Типы систем оперативного тока
Различают следующие системы оперативного тока на подстанциях:
1) постоянный оперативный ток — в качестве источника питания применяется аккумуляторная батарея (АБ) с зарядными устройствами (ЗУ);
2) переменный оперативный ток — в качестве источников питания используются измерительные трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд, предварительно заряженные конденсаторы;
3) выпрямленный оперативный ток – источники — блоки питания и выпрямительные силовые устройства, предварительно заряженные конденсаторы;
4) смешанная система оперативного тока –используется комбинация вышеперечисленных систем.
Источники оперативного тока
Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления, оперативные цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации.
Источники оперативного тока делятся на зависимые и независимые. Деление по функции зависимости от режима работы и состояния первичных цепей установки:
– независимые – аккумуляторные батареи 110, 220, 24 и 48 В; дизель-генераторы, турбореактивные агрегаты,
– зависимые – асинхронные двигатели, генераторы тока, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд (ТСН).
Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов, от которых зависит отключение поврежденных участков, должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должны отвечать источники оперативного тока, состоит в том, чтобы во время короткого замыкания и при аварийных режимах в сети напряжение оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так и для надежного отключения соответствующего выключателя.
Применяются следующие системы оперативного тока на подстанциях: постоянный и переменный ток, выпрямленный оперативный ток, смешанная система оперативного тока [8].
Постоянный оперативный ток.
В качестве источника постоянного тока используются аккумуляторные батареи типа СК с напряжением 110 – 220 В без элементного коммутатора, работающие в режиме постоянного подзаряда. На небольших подстанциях применяются батареи напряжением 24 – 48 В, с которых централизованно осуществляется питание оперативных цепей всех присоединений. Для повышения надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.
Самыми ответственными потребителями являются цепи защиты, автоматики и катушки отключения приводов выключателей, которые питаются отшинок управления (
, затем цепи катушек включения, питаемые от отдельных шин ( ) вследствии больших токов, потребляемых катушками включения масляных выключателей, затем участок цепей сигнализации ), визуальных и звуковых. Остальные потребители (аварийное освещение, двигатели т.д.) питаются по отдельным линиям.
Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной цепи и поэтому являются самым надежным источником питания. В то же время это дорогой источник, требуются зарядные агрегаты, специальные помещения, квалифицированный персонал. Из-за централизации питания создаются сложные, протяженные дорогостоящие цепи постоянного тока.
Переменный оперативный ток.
Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим источником переменного оперативного тока служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд (ТСН). Они дешевые, не требуют особых помещений и обладают индивидуальностью, исключается развитая цепь. Отрицательным является отсутствие универсальности, могут применяться только при некоторых видах КЗ.
Трансформаторы тока – самый надежный источник питания оперативных цепей при защитах от коротких замыканий. При коротких замыканиях ток и напряжение на зажимах трансформатора тока растут, поэтому в момент срабатывания защиты активная мощность трансформатора тока растет, что и обеспечивает надежное питание цепей защит. Однако при повреждениях и режимах работы, не сопровождающихся увеличением тока на защищаемом элементе (замыкание на землю в цепях с изолированной нейтралью, работа газовой защиты и т.д.), их использовать в качестве источников оперативного тока нельзя.
Трансформаторы напряжения, ТСН используются в качестве источников оперативного тока при сигнализации однофазных КЗ на землю в сетях с изолированной нейтралью, при защите от перегрузки, т.е. когда напряжение не равно нулю. ТСН, если запитать не от шин подстанции, а от питающей линии, может обеспечить любую защиту от КЗ на шинах подстанции. Если через ТСН заряжать конденсатор, тогда можно обеспечить любую защиту КЗ, если замыкающий контакт токового реле КА произведет разряд конденсатора на катушку отключения привода выключателя. Подбирая параметры схемы, можно обеспечить любую величину тока отключения и продолжительность действия.
Универсальными блоками питания цепей оперативного тока являются БПТ и БПН (токовых и напряженческих цепей). Главное – обеспечить напряжение и мощность цепи управления выключателей, поэтому у выключателей с электромагнитным приводом необходимо обращать внимание на величины токов включения электромагнитов приводов или применять выключатели с пружинным или пневматическим приводом, варьируя мощностями различных источников.
Для того чтобы обеспечить производство операций по включению при отсутствии напряжения на шинах, трансформаторы, питающие цепи защиты, присоединяют к линиям, питающим подстанции, или на выключателях устанавливают механические приводы, действующие за счет энергии поднятого груза или сжатой пружины, т.е. каждый источник имеет свою область применения. Основное требование предъявляется к мощности источника, она должна быть больше мощности потребляемой оперативными цепями. Наибольшие затруднения в этом плане возникают при применении трансформаторов напряжения и тока, но так как включение и отключение выключателя являются кратковременной операцией, можно без ущерба для измерительных трансформаторов значительно их перегружать.
Выпрямленный оперативный ток
– это 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. Для выпрямленного переменного тока используются:
· блоки питания стабилизированные типа БПНС-2, совместно с токовыми реле БПТ-1002 для питания цепей защиты, автоматики, управления;
· блоки питания БПН-1002 вместо БПНС-2 – для питания цепей защиты, автоматики, управления, когда возможность их использования подтверждена расчетом и не требуется стабилизация оперативного напряжения;
· силовые выпрямительные устройства ТЧ на УКП и УКПК с индуктивным накопителем для питания включающих электромагнитных приводов масляных выключателей. Индуктивный накопитель обеспечивает включение выключателя на короткое замыкание при зависимом питании цепей включения.
Смешанная система оперативного тока.
Для питания оперативных цепей используются разные системы оперативного тока (постоянный и выпрямленный, переменный и выпрямленный). Смешанная система постоянного и выпрямленного оперативного тока применяется для уменьшения емкости аккумуляторной батареи за счет применения силовых выпрямительных устройств для питания электромагнитов включения масляных выключателей. Смешанная система переменного и выпрямленного оперативного тока применяется:
· для подстанций с переменным оперативным током при установке на вводах питания выключателей с электромагнитным приводом, для питания электромагнитов включения которых устанавливаются силовые выпрямительные устройства;
· для подстанций 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, когда не обеспечивается надежная работа защит от блоков питания при трехфазных КЗ на стороне среднего или низшего напряжения.
Рассмотренные варианты питания отличаются простотой и достаточной надежностью.
Источник
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.
Источники оперативного тока подстанций
Для питания цепей управления, автоматики, сигнализации и защиты применяется оперативный ток. Существует три основных вида оперативного тока: переменный, постоянный и выпрямленный. Источниками переменного оперативного тока являются измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также трансформаторы собственных нужд (ТСН). Источниками постоянного оперативного тока служат аккумуляторные батареи. В качестве источников выпрямленного оперативного тока используются выпрямительные установки и специальные блоки питания, которые получают переменный ток от измерительных трансформаторов тока и напряжения и ТСН. Кроме того, в качестве источников оперативного тока используются предварительно заряженные конденсаторы. Источники оперативного тока должны быть в постоянной готовности к действию в любых режимах работы электроустановки, в том числе и в аварийном. Постоянный оперативный ток применяется обычно на электростанциях, тяговых подстанциях, крупных трансформаторных подстанциях с первичным напряжением 110 кВ и выше. Переменный ток используется на трансформаторных подстанциях напряжением 35 кВ и ниже, на небольших подстанциях 110 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, имеющих на стороне среднего и низшего напряжения выключатели с пружинными приводами. Выпрямленный ток используется на подстанциях напряжением 35 кВ и ниже с выключателями, укомплектованными электромагнитными приводами, а также на подстанциях напряжением 110-220 кВ с числом выключателей на стороне высшего напряжения не более двух с электромагнитным приводом, либо не более трех с пружинными или пневматическими приводами. В ряде случаев применяют схемы питания оперативных цепей с использованием различных источников тока. Так, например, при малой мощности аккумуляторной батареи от нее получают питание цепи управления и защиты, а включающие электромагниты — от выпрямительных устройств. Наиболее надежными источниками переменного оперативного тока для работы защит являются трансформаторы тока, обеспечивающие их четкую работу при перегрузках и коротких замыканиях. Трансформаторы напряжения нельзя использовать для питания оперативных цепей отключения, так как при близких трехфазных КЗ напряжение на шинах электроустановки может понизиться настолько, что не сработает отключающая катушка привода выключателя. По этой причине трансформаторы напряжения используются для питания тех защит, которые действуют при режимах, не связанных со значительным понижением напряжения на шинах. От ТСН получают питание устройства и цепи, для которых не требуется особая стабильность подводимого напряжения и допускаются временные перерывы в подаче питания (например, электродвигатели пружинных приводов). Источники выпрямленного тока можно разделить на три основные группы: источники для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей; источники оперативного тока для питания цепей управления, защиты, автоматики и сигнализации; источники питания включающих электромагнитов приводов выключателей. К источникам выпрямленного тока следует также отнести предварительно заряженные от выпрямителей конденсаторы. Блоки питания, находящиеся в эксплуатации, можно разделить на четыре группы: токовые (БПТ); напряжения (БПН); зарядные устройства (УЗ); комбинированные, совмещающие в себе блоки питания и зарядные устройства. На рис. 1, а представлена принципиальная схема питания оперативных цепей от блоков БПТ и БПН. Блок БПТ состоит из промежуточного трансформатора TLy выпрямительного моста К5, вспомогательных элементов — дросселя L и конденсатора С, обеспечивающих стабилизацию выходного напряжения. Питание БПТ получает от трансформатора тока. Трансформатор TL
Состав СОПТ
В общем случае система оперативного постоянного тока имеет в своем составе следующие компоненты:
- Аккумуляторные батареи (АБ) — основной элемент СОПТ с напряжением 110 или 220 В, состоящие из аккумуляторов — химических источников энергии, допускающий многократный заряд и разряд.
- Зарядное устройство (ЗУ).
- Щит постоянного тока (ЩПТ) – комплектное низковольтное распределительное устройство шкафного исполнения, предназначенное для подключения источников питания (АБ и ЗУ) и распределения электроэнергии постоянного тока по группам электроприемников.
- Шкафы распределения оперативного тока (ШРОТ) — предназначены для распределения электроэнергии по цепям питания конечныхэлектроприемников, размещения коммутационных и защитных отключающих аппаратов. ШРОТ должны иметь вводы питания от разных секций одного ЩПТ.
Система оперативного постоянного тока может иметь централизованную или децентрализованную структуру. В децентрализованной СОПТ применяется два и более гальванически развязанных комплектами источников постоянного тока, обеспечивающих питание отдельных групп электроприемников, в централизованной – один.
Область применения СОПТ
На ПС 35 кВ и выше должна как правило применяться централизованная (общеподстанционная) система оперативного постоянного тока. При расположении РЗА присоединений ПС в отдельных РЩ, приближенных к первичному оборудованию, необходимо рассматривать целесообразность применения децентрализованной системы СОПТ, состоящей из гальванически не связанных АБ, расположенных в ОПУ и зданиях РЩ.
На ПС напряжением 220 кВ и выше, ПС 110 кВ с 3-мя и более выключателями в РУ ВН применяются, как правило, две аккумуляторные батареи. На ПС с напряжением 35 кВ и остальных ПС 110 кВ — одну АБ.
