Автоматическое повторное включение линий

Системы электроснабжения (СЭС) представляют собой сложные энергетические комплексы, состоящие из десятков подстанций, линий и огромного количества разнотипных потребителей электроэнергии. Управление такими комплексами представляет собой большие трудности. Следует учитывать и такую особенность энергосистем и систем электроснабжения как непрерывность выработки электрической энергии – в каждый момент времени необходимо вырабатывать столько, сколько требуется потребителю.

Кроме количественного требования к продукции СЭС предъявляются весьма высокие требования в отношении качества. Такие качественные показатели электроэнергии как частота и напряжение должны поддерживаться на строго заданном уровне. Весьма существенно требование в отношении надёжности и бесперебойности электроснабжения, поскольку имеются потребители, которые не допускают даже кратковременного перерыва в электропитании. Всем этим требованиям, а также требованию экономичности производства электроэнергии невозможно удовлетворить без широкого использования средств автоматизации в СЭС.

Опыт эксплуатации электрических сетей показывает, что в большинстве случаев КЗ, вызванные нарушением изоляционных свойств воздушных промежутков, успешно самоликвидируются после снятия напряжения. Это объясняется способностью воздуха восстанавливать свои изоляционные свойства после погашения электрической дуги в месте пробоя. Следовательно, можно восстановить нормальную работу сети, выполнив следующие операции:

- отключить поврежденную линию от источника питания и оставить ее на некоторое время без напряжения;

- после паузы, в течение которой происходит деионизация среды в месте возникновения КЗ, подать напряжение на отключенную линию.

Отключение поврежденной линии, трансформатора, шин и т. д. осуществляется релейной защитой. Их повторное включение может быть выполнено как вручную, так и средствами автоматики. Комплекс автоматики, обеспечивающий повторное включение линии (трансформатора, шин и т. д.) называется устройством автоматического повторного включения (АПВ).

Согласно требованиям ПУЭ АПВ должно предусматриваться:

- на воздушных и кабельно-воздушных линиях;

- шинах электростанций и подстанций;

- трансформаторах с запретом действия при срабатывании защит от внутренних повреждений;

- ответственных электродвигателях.

Если после повторного включения элемент системы электроснабжения остается в работе, то говорят, что цикл АПВ был успешным, если отключается вновь, то цикл АПВ был неуспешным.

Опыт эксплуатации АПВ на линиях показывает, что приблизительно в 65÷70% случаев действие АПВ является успешным. Это означает, что в большинстве аварийных случаев действием АПВ линии сохраняются в работе.

Устройства АПВ выполняются однократными и многократными. В многократных АПВ цикл повторного включения осуществляется несколько раз. Из многократных АПВ обычно используются двукратные и трехкратные циклы АПВ. Эффективность последующих циклов АПВ ниже, чем эффективность первого цикла (однократного АПВ). Так, статистические данные показывают, что успешность восстановления линии в работе за счет второго цикла составляет около 15 %, а третьего – около 2 %. В энергосистемах России наибольшее распространение получило АПВ однократного действия.

За счет многократного действия успешность АПВ повышается. Однако необходимо иметь в виду, что осуществление многократного АПВ усложняет схему автоматики и утяжеляет режим работы выключателей. Даже при однократном цикле АПВ выключатель работает в более тяжелых условиях, чем в режиме обычного отключения. В масляных выключателях под действием электрической дуги, возникающей между контактами выключателя в режиме отключения, масло в дугогасительной камере в какой-то степени теряет свои изоляционные свойства. Ухудшение свойств масла сказывается на отключающей способности выключателя в цикле неуспешного однократного АПВ. В случае многократного АПВ ухудшение свойств масла проявляется в большей степени.

В воздушных и элегазовых выключателях с воздушным приводом готовность к повторному включению определяется давлением воздуха в резервуаре. При установке устройства АПВ однократного или многократного действия должны быть предусмотрены запасы сжатого воздуха для обеспечения действия выключателя в нескольких циклах, а также технологическая автоматика, контролирующая давление элегаза и запас энергии привода.

В цикле АПВ линия некоторое время находится без напряжения. С точки зрения потребителей, а также устойчивости параллельной работы энергосистемы, время отключенного состояния линии желательно иметь наименьшим. Для этого повторное включение должно осуществляться как можно быстрее. В то же время длительность отключенного состояния линии должна быть достаточной для деионизации среды в месте повреждения. Опытным путем установлено, что минимальное время деионизации электрической дуги при снятии напряжении с линии составляет, в частности, для ЛЭП-110 кВ 0,15¸0,2 с. Поэтому повторное включение линии под напряжение должно производится не ранее указанного времени.

Время включения масляных выключателей составляет 0,5¸1,2 с. Таким образом, собственного времени включения масляного выключателя вполне достаточно для деионизации среды в месте повреждения линии. Время включения быстродействующих воздушных и элегазовых выключателей меньше времени деионизации, и это необходимо учитывать при настройке устройств АПВ.

Обычно подачу импульса на включение выключателя при однократном АПВ осуществляют с задержкой в 0,3¸2,0 с. Отсчет времени задержки начинается с момента отключения выключателя. Время задержки при двукратном АПВ может составлять 10¸15 с. В течение этой паузы линия находится без напряжения. В случае трехкратного АПВ время третьей паузы доходит до 60¸120 с.

Учитывая высокую эффективность автоматического повторного включения, ПУЭ предусматривается обязательная установка АПВ на линиях всех напряжений.

Основные варианты устройств АПВ

В зависимости от конкретных условий используются различные варианты устройств АПВ. Чаще всего на ЛЭП происходят однофазные КЗ. Двухфазные, а тем более трехфазные КЗ происходят значительно реже. В случае однофазного КЗ имеет смысл отключать, а затем повторно включать только поврежденную фазу. Автоматические устройства, которые выполняют такой селективный цикл, называются устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Из-за необходимости выбора поврежденной фазы схема ОАПВ усложняется. К тому же для его реализации необходимо иметь выключатели с раздельным приводом фаз. Многие выключатели такого привода не имеют. Поэтому значительно чаще применяется трехфазное автоматическое повторное включение (ТАПВ), при котором независимо от числа поврежденных фаз отключаются, а затем повторно включаются все три фазы одновременно.

Существенное влияние на устройство АПВ оказывает схема питания линии. С этих позиций различают линии с односторонним и двусторонним питанием. На линиях с двусторонним питанием дополнительные усложнения возникают из-за необходимости соблюдения синхронности работы источников питания по концам линии. Для этого применяют устройства АПВ с ожиданием или улавливанием синхронизма (АПВОС или АПВУС).

В некоторых случаях синхронность работы возможно восстановить за счет сочетания автоматического повторного включения с самосинхронизацией генераторов. Комплекс автоматики, осуществляющий такой цикл, сокращенно обозначают АПВС.

Следует иметь в виду, что элементы автоматики по контролю или улавливанию синхронизма затягивают цикл повторного включения. Поэтому применять эти типы АПВ следует только в случаях действительной необходимости.

При использовании быстродействующих выключателей весь цикл отключения поврежденной линии с последующим повторным включением может быть осуществлен весьма быстро. Такое АПВ называется быстродействующим (БАПВ). За короткий промежуток времени нарушения связи между источниками питания последние, как правило, не выходят из синхронизма, в связи с чем в схемах БАПВ не требуется иметь дополнительные элементы по контролю или улавливанию синхронизма.

Если сопротивление линии связи между источниками питания велико, то при повторном включении допустимо несинхронное включение. Расчетным путем определяются условия, при которых части энергосистемы входят в синхронизм. Такое включение осуществляется с помощью несинхронного АПВ.

Наиболее простыми являются схемы АПВ однократного действия для линий с односторонним питанием. В зависимости от принципа пуска различают схемы АПВ с пуском от релейной защиты и с пуском от несоответствия положения ключа управления и выключателя. Особую разновидность составляют устройства АПВ для выключателей с пружинным или грузовым приводом. Для этих выключателей применяются так называемые механические устройства АПВ.

6.1.3. Схема АПВ с пуском от релейной защиты.

В случае однократного АПВ допускается единственное повторное включение. Если такое включение не приводит к восстановлению нормальной работы, то линия должна отключаться. Последующих включений не должно быть. При ручном отключении линии автоматическое повторное включение не допускается.

В схемах АПВ с пуском от релейной защиты программа однократного действия автоматики осуществляется с помощью реле времени КТ 2 с проскальзывающим контактом (рис. 6.1).

Схема работает следующим образом. При повреждении на линии срабатывает релейная защита, которая подает сигнал на отключение выключателя. Последовательно с катушкой отключения YАТ включено промежуточное реле КТ 1 так, что при подаче сигнала на отключение это реле срабатывает и запускает схему повторного включения – реле KL 1 (контактом КТ 1.2), КТ 2 (контактом КL 1.3) и KL 2 (проскальзывающим контактом КТ 2.2с задержкой на включение). Реле времени КТ 2 является программным устройством схемы, обеспечивающим однократность действия АПВ. Оно имеет три пары контактов. Контакты КТ 2.1 предусмотрены для его самоудерживания. Проскальзывающий контакт КТ 2.2, замыкающийся с выдержкой времени t ₂,создает импульс на повторное включение. Выдержка времени t ₃ замыкания КТ 2.3 больше выдержки времени t ₂ замыкания второго контакта КТ 2.2. Реле времени возвращается в исходное положение только после замыкания контакта КТ 2.3, т. е. тогда, когда вся программа цикла выполнена.

Рассмотрим действие схемы при успешном и неуспешном цикле АПВ.