книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

специальное, интенсивно вентилируемое помещение, кроме того, об­ служивание аккумуляторной установки довольно сложно и требует высокой квалификации персонала. При создании центральной ак­ кумуляторной сеть постоянного оперативного тока оказывается большой протяженности и сильно разветвленной, что удорожает и снижает ее надежность. Поэтому в последние годы системы опе­ ративного постоянного тока с аккумуляторной батареей допуска­ ются только при строительстве крупных электрических и насосных станций и подстанций. В этом случае для упрощения схемы опера­ тивного тока и повышения ее надежности сооружаются не цент­ ральные аккумуляторные, а несколько аккумуляторных, располо­ женных возможно ближе к питаемым объектам.

§ 47. АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ И СХЕМА ЕЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Аккумуляторные батареи, применяемые на электрических и на­ сосных станциях и подстанциях, состоят из последовательно соеди­ ненных между собой свинцово-кислотных аккумуляторов. Число аккумуляторов в батарее зависит от рабочего напряжения установ-

Г

Рис. 125. Схема свинцово-кислотного аккумулятора (а) и кривая изменения напряжения на его зажимах при разря­ де постоянным током (б)

ки оперативного тока. (В настоящее время используется оператив­ ный ток напряжением 24, 48, ПО и 220 В.) На рис. 125 показана схема свинцово-кислотного аккумулятора и кривая изменения его напряжения при разряде постоянным по величине таком. Как вид­ но из рисунка, разряд аккумулятора целесообразно производить только до напряжения 1,8—1,75 В, далее напряжение на зажимах резко снижается, что может привести к разрушению аккумулятора.

Для надежной и долговечной работы аккумуляторной батареи наиболее целесообразен режим постоянного подзаряда. На рис. 126 приведена схема соединений аккумуляторной батареи, подзарядно­ го и зарядного агрегатов, а также коммутационных аппаратов и Измерительных приборов, необходимых для осуществления этого

192

режима. В режиме постоянного подзаряда подзарядный агрегат все время включен и питает подключенную к сборным шинам -опе­ ративного постоянного тока нагрузку, а также подзаряжает акку­ муляторную батарею небольшим зарядным током, компенсируя ее саморазряд, вследствие чего батарея оказывается постоянно пол-

Рис. 126. Схема соединений аккумуляторной батареи, подзарядного и зарядного агрегатов, коммутационных аппаратов и измерительных приборов, работающих по методу постоянного подзаряда:

1 — подзарядный агрегат, 2 — устройство контроля изоляции, 9 — зарядный

агрегат

ностью заряженной (свинцово-кислотные аккумуляторы теряют изза саморазряда до 0,5—1% полной емкости в сутки). Чтобы удобнее было осуществлять режим заряда и разряда, в схеме пре­ дусмотрен двойной элементный коммутатор с рукоятками — разряд­ ной Р— 1 и зарядной Р—2. При нормальном режиме работы батареи рукоятка Р— 1 находится постоянно на одном из средних контактов коммутатора, а рукоятка Р—2 отключена с'помощью переключате­ лей П, установленных со стороны подзарядного и зарядного агре­ гатов. Положение рукоятки Р— 1, а следовательно, и число акку­ муляторов батареи, подключенных к сборным шинам установки, может быть определено по формуле

где Пподз— число аккумуляторов, находящихся в режиме постоян­ ного подзаряда, подключенных к сборным шинам установки; 2,15 — напряжение на аккумуляторе при постоянном подзаряде, В.

При аварийных снижениях напряжения на стороне переменного

тока или полном его исчезновении генератор подзарядного агрега­ та переходит в двигательный режим, и направление тока через его автомат А, снабженный реле обратного тока, изменяется на про­ тивоположное. Реле обратного тока срабатывает, и автомат отклю­ чает подзарядный генератор от сборных шин установки, при этом батарея начинает питать все подключенные к сборным шинам по­ требители собственных нужд. По мере разрядки батареи напряже­ ние на сборных шинах установки начинает снижаться, что обнару­ живается по показаниям присоединенного к ним вольтметра. Для поддержания заданного напряжения рукояткой Р— 1 элементного коммутатора последовательно с работающими элементами вводят­ ся дополнительные элементы батареи.

После того как авария в основных цепях переменного тока лик­ видирована и восстановлено их нормальное напряжение, батарею ставят на заряд от зарядного агрегата, для чего переключатель П

Рис. 127. Схема зарядного агрегата ВАКЗ:

Тр — силовой трансформатор, j3i — B,s — кремниевые диоды, МУ — магнитный усилитель, ДР\ — ДРв — дроссели насыщения, Ри Р2— реле, С — стабилитрон, К — магнитный пуска­ тель, Ri — Р 13 — резисторы, Ci — С5 — конденсаторы, П — переключатель

194

устанавливают в крайнее правое положение. Зарядку батареи ве­ дут в соответствии со специальной инструкцией. Так как мощность зарядного агрегата больше мощности подзарядного, то зарядку выполняют большим током, на что затрачивается меньше времени, чем при использовании подзарядного агрегата. Однако, если по каким-либо причинам использовать зарядный агрегат нельзя, то зарядить батарею можно и от подзарядного агрегата малым током.

Рис. 128. Схема соединений установки постоянного тока с исполь­ зованием щелочных аккумуляторов:

При этом переключатель П подзарядного агрегата при включенном автомате должен быть переведен в правое крайнее положение; ток подзаряда контролируется амперметром.

В последнее время в качестве подзарядных устройств аккумуля­ торной батареи все шире применяются полупроводниковые диоды, собранные вместе со всеми дополнительными элементами в заряд­ ные агрегаты, которые работают в режиме постоянного подзаряда. Примером такого агрегата может служить подзарядный агрегат ВАКЗ (рис. 127) в конструкции которого использованы кремние­ вые диоды. Он может работать как в режиме постоянного подзаря­

жения и тока. Кремниевые диоды характеризуются большим сроком службы и высокой перегрузочной способностью.

Кислотные батареи наибольшее распространение нашли на на­ сосных станциях большой мощности и на их подстанциях. В уста­ новках небольшой мощности применяются щелочные батареи. Они характеризуются начальным напряжением при заряде 1,2—1,3 В

на элемент. Заряд необходимо производить, подавая вначале на элемент батареи напряжение 1,5 В, а в конце 1,8 В.

Источником постоянного тока при заряде обычно служит регу­ лируемый выпрямитель. На рис. 128 показана схема соединений установки постоянного тока насосной станции с. использованием щелочных аккумуляторов. Для наиболее полного обеспечения по­ требителей собственных нужд постоянным током предусмотрено две батареи. £огда одна работает, вторая может находиться в заряд­ ном режиме. Схема питается переменным током от трансформатора собственных нужд установки.

§48. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ПОМЕЩЕНИЙ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

1.Помещения для аккумуляторных батарей должны удовлет­ ворять всем требованиям ПУЭ, в частности: Должны быть обору­ дованы приточно-вытяжной вентиляцией. Требуемый объем свеже­

го воздуха определяется по формуле

V = 0,07/зарИ- м3/ч,

где /зар — максимальный зарядный ток, п — число элементов в ак­ кумуляторной батарее.

2.Вход в аккумуляторное и в кислотное помещения должен быть отдельным и иметь тамбур.

3.Стены, потолки, двери и оконные рамы, вентиляционные коро­ ба (с наружной и внутренней стороны), металлические конструкции

ит. п. в помещениях с кислотными батареями должны быть окра­ шены кислотоупорной краской. Если используются щелочные ак­ кумуляторы, окраска, . должна быть выполнена щелочноупорной

масляной краской.

4. Полы помещений должны быть строго горизонтальными, на бетонном основании с кислотоупорным или соответственно щелоч­ ноупорным покрытием (метлахская плитка со швами, заполненны­ ми кислотоупорным или щелочноупорным материалом или асфаль­ том).

5. При установке стеллажей на асфальтовое покрытие должны быть уложены опорные площадки из прочного кислотоупорного ма­ териала. Установка стеллажей непосредственно на асфальт не до­ пускается. Стеллажи для элементов батарей должны быть выпол­ нены из дерева таким образом, чтобы не были перекошены пласти­ ны аккумуляторов.

§ 49. ОПЕРАТИВНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ И ОПЕРАТИВНЫЙ ВЫПРЯМЛЕННЫЙ ТОКИ

На трансформаторных подстанциях напряжением до ПО кВ в качестве оперативного часто применяется переменный ток. Источ­ никами оперативного переменного тока служат трансформаторы собственных нужд и трансформаторы тока и напряжения. Примене­ ние переменного оперативного тока особенно целесообразно в уста­ новках, оборудованных выключателями с грузовыми и пружинны-

196

ми приводами, потребляющими переменный ток относительно небольшой мощности. Широкому использованию оперативного пере­ менного тока способствует также появившаяся в последние годы тенденция к упрощению схемы релейных защит.

в системах с малым током замыкания на землю, при нормальных режимах работы). Для питания оперативных цепей управления защиты и автоматики, когда все же предпочтительнее использовать

197

нужд. Переменный ток, полученный от этих источников, трансфор­ мируется с помощью промежуточных трансформаторов — ПТТ и ПТН. Промежуточный трансформатор .тока {ПТТ) выполнен быстронасыщающимся, что ограничивает значение тока в цепи. Этот трансформатор, получающий переменный ток от измерительных трансформаторов тока (ТТ) вместе с двухполупериодным выпрями­ телем, включенным по мостовой схеме, образует токовый элемент блока питания (БПТ).

Промежуточный трансформатор напряжения {ПТН), получаю­ щий питание от трансформатора напряжения {ТН) со своим двух­ полупериодным выпрямителем, образует элемент напряжения блока питания {БПН). Наличие в этом блоке токового элемента и элемента напряжения способствует повышению надежности пи­ тания оперативных цепей (выходы выпрямителей включены парал­ лельно). При больших значениях тока и пониженном напряжении оперативной цепи работает БПТ, а при небольшом токе и номиналь­ ном напряжении первичной цепи — блок БПН.

§ 50. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ, ПИТАЮЩИХ НАСОСНУЮ СТАНЦИЮ

Максимальная токовая защита. В радиальных линиях с односто­ ронним питанием, питающих насосную станцию или ее понизитель­ ную. подстанцию, для защиты от коротких замыканий применяется максимальная токовая защита. Возникновение коротких замыка-

Рис. 131. Схемы максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени:

а — трехфазная, б — двухфазная двухрелейная, в — двухфазная однорелейная

ний, как известно, сопровождается возрастанием тока и уменьше­ нием напряжения. Так как ток возрастает быстрее, чем уменьшает­ ся напряжение, то защита, реагирующая на изменение тока, оказы­ вается более чувствительной, чем защита по напряжению.

198

Выбор схемы максимальной токовой защиты зависит от режи­ ма работы нейтрали сети. На рис. 131 показаны применяемые для защиты линий схемы максимальной токовой защиты с независимой (от тока короткого замыкания) выдержкой времени. Трехфазная схема (рис. 131, а) может быть применена для защиты сетей с за­ земленной нейтралью. Эта схема действует при всех видах коротких замыканий между фазами и при замыкании на землю одной или двух фаз. При любом коротком замыкании через реле проходит полный вторичный ток, пропорциональный току короткого замыка­ ния поврежденной фазы. В зависимости от вида короткого замыка­ ния срабатывает одно, два или три реле. Так как контакты реле включены параллельно, то даже при срабатывании одного реле (однофазное короткое замыкание) поступает импульс на отключе­ ние выключателя. Ток срабатывания защиты (/ср) может быть оп­ ределен из выражения

возврата, пт.т — коэффициент трансформации трансформаторов то­ ка, Ксх — коэффициент схемы. »

Под коэффициентом схемы понимается величина, показываю­ щая, во сколько раз ток, проходящий через реле, больше тока, про­ ходящего через трансформаторы тока. В рассматриваемой трех­ фазной схеме /Ссх=1, так как ток, проходящий через вторичную об­ мотку трансформатора, равен току, проходящему через соответ­ ствующее реле.

Двухфазная схема (рис. 131, б) дешевле первой, так как имеет только два трансформатора тока и два реле. Она действует при всех видах междуфазных коротких замыканий, используется в се­ тях с изолированной нейтралью. При замыканиях одной фазы на землю схема действует не всегда. Если возникает короткое замы­ кание на землю фазы, не имеющей трансформатора тока, то схема не срабатывает; здесь /(Сх=1 и, следовательно, схема одинаково чувствительна ко всем междуфазным коротким замыканиям.

На рис. 131, в показана схема включения реле на разность токов двух фаз. Она действует при всех видах междуфазных коротких за­ мыканий, но чувствительность ее не в каждом случае одинакова, что является недостатком. Действительно, при трехфазном корот­ ком замыкании через реле проходит разность токов вторичных об­

тельность этой схемы меньше двух предыдущих. Это объясняется тем, что при нормальном режиме через реле проходит ток

199

.макс

У 3, т. е. Ксх = У 3 ,и ток срабатывания приходит

ся увеличивать в У 3 раза, т. е.

При коротком замыкании на землю фазы, не имеющей трансфор­ матора тока, эта схема, как и предыдущая, не срабатывает. Таким образом, две последние схемы в системах с большим током замыка­ ния на землю (системы с заземленной нейтралью) могут быть ис­ пользованы только при наличии специальной защиты от однофаз­ ных замыканий.

Область применения максимальной токовой защиты не ограни­ чивается применением ее только как защиты радиальных линий с односторонним питанием. Эта защита в сочетании с другими, бо­ лее сложными и совершенными видами защит используется также для генераторов, трансформаторов и больших электродвигателей. Для создания необходимой селективности и других целей примене­ но реле времени ЭВ. Указательные реле (РУ) свидетельствуют о

срабатывании защиты.

Дифференциальная защита. Для защиты синхронных генерато­ ров, силовых трансформаторов мощностью 1000 кВА и более, круп­ ных синхронных и асинхронных электродвигателей, линий сложных сетей применяется дифференциальная защита. Принцип действия ее основан на сравнении токов, протекающих в начале и в конце защищаемого участка (элемента) или в каких-либо двух его точ­ ках (дифференциальная защита с циркулирующими токами). Рас­ смотрим принцип действия этой защиты подробнее.

На рис. 132 приведены принципиальные схемы продольной диф­ ференциальной токовой защиты линии. По обоим концам линии ус­ тановлены однотипные трансформаторы тока, вторичные обмотки которых последовательно соединены вспомогательными проводами. Чувствительный орган защиты — реле тока присоединен к соедини­ тельным проводам параллельно. Участок линии, расположенный между трансформаторами тока защиты, и является зоной действия защиты (защищаемой зоной).

В нормальном режиме, а также при коротком замыкании вне защищаемой зоны (при внешнем коротком замыкании), например, в точке К-1, токи первичных обмоток трансформаторов равны и одинаково направлены (совпадают по фазе). Направление токов вторичных обмоток /i и /2 противоположно токам первичных обмо­ ток (h и /ц), вследствие чего ток 1 \ протекает через токовую об­ мотку реле слева направо, а ток /2 справа налево. Таким образом, через реле проходит разность вторичных токов, т. е. /р= / 1—/ 2. Если считать, что характеристики трансформаторов тока одинаковы, то /] = /2, и ток через реле не протекает (/р= 0), и, следовательно, защита не действует. Во вспомогательных проводах, соединяющих вторичные обмотки трансформаторов, при этом циркулируют токи,

200

равные их вторичным токам, вследствие чего защита и называется дифференциальной с циркулирующими токами.

ток же /г = 0, так как через первичную обмотку второго (нижнего) трансформатора ток короткого замыкания не протекает. Ток / 1 поч­ ти полностью проходит через обмотку реле и значительно не от­ ветвляется во вторичную обмотку нижнего трансформатора тока вследствие большого индуктивного сопротивления этой обмотки

Рис. 132. Принципиальные схемы продольной дифференциальной токо­ вой защиты линии, распределение тока в цепи защиты при коротком замыкании:

а — внешнем, б в защищаемой зоне (одностороннее питание), в ~ в защищаемой зоне (двустороннее питание)

току 1\. Если /1 = /р будет равен или больше / ср (тока срабатыва­ ния) реле, то реле сработает и подаст импульс на срабатывание промежуточного реле, которое в свою очередь передаст импульсы на отключение выключателей В— 1 и В—2.

При двустороннем питании линии и при коротком замыкании в зоне защиты (рис. 132, в) через реле проходит не разность, как в первом случае, а сумма токов вторичных обмоток трансформато­ ров тока, т. е. Ip= Ii+ h, и защита, срабатывая, отключает выклю­ чатель В— 1 и В—2.

Таким образом, дифференциальная продольная защита с цирку­ лирующими токами срабатывает только при повреждениях в за­ щищаемой зоне и не реагирует на повреждения, возникшие вне ее, т. е. обладает высокой селективностью, не нуждается в выдержках времени и может быть выполнена как быстродействующая. Продол­ жительность действия дифференциальной защиты обычно ке пре­ вышает 0,05—0,1 с, что является ее большим преимуществом. Диф­

201