Выбор параметра пуска схемы АВР

Схема автоматического включения резерва должна производить включение резервного элемента при вполне определенных условиях. Правильность выбора пусковых параметров во многом определит успешность АВР и простоту схемы.

Рассмотрим схему, в которой рабочая линия Л1 резервируется линией Л2 (рис. 1.2), Тогда, казалось бы, схема АВР должна приходить в действие только при авариях на самой рабочей линии. Однако при этом требуются весьма избирательные пусковые органы, которые бы четко фиксировали место аварии. Наличие такого пускового органа усложняет схему АВР.

 

Рис.1.2 – Схема для пояснения выбора параметра пуска АВР

 

Возможен другой подход в выборе пускового параметра схемы АВР, когда схема приходит в действие при аварии не только на самой рабочей линии, но и при авариях в других точках сети. Если же авария происходит вне рабочей линии, схема блокируется, и переход на резервную линию не происходит. Преимуществом такого подхода является простота пускового органа, который может быть выполнен на базе реле напряжения. При исчезновении напряжения на резервируемых шинах по любой причине, а также при уменьшении напряжения до определенной величины, схема АВР запускается.

При коротком замыкании на отходящих линиях в точках К2, КЗ или К4 переходить на питание по резервной линии не имеет смысла. В этих случаях неправильное действие схемы АВР, запускаемой по напряжению, может быть устранено временной задержкой и правильным выбором уставки срабатывания пускового реле.

Особым случаем является короткое замыкание на шинах в точке К5. Отстроить защиту по напряжению или за счет выдержки времени от такого повреждения нельзя. На начальном этапе применения АВР это служило основным препятствием для использования простых пусковых органов по напряжению.

Опыт эксплуатации показал, что не следует отстраивать действие АВР от короткого замыкания на сборных шинах. Короткое замыкание на сборных шинах в ряде случаев после снятия напряжения самоликвидируется. Переход с рабочей линии на резервную сопровождается кратковременным отсутствием напряжения на шинах. Иногда это приводит к восстановлению нормального питания, но уже с помощью резервной линии. При устойчивом коротком замыкании на сборных шинах резервная линия включается кратковременно. Последующее ее отключение осуществляется действием релейной защиты.

В силу отмеченных преимуществ, способ пуска схемы АВР по напряжению получил наибольшее распространение.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ АВР

1 по виду оборудования на которое действует устройство АВР: АВР трансформатора, АВР ЛЭП, АВР агрегата и т.д.;

2 по направлению действия: одностороннее (рисунок 11.1 а) и двухстороннего действия (рисунок 11.1 б);

3 по виду используемого оперативного тока;

4 по виду резервирования: нагруженный – резервный источник нормально загружен (рисунок 11.1 б) и ненагруженный – резервный источник нормально не нагружен (рисунок 11.1 а);

5 по виду пуска АВР: по напряжению, по частоте, по отключению рабочего источника и т.д.

 

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ АВР СЕКЦИОННОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

1 Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителя по любой причине (аварийное, ошибочное или самопроизвольное отключение рабочего источника);

Лист 3

2 До отключения рабочего источника резервный источник не должен включаться во избежание его включения на КЗ;

3 Для уменьшения длительности перерыва питания потребителей включение резервного источника питания должно производиться сразу после отключения рабочего источника;

4 Действие АВР должно быть однократным, чтобы не допускать нескольких включений резервного источника на неустранившееся КЗ.

5 Для действия АВР при исчезновении питающего напряжения, не сопровождающегося отключением выключателя рабочего источника, схема АВР должна дополняться пусковым органом по напряжению и (или) по частоте.

6 Для ускорения отключения резервного источника при его включении на неустранившееся КЗ должно предусматриваться ускорение защиты резервного источника после АВР.

7 Схема АВР не должна действовать при одновременном исчезновении напряжения на обоих источниках питания.

8 Действие АВР должно быть согласовано с действием РЗ и другой автоматики правильным выбором уставок АВР.

9 Схема АВР должна предусматривать блокировку действия.

Лист 4

 

ПРИМЕР СХЕМЫ АВР ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

Рисунок 11.2

Напряжение рабочего источника отслеживается минимальными реле напряжения KV1, KV2, KV4, KV5. Напряжение резервного источника – KV3, KV6. KH – указательные реле. KB1 – реле однократности включения. S – переключатель АВР. YAC – катушка электромагнита включения.

 

ВЫБОР УСТАВОК АВР

1 Уставка по напряжению на рабочем источнике выбирается так, чтобы пусковой орган не срабатывал при понижениях напряжения в режимах КЗ и самозапусках электродвигателей:

	(1)
	(2)
kн = 1.1 ¸ 1.2 – коэффициент надёжности (РН - 50) kв = 1.2 ¸ 1.25 – коэффициент возврата (РН - 50)

 

Рисунок 11.3

Принять напряжение срабатывания U_с.р равным нулю нельзя, поскольку: 1 реле напряжения имеет ограничение по величине минимальной уставки (15 ¸ 20 В для РН - 50); 2 двигатели могут достаточно долго поддерживать некоторый уровень напряжения на шинах, что будет затягивать срабатывание устройства АВР. В большинстве случаев

Лист 5

2 Уставка по напряжению на резервном источнике определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения:

kн = 1.1 ¸ 1.2 – коэффициент надёжности (РН - 50) kв = 1.2 ¸ 1.25 – коэффициент возврата (РН - 50)

3 Уставка по времени определяется исходя из нескольких условий:

А) уставка АВР должна быть выше на ступень селективности времени срабатывания всех защит, в зоне действия которых КЗ могут вызвать снижение напряжения ниже напряжения срабатывания АВР (для данной схемы)

	(1)
	(1)
	(1)
Dt » 0,6 с – ступень селективности

Б) уставка АВР должна быть согласована с действием устройств АПВ

	(2)
tзап » 2,5 ¸ 3,5 с – время запаса

Уставка АВР может достигать по условию (2) нескольких десятков секунд. Чтобы повысить надёжность электроснабжения, устройство АВР может не ждать свыше одного цикла АПВ или вообще не учитывать условие (2). Однако в этих случаях схема АВР должна предусматривать автоматический возврат к нормальной схеме после успешного АПВ рабочего источника питания через 15 ¸ 20 с (после убеждения в надёжном повторном включении).

Лист 6

В) уставка по времени АВР должна быть согласована с уставками других АВР (рисунок 11.4):

	(3)
tзап » 2 ¸ 3 с – время запаса

 

Рисунок 11.4

Нижестоящие АВР должны быть отстроены от уставок срабатывания вышестоящих АВР. Отсчёт уставок АВР начинается сверху (от источника питания). При большом количестве комплектов АВР нижестоящие устройства АВР будут иметь очень длительную выдержку времени срабатывания, поэтому количество комплектов АВР на должно превышать 2 ¸ 3 штук.

4 Так как действие АВР должно быть однократным, время возврата промежуточного реле однократности включения должно равняться

t_в.в – время включения выключателя резервного источника питания, t_зап » 0,3 ¸ 0,5 с – время запаса.

 

Самозапуск двигателей

Перевод питания с рабочей линии (трансформатора) на резервную линию (трансформатор) сопровождается кратковременным перерывом питания. За это время частота вращения двигателей уменьшается. Если перерыв продолжителен, то двигатели останавливаются полностью. При восстановлении напряжения по резервной линии двигатели снова запускаются и разворачиваются до рабочей частоты вращения. Этот процесс называют самозапуском двигателей.

Условия самозапуска двигателей значительно отличаются от условий нормального пуска, что обусловлено одновременностью разворота всех двигателей, которые переводятся на резервное питание.

В момент пуска из сети потребляется ток в 4¸5 и более раз выше номинального значения тока двигателя. Пусковой ток создает дополнительное падение напряжения, например в трансформаторе, от которого питается двигатель. Мощность двигателя, как правило, меньше мощности трансформатора, поэтому дополнительное падение напряжения в трансформаторе составляет незначительную величину. Можно считать, что пуск одного двигателя происходит при номинальном напряжении. В таком случае асинхронный момент двигателя в 1,5¸2,0 раза превосходит момент нагрузки и под действием значительного избыточного момента DМ=М_ас-М„ происходит быстрый разворот двигателя (рис. 1.3).

 

Рис.1.3 – Характеристики асинхронного (кривые 1, 2) и тормозного (кривая 3) моментов асинхронных двигателей

 

При одновременном запуске всех двигателей дополнительное падение напряжения в трансформаторе может быть значительным. Действительно, если предположить, что вся нагрузка на трансформаторе состоит только из двигателей, пусковой ток может в 4¸5 раз превосходить номинальный ток трансформатора. Реактивный характер периодической составляющей пускового тока приводит к значительному уменьшению модуля напряжения.

При пониженном напряжении асинхронный момент двигателя уменьшается (кривая 2), пуск двигателя затягивается, а в особо тяжелых случаях двигатели могут не запуститься.

Допустимое время запуска электродвигателей для электростанции со средними параметрами пара составляет 30¸35 с [6] и определяется условиями нагрева двигателей. Для станций с блоками высокого давления пара допустимое время самозапуска уменьшается до 10¸15 с и определяется сохранением технологического процесса котлоагрегата из-за прекращения подачи питательной воды. На атомных электростанциях, особенно оборудованных главными циркуляционными насосами с малыми вращающимися массами, допустимое время самозапуска сокращается до 1¸5 с. При большем времени самозапуска возможно прекращение циркуляции теплоносителя через активную зону реактора с последующим его отключением от аварийной защиты.

Такое резкое сокращение допустимого времени самозапуска на АЭС заставляет снижать все возможные задержки в процессе восстановления резервного питания – применять быстродействующую релейную защиту, оставлять для самозапуска только ответственных потребителей, иметь запас по мощности у резервного трансформатора и даже учитывать сопротивление кабеля от резервного трансформатора до потребителя.

На рис. 1.4 показаны диаграммы изменения напряжения, тока и частоты вращения двигателей при их переходе на резервное питание. После отключения рабочей линии в момент времени t₁ напряжение на двигателях становится равным нулю и начинается их торможение. Длительность снижения частоты вращения зависит от момента сопротивления механизмов, приводимых в движение двигателями. В момент времени t₂ включается резервная линия. На двигателях вновь появляется напряжение, и они начинают разворачиваться.

 

Рис. 1.4. Диаграмма тока, напряжения и частоты вращения двигателя при действии АВР

 

Из рис.1.4 видно, что, несмотря на уменьшение напряжения, вызванного большими пусковыми токами, самозапуск происходит успешно. Если бы включение резервного источника питания происходило раньше, когда торможение двигателей было еще небольшим, то очевидно, процесс самозапуска прошел бы более легко, т.е. пусковые токи были меньше, и следовательно, меньшим было бы и снижение напряжения. Отсюда следует, что с точки зрения самозапуска двигателей переход на резервный источник питания должен происходить как можно быстрее.

При быстром включении незаторможенных двигателей включение может быть несинхронным, т.к. у отключенных, но вращающихся двигателей имеется остаточное напряжение. Последующее включение таких двигателей может привести к токам, превышающим пусковые, обусловленные только напряжением источника питания.

Опыт эксплуатации устройств АВР показал, что несинхронные включения двигателей не представляют серьезной опасности. Несмотря на стремление как можно быстрее включить резервный источник питания, восстановление напряжения происходит с некоторой задержкой из-за времени срабатывания элементов автоматики и выключателя. Этой задержки достаточно, чтобы напряжение на заторможенных двигателях снизилось до безопасной величины.

Вследствие большого снижения напряжения в момент перехода на резервное питание двигатели могут не запуститься. В таких случаях часть двигателей должна быть отключена для запуска оставшихся двигателей наиболее ответственных потребителей от защиты минимального напряжения. Их число должно быть рассчитано. Расчет самозапуска следует проводить с учетом моментных характеристик двигателей, моментов сопротивления и мощности источника питания.

В большинстве случаев такие расчеты проводить необязательно. Об успешности самозапуска можно судить по ориентировочному расчету, в котором определяется лишь остаточное напряжение на выводах двигателей в момент самозапуска. Считается, что для успешного самозапуска напряжение должно составлять не менее 0,7U_ном. В этом случае вращающий момент двигателей не снижается больше, чем на 50% от номинального значения.

Успешный самозапуск возможен при более низком остаточном напряжении, однако разворот двигателей при этом затягивается. Длительное протекание пусковых токов приводит к перегреву как самих двигателей, так и питающих элементов, поэтому затягивание самозапуска нежелательно.

 

ПУСК АВР ПРИ НАЛИЧИИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ

Рисунок 11.5

Отключение двигателей не приводит к резкому снижению напряжения в сети. Поэтому, для ускорения действия АВР пусковой орган напряжения должен дополняться реле понижения частоты.

Лист 7

Резервный источник должен при этом иметь орган контроля частоты для исключения излишних действий АВР при общесистемном снижении частоты. Уставка реле контроля частоты принимается равной 48 – 49 Гц. Устройство АВР должно иметь блокировку при действии АЧР и других видов ПА.

Действие простейшей схемы АВР приводит, как правило, к несинхронному включению двигательной нагрузки. Чтобы обеспечить самозапуск двигателей после перерыва питания схема АВР может дополняться органом контроля синхронизма, а неответственные двигатели должны отключаться на время самозапуска ответственных. С синхронных двигателей может сниматься возбуждение.

Исследованиями было установлено, что перерыв питания более чем на 0,2 с приводит к нарушению динамической устойчивости сильно загруженных синхронных двигателей. Дальнейшая ресинхронизация таких двигателей возможна только после снятия с вала тормозного момента механизма. Таким образом, АВР, построенная по обычной схеме (с выдержкой времени) в сетях, питающих мощные и сильно загруженные СД, не обеспечивает условия самозапуска данных двигателей и не повышает надёжность электроснабжения.

Лист 8

Вероятность срыва производства можно снизить, действуя в двух направлениях: 1 улучшать условия самозапуска двигателей (это было рассмотрено); 2 не допускать нарушения динамической устойчивости СД или, другими словами, не допускать несинхронную работу СД и питающей их ЭЭС.

Динамическая устойчивость может быть обеспечена наличием многих источников питания и быстродействующих защит. Это крайне дорогостоящий путь. В некоторых случаях может быть использовано устройство быстродействующего опережающего АВР (БОАВР). Эта схема АВР без выдержки времени объединяет раздельно работающие секции шин 2 и 8 при повреждении элементов 3, 4, 5 или отключении выключателей 6, 7, посредством чего создаётся имитация схемы с параллельной работой вводов и обеспечивается устойчивость СД, питающихся от секции 2. При повреждении на секции 2 или на отходящих линиях БОАВР не должно действовать.

Успешность БОАВР целиком зависит от наличия быстродействующих защит, выключателей и каналов связи, так как перерыв питания СД не должен превышать 0,15 – 0,2 с.

Рисунок 11.6