Введение

Электрооборудование (в соответствии с ГОСТ 30331.1-95) – это любое оборудование, предназначенное для производства, преобразования, передачи, распределения или потребления электроэнергии. Все виды электрооборудования можно разделить на промышленное и электросиловое оборудование. Промышленное электрооборудование – это приемники электроэнергии, т.е. устройства (аппараты, агрегаты, установки, механизмы), в которых происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии (или в электрическую энергию, но с другими параметрами) для ее использования. Промышленное электрооборудование делится на электромеханическое и электротехнологическое оборудование. Электросиловое оборудование служит только для преобразования, передачи и распределения электроэнергии и вместе с сооружениями и помещениями входит в состав тех электроустановок, взаимосвязанная совокупность которых образует систему электроснабжения.

Электротехнические изделия, входящие в состав электроустановок, по функциональному назначению в системе электроснабжения делятся на следующие виды: воздушные и кабельные линии электропередачи, шины и шинные токопроводы, силовые трансформаторы и преобразователи рода тока и его частоты, устройства для компенсации реактивной мощности, электрические аппараты для коммутации и защиты электрических сетей до и свыше 1 кВ, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия. Распределительные трансформаторные подстанции (РТП) – это электроустановки, предназначенные для приема, преобразования и распределения энергии и состоящие из трансформаторов, РУ, устройств управления, технологических и вспомогательных сооружений.

Объект РТП-7 – коммутационный пункт, который применяется для распределения электрической энергии между КТП и электродвигателями 6 кВ, основным потребителем электроэнергии которого является установка висбрекинга, НПЗ, ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».

1 Литературный и патентный обзор

В настоящее время в России и за рубежом наметился переход к новому поколению цифровых устройств релейной защиты и автоматики с интеграцией в пределах единого информационного комплекса функций релейной защиты, измерения и коммерческого учета электроэнергии, регулирования и управления электроустановками. Такие устройства с позиции автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации, то есть терминалами. Применение персональных ЭВМ, имеющих высокую производительность и стоимость, дало толчок развитию и распространению систем управления реального времени (SCADA), которые обеспечивают: прием/передачу телеинформации в любых протоколах; прием/передачу данных суточной диспетчерской ведомости; обработку поступающей информации, формирование базы данных реального времени (БДРВ), архивирование; управление диспетчерским щитом (цифровыми приборами, символами, мнемосхемами, информационными табло); циклическое копирование БДРВ на файл-серверы локальной сети [6].

Рассмотрим устройства автоматики систем электроснабжения.

При выходе из строя линии или трансформатора устройс­тво автоматического включения резерва (УАВР) восстанав­ливает питание на секции, потерявшей питание. УАВР состоит из пускового органа и узла автоматики включения. В качестве пускового органа используется реле минимального напряжения [5].

Тиристорные (электронные) АВР имеют минимально возможное время переключения при синфазных сетях (не более 3 мс), а при несинфазных сетях могут обеспечивать включение резервного ввода в момент перехода его входного напряжения через нуль. Отсутствие в схеме механических элементов обеспечивает высокую надежность электронных АВР. При больших токах нагруз­ки тепловыделение тиристорных АВР может достигать нескольких киловатт. Стоимость тиристорных АВР примерно в два раза выше, чем стоимость элек­тромеханических аппаратов той же мощности.

Электромеханические АВР на контакторах наиболее распространены, имеют достаточно высокое быстродействие среди электромеханических аппаратов (десятки-сотни миллисекунд), уступая только тиристорным. При двухвходовой схеме АВР можно ввести в до­полнение к электрической механическую блокировку контакторов.

Электромеханические АВР на автоматических выключателях с электроприводом несколько уступают предыду­щим по быстродействию, также позволяют осуществить механическую и электрическую блокировки при двухвходовой схеме. К недостаткам относят более сложную схему и более высокую стоимость.

Электромеханические АВР на управляемых переключателях с электроприводом характеризуются наибольшим временем переключения (до 2,5 с). К достоин­ствам этих АВР относят конструктив­ную невозможность замыкания между собой двух входов, наличие ручного управ­ления. Стоимость АВР на управляемых переклю­чателях при мощностях более 100 кВА зна­чительно ниже, чем стоимость аппаратов на контакторах и автоматических выключателях [9].

Высоковольтный научно-исследовательский центр (ВНИЦ) ВЭИ разработал комплекс устройств быстродейс­твующего АВР (БАВР), предназначенный для повышения надежности электроснабжения синхронных двигателей напряжением 6-10 кВ и обеспечения их устойчивости при кратковременных нарушениях электроснабжения. Комплекс устройств БАВР включает в себя быстро­действующие вакуумные выключатели и быстродействующее пусковое устройство АВР (ПУ АВР). Преимущества БАВР нового поколения: более чем на порядок сокращается время цикла АВР (0,06...0,25 с); все двигатели потерявшей питание секции остаются в работе; синхронные двигате­ли не теряют синхронизма; переходные процессы заканчиваются за деся­тые доли секунды [5].

Рассмотрим некоторые изобретения, оформленные патентами, которые усовершенствуют устройства АВР:

1 Устройство автоматического включения резерва, содержащее ключи, соединяющие нагрузку с двумя электросетями, датчики на­пряжения, входами подключенные к сетям [15].

2 Устройство аварийного включения резерва (АВР) с электроме­ханическим блокированием, которое содержит корпус, в котором размещен по меньшей мере один электромеханический переключа­тель с силовыми контактами для подключения потребителей электро­энергии к одному из питающих вводов, с по меньшей мере одной управляющей катушкой намагничивания на магнитопроводе, под­вижная часть которого – привод – жестко связана с подвижными сило­выми контактами и выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения [16].

3 Устройство автоматического включения резерва, включающее две стойки, вводной и секционный выключатели и панель управле­ния, размешенные внутри стоек, фазные шины и двери [17].

Для ускорения повторного включения линий и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются специальные устройства автоматического повторного включения (УАПВ). По числу циклов (кратности действия) различают АПВ однократного действия и АПВ многократного действия.

В эксплуатации получили применение следующие виды устройств АПВ: трехфазные, осуществляющие повторное включение трех фаз выключателя после их отключения релейной защитой; однофазные, осуществляющие включение одной фазы выключателя, отключенной релейной защитой при однофазном КЗ; комбинированные, осуществляющие включение трех фаз (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных КЗ).

Трехфазные устройства АПВ в свою очередь подразделяются на несколько видов: простые (ТАПВ), быстродействующие (БАПВ), с проверкой наличия напряжения (АПВНН), с ожиданием синхронизма (АПВОС), с улавливанием синхронизма (АПВУС) и др.

Рассмотрим некоторые изобретения, оформленные патентами, которые усовершенствуют устройства АПВ:

1 Устройство АПВ, содержащее последовательно соединенные первый вывод, автоматический вы­ключатель, нормально замкнутые контакты первого электромагнит­ного реле и второй вывод, первое электромагнитное реле, соединен­ное с первым и вторым выводом, а также третий общий вывод [18].

2 Способ быстродействующего автоматического включения секции сети, содержащей двигательную нагрузку, состоящий в от­ключении ее при возникновении соответствующего режима сети, контроле за углом между векторами напряжений секции и сети [19].

При изменении частоты в энергосистеме, для восстановления заданного режима работы, автоматически отключают часть наименее ответственных потребителей с помощью устройства АЧР. Первоначально устройства АЧР были ориентированы на контроль единственного параметра – частоты. По мере развития техники появились цифровые устройства частотной разгрузки типа БМАЧР, в которых был реализован контроль частоты, скорости изменения частоты, напряжения.

В настоящее время разработаны алгоритмы частотной разгрузки, т.е. совокупности контролируемых параметров частотной аварии, их уставок и условий взаимодействия всех частей устройств АЧР. Различают алгоритмы АЧР-1 (разгрузка по отклонению частоты от номинального значения), АЧР-2 (разгрузка по мере увеличения продолжительности отклонения частоты от номинального значения), АЧР-С (разгрузка по скорости изменения частоты), АЧР-Н (разгрузка по отклонению частоты и напряжения), а также комбинированные алгоритмы, объединяющие в различных вариантах все или отдельные из названных алгоритмов. Алгоритмы ЧАПВ (включение нагрузки, отключенной ранее по одному из алгоритмов разгрузки, после восстановления значения частоты) не ограничиваются только контролем частоты, а учитывают и напряжение в контролируемой сети.

В полном объеме эти алгоритмы реализованы в цифровых устройствах частотной разгрузки типа БММРЧ. В данных устройствах предусмотрено выполнение алгоритма автоматического ограничения повышения частоты АОПЧ. Высокая точность измерительной части устройства позволяет использовать его не только для частотной разгрузки, но и в схемах для делительной автоматики и других системах автоматизации, использующих сигналы по частоте, напряжению, скорости изменения частоты. Устройство оснащено цифровым регистратором процесса частотной аварии и может включаться в системы АСУ энергообъекта.

Рассмотрим некоторые изобретения, оформленные патентами, которые усовершенствуют устройства АЧР:

1 Микропроцессорное устройство АЧР, содержащее блок сравнения, блок запрета, два регистра памяти, микропроцессор и блок ввода-вывода, причем выходы первого регистра соединены со входами второго регистра, выход блока сравнения соединен со вторым входом микропроцессора, выход которого соединен со входом блока запрета, группа входов-выходов микропроцессора соединена с группой входов первого регистра и группой выходов второго регистра, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов микропроцессора [20].

2 Микропроцессорное устройство АЧР, содержащее блок сравнения, блок запрета, два регистра памя­ти, микропроцессор, выполняющий логическую обработку посту­пающей информации, сравнение измеренных параметров контроли­руемого аналогового сигнала с уставками, отсчет выдержек времени и формирование команд сигнализации, и блок ввода-вывода, причем выходы первого регистра соединены со входами второго регистра, выход блока сравнения соединен со вторым входом микропроцессора [20].

В настоящее время широкое распространение получили микропроцессорные терминалы релейной защиты фирмы ABB. Микропроцессорные терминалы защиты трансформатора RET 541/543/545 предназначены для использования в распределительных сетях для защиты, управления и мониторинга двухобмоточных силовых трансформаторов и блоков генератор-трансформатор. Основной функцией защиты является трехфазная дифференциальная токовая защита с двумя ступенями – стабилизированной и мгновенной, что обеспечивает быстрое и селективное отключение коротких замыканий внутри обмотки трансформатора, а также межвитковых замыканий. Базовая версия терминалов также содержит следующие типы защит: ограниченная защита от замыканий на землю, защита от небаланса и термической перегрузки, трехфазная защита максимального тока и направленная или ненаправленная резервная защита от замыканий на землю с независимой и токозависимой характеристикой срабатывания на любой стороне трансформатора [22].

Терминалы защиты электродвигателей серии REM 543/545 предназначены для использования в качестве основной защиты синхронных и асинхронных двигателей малой, средней и большой мощности, генераторов и блоков генератор-трансформатор, а также выполнения функций местного и дистанционного управления, автоматики, сигнализации, измерения и мониторинга. Устройства имеют встроенные библиотеки: функций защит, управления, измерения, мониторинга состояния и связи; и широкий набор защит: дифференциальную токовую защиту статора, направленные и ненаправленные МТЗ, защиты от замыканий на землю, защиты максимального и минимального напряжения, защиты по частоте [22].

Цифровые устройства релейной защиты благодаря функциям диагностики выявляют повреждения или анормальные режимы работы элект­ротехнического оборудования на ранней стадии его развития. В нормальных рабо­чих условиях, данные получаемые от устройств защиты могут быть использованы для оптимиза­ции работы оборудования и повышения произво­дительности предприятия в целом.