3.1 Схема однократного апв на постоянном оперативном токе

Типовые схемы АПВ выполняются на базе серийного выпускае­мых реле повторного включения типа РПВ-58 (однократное), РПВ-258-двухкратное. На рис. 3.1. приведена принципиальная схема АПВ выполняемая на базе РПВ-58. В этой схеме отражены и цепи управления выключателем. При повороте ключа управления контакт КУ_вкл. замыкается, контактор включения KB получает питание и его контакты включают соленоид включения (на схеме не показан). Контакт В_I принадлежит приводу выключателя, всегда замкнут в отключенном состоянии выключателя. Во включенном состоянии выключатель замкнут В₂ (B_I разомкнут), поэтому после замыкания КУ откл. или выходного контакта (РЗ) релейной защиты линии током обтекается КО и выключатель отключается.

При К.З. на линии контакт релейной защиты Р.З. замыкается, выключатель отключается и контакт В1 замыкается. Катушки 4РП и КВ обтекаются током, ограниченным сопротивлением 6R, поэтому срабатывает только 4РП.

Контакт 4РП замыкает цепь обмотки реле времени 1РВ и оно срабатывает. Контакт 1РВ₁ размыкается и ток в обмотке 1РВ уменьшается за счет введения в цепь сопротивления 1R₁, однако якорь реле 1РВ продолжает быть подтянутым.

По истечении выдержки времени (порядка 0,5 сек) замыкается контакт 1РВ₂ и катушка напряжения реле 1РП начинает обтекаться током разряда конденсатора С. Это реле срабатывает и контактом 1РП₁ замыкается цепь КВ, поэтому продолжает удерживаться в сработавшем состоянии за счет тока в токовой обмотке 1РП (самоудержание) до полного включения выключателя, после чего все сработавшие элементы схемы мгновенно возвращаются в исходное состояние (кроме флажка указательного реле 2РУ).

Если К.З. было неустойчивым, то АПВ оказывается успешным и конденсатор С начинает заряжаться. Параметры цепи заряда таковы, что только через 20-30с в конденсаторе С запасается энергия, достаточная для срабатывания 1РП, то есть только через это время схема АПВ будет готова к следующему действию. В случае устойчивого К.З. релейная защита отключит выключатель через время заведомо меньшее, чем 20-30 с, и поэтому все элементы схемы АПВ сработают, так же как и при начальном К.З., но не сработает IРП, поэтому новое АПВ не произойдет. Таким образом, однократность действия схемы в данном случае обеспечена за счет конденсатора.

Реле 5PП исключает «прыгание» выключателя в случае приваривания контактов 1РП. В этом случае при замыкании цепи отключения реле 5РП срабатывает от тока в токовой обмотке, а через свой замкнувшийся контакт 5РП₁ подключает свою обмотку напряжения, то есть в случае приварившегося контакта 1РП₁ реле 5РП становится на самоподхват и своим контактом 5РП₂ разрывает цепь включения.

В ряде случаев в практике эксплуатации возникает необходимость запрета АПВ. Например, в случае К.З. внутри бака трансформаторов АПВ недопустимо, поэтому при действии газовой защиты необходимо не только отключать выключатель, но и запретить АПВ. В случае К.З. на шинах отключается все питающие присоединения, а АПВ осуществляется одним из них, следовательно, на других нужно запретить АПВ. При действии соответствующей защиты запрет АПВ осуществляется тем, что конденсатор С разряжается через сопротивление 1R₅, которое контактом этой защиты подключается к минусу.

Если после включения выключателя под действием АПВ К.З. сохраняется, то выдержка времени у защиты не нужна, так как и без того ясно, что К.З. на данном присоединении (Селективность за счет выдержки времени была обеспечена при первичном отключении К.З.). Это означает, что после действия АПВ защиту можно ускорить, то есть исключить ее выдержку времени. Эту функцию выполняет контакт 1РП₂, который обеспечивает через вспомогательное реле шунтирование контакта реле времени релейной защиты.

3.2. Особенности АПВ линий с двухсторонним питанием.

С течки зрения АПВ особый интерес представляют линии с двухсторонним питанием, являющиеся линиями межсистемных связей. Короткие замыкания на таких линиях нарушают или ослабляют связи между синхронно работающими генерирующими источниками, так как во время К.3, и после отключения линии (пауза) происходит увеличение угла между векторами ЭДС разделенных генерирующих источников и качания, в том числе и прогрессирующие. Эти особенности таких линий предопределяют применение на них следующих разновидностей АПВ:

• быстродействующие АПВ (БАПВ), у которых время паузы составляет не 0,5с, как у обычного АПВ, а 0,25-0,3с, что обуславливает меньшее изменение угла и соответственно гарантирует, что возникшие качания после АПВ будут затухающими, то есть возможность потери устойчивости;

• несинхронное АПВ (НАПВ) применяют в тех случаях, когда заведомо известно (доказано расчетом), что возникающие в условиях АПВ качания будут затухающими.

Из сказанного следует, что БАПВ и НАПВ имеют ограни­ченное применение. В тех случаях, когда указанные разновидности АПВ не обеспечивают устойчивость энергосистемы, применяют АПВ с контролем условий синхронизма.

Рис. 3.2

На рис. 3.2. изображена линия, связывающая генерирующие источники C₁ и C₂. При К.3. на такой линии релейная защита отключает ее с обеих сторон.

На одном из концов линий АПВ можно делать без учета условий синхронизма. На этом конце достаточно контролировать отсутствие напряжения на линии, что выполняет реле РКН на рис.3.2, и 8РН на рис. 3.1. Теперь, когда имеется напряжение на линии и на шинах системы С₁ включение выключателя другого конца линии должно осуществляться только при наличии условий синхронизма. Эту функцию выполняет реле РКС (реле контроля син­хронизма), которое в упрощенном виде, представлено на рис. 3.3. Это реле имеет две обмотки, одна из которых включена на напряжение линии, а другая - на напряжение шин, то есть на это реле поданы напряжения систем С₁ и С₂.

Включить В

Рис. 3.3

Эти одноименные напряжения образуют встречные потоки в магнитопроводе, поэтому в условиях синх­ронизма результирующий магнитный поток равен нулю (напряжения равны по модулю). При отсутствии синхронизма (=0) в магнитопроводе существует результирующий магнитный поток и якорь реле притянут, а контакт разомкнут. При наступлении условий синхронизма =_доп., якорь реле отпадает, контакт замыкает и АПВ разрешается.

В типовых схемах АПВ (см. рис 3.1.) в комплект аппаратуры входят реле 8РП и 7_син, которые выполняют функции реле РКН н РКС соответственно. Так как каждый комплект защиты содержит оба реле, схема имеет переключающее устройство ЗПУ, с помощью которого используется либо то, либо другое реле (см. диаграмму 9ПУ на рис. 3.1.).

4. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН.

Различают два основных метода синхронизации: самосинхронизация и точная синхронизация.

4.1. Самосинхронизация.

Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что не возбужденная машина разворачивается посторонними двигателями (турбины, специальные двигатели и т.п.) до скорости близкой к синхронной, ее статор подключается к сети и в это же время подается возбуждение. Под действием возникающих моментов ротор машины втягивается в синхронизм. На рис 4.1 представлена схема замещения системы и генератора в момент подключения к системе. Сверхпереходное значение уравнительного тока можно записать следующим образом:

где 1,8 –ударный коэффициент, учитывающий свободную составляющую переходного тока. Если предположить, что Х_с=0, то можно утверждать, что

,

то есть в любом случае максимальное значение уравнительного тока не может превысить ударный ток при K.З. на зажимах генератора. Генератор на такой ток рассчитан, следовательно, такое включение его в сеть допустимо. Учитывая, что генератор всегда отделен от системы трансформатором связи можно утверждать, что Х_с 0. Включение генераторов методом самосинхронизации разрешается, если

Рисунок 4.1.

После включения генератора на напряжение сети на его ротор действует следующая система моментов:

М_т + М_мс = М_с + М_р + М_ас + М_j,

где М_т - момент турбины;

М_мс - момент механических сопротивлений (трений);

М_j - момент инерции, его знак, а следовательно, и влияние на втягивание, зависит от знака предшествующего регулирования;

М_ас – асинхронный момент, стремится к нулю при приближении скорости ротора к синхронной;

М_р – момент реактивный, обусловленный неравномерностью воздушного зазора, поэтому у неявнополюсных машин он мал, а у явнополюсных хотя и больше, но поручать ему втягивание ротора в синхронизм нельзя, так как частота его равна двойной частоте, он может втянуть машину в синхронизм при  = 180 º.

Из перечисленных моментов только момент турбины способен подвести ротор к синхронной скорости, но,учитывая, что ротор вращается на холостом ходу, тонкое регулирование пара, а следовательно,и скорости ротора практически невозможно, поэтому и этот момент не может обеспечивать четкое втягивание машины в синхронизм.

Синхронный момент возникает при наличии возбуждения и определяется выражением:

С момента  = 0 момент М_с начинает тормозить ротор и препятствует увеличению угла . Если Мс окажется недостаточным в данном полупериоде для удержания ротора, то после   180º начинает ускорять ротор и после  = 0 начинается новое торможение.

Все машины мощностью до 200 МВт оборудуются схемой автоматической самосинхронизации, однако пользуются ею только в аварийных случаях. Каждое включение машины методом самосинхронизации вызывает хотя и допустимый, но нежелательный толчок уравнительного тока, который создает механические толчки на элементах обмоток, что приводит в итоге многих толчков к механическим повреждениям изоляции.

Метод самосинхронизации особенно выгоден в аварийном режиме системы, когда напряжение и частоты системы постоянно изменяются и подгонка (выравнивание) к ним напряжения и частоты генератора крайне затруднена, а этот метод не требует выравнивания этих параметров.