Устройство и обслуживание вторичных цепей — Цепи оперативного тока

Из чего состоит СОПТ?

Для начала стоит немного сказать о терминологии. Данную аббревиатуру можно расшифровать, как совокупность преобразовательных, накопительных и распределительных устройств электроэнергии, необходимых для снабжения постоянным оперативным током всех подсоединенных к нему устройств вторичной коммутации. Электроснабжение осуществляется:

• В нормальном режиме
• В течение необходимого времени в случае исчезновения напряжения на шинах собственных нужд

Таким образом, с учетом запроса, который поступает от эксплуатирующей стороны, все комплектующие, входящие в состав СОПТ, могут иметь разное исполнение и параметры. Тем не менее, в большинстве случаев в состав системы оперативного постоянного тока входят следующие элементы:

• Аккумуляторные батареи (АКБ)
• Зарядное устройство (ЗУ).
• Шкафы управления оперативным током (ШУОТ) или аппарат управления оперативным током (АУОТ)

Плюсы и минусы источников переменного оперативного тока

Обычно такие источники на ПС являются зависимыми. Для этой цели применяются трансформаторы тока и напряжения. При этом используется энергия, которая поступает на защищаемый объект для передачи потребителям.

К плюсам таких источников питания можно отнести:

• Невысокую стоимость.
• Подключение осуществляется без использования разветвленной сети.

Помимо достоинств существуют и недостатки:

• Колебания напряжения на выходе оказывают существенное влияние на работу микроэлектронных и аналоговых реле. При этом возрастает риск сбоев. Если применяются электромеханические реле, такое влияние можно не учитывать.
• Если возникнет поломка или аварийная ситуация, то источники переменного тока не смогут надёжно выполнять свои основные функции.

При использовании переменного тока его иногда преобразовывают в постоянный при помощи выпрямителей. Качество работы источника в таком случае в значительной степени определяется выбором схемы подключения.

В качестве альтернативного источника переменного оперативного тока могут использоваться конденсаторные установки. В условиях нормального режима работы электросети конденсатор заряжается от подсоединенного зарядного устройства. Когда первичное напряжение исчезает, конденсатор начинает разряжаться, обеспечивая при этом питанием, подключенные к нему устройства. Недостатком такой схемы считают быструю разрядку конденсатора.

Принцип работы

ЗУ – формирует выпрямляющее напряжение, заряжает аккумуляторные батареи и питает потребители, справляясь со следующими типами нагрузок:

• Постоянная – питание аппаратуры
• Временная – в аварийных ситуациях
• Кратковременная – при запуске электроприборов

АКБ – от них ток поступает на подстанцию в тех случаях, когда по тем или иным причинам (в первую очередь, из-за аварии) там отсутствует ток. Время работы приборов от АКБ зависит от количества и емкости подключенных батарей.

ШУОТ и АУОТ – шкафы распределения оперативного тока выявляют поврежденные элементы и отключают их при помощи селективных автоматических выключателей. При этом важно использовать выключатели только одного изготовителя.

Виды СОПТ по структуре

Система может иметь 2 вида структур:

• Централизованная – 1 комплект источников постоянного тока для питания отдельной группы потребителя
• Децентрализованная – 2 и более комплекта

Одной из наиболее популярных конфигураций СОПТ на сегодняшний день является– аппарат управления оперативным током. В него входят 3 шкафа:

• оперативного тока и управления
• аккумуляторных батарей (ШАБ)
• распределения постоянного оперативного тока (ШР или ШВР)

С точки зрения конструкции, ШУОТ и АУОТ – это комплектное низковольтное устройство шкафного типа. Шкафы могут обладать высокой степенью защиты (для обеспечения безопасности установленной внутри аппаратуры). На фасаде устанавливаются измерительные приборы и светосигнальная арматура для мониторинга состояния коммутационных аппаратов и аварийных сигналов. Внутри шкафы поделены на отсеки:

• Сборной и распределительной шины
• Функциональной аппаратуры
• Кабельных присоединений

Защиту от короткого замыкания и перегрузки в щитах обеспечивают коммутационные аппараты. Они создают 3-х уровневую защитную систему:

1. Защита цепей ввода электроэнергии
2. Защита цепей разделения электроэнергии по группам электроприёмников
3. Защита цепей питания непосредственных потребителей

Для чего требуется система оперативного постоянного тока?

Потребители, которым необходимы СОПТ – оперативные цепи защиты, управления, автоматики и телемеханики, сигнализации (аварийная, предупредительная). Это цепи электромагнитов отключения и включения коммутационных аппаратов, устройств управления, автоматики, сигнализации, защиты и измерения, телемеханики и прочего

Все это – вторичные цепи электростанций и подстанций, или, как их называют, цепи собственных нужд. Характерный пример использования СОПТ – электроснабжение оборудования из-за сбоя работы подстанции, аварийное освещение.

Соответственно, система используется в данных цепях для следующих целей:

• Прием и преобразование переменного тока в постоянный ток
• Аккумулирование электроэнергии постоянного тока в батареях аккумулятора
• Распределение постоянного тока напряжением 110 и 220 В
• Питания линии аварийного освещения от электросети постоянного тока в случае исчезновения питающего напряжения в сети переменного тока
• Замер и контроль параметров цепей собственных нужд

Что такое оперативный ток

Основное назначение электростанции — снабжать энергией потребителей. Эффективность ее работы во многом зависит от функционирования систем, обеспечивающих:

• Управление режимами работы.
• Регулировку процессов, предназначенных выполнять определенные действия.
• Срабатывание сигнализации.
• Релейную защиту.
• Работу автоматики.

Таким системам необходимо обеспечить бесперебойное питание. Нужно учитывать, что при малейшем сбое может возникнуть авария. Важно, чтобы используемые источники питания полностью обеспечивали работу соответствующих устройств.

В более широком смысле оперативный ток можно рассматривать как тот, который применяется для работы различных устройств, обеспечивающих функции регулировки и управления соответствующей системой.

Виды тока и систем (устройств)

Оперативный ток бывает разный. Соответственно, разными бывают и системы его доставки на приборы.

• Постоянный ОТ (оперативный ток) – в качестве ИП используются аккумуляторная батарея и зарядные устройства
• Переменный ОТ – в качестве ИП используются измерительные трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд, предварительно заряженные конденсаторы
• Выпрямленный ОТ – здесь в роли ИП выступают блоки питания и выпрямительные силовые устройства, а также предварительно заряженные конденсаторы.
• Смешанная – применяется комбинация из перечисленных выше систем.

Назначение системы оперативного тока на электрических подстанциях

Совокупность источников питания, кабельных линий, шин питания переключающих устройств и других элементов оперативных цепей составляет систему оперативного тока данной электроустановки. Оперативный ток на подстанциях служит для питания вторичных устройств, к которым относятся оперативные цепи защиты, автоматики и телемеханики, аппаратура дистанционного управления, аварийная и предупредительная сигнализация. При нарушениях нормальной работы подстанции оперативный ток используется также для аварийного освещения и электроснабжения электродвигателей (особо ответственных механизмов).

Требования, предъявляемые к системам оперативного тока

К системам оперативного тока предъявляют требования высокой надежности при коротких замыканиях и других ненормальных режимов в цепях главного тока.

Классификация систем оперативного тока на электрических подстанциях

Применяются следующие системы оперативного тока на подстанциях:

1) постоянный оперативный ток — система питания оперативных цепей, при которой в качестве источника питания применяется аккумуляторная батарея; ;

2) переменный оперативный ток — система питания оперативных цепей, при которой в качестве основных источников питания используются измери-тельные трансформаторы тока защищаемых присоединений, измерительные трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд. В качестве дополнительных источников питания импульсного действия используются предварительно заряженные конденсаторы;

3) выпрямленный оперативный ток — система питания оперативных цепей переменным током, в которой переменный ток преобразуется в постоянный (выпрямленный) с помощью блоков питания и выпрямительных силовых устройств. В качестве дополнительных источников питания импульсного действия могут использоваться предварительно заряженные конденсаторы;

4) смешанная система оперативного тока — система питания оперативных цепей, при которой используются разные системы оперативного тока (постоянный и выпрямленный, переменный и выпрямленный).

В системах оперативного тока различают:

— зависимое питание, когда работа системы питания оперативных цепей зависит от режима работы данной электроустановки (подстанции);

— независимое питание, когда работа системы питания оперативных цепей не зависит от режима работы данной электроустановки.

Области применения различных систем оперативного тока

Постоянный оперативный ток применяется на подстанциях 110-220 кВ со сборными шинами этих напряжений, на подстанциях 35-220 кВ без сборных шин на этих напряжениях с масляными выключателями с электромагнитным приводом, для которых возможность включения от выпрямительных устройств не подтверждена заводом-изготовителем.

Переменный оперативный ток применяется на подстанциях 35/6(10) кВ с масляными выключателями 35 кВ, на подстанциях 35-220/6(10) и 110-220/35/6(10) кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, когда выключатели 6(10)-35 кВ оснащены пружинными приводами.

Выпрямленный оперативный ток должен применяться: на подстанциях 35/6(10) кВ с масляными выключателями 35 кВ, на подстанциях 35-220/6(10) кВ и 110-220/35/6(10) кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, когда выключатели оснащены электромагнитными приводами; на подстанциях 110 кВ с малым числом масляных выключателей на стороне 110 кВ.

22 Режимы работы нейтрали

Нейтралями электроустановок называют общие точки трехфаз­ных обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

Глухозаземленная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью — трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

У систем с эффективно заземленной нейтралью нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов заземлены наглухо или через реакторы с небольшим индуктивным сопротивлением с таким расчетом, чтобы при замыкании напряжения неповрежденных фаз относительно земли не превышали 1,4UФ, а однофазный ток КЗ в любой точке системы был не менее 60 % тока трехфазного КЗ в той же точке.

Системы с эффективно или глухозаземленной нейтралью относят к системам с большими токами замыкания на землю (IЗ > 500 А).

Для ограничения токов замыкания на землю искусственно увеличивают сопротивление нулевой последовательности за счет заземления только части нейтралей трансформаторов (одного или двух) на каждой подстанции или заземления нейтралей через активные или реактивные сопротивления. Однако увеличение сопротивления нулевой последовательности приводит к дополнительному повышению напряжения на здоровых фазах при несимметричных КЗ [2], [3].

Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

Сети с номинальным напряжением до 1 кВ, питающиеся от понижающих трансформаторов, присоединенных к сетям с UHОM > 1 кВ, выполняются с глухим заземлением нейтрали.

Сети с UHОМдо 1 кВ, питающиеся от автономного источника или разделительного трансформатора (по условию обеспечения максимальной электробезопасности при замыканиях на землю), выполняются с изолированной нейтралью.

Работа электрических сетей напряжением 2-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор.

Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах:

а) в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ — более 10 А;

б) в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи:

— более 30 А при напряжении 3-6 кВ;

— более 20 А при напряжении 10 кВ;

— более 15 А при напряжении 15-20 кВ;

в) в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор — более 5 А.

Системы с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через реактор, относят к системам с малыми токами замыкания на землю (IЗ ≤ 500 А).

Работа электрических сетей напряжением 110 кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так и с эффективно заземленной нейтралью.

Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.

При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих реакторов.

23 Область применения автотрансформаторов

Автотрансформаторы применяются как для понижения, так и для повышения напряжения. Широкое применение находят также и трехфазные автотрансформаторы. Автотрансформаторы мощностью до 1 кВ·А широко применяются в автоматике и бытовой технике. Более мощные автотрансформаторы используются для понижения напряжения при пуске мощных двигателей переменного тока. Силовые автотрансформаторы большой мощности находят применение для соединения между собой электрических сетей повышенных напряжений с близкими уровнями этих напряжений. Мощность таких автотрансформаторов достигает нескольких сотен мегавольт-ампер.

Силовые автотрансформаторы, как правило, имеют дополнительную обмотку НН (6-35 кВ), соединенную в треугольник. Эта обмотка не имеет электрической связи с основными обмотками автотрансформатора и служит для компенсации третьих гармонических составляющих потоков или потоков нулевой последовательности. Иногда ее используют для электроснабжения местных потребителей.

Все обмотки каждой фазы автотрансформатора (включая и дополнительную обмотку) располагаются на одном стержне в виде концентрических катушек одной высоты, что способствует уменьшению их индуктивных сопротивлений рассеяния. Ближе к стержню располагается обмотка НН.

Эти автотрансформаторы предназначаются для работы в трехфазной группе.

24 Способы ограничения тока короткого замыкания

Методы защиты

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

Ограничивающие ток короткого замыкания:

устанавливают токоограничивающие электрические реакторы

пременяют расспаралеливание электрических цепей т.е. отключение секционных и шиносоединительных выключателей

используют понижающие трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения

используют отключающее оборудование — быстродействуещее коммутационые аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания т.е. плавкие предохранители, автоматические выключатели

Применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи

25 Токоограничивающие реакторы

Реакторы служат для искусственного увеличения сопротивле­ния короткозамкнутой цепи, а следовательно, для ограничения токов КЗ и поддержания необходимого уровня напряжения при повреждениях за реакторами.

Реактор представляет собой индуктивную катушку без сердеч­ника, поэтому его сопротивление не зависит от протекающего тока.

Токоограничивающие реакторы применяются на станциях ти­па ТЭЦ:

а) между секциями ГРУ (секционные реакторы) — реактор LRK на рисунке 7.35,а;

б) для питания местных потребителей от сборных шин ГРУ (линейные LR1 или групповые LR2 реакторы) — рисунок 7.35,а;

в) для питания местных потребителей от блочных ТЭЦ через реактированные отпайки — рисунок 7.35,б.

Токоограничива­ющие реакторы могут устанавливаться в цепях вводов низшего напряжения понижаю­щих трансформаторов на подстанциях.

а — на ТЭЦ, имеющих ГРУ; б — на ТЭЦ блочного типа

Рисунок 7.35 — Схемы подключения токоограничивающих реакторов

Витки обмотки изолированы друг от друга, на­мотаны на специальный каркас и укреплены в бетонных колон­нах, которые предотвращают их смещение под действием соб­ственной массы и электродинамических усилий при протекании токов КЗ. От заземленных конструкций, а при вертикальной уста­новке — и от соседних фаз, реакторы изолируются с помощью опорных изоляторов. Бетонные реакторы выпускаются на номи­нальные токи до 4000 А и изготовляются для вертикальной, горизонтальной и ступенчатой уста­новки. При больших номиналь­ных токах в целях снижения по­терь активной мощности в са­мих реакторах они выполняют­ся с искусственным охлаждени­ем (вентиляцией камер).

У сдвоенных реак­торов серии РБС имеется дополнительный вывод от средней точки обмотки. Сред­ний вывод делит обмотку реак­тора на две ветви, намотанные согласно. Обе ветви рассчитыва­ют на одинаковый номинальный ток, величина которого задает­ся в каталоге. Средний вывод обычно подключают к источнику питания и рассчитывают на двой­ной номинальный ток (рисунок 7.37,а).

Индуктивности L ветвей одинаковы, поэтому индуктивное со­противление каждой ветви реактора при отсутствии тока в другой составляет хв= coL и называется номинальным сопротивлением вет­ви хНОМ,В (задается в каталоге). Особенности сдвоенного реактора определяются наличием магнитной связи между ветвями (взаим­ной индуктивности М).

а — схема включения; б — нагрузочный режим; в — режим КЗ

Рисунок 7.37 — Сдвоенный реактор

Рассмотрим работу сдвоенного реактора в нагрузочном режи­ме (рисунок 7.37,б). В процессе эксплуатации стараются равномерно загрузить обе ветви реактора, тогда Ix = h-1, а сопротивление каж­дой ветви составит

(7.2)

где kСВ = M/L — коэффициент связи обмоток реактора (обычно сдво­енные реакторы выполняются с kСВ = 0,4… 0,6).

Если принять kСВ = 0,5, то в нагрузочном режиме сопротивле­ние каждой ветви реактора уменьшится по сравнению с анало­гичным одинарным реактором и составит

(7.3)

Сдвоенный реактор позволяет уменьшить па­дение напряжения (снизить потери мощности) в каждой ветви реактора в нагрузочном режиме и сократить габаритные размеры распределительного устройства.

Рассмотрим режим КЗ за одной из ветвей реактора (рисунок 7.37,в).

Величина тока КЗ в этом режиме будет определяться индуктивным сопротивлением той ветви реактора, по которой он протекает, т.е.

(7.4)

В режиме КЗ сдвоенный реактор ограничивает ток КЗ так же, как и одинарный реактор с теми же номинальны­ми параметрами.

В настоящее время выпускают сухие одинарные токоограничи-вающие реакторы внутренней установки типа РТОС, рассчитан­ные на UНОМ= 10 кВ, IНОМ= 1600, 2500, 4000 А.

Основные преимущества применения СОПТ на объектах

• Удобство эксплуатации, осмотра и технического обслуживания цепей вторичной коммутации (они вынесены в отдельный отсек) и аппаратов первичных цепей
• Простота адаптации под конкретные нужды того или иного заказчика
• Возможность использования схем со стационарными и выдвижными автоматическими выключателями селективного и неселективного типов, а также с применением средств защиты, сигнализации и контроля на основе современной релейной аппаратуры и микропроцессорных устройств
• Простота установки – минимум монтажных работ, так как СОПТ уже может поставляться в виде отдельных шкафов или же в целиком собранном виде

В этих и других преимуществах СОПТ вы сможете убедиться самостоятельно, приобретя системы оперативного постоянного тока производства компании РУСЭЛТ. Мы предлагаем вам многообразие конструктивных решений и гарантируем надежность и высокую функциональность работы оборудования.

Назначение

Постоянный оперативный ток применяется на распределительных пунктах (РП) 6(10) кВ, а также на всех подстанциях 35 кВ и выше на вновь устанавливаемых объектах [1].

Переменный оперативный ток применяется на распределительных пунктах (РП) 6(10) кВ, на существующих ПС 35/6(10) кВ, и ПС 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения.

Выпрямленный оперативный ток применяется на существующих ПС 35/6(10) кВ, и ПС 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения.

Таким образом наиболее перспективной на данный момент является система оперативного постоянного тока, несмотря на то, что ее применение требует установки аккумуляторных батарей (АБ), увеличивающую стоимость сооружения и вызывает необходимость организации сети постоянного тока.