17.ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Глава написана Перетятько В.А.

17.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для включения и отключения цепей переменного тока высокого напряжения под нагрузкой и при коротких замыканиях, применяются высоковольтные выключатели. В зависимости от вида дугогасящей и изолирующей среды, высоковольтные выключатели подразделяются на масляные, воздушные, вакуумные и элегазовые выключатели.

Операция включения высоковольтного выключателя, удержание его во включенном положении и отключение выполняется при помощи специального механизма, называемого приводом. В зависимости от способа выполнения операции включения, различают несколько разновидностей приводов: ручные, грузовые, пружинные, электромагнитные, электродвигательные и др.

Выключатели с ручным приводом включаются за счет мускульной силы человека. В грузовых приводах для включения выключателя используется энергия падающего груза, а в пружинных

–энергия предварительно сжатых (или растянутых) пружин. Включение электромагнитных приводов производится за счет мощных электромагнитов включения. Электродвигательные привода включаются с помощью электродвигателя.

Включение высоковольтных выключателей производится действием привода при подаче соответствующей команды от ключа (кнопки) управления, от устройств автоматики, или по каналам телемеханики. Команда на включение большинства типов выключателей подается непосредственно на электромагнит включения.

Для выключателей с электромагнитным приводом, вследствие большой мощности, требуемой для включения, команда включения подается через промежуточный контактор, коммутирующий цепь электромагнита (соленоида) включения. Ток электромагнита включения электромагнитных приводов, в зависимости от типа, имеет значительную величину, достигающую ста и более ампер при напряжении 220 В.

Источником питания соленоидов электромагнитных приводов служат мощные стационарные аккумуляторные батареи (например, типа СК), или специальные мощные выпрямители (например, типа БПРУ-66, УКП-380/220). Напряжение на выходе такого устройства в режиме холостого хода составляет 257-267 В, а при подключении нагрузки - 230 В. Выпрямленный ток устройства УКП с использованием накопителя достигает 150 А, а без него –150–320 А.

Устройство УКП состоит из двух блоков: УКП -1 - собственно выпрямитель, и блок накопителя

–УКП -2, который поставляется по специальному заказу, и необходим только для некоторых типов масляных выключателей. Накопитель представляет собой мощную катушку индуктивности, подключаемую параллельно электромагниту включения выключателя.

Накопитель предназначен для подпитки электромагнита включения выключателя при включении его на КЗ, то есть при снижении напряжения в питающей сети, и соответственно, в сети оперативного выпрямленного тока. При понижении напряжения, процесс включения некоторых типов выключателей может не завершиться, что определяется экспериментально. При этом контакты выключателя приблизятся друг к другу, но не замкнутся. Возникшая между контактами дуга может повредить выключатель. В этом случае применяется накопитель.

При включении выключателя на КЗ, пока напряжение еще нормальное, в накопителе запасается энергия магнитного поля, которая при понижении напряжения в питающей сети преобразуется в электрическую, и при помощи специальной электронной схемы подается на электромагнит включения, обеспечивая завершение операции включения.

Для отключения выключателей в качестве отключающего элемента используются электромагниты отключения, освобождающие в приводе удерживающее приспособление, а отключение высоковольтных выключателей происходит под действием предварительно сжатых (при операции включения) пружин. Привод должен обеспечить не только ручное или дистанционное отключение выключателя, но и автоматическое, при срабатывании релейной защиты.

На электростанциях, подстанциях и в сетях наибольшее распространение получили масляные высоковольтные выключатели, являющихся в течение многих десятилетий основным типом выключателей. В качестве изолирующей и дугогасящей среды в них применяется специальное электроизоляционное (трансформаторное) масло. Масляные выключатели, благодаря значительным усовершенствованиям их конструкции, успешно конкурируют с другими типами выключателей, и широко применяются для присоединений разных классов напряжения. Так, например, для присоединений 6-10 кВ широко применяются маломасляные выклю-

1

чатели типа ВМГ-133, ВММ-10, ВМП-10, ВК-10 и др; сетях 35 кВ применяются баковые выключатели ВТ-35, С-35, маломаслянные ВМУЭ-35 и др.; для напряжения 110 кВ используются многообъемные баковые выключатели (например, МКП -110, У-110, содержащие до 9 тонн масла) и маломасляные выключатели (например, ММО -110, ВМТ-110 и др.). Гашение дуги в масляных выключателях происходит, чаще всего, в специальных дугогасительных камерах, за счет поперечного масляного дутья под воздействием высокого давления, создающегося от разложения масла при горении дуги.

Кнедостаткам масляных выключателей можно отнести их взрыво- и пожароопасность, из-за наличия горючего масла и выделяемого при горении дуги в масле горючего газа (около 70% водорода,10% метана, 20% этилена); гигроскопичность используемого трансформаторного масла, что может привести к увлажнению и перекрытию изоляции; трудоемкость обслуживания, вызванная необходимостью замены масла после нескольких отключений токов КЗ. Масляные выключатели чаще всего оборудуются пружинно-грузовыми, пружинными и электромагнитными приводами.

Воздушные выключатели применяются, как правило, на крупных станциях и подстанциях для присоединений 110 кВ и выше. У воздушных выключателей для гашения дуги и управления подвижными элементами выключателя используется воздух, сжатый специальной компрессорной установкой. Исполнительными органами для включения и отключения выключателя служат электромагниты, управляющие пневматическими клапанами. Воздушные выключатели отличает высокая надежность, простота конструкции, пожаробезопасность, удобство эксплуатации. Эти выключатели имеют малое собственное время отключения (около 0,05 с), и способны производить большое количество последовательных отключений. К недостаткам воздушных высоковольтных выключателей можно отнести необходимость в сложном компрессорном хозяйстве, взрывоопасность выключателей вследствие высокого давления используемого воздуха и шумность его работы.

Вакуумные выключатели, использующие принцип гашения дуги в вакууме, вследствие высокой коммутационной способности, малых габаритов и веса, надежности, долговечности, взрыво- и пожаробезопасности, малой трудоемкости обслуживания получают все большее распространение в электроустановках напряжением 6-35 кВ. Для управления вакуумными выключателями, чаще всего, используются электромагнитные привода.

Кнедостаткам вакуумных выключателей (ВВ) следует отнести коммутационные перенапряжения, возникающие при коммутации малых индуктивных токов (отключение ненагруженных силовых трансформаторов, заторможенных или запускаемых электродвигателей) при некоторых сочетаниях параметров присоединения и ВВ, опасные для электрооборудования. При этом может произойти преждевременное снижение коммутируемого тока до нуля (срез тока) не при переходе синусоиды напряжения через ноль, а в любой случайный момент периода. Срез тока может сопровождаться значительными коммутационными перенапряжениями (до 7 Uном). Так как обычные разрядники для защиты от коммутационных перенапряжений не эффективны, в таких случаях оборудования требуется применение специальных ограничителей перенапряжения (ОПН).

Перспективным является применение элегазовых выключателей, использующих в качестве изолирующей и дугогасящей среды не поддерживающий горение дуги элегаз (шестифтористую серу - SF6). Элегаз не горюч, бесцветен, не имеет запаха, и сам по себе, не ядовит. Ядовитые составляющие образуются в элегазе под воздействием температуры при горении дуги. Элегаз под давлением находится в герметичном сосуде, обеспечивающем его использование без пополнения в течение 25 и более лет. Гашение дуги в элегазовых выключателях, так же как и в масляных, происходит при прохождении синусоиды напряжений через ноль, что обеспечивает низкий уровень коммутационных перенапряжений, в том числе при индуктивных и емкостных нагрузках. К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести их относительную дороговизну и токсичность продуктов разложения применяемого элегаза.

17.2. УПРАВЛЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Ниже рассматриваются принципы работы и примеры выполнения схем управления и сигнализации высоковольтных выключателей различных типов. В виду малой распространенности воздушных выключателей в распределительных сетях, схемы их управления не рассматриваются.

Существует два вида управления выключателями: дистанционное и местное. Под местным понимается управление выключателем с помощью командных аппаратов, расположенных на его приводе, или в непосредственной близости от него. Местное управление, вследствие их

2

безопасности, можно использовать для вакуумных выключателей. Допускается использование местного управления для масляных выключателей, но ввиду их взрывоопасности, для их включения на КЗ рекомендуется применение дистанционного управления.

Дистанционное управление высоковольтными выключателями осуществляется со щита управления, путем подачи на схему управления команд «Включить» или «Отключить» при помощи ключа (кнопки) управления. Щит управления может быть удален от управляемых выключателей на расстояние до нескольких сотен метров.

Контроль за положением включателя осуществляется при помощи контрольных ламп или специальных светодиодов. Включенному положению выключателя соответствует свечение красной сигнальной лампы, отключенному – зеленой.

Дистанционное управление выключателями может так же осуществляться на значительном расстоянии, с рабочего места диспетчера по каналам связи через аппаратуру телемеханики, или посредством локальной сети микропроцессорных устройств РЗА.

Схема управления высоковольтного выключателя включает в себя командный аппарат (ключ управления или кнопки), реле, клеммники и вспомогательное оборудование, встроенное в привод для формирования управляющих воздействий на него, и для контроля его состояния (электромагниты включения и отключения, блок-контакты), провода и контрольные кабели.

Принципы построения схем управления и сигнализации выключателей определяется типом применяемых выключателей и их приводов, родом оперативного тока (постоянный или переменный), специальными требованиями, обеспечивающими работу выключателя в нормальных и аварийных условиях.

Так как операция отключения большинства типов выключателей производится под действием предварительно сжатых (при включении) отключающих пружин, при исправном выключателе неполное отключение его исключено. При поступлении отключающего импульса необходимой величины и длительности, освобождается защелка, удерживающая привод во включенном положении, и выключатель отключается.

При включении выключателя с электромагнитным приводом недостаточная длительность включающего импульса приводит к тому, что удерживающий механизм не захватывается защелкой, и включившийся выключатель отключается. Поэтому, схема управления выключателя должна обеспечивать необходимую длительность управляющих импульсов.

Схемы управления высоковольтными выключателями должны отвечать таким общим требованиям:

•После завершения операции включения или отключения выполняется автоматический съем управляющего импульса, поскольку электромагниты и контакторы не рассчитаны на длительное прохождение токов.

•Обеспечивается блокировка от многократных включений и отключений выключателя (блокировка от «прыганья») при включении на короткое замыкание.

•Для предотвращения неполного завершения или срыва операции, предусматривается подхват командных импульсов.

•Цепи управления и сигнализации имеют защиту от коротких замыканий предохранителями или автоматическими выключателями. Предусматривается контроль исправности цепей управления и сигнализации.

•Предусматривается непрерывный автоматический контроль исправности цепей включения и отключения выключателя, поскольку обрыв цепи может привести к отказу в срабатывании устройств релейной защиты и автоматики.

•Обеспечивается возможность не только дистанционного управления (ключами и кнопками), управления по каналам телемеханики, но и управления автоматического (релейной защитой, автоматикой: АПВ, АВР и др.).

•Выполняется сигнализация положения выключателя, поскольку с места управления, как правило, не видно положения выключателя.

•Сигнализация положения при управлении оператором отличается от сигнализации при автоматическом выполнении операции.

•Дистанционное включение и отключение выключателя посредством локальной сети не отличается от аналогичных операций, выполняемых микропроцессорным устройством РЗА.

Пример простейшей схемы управления и автоматики масляного выключателя 6-10 кВ с пружинным (пружинно-грузовым) приводом на переменном оперативном токе рассмотрен в главе 10 и приведен на рис. 10.1.

3

Принципы выполнения схем управления высоковольтными выключателями, а так же назначение основных ее элементов, показаны на примере схем выполненных на постоянном оперативном токе. На рисунках 17.1.- 17.6. приведены элементы схем управления и сигнализации как с новыми, так и со старыми (в скобках) позиционными обозначениями.

Включение выключателя (рис.17.1) осуществляется подачей команды «Включить» при помощи ключа управления SA (КУ) на исполнительный орган – электромагнит (соленоид) включения YAC (ЭВ). Параллельно ключу управления подключены так же контакты реле автоматики включения по АПВ. Цепи электромагнитов управления привода выключателя должны автоматически размыкаться после завершения операции включения или отключения.

Рис.17.1. Цепи включения выключателя

Для уменьшения разрушительного действия электрохимической коррозии, свойственной постоянному электрическому току, электромагниты включения и отключения встроенные в привод выключателя постоянно соединены с шинкой, имеющей отрицательный потенциал.

Время, необходимое для включения выключателя составляет доли секунды, и соленоид включения рассчитан на кратковременную работу. Для ограничения длительности протекания тока по катушке электромагнита включения, в ее цепь включаются блок-контакты выключателя QF (В), замкнутые в отключенном положении выключателя и разрывающие цепь после завершения операции включения. Во избежание пригорания контактов ключа управления или контактов реле, блок-контакты регулируются таким образом, чтобы они размыкались первыми.

Для сигнализации отключенного положения выключателя и контроля исправности цепи включения выключателя, в простейшем случае, может быть использована сигнальная лампа HLG1 (ЛЗ) зеленого цвета, включенная параллельно контактам ключа управления. Для исключения ложного включения выключателя, ток обходной цепи выбирается не более 10-15% тока срабатывания электромагнита включения. Для защиты от ложного включения выключателя при коротком замыкании в самой лампе (например, при ее перегорании), последовательно с ней устанавливается добавочное сопротивление.

В общем случае, для сигнализации отключенного положения выключателя и контроля исправности цепи включения выключателя используется реле положения отключено KQT1 (РПО), включенное аналогично сигнальной лампе HLG1 (ЛЗ).

Пример цепи отключения выключателя приведен на рис.17.2. Команда на отключение выключателя от ключа управления SA (КУ) подается на электромагнит отключения YAT (ЭО). Параллельно контактам ключа управления подключены замыкающиеся контакты (РЗ) выходных реле релейной защиты, действующей на отключение выключателя.

Для ограничения длительности протекания тока по катушке электромагнита отключения, в ее цепь включаются блок-контакты выключателя QF (В), замкнутые во включенном положении выключателя, и разрывающие ее цепь после завершения операции отключения.

Для сигнализации включенного положения выключателя и контроля исправности цепи отключения выключателя, аналогично рассмотренной выше цепи включения, могут быть использованы сигнальная лампа HLR1 (ЛК) красного цвета, или реле положения «Включено» KQC1 (РПВ), включенные параллельно контактам ключа управления.

Импульс на включение выключателя может длительное время сохраняться из-за приваривания выходных контактов устройства АПВ, из-за задержки подаваемой команды на включение оператором, и по другим причинам. В таком случае, при отсутствии специальной блокировки, включение выключателя на устойчивое короткое замыкание приводит к его «прыганью»: вы-

4

надежная конструкция контактов, в результате чего случаются обрывы цепи включения, а в приводах масляных выключателей, застревание якоря ЭО в промежуточном положении. Поэтому, применение блокировки от прыганья на блок-контактах ЭО не рекомендуется.

Схема блокировки от «прыганья» выключателя со специальным двухобмоточным промежуточным реле KBS1 РБМ, приведенная на рис.17.4, свободна от указанных недостатков. Для пружинных приводов в цепь электромагнита включения введен дополнительный блок-контакт SQ (КГП), который замыкается при заведенных пружинах и готовности привода к включению.

Рис.17.4. Схема блокировки от «прыганья» с применением специального реле блокировки от многократных включений

Для предотвращения многократных включений выключателя на устойчивое КЗ используется специальное реле РБМ, например, типа РП-232, или РП16-44, имеющее две обмотки: последовательную (токовую) рабочую, и удерживающую параллельную (напряженческую).

При отключении выключателя, реле KBS1 (РБМ) срабатывает при прохождении тока по катушке электромагнита отключения выключателя, самоудерживается через контакт KBS1.3 до отключения выключателя. И если к моменту отключения выключателя команда на включение еще сохранилась, реле KBS1 (РБМ) удерживается в сработанном положении через контакт KBS1.1 (РБМ) до снятия команды на включение выключателя. При этом, размыкающий контакт KBS1.2 (РБМ) разрывает цепь электромагнита включения, блокируя включение выключателя.

Для сигнализации положения выключателя используются блок-контакты, механически связанные с его приводом или валом, и контролирующие его положение. Пример двухламповой схемы сигнализации положения выключателя с использованием ключа управления, имеющего механическую фиксацию предыдущей команды приведена на рис.17.5.

Сигнализация автоматических переключений реализована на использовании принципа несоответствия. То есть, несоответствию между последней операцией, выполненной от ключа управления, и фактическим положением выключателя. Для этого в цепь сигнальных ламп кроме блок-контактов выключателя вводятся специальные сигнальные контакты ключа управления: в цепь зеленой лампы HLG1 (ЛЗ) - контакты 1-2, остающиеся замкнутыми после подачи команды «Включить» и 3-4 остающиеся замкнутыми после подачи команды «Отключить»; в цепь красной лампы HLR1 (ЛК) – контакты 7-8, остающиеся замкнутыми после подачи команды «Включить» и 5-6, остающиеся замкнутыми после подачи команды «Отключить». При подаче ключом управления команды «Включить», выключатель включается, и по цепи соответствия, через его замыкающиеся блок-контакты QF2 (В) и оставшиеся замкнутыми контакты 7-8 ключа управления, постоянно светится красная сигнальная лампа HLR1 (ЛК) положения «Включено». При оперативном отключении выключателя и подаче при помощи клю-

6

ча управления команды «Отключить», выключатель отключается, и по цепи соответствия через его блок-контакты QF1 (В) и оставшиеся замкнутыми контакты 3-4 ключа управления, постоянно светится зеленая лампа HLG1 (ЛЗ) положения «Отключено».

При автоматическом отключении выключателя от защиты, переключаются блок-контакты выключателя: размыкаются блок-контакты QF2 (В) и замыкаются блок-контакты QF1 (В). При этом, гаснет красная сигнальная лампа HLR1 (ЛК) положения «Включено», и по цепи несоответствия начинает мигать зеленая лампа HLG1 (ЛЗ) положения «Отключено», подключенная к шинке мигающего света (+) EC, ((+) ШМ) через контакты 1-2 ключа управления. На шинку мигающего света импульсами подается пульсирующее напряжение через специальную схему, ранее называвшуюся «пульс-парой».

При автоматическом включении выключателя от схемы автоматики (например, от АВР), переключаются блок-контакты выключателя: замыкаются блок-контакты QF2 (В) и размыкаются блок-контакты QF1 (В). При этом, гаснет зеленая лампа HLG1 (ЛЗ) положения «Отключено», и по цепи несоответствия, начинает мигать красная сигнальная лампа HLR1 (ЛК) положения «Включено», подключенная к шинке мигающего света (+) EC, (+) ШМ через контакты 5-6 ключа управления.

Для приведения схемы в соответствие текущему положению выключателя, оперативный персонал «квитирует» ключ управления - подает соответствующую команду: - «Отключить» на отключенный выключатель («Включить» на включенный).

При применении ключа управления без фиксированных положений «Включено» и «Отключено», или при необходимости управления выключателем по телемеханике, цепь несоответст-

7

Рис.17.9. Схема управления и автоматики выключателем с пружинным приводом

При этом, размыкающий контакт РБМ разрывает цепь электромагнита включения, блокируя включение выключателя.

Схема цепей сигнализации выключателя на постоянном оперативном токе приведена на рис.17.10. При включении выключателя, через замыкающийся контакт реле положения «Включено» KQC1 (РПВ) светится не мигая красная сигнальная лампа положения «Включено» HLR1 (ЛК). При оперативном отключении выключателя от ключа управления, или по каналам телемеханики, реле KQC1 (РПВ) отпадает и красная лампа гаснет.

При этом, по цепи через нормально замкнутый контакт реле KCC1 (РКВ) (контролируется отсутствие команды на включение), замкнутый контакт реле фиксации KQQ1(РФ) (контролируются оперативные переключения) и замкнутый замыкающийся контакт реле KL2 (РП2) – повторителя реле KQT1 (РПО1), что соответствует отключенному положению выключателя, светится не мигая зеленая лампа положения «Отключено» HLG1 (ЛЗ).

Зеленая лампа может мигать так же по цепи через отпадающий с замедлением контакт реле KCC1 (РКВ1), при включении выключателя на КЗ, когда он отключается от защиты.

10