Применение АВР в системах электроснабжения

На промышленных предприятиях, которые относятся к ответственным категориям электроснабжения [1] бесперебойность работы обязательна. Для этих целей, на подстанциях или же потребителях (например, распределительные щиты) устанавливаются устройства автоматики. В данной статье, рассматривается применение автоматического ввода резерва (АВР) на промышленных предприятиях.

Учитывая, что устройства автоматики в системах электроснабжении работают сравнительно редко, основными требованиями, предъявляемыми к ним, являются простота и надежность. В классическом постулированном смысле, общие требования к АВР следующие:

• Быстрый ввод резерва после повреждения (отказа) рабочего источника.
• Включение по любым причинам при исчезновении питания или глубокого снижения напряжения.
• Селективность.
• Однократность срабатывания.

Располагая устройством АВР, в большинстве случаев можно отказаться от параллельной работы линий и параллельной работы трансформаторов и тем самым уменьшить токи короткого замыкания и упростить релейную защиту [2].

На рис. 1 представлена схема АВР на ПС 6/0,4 кВ. Принцип действия следующий. При исчезновении напряжения на первой секции срабатывают реле напряжения РН1 и РН2 и включают реле РВ1 от трансформатора напряжения ТН1. Реле РВ1 с выдержкой времени через промежуточное реле РП1 отключает выключатель В1 и его блокконтакт В1 включает электромагнит Ввкл. Секционный выключатель В включается и восстанавливает питание первой секции. Если же напряжение пропадает на второй секции, принцип работы аналогичен (с РН3 и РН4).

В случае исчезновении напряжения на трансформаторе Т1, отключается контактор ввода В1. Реле напряжения РН1 и РН2, питаемые через выпрямители В1 и В2 дают необходимую выдержку времени при отключении, что позволяет отстроить действие АВР при кратковременных нарушениях электроснабжения высшего напряжения. При длительном исчезновении напряжения РН1 своими размыкающими контактами включит секционный контактор КС и питание на первой секции восстановится [2].

Приведенный случай показан на работе обычных механических реле. Сегодня применяются более сложные схемы с использованием цифровых релейных защит (например, SEPAM), что ускоряет АВР.

В качестве пусковых органов (ПО) АВР могут применяться: реле минимального напряжения (защита ступенчатая); реле максимального напряжения, логическая защита шин (блокирующее срабатывание секционного выключателя, в случае КЗ на фидере до тех пор, пока не отработает МТЗ на отходящей линии); реле частоты (при снижении частоты на 0,1-1 Гц) с реле мощности (при изменении направления мощности, что свидетельствует о КЗ); ПО, реагирующие на угол сдвига между векторами двух секций.

Рассмотрим особенности некоторых ПО АВР.

ПО на реле частоты. Включение АВР производится при снижении частоты на 0,5 - 1 Гц. При общем снижении частоты в питающей сети срабатывают реле частоты на обеих секциях и АВР не действует. Если исчезает напряжение на одном из выводов, то частота снизится лишь на одной секции, отключится выключатель поврежденного ввода и сработает АВР.

Использование реле частоты и реле мощности. Устройство АВР срабатывает, если одновременно со снижением частоты изменяется направление мощности (в зависимости от конкретных условий - реактивной или активной) на одном из вводов, либо по нему перестает поступать мощность, что может быть при КЗ в цепи ввода или при исчезновении напряжения на нем.

На шинах 6-10 кВ при потере питания на одной из секций, в результате снижения на ней частоты напряжения происходит увеличение угла между векторами напряжений первой и второй секций. Если один из векторов напряжения, например, резервного питания, принять условно неподвижным, то при потере рабочего питания из-за снижения частоты остаточного напряжения двигателя на секции Uост, угол δ изменяется и по направлению вращения вектора Uост относительно условного неподвижного можно определить на какой секции произошла потеря питания [3]. Наихудшим случаем будет, если синхронный двигатель, который питался от отключаемой системы шин, получит питание от соседней секции и при этом угол δ будет равен 180° - двигатель включается на напряжение ~1.5Uн (см. рис.2) и может отключиться своей защитой, что приведет к перерыву в электроснабжении синхронной машины (согласно ГОСТ 13109-87 максимальное отклонение напряжения на двигателе ±10% [4]). Поэтому обычно, значение уставок реле соответствует углу 90° между векторами резервного и рабочего питания при исчезновении напряжения на последнем.

Через секционный выключатель проходит половина нагрузки (при отключенном источнике питания), то обычно, секционный выключатель выбирается либо по 0.5Iнн трансформатора, либо на Iнн трансформатора. Необходимо исходить из условия устойчивости к трехсекундному току КЗ.

На практике в сетях 0.4кВ также применяются схемы АВР с коммутатором, которым является контактор. В этом случае необходимо исходить из того, что если пропускная способность (по току) одного контактора для установленного трансформатора недостаточна, то применяется схема АВР с двумя спаренными контакторами.

Также существенный негативный фактор, сказывающийся на надежности АВР – отпадание якоря контактора и отпускание контактов при просадке напряжения. Например, при отключении источника второй секции шин, двигательная нагрузка самозапускается, при этом напряжение может успеть «просесть», что приведет к самопроизвольному отключению контактора. Для устранения этого недостатка следует применять контакторы с защелкой на якоре магнитопровода.

Перечень ссылок

1. Правила устройства электроустановок. – Х.: Изд-во «Форт», 2009. – 704 с.

2. Ермилов А.А. Электроснабжение промышленных предприятий, изд. 2-е, перераб., М., «Энергия», 1971.

3. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу 7.090603 «Электрические системы электроснабжения»)/ Сост.: П.Р. Никифоров, Н.В. Гребченко, А.П. Никифоров, В.К. Лебедев – Донецк: ДонНТУ, 2008. – 116 с

4. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт электрическая энергия совместимость технических средств электромагнитная нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения