СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РУДНИЧНЫХ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
Тепловая защита трансформаторных подстанций ТСШВП-Х/6 основана на
использовании термосопротивления [1].
Термосопротивление в таких подстанциях закреплено на отводе одной из фаз
обмотки силового трансформатора. При увеличении температуры обмотки до
недопустимого, по условию ёё эксплуатации значения, сигнал от
термосопротивления поступает на блок тепловой защиты, в состав которой
входит реле с нормально открытыми контактами. Нормально открытые контакты
реле заведены в цепь соленоида отключения. При срабатывании реле тепловой
защиты сигнал поступает на катушку отключения автоматического выключателя,
что приводит к его отключению с помощью независимого расцепителя.
К недостаткам подстанций ТСШВП-Х/6 следует отнести то, что в ёё
электрической схеме задействован только независимый расцепитель
автоматического выключателя, и, например, при неисправности независимого
расцепителя (неправильная регулировка, обрыв цепи и т.д.) в случае
возникновения аварийной ситуации по причине короткого замыкания или
перегрузки, подстанция сама становится источником аварии. Это особенно
опасно при эксплуатации её во взрывоопасной атмосфере. Применение
термосопротивления для контроля теплового состояния и установка его на
отводе одной из фаз не позволяет с требуемой точностью определить
температуру нагрева обмоток активной части. Кроме того, применение
термосопротивления в свою очередь затрудняет объективный контроль теплового
состояния активной части трансформатора из-за недостатков, присущих самому
термосопротивлению – нелинейности его характеристики, необходимости
дополнительно вводить преобразователь, разброса параметров, низкого предела
контролируемой температуры. Последний недостаток обусловливает необходимость
установки термосопротивления на отводе активной части. Существенная разность
температур наиболее нагретой точки обмотки и отводов приводит к значительной
погрешность при определении контролируемого параметра. Установка только
одного термосопротивления также снижает надёжность контроля нагрева активной
части трансформатора. Воздействие реле блока тепловой защиты только на
автоматический выключатель позволяет отключить сеть низшего напряжения, но
не предотвращает развития аварии в трансформаторе подстанции. Например, при
витковых замыканиях в обмотке трансформатора такое повреждение не будет
отключаться максимально-токовой защитой фидерной КРУ-6кВ так, как она не
обладает необходимой чувствительностью для отключения такого вида
повреждений.
Рудничные взрывобезопасные трансформаторные подстанции типа ТСВП-Х/6 и
КТПВ-Х/6 [2] содержат размещённые во взрывонепроницаемых оболочках (отсеках
оболочки) с кабельными коробками коммутационный аппарат высшего напряжения,
силовой трансформатор с закреплёнными на его активной части дискретными
датчиками температуры и распределительное устройство низшего напряжения,
включающее в себя силовые шины, автоматический выключатель с расцепителем
минимального напряжения, и независимым расцепителем, блок питания цепей
управления, блок максимальной токовой защиты, аппарат защиты от утечки тока
на землю.
В этих трансформаторных подстанциях частично устранены недостатки, присущие
подстанциям типа ТСШВП-Х/6. Надёжность этих подстанций повышена за счёт
того, что в цепи защиты введены расцепитель минимального напряжения и
независимый расцепитель автоматического выключателя, применены
дифференциальные датчики температуры, которые установлены на активной части
двух фаз трансформатора. Это позволило повысить безопасность её применения
во взрывоопасных средах.
К недостаткам же этих трансформаторных подстанций следует отнести то, что
вследствие большой инерционности охлаждения активной части трансформатора
подстанции её не удаётся включить длительное время (1,5–2часа) после
срабатывания тепловой защиты. Это приводит к загазированию выработок.
Установка дифференциальных датчиков температуры не приводит к существенному
сокращению времени простоя. Особенно этот недостаток характерен для
подстанций мощностью 630 кВА и более. Невозможность включения подстанции
непосредственно после её отключения и отсутствие электроэнергии на участке
шахты влечёт за собой прекращение основных работ, связанных с добычей
полезного ископаемого. К недостаткам таких подстанций следует отнести также
и то, что схема управления, защиты и сигнализации подстанции выполнена таким
образом, что датчики температуры воздействуют только на расцепитель
минимального напряжения автоматического выключателя и, например, при
неправильной его регулировке автоматический выключатель может не отключиться
при срабатывании датчиков.
В подстанции [3], для повышения ёё надёжности и безопасности, предложено
устройство низшего напряжения, включающее в себя силовые шины,
автоматический выключатель с расцепителем минимального напряжения и
независимым расцепителем, блок питания цепей управления и защиты, блок
максимальной токовой защиты, аппарат защиты от утечки тока на землю, на
активной части силового трансформатора в месте расположения датчиков
температуры размещены дополнительные дискретные датчики температуры,
соединенные с дополнительно введенным устройством тепловой защиты и
сигнализации. Исполнительные элементы устройства тепловой защиты и
сигнализации введены в цепи питания расцепителя минимального напряжения и
независимого расцепителя автоматического выключателя, блоков максимальной
токовой защиты и защиты от утечки тока на землю.
Дополнительные датчики температуры установлены в количестве, равном
количеству упомянутых (основных) датчиков.
Температура срабатывания дополнительных датчиков меньше температуры
срабатывания упомянутых датчиков на 5 - 10°С. Элементы световой и звуковой
сигнализации устройства тепловой защиты и сигнализации выполнены во
взрывозащищённом исполнении и могут быть размещены за пределами корпуса
подстанции. Устройство тепловой защиты и сигнализации содержит блок
задержки, настроенный на заданный промежуток времени.
Предложенная рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция
позволяет:
- упредить отключение подстанции при её перегрузке путем подачи
предварительного сигнала о необходимости снижения нагрузки;
- повысить безопасность проведения работ во взрывоопасном пространстве за
счет исключения длительного нахождения подстанции и соответственно
вентиляторов местного проветривания в отключённом состоянии;
- исключить прекращение работ на участке по причине отключения подстанции в
результате срабатывания датчиков тепловой защиты.
Предложенная рудничная взрывобезопасная подстанция (рисунок) содержит
размещенные в оболочках 1 и 2 с кабельными коробками высшего 3 и низшего 4
напряжений, коммутационный аппарат высшего напряжения 5 , силовой
трансформатор 6 с установленными на его активной части дискретными датчиками
температуры 7 и распределительное устройство низшего напряжения 8,
включающее силовые шины 9, автоматический выключатель 10 с силовыми
контактами 11, расцепителем минимального напряжения 12 и независимым
расцепителем 13. Распределительное устройство низшего напряжения 8 содержит
также блок питания 14 цепей управления, аппарат защиты от утечки тока на
землю 15 и устройство максимальной токовой защиты 16.
На активной части трансформатора 6 в месте размещения датчиков 7 установлены
дополнительные дискретные датчики температуры 17, количество которых равно
количеству датчиков 7. Датчики 17 включены в цепь питания исполнительного
реле (на рисунке не показано) дополнительно введенного устройства тепловой
защиты и сигнализации 18. Устройство тепловой защиты питается от блока
питания 14. Датчики 17 настроены на температуру срабатывания, меньшую по
сравнению с температурой срабатывания датчиков 7 на 5 – 10 оС. Устройство
тепловой защиты и сигнализации 17 содержит исполнительные элементы,
введенные в цепи питания расцепителя минимального напряжения, нулевого
расцепителя и аппаратов защиты от утечки тока на землю и максимальной
токовой защиты, а также связанные с введенным в кабельную коробку
распределительного устройства высшего напряжения 3 элементом отключения 19
высоковольтного коммутационного аппарата, питающею подстанцию.
В процессе работы трансформатора напряжение на его активную часть 6 подаётся
из сети при помощи высоковольтного коммутационного аппарата 5. С вторичной
обмотки трансформатора напряжение подаётся через шины 9 и силовые контакты
11 автоматического выключателя 10 в сеть низшего напряжения.
Защита трансформаторной подстанции от утечки тока на землю осуществляется
при помощи аппарата защиты 15, а защита oт перегрузки и от действия токов
коротких замыканий осуществляется при помощи устройства максимальной токовой
защиты 16.
При работе подстанции в результате протекания тока по обмоткам происходит
нагрев её активной части трансформатора 6. При температуре активной части
равной уставке срабатывания датчиков 17, от них подаётся сигнал на
устройство тепловой защиты и сигнализации 18. При этом устройство тепловой
защиты подаёт звуковой и световой предупредительные сигналы о недопустимости
её дальнейшей перегрузки по току и одновременно начинает отработку выдержки
времени на отключение сигнализации.
В течение заданной выдержки времени нагрузка на подстанцию должна быть
снижена. По истечении выдержки времени, звуковая и световая сигнализация
отключается. При этом возможны два варианта дальнейшей работы подстанции:
- нагрузка на подстанцию не снижается.
- нагрузка на подстанцию снижается.
В первом случае нагрузка на подстанцию своевременно снижается. Происходит
охлаждение активной части трансформатора до возврата в исходное состояние
датчиков 17. Устройство тепловой защиты и сигнализации 18 совместно с
датчиками 17 переходит в режим контроля теплового состояния активной части
трансформатора 6.
Во втором случае подстанция работает в режиме с перегрузкой. При температуре
активной части равной уставке срабатывания датчиков 7 устройство тепловой
защиты 18 подаёт сигналы на расцепитель минимального напряжения 12 и
независимый расцеиитель 13, что приведёт к отключению автоматического
выключателя 10. Сигнал от устройства тепловой защиты 18 подаётся также в
устройство отключения 19 высоковольтного коммутационного аппарата, питающего
подстанцию. Подстанция отключается. Такой случай может быть при коротком
замыкании в электрической сети, при быстром возрастании нагрузки или при
длительной перегрузке, когда оператор не снизит по сигналу нагрузку
подстанции.
Устройство тепловой защиты и сигнализации 18 воздействует на расцепитель
минимального напряжения 12 и независимый расцепитель 13. Его сигнал подаётся
также на введенный блок отключения 19 высоковольтного коммутационного
аппарата, питающего подстанцию. Подстанция при этом полностью
обесточивается. В случае, если причиной её отключения явится короткое
замыкание, обмотка активной части трансформатора не повреждается.
Выполнение рудничной взрывобезопасной трансформаторной подстанции в
соответствии с предложенным техническим решением позволит за счет исключения
недопустимого перегрева активной части трансформатора продлить сроки службы
её изоляции, а значит и самого трансформатора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Подстанции трансформаторные взрывобезопасные серии ТСШВП. Техническое
описание и инструкция по эксплуатации ОАШ. 140.324. Донецк, 1977, - 31 с.
(с. 11).
2. Справочник энергетика угольной шахты. Т.2 (главы 22 – 44). Изд. 2-е
дополненное и переработанное в двух томах. Донецк, Юго-Восток,2001, 886с.
(рис.30.4–с. 634, рис. 30.5 и 30.6, с.636,637).
3. Деклараційний патент № 11624 Україна. Рудникова вибухобезпечна
трансформаторна підстанція: / М.О. Нагорний, Г.Л. Локтіонов, І.Я. Чернов,
В.М. Грушко, О.П. Ковальов. Приоритет от 03.02.2005г., г. Киев, опубл. в Бюл.
№1, 16.01.2006.