9. Релейная защита и автоматика

9.1. Источники оперативного тока

Оперативным называется ток, питающий цепи дистанцион­ного управления выключателями, цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации. При коротких замыканиях и ненормаль­ных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность должны иметь достаточную величину для надежного отключе­ния и включения соответствующих выключателей и для срабатывания вспомогательных реле защита и автоматики.

Род тока определяется типом привода применяемого выключателя. Следует учитывать также, что существующая аппаратура защиты и уп­равления на постоянном токе является более совершенной, чем такая же аппаратура на переменном токе.

Источником постоянного операти­вного тока являются аккумуляторные батареи напряжением 110 - 220 В. Они являются наиболее надежными источниками, пос­кольку напряжение на них не зависит от колебаний напряжения в главной цепи при повреждениях и ненормальных режимах. Применение аккумуляторных батарей на подстанциях, ограничено тем, что этот источник оперативного тока сравнительно дорог, требует наличия специально­го помещения, квалифицированного ухода, постоянного надзора, на­личия зарядных агрегатов и т.п. Поэтому постоянный ток исполь­зуется в качестве оперативного только на крупных подстанциях.

В источниках выпрямленного тока переменный ток преобразуется в постоянный (выпрямленный) с по­мощью блоков питания и выпрямительных силовых устройств. Питание выпрямительных устройств осуществляется от двух трансформаторов собственных нужд, которые подключаются до вводных выключателей. Поскольку напряжение источника оперативного тока этого типа зави­сит от колебаний напряжения в защищаемой цепи при ненормальных режимах, то их нельзя применять для цепей отключения и сигнализа­ции. Указанные цепи в данном случае должны быть подключены к другим источникам оперативного тока, например, к блокам питания или к конденсаторным установкам.

Блоки питания - это маломощные выпрямительные устройства, предназначенные для питания отключающих электромаг­нитов выключателей. На рис.9.1 приведена схема комбинирован­ного блока питания.

Рис.9.1. Принципиальная схема комбинированного блока питания оперативных цепей защиты выпрямленным током

Токовый элемент блока питания БПТ подключается к трансформа­тору тока и.состоит из промежуточного 'насыщающегося трансформа­тора TLA, конденсатора С для феррорезонансной стабилизации напряжения и выпрямителя V2.. Токовый элемент обычно используется для отключения коротких замыканий на защищаемом участке.

Элемент напряжения подключается к трансформатору напряжения и состоит из промежуточного трансформатора TLV и выпрямителя VI. Этот блок используется для оперативных отключений выключателя Q.

Блоки питания тока БПТ и напряжения БПН выпускаются раздель­но, поэтому их можно применять как порознь, так и вместе. Комби­нированный блок получается при параллельном включении выходных цепей обоих блоков, как показано на рис.9.1. При коротких замыка­ниях необходимое напряжение на выходе обеспечивается за счет трансформаторов тока, а при повреждениях и ненормальных режимах. сопровождающихся снижением тока - за счет трансформаторов напря­жения.

Таким образом, комбинированный блок может питать защиты при всех видах повреждений и ненормальных режимов. Такие блоки удобны для питания защит, имеющих большое число реле и сложную схему оперативных цепей. Промышленностью выпускаются блоки питания мощ­ностью от 50 до 1200 Вт при выпрямленном напряжении ПО В.

Конденсаторные устройства состоят из батарей конденсаторов и предназначены для питания катушек отк­лючения выключателей. Конденсаторы заряжаются от трансформаторов напряжения или трансформаторов собственных нужд через выпрями­тельные устройства. Напряжение на конденсаторах практически не зависит от колебаний напряжения в главной сети, поскольку конден­сатор способен сохранять заряд достаточной величины в течение нескольких часов. В нормальном режиме конденсатор заряжен. При действии защиты он замыкается на катушку отключения, питая.ее то­ком разряда.

Промышленность выпускает блоки конденсаторов серии БК-400, которые состоят из металлобумажных конденсаторов типа МБГП на 400 В, 20.мкФ, соединяемых параллельно для получения необходи­мой емкости, и кремниевых диодов Д 226Б.

И с т о ч н и к и п е р е м е н н о г о тока.

В ка­честве источников оперативного переменного тока используют транс­форматоры тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собст­венных нужд.

Трансформаторы тока являются надежными источниками питания оперативных цепей для защиты от коротких замыканий. При КЗ ток и напряжение на зажимах трансформатора тока возрастают, увеличи­вается и мощность трансформатора тока в момент срабатывания защиты, что обеспечивает надежное питание оперативных цепей и отк­лючение выключателей. При повреждениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются увеличением тока, мощность трансформа­торов тока может оказаться недостаточной для работы аппаратуры защиты и отключения выключателя. Поэтому их нельзя использовать для таких защит как замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, витковые замыкания в трансформаторах и электрических машинах, повышение или понижение напряжения, понижение частоты. Таким образом, трансформаторы тока обеспечивают питание опера­тивных цепей защиты только при коротких замыканиях и перегрузках.

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд нельзя применять для питания оперативных цепей защит от ко­ротких замыканий, так как при КЗ напряжение резко снижается, и релейная защита не придет в действие. Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут применяться при повреж­дениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются глубо­ким понижением напряжения в сети (защита от перегрузки, от замы­каний на землю, повышения напряжения, понижения частоты и т.д.). Трансформаторы напряжения используют для питания устройств ре­лейной защиты, автоматики и сигнализации в тех случаях, когда на подстанции применяются выключатели о пружинными или грузовыми приводами.

Трансформаторы собственных нужд включаются до ввода или выклю­чателей, а оперативная сеть (обычно 220 В) для большей надеж­ности секционируется. На секционном аппарате предусматривается автоматический ввод резерва оперативных цепей.

На трансформаторных подстанциях 35Кв, 110кВ из эконо­мических соображений широко применяют оперативный переменный ток.

На подстанциях, где применяются сложные защиты, могут ис­пользоваться смешанные системы оперативного тока, включающие ис­точники как постоянного, так и переменного тока. Для питания некоторых защит применяются блоки питания с тиристорными преобра­зователями, с выхода которых снимается как постоянное напряжение нескольких уровней, так и переменное повышенной частоты. Для по­лупроводниковых защит, например, где используются транзисторы, интегральные схемы, операционные усилители и т. п., требуются ис­точники низкого уровня напряжения с высокой степенью стабилиза­ции.