Лабы автоматика / САОН
.pdfОТКЛЮЧЕНИЕ МЕНЕЕ ОТВЕТСТВЕННОЙ НАГРУЗКИ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННОЙ НАГРУЗКИ
Для достижения эффективной работы устройств АПВ и АВР в ряде случаев требуется производить разгрузку питающих направлений путем отключения менее ответственных потребителей [1]. Такие же отключения осуществляют для разгрузки энергосистемы от пусковых токов, возникающих из-за торможения асинхронных электродвигателей неповрежденных частей после отключения затяжного КЗ на каком-либо элементе и снижения напряжения на питающих направлениях. Разгрузка содержит воспринимающий орган минимального напряжения с уставкой 70—80% номинального и орган выдержки времени с уставкой 0,3—0,5 с. Эти органы образуют так называемую защиту минимального напряжения и осуществляют разгрузку ближнего действия.
Для уменьшения такой разгрузки важными средствами являются: оснащение синхронных машин энергосистем и потребителей быстродействующими автоматическими системами возбуждения (в том числе быстродействующей форсировкой); наличие устройств для быстрого отключения КЗ, особенно междуфазовых.
Разгрузка энергосистемы дальнего действия путем отключения менее ответственных потребителей на подстанциях, удаленных от генерирующих источников, в условиях перегрузки питающих линий током и снижения уровня напряжения, угрожающих возникновением лавины напряжения, выполняется устройствами САОН. Основное назначение САОН—поддержание устойчивости слабых межсистемных и внутрисистемных связен. Автоматика содержит орган, выявляющий возникновение опасной перегрузки по току или активной мощности в контролируемом сечении транзитной связи, и орган минимального напряжения на подстанциях, где производится отключение нагрузки. Работа этих органов производится по схеме И. Для организации такой схемы обычно используется аппаратура телемеханики.
Разгрузка дальнего действия часто сочетается с однократным АПВ отключенных присоединений, производящим их обратное включение, после того как перегрузка устранилась, чем достигается восстановление питания потребителей после кратковременного толчка нагрузки.
Разгрузка ближнего действия. Небольшое запаздывание в действии органа минимального напряжения разгрузки предотвращает его срабатывание и отключение потребителей при КЗ с кратковременным снижением напряжения, отключаемых быстродействующей защитой. Нежелательное действие разгрузки при повреждении цепей измерительных трансформаторов напряжения можно достигнуть разными способами. Например, для разгрузки на собственных нуждах электрических станций применяют установку двух комплектов реле минимального напряжения с последовательным соединением контактов и присоединением каждого комплекта к отдельной группе трансформаторов напряжения; также находит применение схема с последовательным соединением трех реле, включенных каждое на свое междуфазное напряжение (такое включение позволит сработать автоматике только при понижении напряжения в трех фазах), и схема с установкой специальной блокировки от повреждения цепей трансформаторов напряжения.
В качестве коммутационной аппаратуры потребителей 1 кВ и более высокого напряжения используют силовые выключатели, на которые и действует автоматика отключения. Для потребителей менее 1 кВ при коммутации используются автоматы с защелкой или магнитные пускатели. Схемы воздействия автоматики на управление автоматов с защелкой подобны схемам управления силовых выключателей. Применение магнитных пускателей накладывает необходимость особого выполнения, сочетаемого с требованием рационального их отключения в условиях кратковременного снижения напряжения при КЗ и в циклах АПВ—АВР. Обычная схема управления пускателя— контактора без механических защелок, удерживаемого во включенном положении так
1
называемыми нулевыми катушками напряжения, показана на рис. 11.15.
Контактор включается нажатием кнопки Включено на напряжение питания данного механизма (например, электродвигателя 110—660 В).
Контакт ВКкм замыкает цепь удерживания, которая не прерывается и после того, как отпущена кнопка Включено.
Для установки механизма достаточно нажать кнопку Отключено или разомкнуть цепь удерживания контактом защиты от КЗ или контактом защиты от технологических неисправностей АК-1.
Устройство но рис. 1 просто, дешево и достаточно надежно. Оно обеспечивает отключение механизма и разгрузку питающего направления при прекращении электропитания или снижении питающего напряжения ниже уровня возврата катушки КМ (примерно ниже 70—80% номинального напряжения). Таким устройством предотвращается повторное самопроизвольное включение при восстановлении нормального питающего напряжения, что в ряде случаев требуется техникой безопасности и допустимо для потребителей с постоянным дежурством персонала.
Рис. 1. Схема управления контактором с мгновенным срабатыванием при перерыве электропитания; а — принципиальная схема; б—срабатывание контактора происходит также в случае перегорания предохранителей
Однако применение такой схемы управления для автоматизированных систем и ответственных механизмов, определяющих непрерывность технологического процесса, недопустимо, поскольку приводит к массовым случаям неоправданных отключений и авариям с большим ущербом при кратковременных нарушениях (понижениях) номинального напряжения из-за КЗ в питающих сетях и при работе устройств АПВ и АВР.
Для предотвращения таких отключений требовалось найти способы, исключающие нежелательную работу рассматриваемой схемы управления при кратковременных перерывах питающего напряжения. Установка контакторов с защелкой оказалась возможной для механизмов собственных нужд электростанций и систем возбуждения синхронных двигателей.
В настоящее время разработаны два способа устранения описанных недостатков в управлении пускателей.
Первый способ предусматривает работу электромагнитного контактора с замедлением при отпускании якоря на заданное время (обычно регулируемое от 0,5 до 3 с) в случае исчезновения или понижения питающего напряжения и мгновенное срабатывание при отключении вручную или от устройств защиты.
2
Второй способ осуществляет автоматически обратное включение пускателя при условии, что питающее напряжение за установленное время восстановилось, а к моменту обратного включения напряжение на отключенном механизме затухло и стало ниже 25— 30% номинального, т. е. понизилось до уровня» не опасного для механизма и коммутационной аппаратуры.
Варианты схем пускателей по первому способу иллюстрируют рис. 2 и 3. Действие устройства по рис. 2 происходит так. Удерживающая система пускателя имеет две катушки—основную и дополнительную, помещенные па стержне магнитопровода. При включении пускателя кнопкой Включено подастся питание выпрямленного диодом VD1 переменного тока на основную катушку-
Рис. 2. Вариант принципиальной схемы пускателя с задержкой После включения пускателя его контакт ВКкм включает понижающий
автотрансформатор Г и по цепи через диоды VD2 и VD4 обеспечивает самоудерживание пускателя после того, как кнопка Включено вернется в исходное положение. Одновременно начинает заряжаться конденсатор С через диод VD3, шунтирующий дополнительную обмотку пускателя. Защиту конденсатора от повышенного напряжения при включении кнопки Включено осуществляет диод VD4.
Отключение пускателя производится нажатием кнопки Отключено или разрывом ее цепи контактами защиты, обесточивающими основную обмотку. Отключение происходит немедленно.
В случае исчезновения питающего напряжения переменного тока конденсатор С начинает разряжаться. По отношению к разрядному току основная и дополнительная обмотки оказываются включенными последовательно и согласованно, При этом увеличивается постоянная времени разряда и создаются дополнительные усилия, удерживающие якорь в подтянутом положении на требуемое время. Это время регулируется сопротивлением резистора R, влияющего на изменение постоянной времени разряда конденсатора С.
Другой вариант схемы пускателя с замедлением на заданное время при отпускании якоря в случае перерыва питающего напряжения приведен на рис. 3.
Рис. 3. Вариант выполнения задержки на отключение магнитного пускателя Последовательно с обмоткой пускателя включен выпрямитель VD. Питание
удерживающей обмотки переведено на выпрямленный ток. Этим резко снижен коэффициент возврата, т. е. его ток возврата стал намного меньше тока, требуемого для срабатывания якоря. При включении кнопки Включено по цепи обмотки катушки пускателя начинает
3
проходить ток, ограниченный сопротивлением резистора R2 и сопротивлением обмотки; якорь пускателя подтягивается. Одновременно расшунтируется конденсатор С, и он
начинает заряжаться, После отпускания кнопки Включено по обмотке катушки пускателя продолжает
протекать ток по цепи Rl — замкнутые контакты кнопки Отключено—'R2. Хотя значение тока в этой цепи уменьшилось, но пускатель остается во включенном положении, так как значение тока через катушку больше тока возврата.
Если исчезнет питающее напряжение переменного тока, ток по цепи обмотки пускателя за счет разряда конденсатора С будет снижаться по экспоненте. Некоторое время якорь останется в подтянутом состоянии, и потребитель отключится спустя заданное время, т. е. с задержкой. Это время может регулироваться подбором емкости конденсатора С и сопротивлений резисторов К.1 и R2.
При отключении пускателя вручную или от устройств защиты цепь тока, проходящего через обмотку катушки пускателя, размыкается полностью—якорь отпадает мгновенно. Его вспомогательным контактом ВК.км замыкают цепь разряда конденсатора С через резистор R3. Этим надежно предотвращается нежелательное обратное включение пускателя при кратковременном нажатии кнопки Отключено. Цепь разряда можно также создать дополнительными замыкающими контактами на кнопке Отключено или не предусматривать совсем, учитывая, что ток будет ограничен сопротивлением резистора Rl.
Варианты схем пускателей, выполняемых по второму способу, т. е. с обратным включением через заданное время при восстановлении питающего напряжения, иллюстрируют рис. 4 и 5.
Рис. 4. Схема магнитного пускателя с обратным включением от устройства АПВ На рис. 4 показана схема пускателя с обратным включением от устройства АПВ. На
последнем могут быть организованы задержка на требуемое время и контроль напряжения на зажимах включаемой нагрузки (в случае необходимости),
Рис. 5. Схема устройства пускателя с автоматическим обратным включением питающего напряжения после его кратковременного перерыва (на время менее установленного значения)
4
На рис. 5 показана схема управления магнитным пускателем, создающая возможность производить автоматически его обратное включение после отключения, вызванного кратковременным прекращением питающего напряжения (блок управления БУ-124).
Допущенный перерыв электропитания (например, за время отключения внешнего КЗ) регулируется уставкой времени реле К.Т. Работа устройства происходит следующим образом.
1.Пуск двигателя. Ключ управления SA ставится в положение 1 (предварительно включено). Катушка контактора КМ обтекается током и своим вспомогательным контактом ВКкм самоудерживастся. Одновременно возбуждается реле времени К.Т н мгновенно замыкает свой контакт К.Т.1. Реле КТ имеет задержку времени на возврат при обесточснии обмотки; это время может регулироваться.
Двигатель начинает разворачиваться. Ключ управления SA вручную переводится в положение В (Включено); перевод происходит без разрыва цепи управления. Двигатель работает.
2.Останов двигателя происходит после его отключения контактором, вслед за переводом ключа управления в положение О (Отключено}. При этом цепи управления контактором обесточиваются, а аппаратура управления занимает положение, соответствующее этому состоянию.
3.При кратковременном исчезновении напряжения питания двигателя в периоде его нормальной работы (па время меньшее, чем время размыкания контакта К.Т.1) при отпускании реле К.Т в обмотке контактора К.М тока нет, якорь контактора отпадает и отключает двигатель. Последний начинает затормаживаться.
При восстановлении напряжения питания за время, меньшее, чем время размыкания контакта КТ.1, контактор включается обратно по цепи: фаза А—положение В ключа SA— контакт КТ.1 (не успевший разомкнуться)—обмотка KM—контакты защиты KSTc.1 и
КSТa.1—фаза С.
При этом замыкается контакт ВКкм, шунтируя цепь контактов KT.1, облегчая их работу. Реле времени КТ остается под напряжением.
Двигатель самозапускается и продолжает работу. При правильно выбранной уставке времени действия контактов КТ.1 реле времени не происходит перегрузки двигателя токами самозапуска и реле КSТa, KSTc не срабатывают—их контакты остаются замкнутыми; в противном случае контакты этих реле размыкают цепь контактора К.М и реле AT, что приводит к отключению двигателя от питающего напряжения.
4.При длительном исчезновении напряжения питания (большем, чем время размыкания контакта КТ.1} двигатель отключается, схема приходит в исходное положение, соответствующее обесточенному состоянию. Повторное появление питания не может вызвать самопроизвольный пуск двигателя, так как цепь контактора К.М разомкнута и реле К.Т обесточено.
Для повторного запуска двигателя необходимо ключ SA вручную поставить в положение /, а затем перевести в положение В.
Схема рис. 6 предусматривает те же операции, что и схема рис, 5, но предотвращает возможность обратного включения питающего напряжения при кратковременном его перерыве.
Для осуществления этой задачи последовательно с контактом КТ.1 включен размыкающий контакт реле минимального напряжения KVT.1. При снижении напряжения на зажимах двигателя и остаточном напряжении менее 30% номинального контакт KVT.1 замкнется. В момент восстановления питания при замкнутом состоянии контакта КТ.1 обтекается током как цепь катушки контактора, так и цепь ее самоудерживания.
Одновременно шунтируется цепь контактов КТ.1—KVT.1 вспомогательным контактом ВКкм, что исключает разрыв цепи питания обмотки реле КТ при последующем восстановлении напряжения на зажимах двигателя и размыкания контакта KVT.1. При нормальной работе контакт KVT.1 разомкнут.
5
Применение более сложной схемы рис. 6 по сравнению со схемой рис. 5 обусловлено характером затухания остающегося напряжения на зажимах статора асинхронного двигателя после его обесточения и допустимостью подачи питающего напряжения номинального значения (что определяется конструктивными особенностями двигателя).
Рис. 6. то же, что на рис. 5, но с контролем значения незатухшего напряжения включаемого двигателя к моменту восстановления питания
В тех случаях, когда применяются два агрегата—рабочий и резервный, имеет место поагрегатное взаиморезервирование, предусматривается нормальная работа одного из двигателей агрегатной цепи (рабочий двигатель на рис. 7).
Рис. 7. Вариант схемы устройства АВР двигателя:
и — структурная схема; б — пключсние резервного двигателя
При его отключении по любой причине, и в частности при исчезновении или глубоком понижении напряжения источника рабочего напряжения основного питания, производится включение резервного двигателя. Его питание происходит от источника резервного питания. Этим восстанавливается работа поагрегатной технологической цепи. Схема предусматривает однократность включения резервного двигателя при отключении рабочего двигателя. Для вывода автоматики персоналом вручную может быть использована накладка
ХВ.
При подключении к источнику напряжения потребителей с помощью выключателей или контакторов с защелкой разгрузку ближнего действия, т. е. отключение части такой нагрузки при местном нарушении системы электропитания, например при отключении одного из двух питающих шины подстанции силовых трансформаторов, можно выполнять
6
от выходных реле защиты трансформаторов. Такое выполнение уменьшает время перегрузки оставшегося в работе резервирующего оборудования, в рассматриваемом случае—второго параллельно работающего трансформатора.
Использование аппаратуры разгрузки дальнего действия требует учета следующих обстоятельств. Воздействие органа, выявляющего опасную перегрузку питающих элементов энергосистемы, на отключение части потребителей приемных подстанций осуществляется устройством телемеханики соответствующих подстанций, питающих потребителей, намеченных для отключения.
Для последних такое отключение явится тяжелой аварией, так как при полном обесточении и отсутствии местных источников гарантированного электропитания прекратятся вентиляция, освещение, а также работа контрольно-измерительных приборов и сигнализации.
Желательно, чтобы наиболее ответственные электроприемники могли продолжать свою работу при одновременном уменьшении до нужного размера приема мощности от энергосистемы. Такая работа достигается выполнением децентрализованной САОН. Для этого передачу отключающей команды от приемника САОН конкретному абоненту потребителя, предназначенному для подключения к CAOII, производит аппаратура местного устройства телемеханики диспетчерского пункта предприятия.
В ряде случаев можно присоединять часть абонентов, отключаемых САОН, к отдельной линии, присоединенной к подстанции энергосистемы, а особо ответственных потребителей вывести на самостоятельное питание от энергосистемы, не подключая их к САОН.
Литература
1. Барзам А. Б. Системная автоматика. — 4-е изд., перераб. и доп.—М.: Энергоатомиздат, 1989.—446 с.; ил.
7