2.7. Современные подходы к выполнению устройства авр

Устройства автоматического включения резервных источников питания и резервного электрооборудования обеспечивают надежность электроснабжения и необходимую производительность собственных нужд ЭС и повышают безопасность обслуживания АЭС. Обязательной является установка устройств АВР на выключателях резервных трансформаторов собственных нужд ЭС, а также резервных маслонасосах и питающих водой парогенераторы насосах, вентиляторах топок парогенераторов и на другом ответственном оборудовании, обеспечивающем нормальное функционирование электростанций. Они широко распространены в системах электроснабжения, прежде всего на секционных выключателях двухтрансформаторных ПС.

Главное требование к ним ‒ быстродействие, особенно при наличии подключенных к секциям шин синхронных электродвигателей, выпадение из синхронизма которых в бестоковую паузу после исчезновения рабочего питания технологически недопустимо. Другим требованием, как и к устройствам АПВ, является однократность действия; пуск только при исчезновении напряжения и, как правило, после отключения рабочего выключателя; ускорение действия РЗ. Весьма простые устройства АВР существенно усложняются из-за требования недействия при КЗ, после отключения которых напряжение восстанавливается, и, особенно, из-за указанной безынерционности обеспечения резервным питанием синхронной нагрузки, когда приходится игнорировать требование отключения рабочего выключателя.

Различные релейно-контактные устройства АВР органически входят в состав цепей управления выключателями и дополняют их лишь постоянно возбужденным электромагнитным реле однократности действия, развозбуждаемым перед включением резервного выключателя и, благодаря задержке по времени его отпускания t_зо, обеспечивающим лишь однократную сборку цепи питания электромагнита включения резервного выключателя: в случае его немедленного отключения устройствами РЗ цепь возможного повторного его включения оказывается уже разомкнутой. Их схемы в избытке приведены в учебной литературе.

Пусковой, а вернее, измерительный орган минимального напряжения усложняется из-за специфичности цепей подключения первичных изме­рительных трансформаторов напряжения через защитные предохранители, большого возможного диапазона остаточных напряжений КЗ и пониженных напряжений в начале самозапуска неотключаемой при исчезновении напряжения ответственной затормозившейся в течение бестоковой паузы электродвигательной нагрузки, целесообразности контроля напряжения резервного источника. При наличии синхронных электродвигателей, поддерживающих напряжение на шинах, в устройства АВР вводятся и другие измерительные реле: угла сдвига фаз, направления мощности, направленного сопротивления, снижения частоты и даже фильтр-реле напряжения и тока прямой или обратной последовательностей.

2.7.1. АВР трансформатора собственных нужд тепловой электростанции

На рис. 2.8 приведена часть типовой схемы устройства АВР трансформатора собственных нужд тепловой электростанции.

Фрагмент цепей управления выключателями, например Q1 рабочего Т1 и Q3 резервного Т3 (рис. 2.8, а, в, г) трансформаторов собственных нужд (в предположении включенного выключателя Q5), иллюстрирует сказанное о релейно-контактной исполнительной части устройства АВР: электромагнитное реле однократности действия КQСТ (реле фиксации включенного состояния Q1) включено в цепь управления выключателем рабочего трансформатора (рис. 2.8, в) и возбуждено его вспомогательным (сигнальным) замыкающим контактом Q1.1; в цепи обмотки контактора КМЗ управления электромагнитом УАС3 включения резервного выключателя (рис. 2.8, г) находится размыкающий сигнальный контакт Q1.2 и замыкающий, размыкающийся с указанной выше задержкой t_зо контакт КQСТ, ‒ цепь включения выключателя Q3 резервного трансформатора подготовлена, но разомкнута контактом Q1.2.

При отключении рабочего выключателя Q1 его сигнальные контакты Q1.1 и Q1.2 переключаются ‒ приходят в показанные на схеме состояния; обмотка электромагнитного реле КQСТ контактом Q1.1 отсоединяется от шин управления ШУ1, но не обесточивается: через диод VD в ней циркулирует экспоненциально затухающий ток, обусловленный исчезающим магнитным потоком реле, который удерживает его якорь в притянутом положении в течение времени t_зо. На это время, достаточное лишь для одного включения резервного выключателя Q3, через контакт Q1.2 возбуждается контактор КМЗ в цепи электромагнита включения УАС3 (рис. 2.8, г). На схемах показаны также обмотка тока КВS1.1 и контакт КВS3.1 реле предотвращения возможных многократных включений выключателей Q1 и Q3, в частности от ключей управления SА1, SАЗ: показанное точками замкнутое состояние их цепей соответствует положениям «отключить» Q1 и «включить» Q3 соответственно.

На рис. 2.8, б приведены схемы пускового органа минимального напряжения: минимальные измерительные реле с выдержкой времени КVТ1, КVТ2 и фильтр-реле КVZ₂ напряжения обратной последовательности, подключенные ко вторичным цепям первичного измерительного трансформатора напряжения ТV1 (рис. 2.8, а), и цепей контроля напряжения резервного источника максимальным измерительным реле напряжения КVЗ, подключенным к трансформатору напряжения ТVЗ. Их контакты: замыкающий КVЗ и размыкающие КVТ1, КVТ2 и КVZ₂ собирают цепь отключения рабочего выключателя Q1 при исчезновении напряжения рабочего источника по другим (кроме отключения Q1) причинам.

Рис. 2.8

Пусковой орган выполнен с двумя реле КVТ1, КVТ2 и дополнен фильтром-реле КVZ₂ для предотвращения его излишнего срабатывания при перегорании плавкой вставки одной из фаз предохранителя F1 в цепи подключения ТV1 ‒ срабатывает одно из них: КVТ1 или КVТ2, или оба при расплавлении вставки фазы В. При этом срабатывает фильтр-реле напряжения обратной последовательности KVZ₂. При исчезновении напряжения все три реле невозбуждены и их контакты замкнуты, реле КV3 возбуждено напряжением на выходе ТV3 и его контакт КV3 также замкнут: как указывалось, производится отключение Q1 включение Q3.

Настройка минимальных измерительных реле производится по условию четкого их возврата в возбужденное состояние под воздействием наименьшего напряжения на шинах в начале процесса самозапуска затормозившейся за время существования КЗ электродвигательной нагрузки [1], а напряжение срабатывания максимальных реле KVЗ и фильтр-реле KVZ₂ ‒ по условиям четкого срабатывания при минимальном напряжении нормального режима и несрабатывания при возможном наибольшем напряжении небаланса на выходе фильтра напряжения обратной последовательности соответственно [40].

Выдержки времени реле КVТ1, КVТ2 определяются предотвращением излишних действий устройств АВР при КЗ, после отключения которых напряжение рабочего источника восстанавливается, например на отходящей от шин кабельной линии (точка К на рис. 2.8, а), и выбираются большими максимального времени действия на отключение устройств РЗ .

2.7.2. Быстродействующие автоматические устройства резервного включения

На рис. 2.9, б приведена функциональная схема быстродействующего автоматического устройства включения секционного резервного выключателя (БАВР) подстанции (рис. 2.9, а), питающей от двух частей ЭЭС ИП1, ИП2 мощные синхронные электродвигатели М1, М2 водонасосных или нефтеперекачивающих станций, выпадение из синхронизма которых в цикле АВР приводит к гидравлическим ударам с разрывами магистральных трубопроводов ‒ авариям с экологическими последствиями.

Пусковой орган БАВР (рис. 2.9, б) значительно сложнее. Он состоит из двух различных комплектов измерительных реле АК1 и АК2, действующих через логическую часть ЛЧ одновременно на включение резервного (секционного) Q3 и отключение соответствующего рабочего Q1 (или (Q2) быстродействующих вакуумных выключателей двухтрансформаторной подстанции (рис. 2.9, а), питающей синхронную нагрузку от двух разных взаиморезервирующих источников питания ИП1, ИП2.

Рис. 2.9

Первый комплект АК1, предназначенный для действия при потере питания секции, в частности при трехфазном КЗ в цепях рабочего источника питания (например, К1 на линии W1), содержит измерительные фильтр-реле напряжения KVZ₁ и направления активной мощности KWZ₁ прямой последовательности и угла K Z₁ сдвига фаз между напряжениями прямой последовательности на секциях шин ПС. В нормальном режиме напряжение номинальное, сдвиг по фазе отсутствует, а мощность направлена от источника питания к нагрузке. При указанном трехфазном КЗ или отключении выключателя на передающем конце линии напряжение снижается или исчезает, изменяется на противоположное направление активной мощности, выдаваемой синхронными электродвигателями (СД), появляется и увеличивается угол сдвига фаз между напряжением на выводах уменьшающих частоту вращения СД ‒ напряжением резервируемой и напряжением резервирующей секций: фильтр-реле K Z₁ подключены к измерительным трансформаторам напряжения ТV1, ТV2 разных секций. Срабатывают фильтр- реле KVZ₁, или K Z₁, или оба (логический элемент DW1) и KWZ₁ (логический элемент DХ1), и через логический элемент DW2 формируется управляющее рабочим и резервным выключателями воздействие АВР.

При трехфазном или двухфазном КЗ на отходящей от секции шин линии (К2), при которых АВР не требуется, не срабатывает фильтр-реле KWZ₁: СД потребляют активную мощность, и БАВР не действует.

Однако по указанной причине оно не запускается и при несимметричных КЗ в цепях источника питания (K1), при которых АВР необходимо. При этом вступает в действие второй комплект пусковых реле АК2: фильтр-реле KVZ₂ напряжения обратной последовательности и КАZ₁ реактивных мощности или тока прямой последовательности (логический элемент DХ2). Действие KVZ₂ очевидно, а фильтр-реле КАZ₁ срабатывает, вследствие возрастания в несколько раз генерируемого СД реактивного тока.

Рассмотренный пусковой орган излишне срабатывает при КЗ в элек­трической сети рабочего источника (например, К3), когда АВР не требуется: происходит излишнее его действие. Как указывалось, реле KWZ₁ отказывает при несимметричных КЗ, при которых АВР необходимо. Поэтому в разработанном микропроцессорном БАВР пусковой измерительный орган состоит из направленного измерительного фильтр-реле сопротивления КZZ₁ и минимального фильтр-реле тока КAZ₁ прямой последовательности (рис. 2.10), подключенных к измерительным трансформаторам напряжения резервируемой секции, например ТV1, и тока ТA1 (см. рис. 2.9, а). Фильтр-реле КZZ₁четко срабатывает при любом КЗ в цепях источника питания (K1) и не срабатывает при КЗ на линиях, отходящих от резервируемой секции шин (К2), поскольку направление мощности прямой последовательности (реле направленное) сохраняется таким же, как и в нормальном режиме.

Фильтр-реле КAZ₁ запускает БАВР (логический элемент DW) при потере питания, например вследствие отключения выключателя передающего конца рабочей линии W1.

Р

Рис. 2.10.

ис. 9.6. Функциональная схема микропроцессорного устройства БАВР

Однако фильтр-реле KZZ₁ не отличает КЗ в сети рабочего источника (K1) от КЗ на питающей линии (K3): излишнее действие БАВР не устраняется. Поэтому предусматривается максимальное измерительное фильтр-реле напряжения KVZ2₁, подключенное к трансформатору напряжения ТV3 рабочего трансформатора (см. рис. 2.9, а), которое после отключения КЗ в сети и восстановления напряжения рабочего источника ликвидирует излишнее действие БАВР, включая рабочий и отключая резервный выключатели.

На схеме (рис. 2.10) показано и максимальное фильтр-реле KVZ1₁ напряжения прямой последовательности, подключенное к измерительному трансформатору напряжения ТV2 резервирующей секции (см. рис. 2.9, а), контролирующее наличие на ней напряжения и поэтому действующее с измерительным органом через элемент DХ логической части ЛЧ автоматического устройства.

Микропроцессорный пусковой орган практически безынерционен: на формирование ортогональных составляющих междуфазных напряжений (цифровые формирователи ‒ ЦФОСН) и разностей фазных токов (ЦФОСТ) затрачивается один-два интервала Т их дискретизации аналого-цифровым преобразователем, а на формирование из них ортогональных составляющих напряжений (ОСНПП) и токов (ОСТПП) прямой последовательности и на действие измерительных реле ‒ лишь вычислительное время микропроцессора, укладывающееся в один интервал дискретизации. При быстродействующих вакуумных выключателях микропроцессорные устройства БАВР значительно эффективнее его аналоговых прототипов.

Микропроцессорные устройства АВР входят в состав нескольких, разработанных в последнее время, многофункциональных интегрированных программных устройств противоаварийной автоматики.