Чем определяется выдержка времени апв
АПВ на линиях с двусторонним питанием
АПВ на линиях с двусторонним питанием
Автоматическое повторное включение линий с двусторонним питанием имеет некоторые особенности, что определяется наличием напряжения по обоим концам линии. Первая особенность состоит в том, что АПВ линии должно производиться лишь после того, как она будет отключена с обеих сторон, что необходимо для деионизации воздушного промежутка в месте повреждения.
Поэтому при выборе выдержки времени АПВ линий с двусторонним питанием необходимо учитывать еще и третье условие:
tАПВ,1 = tзащ,2 – tзащ,1 + tотк,2 + tотк,1 + tд – tвкл,1 + tзап
Принимая с целью упрощения tотк,2 = tотк,1 получаем более простое выражение для определения tАПВ,1:
Если вторая ступень защиты не обеспечивает достаточной надежности при повреждениях в конце рассматриваемой линии (коэффициент чувствительности Кч = 1,3 ÷ 1,4).
Вторая особенность определяется тем, что успешное включение линии (замыкание в транзит) может сопровождаться большими толчками тока и активной мощности, поскольку по обоим концам отключившейся линии имеется напряжение.
В тех случаях, когда две электростанции или две части энергосистемы связаны несколькими линиями (рисунок 1, а), отключение одной из них не приводит к нарушению синхронизма и значительному расхождению по углу и значению напряжений по концам отключившейся линии. АПВ в этом случае не будет сопровождаться большим толчком уравнительного тока. Вследствие этого на линиях с двусторонним питанием допускается применение простых АПВ, аналогичных рассмотренным выше, если две электростанции или две части энергосистемы имеют три или более связей близкой пропускной способности.
Рисунок 1 Схема связи между двумя частями энергосистемы: а – с тремя линиями; б – с одной линией.
В некоторых случаях простое АПВ, установленное с одного конца, дополняется устройством контроля наличия напряжения на линии. Благодаря этому включение от АПВ на устойчивое КЗ производится только один раз с той стороны, где отсутствует устройство контроля напряжения на линии. С той же стороны, где контролируется напряжение, включение выключателя будет происходить лишь в том случае, если повреждение устранилось и линия, включенная с противоположного конца, держит напряжение,
Для АПВ с контролем наличия напряжения:
tАПВ,1 = tзащ,2 – tзащ,1 + tотк,2 + tотк,1 + tд – tвкл,1 + tзап
tАПВ,1 = tзащ,2 + tзап
При включении действием АПВ линии с двусторонним питанием, когда синхронизм между двумя частями энергосистемы не был нарушен, могут возникать синхронные качания, вызванные толчком активной мощности в момент включения. Синхронными качаниями называются периодические колебания угла между ЭДС, не превышающие 180°. Обычно синхронные качания не сопровождаются большими колебаниями угла и быстро затухают.
Если две электростанции или две части энергосистемы связаны единственной линией электропередачи, как показано на рисунке 1, б), по которой передается активная мощность, каждое отключение этой линии будет приводить к несинхронной работе разделившихся частей энергосистемы. При этом в одной из частей энергосистемы возникнет дефицит активной мощности, вследствие чего частота в ней будет уменьшаться, а в другой будет избыток активной мощности, что вызовет повышение частоты. Поскольку напряжения в разделившихся частях энергосистемы будут иметь разную частоту, при включении отключившейся линии угол между напряжениями по ее концам может иметь большое значение, вследствие чего АПВ вызовет большой уравнительный ток. Кроме того, замыкание двух частей энергосистемы в этом случае будет сопровождаться более или менее длительным асинхронным режимом.
При асинхронном режиме угол между ЭДС увеличивается, проходя через значения 180˚, 360˚. Ток при этом изменяется от минимального значения, близкого к нулю, до максимального, которое может превышать токи КЗ. Вместе с тем асинхронный режим сопровождается резким снижением напряжения в пределе до нуля на промежуточных подстанциях, расположенных на электропередаче, связывающей две части энергосистемы, работающие несинхронно.
Большие толчки тока и резкие понижения напряжения при длительном асинхронном режиме представляют опасность для электрооборудования и могут привести к серьезному расстройству работы энергосистемы.
В большинстве случаев асинхронный режим завершается ресинхронизацией, т. е. выравниванием частот несинхронно работающих частей и восстановлением синхронизма. В тех случаях когда асинхронный режим затягивается, осуществляется деление несинхронно работающих частей оперативным персоналом или автоматически с помощью специальных делительных устройств.
Для линий с двусторонним питанием разработано и эксплуатируется большое количество АПВ разных типов, которые можно объединить в три группы:
— устройства, допускающие несинхронное включение разделившихся частей энергосистемы, — несинхронное АПВ (НАПВ);
— устройства, допускающие АПВ, когда напряжения по концам отключившейся линии синхронны или когда разность частот этих напряжений невелика, т. е. условия близки к синхронным, — быстродействующие АПВ (БАПВ), АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС) и др.;
— устройства, осуществляющие АПВ после отключения источников несинхронного напряжения (генераторов или синхронных компенсаторов), — АПВ линий с выделенной нагрузкой или после снятия с генераторов и синхронных компенсаторов возбуждения — АПВ с самосинхронизацией (АПВС).
Выбор уставок АПВ линий с односторонним питанием
В соответствии с ПУЭ 7-издание пункт 3.3.2 устройствами автоматического повторного включения (далее АПВ) должны оборудоваться воздушные и смешанные (кабельно-воздушные) линии, сборные шины, понижающие трансформаторы, ответственные электродвигатели и т.д.
В данном случае я буду рассматривать выбор уставок АПВ линий с односторонним питанием, так как данное АПВ наиболее часто используется.
Время срабатывания однократного АПВ определяется из следующих условий:
t1АПВ > tг.п. + tзап. (1)
где:
tг.п. – время готовности привода, в зависимости от типа привода находится в пределах от 0,1 – 0,2 сек.
t1АПВ > tг.в. — tв.в.+ tзап. (2)
Параметры tг.п., tг.в. и tв.в. выбираются по заводской документации на выключатель.
где:
tд – время деонизации среды в месте КЗ на ВЛ, данное значение зависит от многих факторов таких как: рабочее напряжение, значение и длительность протекания КЗ, метереологические условия. В расчетах принимаются ориентировачные значения для сетей напряженим до 35 кВ – 0,1 сек, для сетей 110 кв – 0,17 сек, для сетей 150 кв – 0,25 сек, для сетей 220 кв – 0,32 сек.
Время запаса tзап. для формул 1-3 принимается равным 0,5 сек.
Для обеспечения однократного действия АПВ нужно определить время автоматического возврата устройства АПВ, если для этого используется реле серии РПВ, то время можно не рассчитывать, оно определяется продолжительностью заряда конденсатора (15-25 сек.).
При использовании выключателей с пружинным приводом, однократность действия АПВ обеспечивается конструкцией самих выключателей, так минимальное время взвода пружины составляет 6 сек, максимальное – 15 сек, этого вполне достаточно, чтобы выполнялось условие однократности действия АПВ.
Время возврата устройства АПВ определяется по выражению:
tв.АПВ > tс.з.макс.+ t1АПВ + tзап. (4)
Как показывает практика для воздушных линий 6-110 кВ с односторонним питанием, расчет АПВ по выражениям 1-3 можно не выполнять, а принимать выдержку времени в диапазоне 3-5 сек. В ПУЭ 7-издание пункт 3.3.7 говорится, что с целью повышения эффективности АПВ допускается увеличивать выдержку времени.
Данное значение значительно больше значения, которое вы можете получить при расчете по выражениям 1-3. Данная выдержка времени обеспечивает успешное включение АПВ, так как в основном за это время причина КЗ самоустраняется (падение веток деревьев, падение деревьев, набросы различных предметов), также за это время происходит деонизация среды в месте КЗ.
Если же для потребителей длительный перерыв электроснабжения не допустим, то тогда нужно выбирать время срабатывания АПВ по выражениям 1-3, а чтобы повысить процент успешных АПВ, нужно применять двухкратное АПВ линии, как это практикуется за рубежом.
В соответствии с ПУЭ пункт 3.3.6 для сетей с изолированной и компенсированной нейтралью время срабатывания второго цикла АПВ принимается в диапазоне не мене 15-20 сек. Также вы можете встретить в различной технической литературе время срабатывания второго цикла АПВ принятое в диапазоне 20-30 сек.
Как показывает многолетний опыт эксплуатации успешное действие первого цикла АПВ ВЛ 6(10) кВ находится в процентном соотношении 40-50% с временем включения от 2 сек, а при АПВ второго цикла равно 10 – 20% с временем включения 15-20 сек.
Вот и в принципе и все что я хотел рассказать об АПВ линий с односторонним питанием. Сама тема АПВ достаточно объемная и в одной статье достаточно тяжело описать все виды АПВ с выбором для них уставок, поэтому оставляйте свои комментарии.
По возможности постараюсь ответить на все ваши вопросы связанные с АПВ различных присоединений.
Выбор уставок однократных АПВ для линии с односторонним питанием
Выдержка времени АПВ на повторное включение выключателя определяется двумя условиями:
1) Выдержка времени должна быть больше времени готовности привода выключателя, т.е.
tГП – время готовности привода, которое может изменяться в пределах 0,2÷1 сек для разных типов приводов;
tЗАП – время запаса, учитывающее непостоянство и погрешность реле времени АПВ; принимается равной 0,3-0,5 сек.
2) Для того чтобы повторное включение было успешным, необходимо, чтобы за время от момента отключения линии до момента повторного включения и подачи напряжения не только погасла электрическая дуга в месте КЗ, но и восстановились изоляционные свойства воздуха. Процесс восстановления изоляционных свойств, называемый деионизацией, требует некоторого времени. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени деионизации, т.е.
tД – время деионизации, составляющее 0,1÷0,3 сек.
При выборе уставок принимается большее значение t1-АПВ из полученных по выражениям (1) и (2)
Следует отметить, что второе условие, как правило, обеспечивается тем, что время включения выключателей составляет 0,3÷1 сек, т.е. больше времени, необходимого для деионизации. В некоторых случаях выдержки времени принимаются больше определенных по выражениям (1) и (2), около 2÷3 сек, что бывает целесообразно для повышения успешности действия АПВ на линиях, где наиболее часты повреждения вследствие набросов, падений деревьев и касаний проводов передвижными механизмами. Время автоматического возврата АПВ в исходное положение выбирается из условия обеспечения однократности действия. Для этого при повторном включении на устойчивое КЗ, возврат АПВ в исходное положение должен происходить только после того, как выключатель, повторно включенный от АПВ, вновь отключится релейной защитой, причем имеющей наибольшую выдержку времени.
В схемах АПВ с использованием комплектных устройств типа РПВ-58, в которых время готовности реле АПВ к срабатыванию определяется временем заряда конденсатора, оно долж-но быть не меньше значения, определенного согласно выражению:
tЗАЩ – наибольшая выдержка времени защиты;
tОТК – время отключения выключателя.
Обычно время заряда конденсатора устройства РПВ-58 составляет 20–25 сек и, как правило, удовлетворяет выражению (3).
Микропроцессорные и микроэлектронные реле, в которых имеется функция АПВ, имеют обычно регулируемое время готовности. Уставка по времени готовности может быть принята такой же – 30 сек. При работе линии в зоне, где могут быть частые случаи коротких замыканий: сильный ветер, гололед – это время целесообразно увеличить до 60–90 сек. Это позволит спасти от повреждения выключатель с ограниченным ресурсом отключения от выхода из строя при многократных КЗ.
Ускорение действия защиты при АПВ
Ускорение защиты после АПВ
Для быстрейшего отключения КЗ, повышения надежности работы энергосистемы и потребителей применяется автоматическое ускорение действия защиты при АПВ.
Ускорение защиты после АПВ предусматривается директивными материалами не только для линий, не имеющих быстродействующей защиты, но также для линий, имеющих сложные быстродействующие защиты, как мера повышения надежности защиты линии в целом.
Рис. 5. Схемы ускорения действия защиты, а – после АПВ; б – до АПВ
На рис. 5а показана схема выполнения ускорения защиты после АПВ. Цепь ускоренного действия нормально разомкнута контактом промежуточного реле ускорения РПУ (см. рис. 1), которое срабатывает перед повторным включением выключателя и, имея замедление на возврат, держит свой контакт замкнутым в течение 0,7÷1 сек. Поэтому, если повторное включение происходит на устойчивое КЗ, то защита второй раз действует без выдержки времени по цепи ускорения через контакт реле РПУ. и мгновенный контакт РВ1.1 реле времени.
Ускорение защиты до АПВ
Ускорение защиты до АПВ позволяет ускорить отключение КЗ и обеспечить селективную ликвидацию повреждений. В сети, приведенной на рис. 6, максимальная токовая защита МТ31, установленная на линии Л1, по условию селективности должна иметь выдержку времени больше, чем максимальные токовые защиты МТ32 и МТЗЗ линий Л2 и ЛЗ. Отключение КЗ с выдержкой времени приводит к нарушению работы потребителей из-за длительного воздействия пониженного напряжения и значительно снижает успешность действия АПВ.
Рис. 6. Участок сети с односторонним питанием
Одним из способов, обеспечивающих быстрое отключение повреждений на линии Л1 без применения сложных защит, является ускорение максимальной токовой защиты этой линии до АПВ. С этой целью защита МТ31 выполняется так, что при возникновении КЗ на Л1, Л2, ЛЗ она первый раз действует без выдержки времени независимо от того, на какой из линий произошло КЗ, а после АПВ действует с нор-мальной выдержкой времени. Действие защиты и АПВ происходит при этом следующим образом, В случае КЗ на линии Л1 срабатывает защита МТ31 по цепи ускорения и без выдержки времени отключает эту линию. После АПВ, если повреждение устранилось, линия остается в работе, если же повреждение оказалось устойчивым, то линия вновь отключится, но уже с выдержкой времени.
При КЗ на линии Л2 происходит неселективное отключение линии Л1 защитой МТ31 по цепи ускорения без выдержки времени. Затем линия Л1 действием АПВ включается обратно. Если повреждение на линии Л2 оказалось устойчивым, то эта линия отключается своей защитой МТ32, а линия Л1 остается в работе, так как после АПВ защита МТ31 действует с нормальной селективной выдержкой времени.
Ускорение защиты до АПВ выполняется аналогично ускорению после АПВ исключением выдержки времени основной защиты, либо с помощью отдельного комплекта токовых реле. Пуск реле РПУ уско-рения защиты до АПВ осуществляется при срабатывании выходного реле АПВ (см. рис.5б), У реле РПУ при этом используется размыкающий контакт.
В схеме на рис. 5б цепь ускорения будет замкнута до АПВ и будет размыкаться при действии АПВ на включение выключателя. Реле РПУ при этом будет удерживаться в сработавшем положении до тех пор, пока не будет отключено КЗ и разомкнутся контакты реле защиты.
Поочередное АПВ
Еще более эффективным является применение поочередного АПВ. При таком принципе выполнения защиты, реле ускорения, непосредственно после включения выключателя остается подтянутым и обеспечивает ускорение защиты и после включения выключателя от АПВ. Затем ускорение выводится. АПВ последующего участка имеет выдержку большую, чем время АПВ и время, в течение которого вводится ускорение на предыдущем.
Ускорение защиты вводится снова через время работы АПВ и возврата реле ускорения последнего участка.
Рассмотрим варианты КЗ, схему рис.6.
Неуспешное КЗ на ЛЗ:
1) работают ускоренные МТЗ1, МТЗ2, МТЗ3 и отключают свои выключатели;
2) включается от АПВ и с введенным ускорением МТЗ1 В1;
3) поскольку КЗ нет, выключатель В1 остается включенным, а ускорение МТЗ1 выводится;
4) включается от АПВ и с введенным ускорением МТЗ2 В2;
5) поскольку КЗ нет, выключатель В2 остается включенным а ускорение МТЗ2 выводится;
6) включается от АПВ и со введенным ускорением МТЗ3 В3;
7) возникшее КЗ отключается ускоренной защитой МТЗ3;
8) вводится обратно ускорение защиты МТЗ1 и МТЗ2.
Неуспешное КЗ на Л2:
1) работают ускоренные МТЗ1, МТЗ2 и отключают свои выключатели;
2) включается от АПВ и с введенным ускорением МТЗ1 В1;
3) поскольку КЗ нет, выключатель В1 остается включенным, а ускорение МТЗ1 выводится;
4) включается от АПВ и с введенным ускорением МТЗ2 В2;
5) возникшее КЗ отключается ускоренной защитой МТЗ2;
6) вводится обратно ускорение защиты МТЗ1.
Неуспешное КЗ на Л1:
1) Работает ускоренная МТЗ1, и отключает В1;
2) включается от АПВ и со введенным ускорением МТЗ1 В1;
3) возникшее КЗ отключается ускоренной защитой МТЗ1.
В данном случае все короткие замыкания отключаются без выдержки времени, однако сильно затягивается бестоковая пауза АПВ. Подобные схемы применяются на неответственных линиях отходящих от электростанций, где требуется быстродействующее отключение всех отходящих линий.
Двукратное АПВ
Применение двукратного АПВ позволяет повысить эффективность этого вида автоматики. Как показывает опыт эксплуатации, успешность действия при втором включении составляет 10-20%, что повышает общий процент успешных действий АПВ до 75–95%. Двукратное АПВ применяют, как правило, на линиях с односторонним питанием и на головных участках кольцевых сетей, где возможна работа в режиме одностороннего питания. АПВ двукратною действия с комплектным устройством типа PПB–258, в отличие от устройства РПВ-58, рассмотренного выше, содержит два конденсатора С1 и С2 и реле времени РВ1 с двумя контактами, замыкающимися с разными выдержками времени соответствующими уставкам по времени АПВ 1 и 2 кратности. Выдержка времени первого цикла АПВ определяется согласно выражениям (1) и (2) так же, как и для АПВ однократного действия. Второй цикл должен происходить спустя 10÷20 сек после вторичного отключения выключателя. Такая большая выдержка времени АПВ во втором цикле диктуется необходимостью подготовки выключателя к отключению третьего КЗ в случае включения на устойчивое повреждение. За это время из камеры гашения удаляются разложившиеся и обугленные частицы. Камера вновь заполняется маслом и oтключающая способность выключатели восстанавливается.
Для того чтобы предотвратить многократное действие АПВ, время заряда конденсаторов С1 и С2 (вре-мя готовности должно превышать выдержки времени обоих циклов АПВ. В заводском комплекте АПВ типа РПВ–258, время готовности к последующим действиям после второго цикла состовляет 60-100 сек.
Двукратное АПВ можно выполнить с помощью реле РПВ2 выпускаемого фирмой «Энергомашвин».
Автоматическое повторное включение (АПВ)
Автоматическое повторное включение применяется на всех воздушных и воздушно-кабельных линиях напряжением выше 1кВ. АПВ представляет собой устройство, которое предназначено для повторного включения линии после исчезновения напряжения. Работа АПВ уменьшает перерывы питания и связанные с этими перерывами экономические потери из-за нарушения работы предприятий-потребителей электроэнергии.
АПВ разделяются по следующим признакам
В зависимости от вида повреждения устройства повторного включения бывают трехфазные и однофазные, а также комбинированные, которые работают как однофазные при замыкании одной фазы в следствии кз, а при трехфазных кз – как трехфазные.
Также АПВ делятся в зависимости от количества повторных включений на АПВ однократного и многократного действия.
По виду оборудования, на котором применяется АПВ, разделяют на АПВ шин, линий, трансформаторов и электродвигателей.
По виду контроля – простое, несинхронное, быстродействующее, с проверкой наличия напряжения, с проверкой отсутствия напряжения, с ожиданием синхронизма, с улавливанием синхронизма, с самосинхронизацией.
К схемам устройств АПВ предъявляются следующие требования
— схема должна срабатывать при аварийном отключении выключателя линии с соблюдением заданных условий (наличие синхронизма с сетью, отсутствие или наличие напряжения, восстановление значения частоты).
— схема не должна срабатывать при отключении выключателя обслуживающим персоналом или релейной защитой сразу при включении. Также бывает предусмотрена защита от включения АПВ при действии определенных защит.
— схема должна обеспечивать заданное количество повторных включений, обычно это 1, 2 или 3. При этом недопустимо многократное включение на короткое замыкание, так как это может привести к тяжелым последствиям.
— время повторной подачи напряжения должно быть минимально возможным для предотвращения простоя потребителей, за исключением особых случаев.
— схемы должны обеспечивать возврат в исходное положение готовности по включении выключателя, на который действовало АПВ.
Выдержки времени на срабатывание и возврат АПВ на линии
Вначале разберем линию с односторонним питанием. Существует две уставки, которые характеризуют устройства повторного включения. Первая, это выдержка времени на повторное включение. Она выбирается исходя из двух условий. Первое условие – это готовность привода выключателя, второе – исчезновение дуги и нормализация изоляционной среды. Каждое условие представляет собой сумму времени готовности выключателя (времени гашения дуги и нормализации среды) и времени запаса.
По большему значению из двух условий и принимается время срабатывания.
Вторая уставка в АПВ – это время возврата АПВ. Эта величина состоит из наибольшего времени действия защиты, времени отключения выключателя и величины времени запаса.
На линиях с двусторонним питанием, к вышеизложенным двум условиям по определению выдержки времени на повторное включение, добавляется третье. А добавляется оно из-за того, что питания у линии два и отключаться перед работой АПВ она должна с двух сторон.
Несинхронное АПВ
НАПВ является наиболее простым АПВ и применяется при разделении двух частей энергосистемы независимо от разности частот их напряжений.
Расчет несинхронного режима
Существуют экспериментально-расчетные исследования целесообразности применения НАПВ. Ниже приведены выражения для определения возможности этого режима для отдельных элементов энергосистемы.
Суммарное сопротивление рассчитывается в режиме, когда по оборудованию протекает максимально возможный ток.
Для предотвращения повторного включения линии на устойчивое КЗ с одной из сторон линии используется контроль напряжения.
Если его не использовать, то устройство будет производить два включения двух выключателей на КЗ, что будет негативно сказываться на выключателях и работе энергосистемы. Поэтому сначала включается АПВ стороны, где не предусмотрен контроль напряжения и, если неисправность устранилась, то сработает АПВ с другой стороны, среагировав на наличие напряжения на линии.
НАПВ применяют на линиях, которые обладают высокой пропускной способностью и на которых, согласно расчетам, после асинхронного режима частота выравнивается и происходит синхронизация частей энергосистемы.
Если НАПВ используется на линии с двухсторонним питанием, то повторное включение будет сопровождаться толчками тока и активной мощности. Это вызвано тем, что напряжение по обоим концам может иметь различные значения величины и частоты.
Это может отразиться на поведении релейной защиты, неправильном её срабатывании. Поэтому на транзитных участках, где соединяются разные части энергосистемы необходимо следить за правильностью срабатывания релейной защиты и анализировать ее поведение.