПВ выключатель работает в более тяжелых условиях, чем в режиме обычного отключения. Это определяется тем, что под действием электрической дуги, возникающей между контактами выключателя в режиме отключения, масло в гасительной камере в какой-то степени теряет свои изоляционные свойства. Ухудшение свойств масла сказывается на отключающей способности выключателя в цикле неуспешного однократного АПВ. В случае многократного АПВ ухудшение свойств масла проявляется в большей степени.

В воздушных выключателях готовность к повторному включению определяется давлением воздуха в резервуаре. При установке устройства АПВ однократного или многократного действия должны быть предусмотрены запасы сжатого воздуха для обеспечения действия выключателя в нескольких циклах.

В цикле АПВ линия некоторое время находится без напряжения. С точки зрения потребителей, а также устойчивости параллельной работы энергосистемы, время отключенного состояния линии желательно иметь наименьшим. Для этого повторное включение должно осуществляться как можно быстрее. В то же время длительность отключенного состояния линии должна быть достаточной для деионизации среды в месте повреждения. Опытным путем установлено, что минимальное время деионизации электрической дуги при снятом напряжении с линии составляет: для ЛЭП−110 кВ 0,15−0,2 с, для ЛЭП−500 кВ 0,35 − 0,4 с. Поэтому повторное включение линии под напряжение должно производится не ранее указанного времени.

Время включения масляных выключателей составляет 0,5 − 1,2 с. Таким образом, собственного времени включения масляного выключателя вполне достаточно для деионизации среды в месте повреждения линии. Время включения быстродействующих воздушных выключателей меньше времени деионизации, и это необходимо учитывать при настройке устройств АПВ.

Обычно подачу импульса на включение выключателя при однократном АПВ осуществляют с задержкой в 0,3 − 2,0 с. Отсчет времени задержки начинается с момента отключения выключателя. Время задержки при двукратном АПВ может составлять10 − 15 с. В течение этой паузы линия находится без напряжения. В случае трехкратного АПВ время третьей паузы доходит до 60 − 120 с.

Учитывая высокую эффективность автоматического повторного включения, Правилами устройств электроустановок предусматривается обязательная установка АПВ на линиях всех напряжений.

Принципиальная схема АПВ для линии с масляным выключателем приведена на рис. 2.1. В комплектное устройство РПВ-01 входят: реле времени  типа РВ-01 (ЭВ 133) с добавочным резистором  для обеспечения термической стойкости реле; промежуточное реле  с двумя обмотками — параллельной и последовательной; конденсатор (20 мкФ), обеспечивающий однократность действия АПВ; зарядный резистор резистор R2 (1,1 МОм) и разрядный резистор R3 (510 Ом).

В рассматриваемой схеме дистанционное управление выключателем производится ключом управления , у которого предусмотрена фиксация положения последней операции. Поэтому после операции включения ключ управления остается в положении «Включено» (В2), а после операции отключения — в положении «Отключено»  Когда выключатель включен и ключ управления находится в положении «Включено» к конденсатору  подводится плюс оперативного тока через контакты ключа, а минус — через зарядный резистор  При этом конденсатор заряжен и схема АПВ находится в состоянии готовности к действию.

При включенном выключателе реле положения «Отключено», осуществляющее контроль исправности цепей включения, током не обтекается и контакт его в цепи пуска схемы АПВ разомкнут. Пуск схемы АПВ происходит при отключении выключателя релейной защитой в результате возникновения несоответствия между положением ключа управления, которое не изменилось, и положением выключателя, который теперь отключен. Несоответствие положений ключа и выключателя характеризуется тем, что через контакты ключа 1—3 на схему АПВ по-прежнему подается плюс оперативного тока, а ранее разомкнутый вспомогательный контакт выключателя SQ.1 переключился и замкнул цепь обмотки реле KQT, которое, сработав, подало контактом KQ.1 минус на обмотку реле времени КТ.

Рисунок 4.1- Схема электрического АПВ однократного действия для линии с масляным выключателем

Заметим, что вследствие большого сопротивления обмотки реле KQT и последовательно включенного с ней резистора R4 значение протекающего по этой цепи тока недостаточно для срабатывания контактора КМ.

При срабатывании реле времени размыкается его мгновенный размыкающий контакт КТ.1 и вводится в цепь обмотки реле дополнительное сопротивление (резистор R1). Это приводит к уменьшению тока в обмотке реле, благодаря чему обеспечивается его термическая стойкость при длительном прохождении тока.

По истечении установленной выдержки времени реле КТ подключает замыкающим контактом КТ.2 параллельную обмотку реле KL1 к конденсатору С. Реле KL1 при этом срабатывает от тока разряда конденсатора и, самоудерживаясь через свою вторую обмотку, включенную последовательно с обмоткой контактора КМ, подает команду на включение выключателя. Благодаря использованию у реле KL1 последовательной обмотки обеспечивается необходимая длительность импульса для надежного включения выключателя, поскольку параллельная обмотка этого реле обтекается током кратковременно при разряде конденсатора.

Выключатель включается, размыкается его вспомогательный контакт SQ.1 и возвращаются в исходное положение реле KQT, KL1 и КТ.

Если повреждение на линии было неустойчивым, она останется в работе. После размыкания контакта реле времени КТ.2 конденсатор С начнет заряжаться через зарядный резистор R2, сопротивление которого выбирается таким, чтобы время заряда конденсатора С составляло 20—25 с. Таким образом, спустя указанное время схема АПВ будет подготовлена к новому действию.

Если повреждение было устойчивым, то включившийся под действием схемы АПВ выключатель вновь отключится релейной защитой и вновь сработают реле  и Реле KL1, однако, при этом второй раз работать не будет, так как конденсатор С, разряженный при первом АПВ, еще не успел зарядиться. Таким образом, рассмотренная схема обеспечивает однократное действие при устойчивом КЗ на линии.

При оперативном отключении выключателя ключом управления 571 несоответствия не возникает и схема АПВ не действует, так как одновременно с подачей команды на отключение выключателя контактами ключа 6—8 размыкаются его контакты 1-3, чем снимается плюс оперативного тока со схемы АПВ. Поэтому сработает только реле KQ1, а реле КТ и KL1 не сработают. Одновременно со снятием оперативного тока контактами 1—3 SA замыкаются контакты 2-4 и конденсатор С перезаряжается через резистор R3, в результате чего напряжение на нем резко снижается, а затем конденсатор С разряжается полностью по цепи R2 — контакт КТ.1 — обмотка реле времени КТ — контакт KQT.1.

При оперативном включении выключателя ключом управления готовность схемы АПВ к действию наступает после заряда конденсатора через 20—25 с. В случае отключения линии защитой РЗ, когда действия АПВ не требуется, через резистор R3 производится разряд конденсатора.

Для предотвращения многократного включения выключателя на устойчивое КЗ, что могло бы иметь место в случае застревания контактов реле KL1 в замкнутом состоянии, в схеме управления устанавливается специальное промежуточное реле KBS типа РП 16-4 (РП-232), имеющее две обмотки — рабочую последовательную и параллельную удерживающую. Реле KBS срабатывает при прохождении тока по катушке отключения выключателя и удерживается в срабатываемом положении до снятия команды на включение. Цепь обмотки КМ при этом размы кается контактом KBS.1, благодаря чему предотвращается включение вы ключателя.

В схемах однократного АПВ наряду с РПВ-01 может применяться выпускаемое промышленностью в тропическом исполнении универсальное комплектное устройство РПВ 69-Т которое может применяться как непостоянном, так и на переменном токе. В цепи заряда конденсатора С через резистор R2 в этом устройстве предусмотрен диод VD1, который в схемах на постоянном токе должен шунтироваться.

Выдержка времени АПВ на повторное включение выключателя определяется двумя условиями.

1. Выдержка времени должна быть больше времени готовности привода выключателя, т.е.

(26)

где , t_г.п— время готовности привода, равное 0,2-1 с для разных типов приводов; t_зап — время запаса, учитывающее непостоянство t_г.п и погрешность реле времени схемы АПВ, принимается равным 0,3-0,5 с.

2. Для того чтобы повторное включение было успешным, необходимо, чтобы за время от момента отключения линии до повторного включения и подачи напряжения не только погасла электрическая дуга в месте повреждения, но и восстановились изоляционные свойства воздуха.

Процесс восстановления изоляционных свойств, называемый деионизацией, требует некоторого времени. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени деионизации, т.е.

(27)

где t_д — время деионизации, составляющее 0,1-0,3 с.

При выборе уставок принимается большее значение t_1АПВ  из полученных по выражениям.

Следует отметить, что второе условие, как правило, обеспечивается тем, что время включения выключателей составляет 0,3-1 с, т.е. больше времени, необходимого для деионизации.

В некоторых случаях выдержки времени принимаются порядка 2—3 с, т.е. больше определенных по выражениям (2.1) и (2.2), что бывает целесообразно для повышения успешности АПВ на линиях, на которых наиболее часты повреждения вследствие набросов, падений деревьев и касаний проводов передвижными механизмами.

Время автоматического возврата схемы АПВ в исходное положение выбирается из условия обеспечения однократности действия. Для этого при повторном включении на устойчивое КЗ возврат АПВ в исходное положение должен происходить только после того, как выключатель, повторно включенный от схемы АПВ, вновь отключится релейной защитой.

В рассмотренных выше схемах АПВ, выполненных с использованием комплектных устройств типа РПВ-01 (РПВ-58), в которых время возврата схемы в исходное положение определяется временем заряда конденсатора, оно должно быть не меньше значения, определенного согласно выражению

(28)

где  t_защ — наибольшая выдержка времени защиты; t_отк  — время отключения выключателя. Обычно время заряда конденсатора устройства РПВ-01 (РПВ-58) составляет 20—25 с и, как правило, удовлетворяет выражению.