Автоматическое повторное включение линий электропередач (АПВ)

АПВ относят к устройствам автоматики аварийного режима, обеспечивающим ликвидацию аварий в схемах электроснабжения. АПВ – одно из основных средств повышения надежности электроснабжения потребителей.

При отключении воздушных линий релейной защитой во многих случаях возникают так называемые неустойчивые повреждения, которые самоустраняются после снятия напряжения. Такие повреждения возможны в результате перекрытия изоляции от атмосферных перенапряжений при грозе, схлестывании проводов во время сильного ветра и т.п. При достаточно быстром отключении линии электрическая дуга в месте повреждения гаснет, не успевая вызвать существенного повреждения. В связи с этим в энергосистемах широко используют специальные устройства АПВ. Если после повторного включения электроснабжение потребителей восстанавливается, то АПВ называют успешным, если нет – неуспешным.

Установлено, что число успешных АПВ на воздушных линиях электропередач всех напряжений в среднем составляет 70 – 80 %. В соответствии с ПУЭ все воздушные и воздушно-кабельные линии напряжением выше 1 кВ оснащают АПВ.

Устройство АПВ линий можно разделить на следующие виды:

По числу циклов включения: однократного, двукратного и трехкратного действия. В основном применяют первые два вида. Процент успешных включений воздушных линий напряжением 10 кВ в первом цикле составляет 60 – 70 %, во втором – 10 – 15 и в третьем – 1,5 – 3 %..;

По числу фаз, которые отключаются при КЗ, а затем включаются повторно: трехфазные АПВ (ТАПВ) и однофазные АПВ (ОАПВ). В сетях напряжением 6 – 35 кВ ОАПВ не применяют;

По способу воздействия на привод выключателя: механические устройства АПВ, встраиваемые в пружинные или грузовые приводы выключателя, и электрические устройства АПВ, выполненные в виде специальных релейных схем, подающих команду на электромагнит включения выключателя.

В системах сельского электроснабжения наиболее распространены трехфазные электрические устройства АПВ однократного действия и внедряют двукратное АПВ.

К устройствам АПВ предъявляют следующие основные требования:

1. АПВ должно происходить при всех аварийных отключениях выключателя, за исключением случая, когда отключение произошло сразу же после его оперативного включения персоналом. АПВ не должно происходить при оперативном отключении выключателя.

2. АПВ должно обеспечиваться с заранее установленной выдержкой времени (бестоковой паузой до АПВ). Это возможно за счет реле времени устройства АПВ, уставку которого выбирают с помощью расчета.

Выбор рабочих уставок однократного АПВ на линиях с односторонним питанием сводится к определению времени срабатывания и автоматического возврата устройства АПВ. Время срабатывания принимают равным наибольшему значению из рассчитанных по условиям:

;

где t_Д – время деионизации среды в месте КЗ после его отключения (для сетей напряжением 6 – 35 кВ t_Д 0,2 с); t_ЗАП – время запаса, учитывающее неточность исходных данных, погрешности (t_ЗАП = 0,4 – 0,5 с); t_Г.П – время готовности привода к включению после отключения выключателя (для новых отрегулированных приводов масляных выключателей t_Г.П = 0,1 – 0,2 с); t_Г.В – время готовности выключателя, необходимое для удаления продуктов горения дуги и заполнения гасительных камер маслом (t_Г.В = 0,2 – 2 с); t_В.В – время включения выключателя.

Время срабатывания может быть принято t_АПВ = 2 – 3 с.

3. АПВ должно происходить с заданной кратностью (например, для однократного АПВ – один раз после первого отключения). Возможность многократных включений должна быть исключена.

4. Устройство АПВ должно иметь автоматический возврат в состояние готовности к новому действию после успешного цикла повторного включения.

Время автоматического возврата устройства АПВ определяют из условия:

где t_С.З_max – наибольшее время срабатывания защиты, действующей на выключатель (в сетях напряжением 6 – 10 кВ t_С.З_max 2 с); t_ЗАП = 2 – 3 с.

Это условие всегда удовлетворяется, так как время возврата устройства АПВ в исходное состояние определяют временем подготовки привода для повторного включения (временем натяжения пружин), которое составляет 10 – 20 с.

Схемы устройств АПВ выполняют на переменном, выпрямленном и постоянном оперативном токе.

Типовая схема электрического однократного АПВ на переменном оперативном токе для воздушных линий напряжением 6 – 10 кВ, оборудованных выключателями с пружинным приводом, приведена на рис. 15.1.

На схеме положения вспомогательных контактов выключателя SQ1 – SQ3 и привода SQM1 – SQM3 соответствуют включенному состоянию выключателя и заведенному положению привода (включающие пружины растянуты). Специальный вспомогательный контакт привода SQM3 переключается только при оперативном отключении выключателя ключом SА (В – «Включено»; О – «Отключено»; Н – нейтральное положение ключа), когда на электромагнит отключения YAT подается напряжение. При отключении выключателя релейной защитой замыкаются контакты выключателей SQ2 и SQ3 и создается несоответствие положений выключателя и привода (выключатель отключен, а привод заведен для включения), необходимое для пуска АПВ. Через контакты SQM3 и SQ3 подается напряжение на обмотку реле КТ. Через заданное время замыкается проскальзывающий (временно замыкающийся на 0,5 с) контакт этого реле и подается напряжение на электромагнит включения YAС. Последний срабатывает и освобождает механизм зацепления, удерживающий включающие пружины привода в заведенном состоянии. Выключатель включается за счет энергии, запасенной в предварительно натянутых пружинах. Одновременно срабатывает счетчик импульсов РС, фиксируя факт срабатывания АПВ. Контакты готовности привода SQM1 и SQM2 переключаются. При этом пускается универсальный коллекторный двигатель М типа МУН, который через редуктор растягивает пружины привода, подготавливая привод к новому включению. Через 10 – 20 с процесс натяжения пружин заканчивается и контакты SQM1 и SQM2 вновь переключаются. Двигатель М останавливается, а схема АПВ снова подготовлена к действию.

Особенность схемы состоит в том, что и при неуспешном АПВ происходит автоматический возврат привода в состояние готовности. Однократность действия АПВ обеспечивается за счет того, что время возврата АПВ в положение готовности определяется временем натяжения включающих пружин, которое намного больше суммарного времени работы реле защиты и времени замыкания проскальзывающего контакта реле КТ в схеме АПВ. Поэтому к моменту готовности АПВ контакт реле КТ в цепи YAС будет разомкнут и повторного включения выключателя не произойдет. Отключением накладки ХВ устройство АПВ выводится из работы.

В сельских сетях напряжением 6 – 35 кВ применяют реле АПВ двукратного действия АПВ–2П, при разработке которого учтены особенности и условия работы этих сетей. Конструктивно реле выполнено в виде одного блока, размещаемого на релейной панели шкафов распределительного устройства подстанции напряжением 35 – 110 кВ. в отличие от аналогичных устройств в реле АПВ–2П возможен вывод из действия первого или второго цикла АПВ, обеспечивается регулировка выдержки времени бестоковой паузы от 0,6 до 7 с для первого цикла и от 1,2 до 28 с для второго цикла, имеется элемент проверки работоспособности, возможно применение реле с приводами и выключателями любых типов.

Функциональная схема реле АПВ-2П приведена на рис. 15.2. Она содержит два элемента выдержки времени КТ1 и КТ2, выполненных на базе RC цепи, диодный логический элемент «ИЛИ» DW, пороговый элемент KV, усилитель А и исполнительный орган KL (выходное электромагнитное реле). Входные и выходные цепи реле подключаются к вспомогательным контактам выключателя Q.

После оперативного включения выключателя Q реле АПВ-2П подготавливается к действию и будет готово к нему через 60 с. При аварийном отключении выключателя релейной защитой (подается питание на электромагнит отключения YAT выключателя) создается несоответствие положений выключателя и ключа управления, обеспечивающее пуск реле АПВ-2П. Через замыкающий вспомогательный контакт выключателя пускаются оба элемента времени КТ1 и КТ2.

По истечении установленного времени бестоковой паузы первого цикла АПВ выходной сигнал КТ1 через элементы DW, KV и А вызывает срабатывание исполнительного органа KL. При этом замыкается цепь питания электромагнита включения YAС выключателя и последний включается. При неуспешном АПВ в первом цикле выключатель Q отключается релейной защитой повторно. После подготовки привода к операции «Включение» пускается только элемент КТ2, так как КТ1 за время включенного состояния выключателя не успевает подготовиться к повторному пуску. По истечении времени второго цикла АПВ элемент КТ2 обеспечивает срабатывание исполнительного органа KL, а последний – включение выключателя. При неуспешном втором цикле АПВ выключатель Q отключается окончательно, так как реле АПВ-2П за время нахождения выключателя во включенном состоянии не успевает подготовиться к работе.

При использовании АПВ в электрических сетях ПУЭ предусматриваются определенные взаимодействия АПВ и релейной защиты. К ним относят так называемые ускорение защиты после АПВ и ускорение защиты до АПВ. Основное назначение этих мероприятий – ускорение ликвидации КЗ и, следовательно, уменьшение размеров повреждения.

Ускорение действия защиты после неуспешного АПВ (рис. 15.3,а) на линиях напряжением 6 – 35 кВ должно предусматриваться во всех случаях, если это не приводит к значительному усложнению защиты и если время действия последней составляет более 1,5 с.

При КЗ поврежденный участок линии отключается своей селективной защитой с выдержкой времени t_С.З и в случае неуспешного АПВ отключается повторно защитой без выдержки времени t_{С.З (уск)}.

Ускорение действия защиты до АПВ – один из способов быстрого отключения повреждений на линии. Для этого на головном выключателе линии устанавливают устройство АПВ, комплект селективной защиты со смежными защитами (например, МТЗ) и комплект неселективной быстродействующей защиты (например, токовая отсечка). На всех остальных выключателях линии устанавливают только селективную защиту. При КЗ на любом участке линии срабатывает быстродействующая неселективная защита и отключает головной выключатель без выдержки времени t_{С.З (уск)} (рис. 15.3,б). при неуспешном АПВ быстродействующая защита головного участка выводится из действия, а поврежденный участок отключается своей селективной защитой с выдержкой времени.

Применение АПВ целесообразно и в сетях напряжением до 1 кВ. принципиальная схема устройства АПВ-0,38 приведена на рис. 15.4.

Устройство устанавливают на подстанциях напряжением 10/0,4 кВ, оборудованных автоматическими выключателями серии А3700 с электромагнитным приводом. На схеме положения вспомогательных контактов привода SY:1, SY:2 и выключателя QF:1 – QF:3 соответствуют отключенному состоянию выключателя и положению привода «Отключено». Выключатель оперативно включают нажатием кнопки SBC. Электромагнит YA обтекается током, и выключатель включается, а его контакты QF и контакты привода SY переключаются. Конденсатор С1 устройства АПВ по цепи диод VD1 – резисторы R1, R4 заряжается до амплитудного значения напряжения питания, после чего устройство АПВ готово к работе.

При аварийном отключении выключателя его вспомогательные контакты QF:1 – QF:3 переключаются. Поскольку привод находится в положении «Включено» и его контакт SY:2 замкнут, то после замыкания контакта QF:1 на электромагнит YA подается питание и привод автоматически возвращается в положение «Отключено» и его контакты SY:1и SY:2 переключаются, т.е. привод подготавливается к операции включения. Замыкание вспомогательного контакта выключателя QF:2 вызывает разряд конденсатора С1 через резисторы R4, R3 на конденсатор С2. При этом напряжение на конденсаторе С2 постепенно повышается, и когда достигнет напряжения пробоя динистора VD2, последний открывается. В этот момент конденсаторы С1 и С2 начинают одновременно разряжаться на исполнительный орган устройства АПВ-0,38 реле К. Реле срабатывает и своим контактом К:1 замыкает цепь питания электромагнита привода, что вызывает повторное включение выключателя. Для надежного срабатывания реле самоудерживается через свои контакты К:2 и К:3, последовательно с которыми включены соответственно резисторы R2 и R5. При оперативном отключении выключателя кнопкой SBT конденсатор С1 шунтируется, что вызывает его быстрый разряд и запрет АПВ.