Как работают устройства автоматики включения резерва (АВР) в электрических сетях

СОДЕРЖАНИЕ:

Что такое АВР в электрике?

В нашем мире комфорта и изобилия человеку живется очень уютно. Однако всегда надо помнить, что «обязательными подпорками» уюта является современная техника. Более того, выстроено уже несколько глобальных сетей, работающих на то, чтобы людям было светло, тепло и не скучно. Но если что-то где-то вырубается. Тогда человек чувствует себя сразу слепым, голым и беззащитным.

Настоящая автоматика — это не только когда нажал на кнопочку и что-то заработало. Настоящая автоматика сама умеет отслеживать режим работы каких-то аппаратов и в нужный момент подавать корректирующее воздействие. Да так, чтобы никто и не догадался, что где-то что-то изменилось, произошло переключение, и все заработало как-то иначе.

Для обычного «клиента» как бы ничего и не случилось: работало, потом что-то где-то щелкнуло, или даже вообще без внешних признаков — и работа продолжилась. Вот так должна действовать АВР — система автоматического ввода резерва.

Резервирование и резервное питание

Резервирование в конструкциях каких-то важных для жизни и деятельности систем — дело обычное. Есть такие автоматические схемы, в которых даже в случае выхода из строя, «сгорания» каких-то модулей или блоков автоматически вводятся в действие резервные, до этого момента находившиеся в схеме, но бездействовавшие. Такие схемы отличаются повышенной живучестью и применяются в важных приборах и аппаратах. Например, в компьютерных серверах используются RAID-массивы дисков памяти с динамическим резервированием на случай выхода из строя некоторых из них.

Резервирование хорошо иметь при пользовании связью. Например, сейчас, во времена всеобщей и повсеместной мобильной связи, многие отказались от услуг традиционной связи — домашней телефонии, еще недавно которую было иметь важно, а кое-где даже почетно. Вот отказались, а зря. Случись что с мобильником — деньги кончились, симка испортилась, в тазик с водой уронили! — и позвонить уже нечем. Надо бежать куда-то пешим ходом.

Так как электропитание у нас едва ли не самая важная вещь в теперешней жизни и в быту, то логично и здесь позаботиться о резервировании. Часто так и делается, хотя бы на тех же компьютерах: свет выключился, а у него имеется свое устройство резервного питания UPS (Uninterruptible Power Supply — непрерываемая поддержка питания). В таком устройстве питание поддерживают аккумуляторы. Непрерывно после выключения напряжения сутками они питать компьютер, конечно, не смогут, но подождать, пока хозяин закончит какие-то свои важные работы в течение 20–30 минут, а то и часа, им вполне по силам.

Аналогичное резервное питание встречалось еще недавно в связи на радиорелейных вышках. Вышка со всеми ее усилителями-ретрансляторами, принимавшими от зеркал-антенн радиосигнал, и переизлучавшими его дальше, питалась энергией от обычной электросети 220/380 В. Но на случай сбоя питания неподалеку располагался целый каскад аккумуляторных батарей, способных поддержать энергию в течение 3–4 часов. И за это время вполне могли быть устранены аварии, связанные с питанием важного устройства.

Другими видами резервного питания могут быть местные дизель-генераторы или специальные сети резервного питания (которые тоже работают от где-то установленных автономно запускаемых генераторов).

Дизель-генераторы сейчас выпускаются в очень большом ассортименте: от небольших переносных мощностью в полкиловатта до больших стационарных. Их и приобретают для использования в качестве автономных источников питания где-то за городом, при строительстве, в походе…

Но они же вполне пригодны как резервные генераторы, и можно соорудить аварийное питание с их помощью. Важно организовать правильное автоматическое переключение.

Работа системы автоматического включения питания

Принцип работы АВР состоит в контроле наличия питания основного источника и включении источника резервного питания в случае его внезапного отсутствия. Также должно работать обратное переключение: при появлении основного питания (аварию устранили) оно должно переключить сеть на основной источник, а резервное питание остановить.

При этом важно быстродействие. Идеальный вариант, когда потребляющая сеть не замечает переключения. Это зависит не только от скорости срабатывания электронных компонентов и силовых реле. Резервное питание может требовать некоторого времени для запуска. Поэтому система переключения может быть не одноступенчатой. Сначала включаются быстродействующие источники, а после ввода в действие дизель-генераторов и входа их в рабочий режим переключение производится на них. Обратное переключение таких сложностей не потребует, так как гашение дополнительного источника может проводиться и во время уже заработавшей основной сети.

Схема автоматического переключения питания на основе АВР

Главная функция — отслеживать питание в основной сети. На изображенной схеме основное и резервное напряжения попадают через включенные автоматы на контакторы КМ. Причем, стоящий на основном питании замкнут и управляет размыканием того, который поставлен на резервную линию питания. При пропадании напряжения на основной линии, ее контактор перестает размыкать контактор на резервном питании. Кроме того, он сам разомкнется, в этом случае начнет работать резервная линия питания. При появлении напряжения питания на основной линии ее контактор замкнется сам и разомкнет контактор резервной линии. Таким образом, восстановится первоначальное положение, когда основная линия включена, а резервная разомкнута.

Данную схему можно считать наипростейшей. Она срабатывает только по выполнению одного условия: при снижении напряжения основной линии ниже определенного порога. Тогда как в реальности может отслеживаться целый ряд условий и включение резервного питания производиться специальной логической решающей схемой.

Простейшая система резервного питания для квартиры на основе аккумуляторной батареи

Для квартиры можно использовать в качестве резервного питания обычный автомобильный аккумулятор. Большой плюс такой системы — хорошее быстродействие. Мощностью, достаточной для питания больших силовых агрегатов, аккумулятор, конечно, не обладает, но обеспечить аварийное освещение на время устранения проблем с основным питанием вполне может. Единственное, что нужно приобрести для него, это инвертор напряжения, который, беря от аккумулятора его стандартные 12 вольт постоянного тока, выдавал бы на выход

Увеличивать мощность резервного питания можно, подключив параллельно несколько одинаковых аккумуляторов.

Система резервного питания на основе бытового генератора

Кроме мощности и емкости системы по поддержанию напряжения есть и другие решающие факторы. Система с генератором может резервировать не только однофазное питание, но и трехфазное. Резервное питание на основе генератора больше подходит для электроснабжения отдельного дома, усадьбы или крестьянского хозяйства. Снабжение питанием в этом случае зависит от количества имеющегося запаса топлива, то есть реально снабжать своих потребителей неограниченно во времени.

Генератор во время переключения необходимо запустить, для этого в сети должен наличествовать запускающий стартер. Логическая схема управления должна включать стартер только на время запуска генератора, после чего при успешном запуске стартер выключается. При возобновлении основного питания, после переключения генератор должен гаситься через некоторое время. Это достигается логической схемой стартера.

Блок управления АВР

Компактно логическая схематика может быть собрана в одном блоке управления автоматической системой ввода резерва. Настройка устройства вполне внятно описывается инструкцией. Возможно приобретение БУ, отвечающего потребностям пользователя, в соответствии с параметрами его сети и устройств резервирования.

Оборудование позволяет учитывать множество факторов, управлять однофазным или трехфазным включением, на панель выведена индикация, отражающая режимы работы и управления.

Системы автоматического ввода резерва очень полезны не только для больших производственных предприятий или организаций. Ими вполне можно обезопасить питание в квартире или частном доме.

Особенно интересен вариант, когда при строительстве добротного хозяйства используются временные источники электропитания. После окончания строительства и подключения дома к сети питания по постоянной схеме необходимость во временных источниках отпадает. Компактный дизель-генератор можно, разумеется, реализовать кому-то еще. Но неплохим вариантом видится дать ему новую жизнь в качестве резервного источника энергии, найдя для него почетное место в гараже или в подвале и обеспечив его работу толковой схемой управления резервным электропитанием.

Принцип работы и назначение системы АВР

Даже самые современные и многофункциональные системы электроснабжения не всегда отличаются необходимой надежностью. Когда возникает чрезвычайная ситуация, без энергии могут остаться потребители, у которых любой перерыв в электроснабжении приводит к большим финансовым потерям. Именно поэтому специалисты всегда рекомендуют для бытовой и промышленной отрасли обустраивать два источника электроэнергии.

Такая система имеет название АВР, ее расшифровка звучит как: автоматическое включение резерва. Основная ее работа заключается в том, что в случае отключения основного источника энергии она в автоматическом режиме должна подключить все цепи электрооборудования к резервному источнику электроэнергии. Именно поэтому каждый электрик должен знать основные функциональные возможности и принцип работы АВР разных видов.

Принцип работы автоматического ввода резерва

Главная роль в работе этого переключателя возложена исключительно на контакторную группу, которая контролируют наличие электроэнергии. В том случае если напряжение пропало, контакторы подают специальный сигнал на управляющий механизм — контроллер. Именно от этого устройства поступают все дальнейшие команды, которые являются основанием для автоматического переключения на питание генератора. Когда алгоритм работы основной сети восстановлен, контроллер осуществляет обратное переключение. Именно это и является основным назначением системы.

Классификация систем АВР

В зависимости от технических возможностей резервное питание и его автоматический ввод может осуществляться от аккумуляторной батареи, генератора или же отдельной линии.

Все современные системы АВР в зависимости от своей функциональности делятся на два типа:

  1. Односторонние. Один ввод или секция является рабочей (основной), а вторая резервной. Если возникла непредвиденная ситуация и исчезло рабочее напряжение, тогда включается резерв.
  2. Двухсторонние. В этом случае существует две секции, которые раздельно питаются от сети и обе являются рабочими. Если на одной из них пропадает электроснабжение, тогда вторая секция используется в качестве резервной.

В зависимости от модели АВР может быть с восстановлением питания по стандартной схеме либо без него. Второй вариант отличается тем, что происходит полное погашение нерабочей сети и даже после полного восстановления система уже не сможет работать как прежде.

Главные требования

Основными требованиями, которые всегда предъявляются к системам АВР, являются:

  • Надежность включения.
  • Срабатывание только в том случае если на резервном вводе есть электроэнергия.
  • Быстродействие.
  • Однократность срабатывания.
  • Подача электроэнергии только в том случае если на аварийном участке нет короткого замыкания. Качественное устройство автоматического включения резерва обязательно должно иметь блокировку при КЗ.
  • Возможность индивидуально настраивать порог активации резервного электроснабжения. К примеру, чтобы устройство не срабатывало при просадках уровня напряжения в момент запуска мощных электродвигателей.

Конечно, самая простая схема на контакторах не может соответствовать всем предъявленным требованиям. Для решения таких задач в современной электронике используются логические системы, которые могут подавать сигнал на включение резервного источника питания только при условии соблюдения всех правил и блокировок. В некоторых случаях для повышенной надежности могут быть использованы механические блокировки.

Особенности эксплуатации в высоковольтных цепях

Для того чтобы установка автоматического резервирования работала в цепи, где стандартное напряжение превышает отметку 1 тыс. вольт, необходим специальный трансформатор напряжения. На второй обмотке такого агрегата в нормальном режиме работы должно, быть 100 вольт. Чтобы собрать и запустить установку, используют специальное реле минимального напряжения либо реле контроля фаз. Оно оперативно реагирует не только на понижение величины сетевого напряжения, но даже на исчезновение минимум одной из фаз. В этом случае электрики должны выполнить все требования, которые касаются правильного ввода АВР в первичную эксплуатацию.

Работа с генератором

Все электроснабжающие компании условно делят своих клиентов на три основные группы, в зависимости от степени надежности обеспечения электроэнергией. Квартиры и частные дома относятся к третьей группе. Ведь для частной недвижимости в основном покупают бесперебойные источники питания электроэнергией.

Многие специалисты отмечают, что АВР для генератора блок автоматики с микропроцессорным управлением все чаще используется для автоматического резервирования. В бытовой и промышленной отрасли широко востребованы многофункциональные реле-контроллеры. На вход в реле поступают сигналы с датчиков напряжения. В случае отключения электроэнергии контроллер автоматически запускает двигатель генератора. Когда все показатели достигают номинальной отметки, схема АВР самостоятельно переключает нагрузку на резервное питание. В этом случае также важно учитывать временные задержки с подключением. Для бытовых нужд это вполне допустимо, но вот для ответственных и более мощных нагрузок задача очень сложная.

К входу АВР всегда подключают сеть и генератор, а выход — к нагрузке. Основным источником питания чаще всего выступает обычная электросеть. В случае исчезновения напряжения в сети запускается генератор и уже после этого АВР подключает всю нагрузку к нему. После того как работа электросети полностью восстановлена, осуществляется переключение питания в прежний режим работы. Генератор через заданное количество времени отключается.

Особенности АВР на аккумуляторах

Современное производство немного видоизменило преобразователи, которые теперь могут трансформировать постоянный ток в переменный. Тем самым у потребителей появилась отличная возможность своими руками превратить обычный автомобильный аккумулятор в надежный источник резервного питания. Кроме аккумулятора, дополнительно необходимо приобрести качественный автомобильный инвертор, который сможет преобразовывать 12 вольт постоянного напряжения в 220 вольт переменного тока.

Этот источник нельзя использовать для силовой нагрузки, но вот в случае кратковременной аварии на линии он может обеспечить стабильным напряжением важные цепи освещения. Длительность его работы зависит только от емкости аккумулятора и мощности потребителей.

Для того чтобы увеличить емкость аккумулятора, можно параллельно подключить несколько батарей. Схему соединения системы АВР можно реализовать с помощью пускателя, который необходимо подключить к основной сети. В аварийной ситуации его подвижная часть отпадает, а размыкающий блок-контакт, который ведет в аккумулятор, запускает главную систему резервного электроснабжения. Несмотря на то, что этот способ менее затратный в финансовом плане, нежели генераторный, он все же не сможет длительное время выдавать необходимый ток для мощных бытовых приборов.

Автоматика без контроллера

Многие производители выпускают системы АВР без соответствующего контроллера по сниженным ценам. Потребители часто покупают такие модификации устройства в надежде на то, что переключатель будет исправно работать и выполнять свои главные функции. Но на самом деле такие агрегаты имеют весомый недостаток, который состоит в отсутствии некоторых элементов управления. Если устройство АВР не оснащено специализированным контроллером, тогда оно попросту не сможет определять параметры управления электроустановкой.

Такая вариация автоматики не сможет отключать сеть при низком или же слишком высоком напряжении, а также фиксировать важные события и ошибки, контролировать параметры электростанции, которые необходимы для выполнения плановой диагностики. В процессе эксплуатации работа автоматического ввода резерва будет минимизирована: в качестве главных информирующих элементов будут выступать один или два светодиода. В соответствии с инструкцией одно мигание будет означать одну ситуация, два мигания — это уже другая ситуация и т. д. Помимо этого, нередки те случаи, когда за установку таких устройств электрики требовали с потребителей дополнительную плату за свою работу.

Основные нюансы правильного выбора устройства

Чтобы не повторить наиболее распространенные ошибки при выборе устройства автоматического включения резерва, необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

  • на щите устройства должен присутствовать контроллер DATAKOM/DeepSea;
  • все элементы, расположенные в шкафу должны иметь соответствующую схеме маркировку;
  • блок АВР обязательно должен быть оснащен контакторами ABB/Schne >

В завершение можно подвести итог, что к выбору и настройке системы автоматического ввода резерва всегда нужно подходить грамотно и со знанием дела, так как от качества устройства зависит бесперебойная подача электроэнергии. Ведь многие потребители, решив купить АВР, даже не догадываются о том, как он выглядит и какими функциями должен быть оснащен. Купив бюджетный блок за 10 тысяч рублей, потребители наивно полагают, что он будет служить им в течение всего заявленного производителем срока. Но на самом деле все происходит совсем иначе. Именно поэтому, чтобы не допустить критичной ошибки в процессе выбора такого устройства, не стоит полагаться исключительно на свои познания. Лучше всего доверить это дело профессионалам.

3 Автоматическое включение резервного питания и оборудования

2.1. Назначение АВР

Высокую степень надежности электроснабжения потребителей обеспечивают схемы питания одновременно от двух и более источников питания (линий, трансформаторов), поскольку аварийное отключение одного из них не приводит к нарушению питания потребителей. Несмотря на эти очевидные преимущества многостороннего питания потребителей, большое количество п/ст, имеющих два и более источников питания, работают по схеме одностороннего питания. Одностороннее питание имеют также секции шин собственных нужд (СН). Применение такой менее надежной, но более простой схемы электроснабжения во многих случаях оказывается целесообразным для снижения токов КЗ, уменьшения потерь электроэнергии в питающих трансформаторах, упрощения РЗ, создания необходимого режима по напряжению, перетокам мощности и т.п. При развитии электрической сети одностороннее питание часто является единственно возможным решением, так как ранее установленное оборудование и РЗ не позволяют осуществить параллельную работу источников питания. Используются две основные схемы одностороннего питания потребителей при наличии двух или более источников.

В первой схеме один источник включен и питает потребителей, а второй отключен и находится в резерве. Соответственно этому первый источник называется рабочим, а второй резервным (рис. 23. а)). Во второй схеме все источники включены, но работают раздельно на выделенных потребителей. Деление осуществляется на одном из выключателей (рис. 23. в)).

Недостатком одностороннего питания является то, что аварийное отключение рабочего источника приводит к прекращению питания потребителей, т.е. к аварии. Этот недостаток может быть устранен быстрым автоматическим включением резервного источника или включением выключателя, на котором осуществлено деление сети. Для выполнения этой операции широко используются специальные автоматические устройства, получившие наименование автоматов включения резерва (АВР). При наличии АВР время перерыва питания потребителей в большинстве случаев определяется лишь временем включения выключателей резервного источника и составляет 0,3–0,8 с. Рассмотрим принцип использования АВР на примере схем, приведенных на рис. 23.

а) Питание п/ст А осуществляется по рабочей линии w1 от п/ст Б. Вторая линия w2, приходящая от п/ст В, является резервной и находится под напряжением (выключатель Q3 нормально отключен). При отключении линии w1 автоматически от АВР включается выключатель Q3 линии w2, чем вновь подается питание потребителем п/ст А. Схемы АВР могут иметь одностороннее или двустороннее действие. При одностороннем АВР линия w1 всегда должна быть рабочей, а линия w2 – всегда резервной. При двустороннем АВР любая из этих линий может быть рабочей и резервной.

б) Питание электродвигателей и других потребителей СН каждого агрегата э/ст осуществляется обычно от отдельных рабочих трансформаторов (Т1 и Т2). При отключении рабочего трансформатора автоматически от АВР включается выключатель Q5 и один из выключателей Q6 (при отключении Т1) или Q7 (при отключении Т2) – резервного трансформатора Т3.

в) Трансформаторы Т1 и Т2 являются рабочими, но параллельно работать не могут и поэтому со стороны низшего напряжения включены на разные системы шин. Шиносоединительный выключатель Q5 нормально отключен. При аварийном отключении любого из рабочих трансформаторов автоматически от АВР включается выключатель Q5, подключая нагрузку шин, потерявших питание, к оставшемуся в работе трансформатору. Каждый трансформатор в рассматриваемом случае должен иметь мощность, достаточную для питания всей нагрузки п/ст. В случае, если мощность одного трансформатора недостаточна для питания всей нагрузки п/ст, при действии АВР должны приниматься меры для отключения части наименее ответственной нагрузки.

г) П/ст В и Г нормально питаются радиально от п/ст А и Б соответственно. Линия w3 находится под напряжением со стороны п/ст В, а выключатель Q5 нормально отключен. При аварийном отключении линии w2 устройство АВР, установленное на п/ст Г, включает выключатель Q5, чем питание п/ст Г переводится на п/ст В по линии w3. При отключении линии w1 п/ст В и вместе с ней линия w3 остаются без напряжения. Исчезновение напряжения на трансформаторе напряжения TV также приводит в действие устройство АВР на п/ст Г, которое включением выключателя Q5 подает напряжение на п/ст В от п/ст Г.

Опыт эксплуатации показывает, что АВР является весьма эффективным средством повышения надежности электроснабжения. Успешность действия АВР составляет 90–95%. Простота схем и высокая эффективность обусловили широкое применение АВР на э/ст и в электрических сетях.

2.2. Основные требования к схемам АВР

В эксплуатации находится большое количество АВР разных типов, которые имеют свои специфические особенности. Однако все устройства АВР должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Схема АВР должна приходить в действие в случае исчезновения напряжения на шинах потребителей по любой причине, в том числе при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключении выключателей рабочего источника питания, а также при исчезновении напряжения на шинах, от которых осуществляется питание рабочего источника. Включение резервного источника питания допускается также при КЗ на шинах потребителя.

2. Для того чтобы уменьшить длительность перерыва питания потребителей, включение резервного источника питания должно производиться, возможно, быстрее, сразу же после отключения рабочего источника.

3. Действие АВР должно быть однократным, чтобы не допускать нескольких включений резервного источника на не устранившееся КЗ.

4. Схема АРВ не должна приходить в действие до отключения выключателя рабочего источника, чтобы избежать включения резервного источника на КЗ в не отключившемся рабочем источнике. Выполнение этого требования исключает также в отдельных случаях несинхронное включение двух источников питания.

5. Для того чтобы схема АВР действовала при исчезновении напряжения на шинах, питающих рабочий источник, когда его выключатель остается включенным, схема АВР должна дополняться специальным пусковым органом минимального напряжения.

6. Для ускорения отключения резервного источника при его включении на не устранившееся КЗ должно предусматриваться ускорение защиты резервного источника после АРВ. Это особенно важно в тех случаях, когда потребители, потерявшие питание, подключаются к другому источнику, несущему нагрузку.

Ускоренная защита обычно действует по цепи ускорения без выдержки времени. В установках же СН, а также на п/ст, питающих большое число электродвигателей, ускорение осуществляется до 0,5 с. Такое замедление ускоренной защиты необходимо для предотвращения её неправильного срабатывания в случае кратковременного замыкания контактов токовых реле в момент включения выключателя под действием толчка тока, обусловленного сдвигом по фазе между напряжением энергосистемы и затухающей ЭДС тормозящихся электродвигателей.

2.3. Принцип действия АВР

Рассмотрим принцип действия АВР на примере двухтрансформаторной п/ст, схема которой приведена на рис. 24. а). Питание потребителей нормально осуществляется от рабочего трансформатора Т1. Резервный трансформатор Т2 отключен и находится в автоматическом резерве.

При отключении по любой причине выключателя Q1 трансформатора Т1 его вспомогательный контакт SQ1.2 (см. рис. 25.) разрывает цепь обмотки промежуточного реле KL1. В результате якорь реле KL1, подтянутый при включенном выключателе, при снятии напряжения отпадает с некоторой выдержкой времени и размыкает контакты.

Второй вспомогательный контакт SQ1.3 выключателя Q1, замкнувшись при отключении Q1, подает плюс через ещё замкнутый контакт KL1.1 на обмотку промежуточного реле KL2, которое своими контактами производит включение выключателей Q3 и Q4 резервного трансформатора, воздействуя на контакторы включения YAC3 и YAC4. По истечении установленной выдержки времени реле KL1 размыкает контакты и разрывает цепь обмотки KL2. Если резервный трансформатор будет включен действием АРВ на не устранившееся КЗ и отключится РЗ, то его повторного включения не произойдет. Таким образом, реле KL1 обеспечивает однократность действия АРВ и поэтому называется реле однократности включения. Реле KL1 вновь замкнет свои контакты и подготовит схему АВР к новому действию лишь после того, как будет восстановлена нормальная схема питания п/ст и включен выключатель Q1. Выдержка времени на размыкание контактов реле Kl1 должна быть больше времени включения выключателей Q3 и Q4 для того, чтобы они успели надежно включиться.

Выше было рассмотрено действие АВР при отключении выключателя Q1 рабочего трансформатора. Наряду с этим следует иметь в виду возможность отключения выключателя Q2 со стороны высшего напряжения рабочего трансформатора. В этом случае потребители п/ст С также потеряют питание. Для того чтобы обеспечить действие АВР и в этом случае, при отключении Q2 от его вспомогательного контакта SQ2.2 подаётся импульс на катушку отключения YAT1 выключателя Q1. После отключения Q1 АВР запускается и действует, как рассмотрено выше.

Кроме рассмотренных случаев отключения выключателей Q1 или Q2 рабочего трансформатора, потребители также потеряют питание, если по какой-либо причине останутся без напряжения шины ВН п/ст В. Схема АВР при этом не подействует, так как оба выключателя рабочего трансформатора останутся включенными. Для того чтобы обеспечить действие АВР и в этом случае, предусмотрен специальный пусковой орган минимального напряжения, в который входят реле KV1, KV2, KV3 и KL3. При исчезновении напряжения на шинах п/ст В, а следовательно, и на шинах п/ст С в реле минимального напряжения, подключенные к трансформатору напряжения TV1, замкнут свои контакты и подадут плюс оперативного тока на обмотку реле времени KT1 через контакт реле KV3. Реле KТ1 при этом запустится и по истечении установленной выдержки времени подаст плюс на обмотку выходного промежуточного реле KL3, которое отключит выключатели Q1 и Q2 рабочего трансформатора. После отключения Q1 АВР подействует, как рассмотрено выше.

Реле напряжения KV3 предусмотрено для того, чтобы предотвратить отключение Т1 от пускового органа минимального напряжения в случае отсутствия напряжения на шинах ВН А резервного трансформатора Т2, когда действие АВР будет заведомо бесполезным. Реле напряжения KV3, подключенное к трансформатору напряжения TV2 шин А, при отсутствии напряжения размыкает свой контакт и разрывает цепь от контактов реле KV1 и KV2 к обмотке реле времени KT1.

2.4. Автоматическое включение резервных трансформаторов

На рис. 26. приведена схема АВР ТСН блочных ТЭС. Рабочий трансформатор (рис. 8.20. а)) Т1 имеет расщепленные обмотки и подключен отпайкой к генератору G1. Два резервных трансформатора Т2 и Т3 присоединены к магистралям резервного питания 6 кВ А и В. Выключатели ВН резервных трансформаторов Q21 и Q31 нормально отключены, а выключатели стороны НН Q2A и Q2B, Q3A и Q3B включены. В рассматриваемой схеме имеется возможность замены рабочего трансформатора любого энергоблока любым из двух резервных. Т2 и Т3. В зависимости от того, какой из резервных трансформаторов используется, включаются выключатели Q4A, Q4B или Q5A, Q5B (секционные выключатели устанавливаются через два энергоблока).

В схеме на рис. 26. б) показано АВР выключателей, обеспечивающих восстановление питания секции СН, питающейся нормально от рабочего трансформатора Т1 через выключатель Q11. В случае аварийного отключения Т1 будут включены выключатель Q1A, а также выключатели Q21 или Q31 резервных трансформаторов Т2 или Т3. Команды на включение выключателей подаются реле KLA (рис. 26. б), которое срабатывает при замыкании вспомогательного контакта SQQ11.1 отключившегося выключателя Q11 через размыкающийся контакт KQC11.1, обеспечивающий однократность действия АВР. Плюс на включение выключателя Q1A подается непосредственно контактом KLА.1 через указательное реле КН1, а на включение выключателей Q21 или Q31 – через контакты KLА.2 и KLА.3 соответственно.

Для выбора направления действия схемы АВР на рис. 26. б) предусмотрены специальные промежуточные реле (KL2A и KL3A), контролирующие, от какого резервного трансформатора питаются вводы резервного питания к секции СН соответствующего энергоблока (в рассматриваемом случае энергоблока G1).

В схемах АВР выключателей Q1A и Q21 (рис. 26. а)), показанных на рис. 26. б), при использовании для резервирования Т» замкнуты контакты KV2.1 реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на питающей стороне трансформатора Т2, контакты реле положения «Включено» KQC2A выключателя Q2A. Поэтому под напряжением находятся реле KLV2, KL2A и контакты их в схемах АВР (рис. 26. б) замкнуты. При использовании же для резервирования Т3 под напряжением будут находится реле KLV3 и KL3A (рис. 26. б).

Действие АВР запрещается в случае отключения выключателя Q11 вручную (при этом размыкаются контакты KQQ11.1, см. рис. 26. б) и в случае повреждения на шинах или присоединениях НН, когда могут подействовать резервные РЗ питающего трансформатора (при этом через замкнувшийся контакт выходного промежуточного реле резервных РЗ трансформатора KL (рис. 26. б)) сработает реле блокировки KLB, которое контактом KLB.1 разомкнет цепь обмотки реле KLA, а через контакт KLB.2 будет самоудерживаться до размыкания контакта KQC11.1 и возврата схемы АВР).

При исчезновении напряжения на шинах секции 6 кВ, когда выключатель рабочего трансформатора Q11 остается включенным, вступит в действие пусковой орган минимального напряжения АВР, схема которого приведена на рис. 27. Для отключения выключателя Q11 и последующего пуска АВР необходимо срабатывание двух реле минимального напряжения (KV1 и KV4 на рис. 27) и реле времени KT1 и КТ4. В качестве реле KV1 и KV4 используются соответствующие реле первой ступени РЗ минимального напряжения, предназначенной для отключения неответственных электродвигателей в режиме самозапуска. На реле KV4 выполняется уставка срабатывания 70 В, и оно срабатывает одновременно с реле KV1 при исчезновении напряжения на шинах, обеспечивая пуск АВР. Для исключения ложного срабатывания пускового органа АВР и РЗ минимального напряжения электродвигателей при отключении автоматического выключателя SF, установленного во вторичных цепях TV1 (рис. 27.), плюс на контакты реле напряжения подается через его вспомогательный контакт SQF, замкнутый при включенном автоматическом выключателе.

Предусмотренные в схеме на рис. 27. блокировки не исключают возможности ложного срабатывания пускового органа АВР в случае перегорания предохранителя в средней фазе на сторона ВН TV1, когда могут одновременно сработать оба реле напряжения (KV1 и KV4). Для предотвращения в этом случае ложного срабатывания пускового органа схемы АВР плюс на его схему подается через размыкающий контакт фильтр-реле напряжения обратной последовательности KVZ (типа РНФ-1М), установленного в схеме РЗ минимального напряжения электродвигателей, подключенных к данной секции шин СН.

В цепи отключения соответствующего выключателя рабочего трансформатора от пускового органа схемы АВР включены замыкающие контакты промежуточных реле KL2 или KL3 (см. рис. 26. б)), замкнутые при наличии напряжения на резервном источнике питания. Промежуточные реле KL2 (KL3) приходят в действие от контактов максимальных реле напряжения KV2.1 (KV3.1) и служат для размножения контактов последнего с целью использования их в цепях других рабочих трансформаторов.

Реле времени КТ1 и КТ4 замыкают цепь отключения выключателя Q11 через замыкающие контакты реле KLV2.1 (KLV3.1) и KLA.1 (KL3A.1) в зависимости от того, какой трансформатор – Т2 или Т3 – используется для резервирования рабочего трансформатора.

2.5. Сетевые АВР

В распределительных сетях широкое применение находят АВР, обеспечивающие при своем срабатывании восстановление питания нескольких п/ст сети, – так называемые сетевые АВР. Схема такого АВР приведена на рис. 28. Устройство АВР двустороннего действия обеспечивает восстановления питания участков сети, расположенных слева и справа от п/ст В, в случае нарушения питания от п/ст А и Д. соответственно. Пуск АВР осуществляется контактами реле напряжения KV1 и KV2, подключенными к трансформаторам напряжения TV1 и TV2. В цепи обмотки реле времени КТ1 пускового органа АВР включены замыкающие контакты автоматовSF1 и SF2, предотвращающих ложное срабатывание пускового органа в случае неисправностей цепей напряжения, а также замыкающие контакты реле напряжения KV3 и KV4, контролирующие наличие напряжения со стороны резервного источника.

В схеме пускового органа АВР предусмотрено второе реле времени КТ2 для возможности осуществления двух различных уставок по времени в случае отключения питания от п/ст А и Д.

Однократность действия рассматриваемой схемы АВР обеспечивается двухпозиционным реле KQ. Это реле типа РП-9 переменного тока имеет две обмотки, которые включены со встречной полярностью. Срабатывание реле и переключение его контактов происходят за один из полупериодов поданного на обмотки напряжения переменного тока, когда в якоре реле направление управляющего потока противоположно направлению поляризующего потока, создаваемого постоянными магнитами.

В нормальном режиме замкнут контакт KQ.1 и подготовлена цепь выходного промежуточного реле KL. После срабатывания реле KL, подающего импульс на включение Q1, и замыкания контактов реле положения «Включено» KQC.1, фиксирующего включение Q1, реле KQ срабатывает и переключает свои контакты, размыкая KQ.1 в цепи обмотки KL. Возврат реле KQ и подготовка схемы АВР к новому действию осуществляется нажатием кнопки SB. Эту операцию выполняет персонал оперативно-выездной бригады, прибывающей на п/ст при поступлении сигнала о срабатывании АВР.

Действие сетевого АВР увязывается с АПВ линий, что обеспечивает наибольшую эффективность действия автоматики. РЗ в рассматриваемой сети должна выполняться с учетом возможности питания промежуточных п/ст как от одного, так и от другого источника.

2.6. Расчет уставок АВР

Реле однократности включения

Выдержка времени промежуточного реле однократности включения tОВ от момента снятия напряжения с его обмотки до размыкания контактов должна с некоторым запасом превышать время включения выключателя резервного источника питания:

где: tВКЛ — время включения выключателя резервного источника питания (если

выключателей два, то выключателя, имеющего большее время включения);

tЗАП — время запаса, принимается равным 0,3–0,5 с.

Пусковой орган минимального напряжения

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения при выполнении пускового органа по схеме на рис. 24, выбирается так, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения и не приходил в действие при понижениях напряжения, вызванных КЗ или самозапуском электродвигателей. Для выполнения этого условия напряжение срабатывания реле минимального напряжения (напряжение, при котором возвращается якорь реле) должно быть равным:

где: UОСТ.К. — наименьшее расчетное значение остаточного напряжения при КЗ;

UЗАП. — наименьшее напряжение при самозапуске электродвигателей;

kН — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1–1,2;

nH — коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Для определения наименьшего остаточного напряжения производятся расчеты при трехфазных КЗ и расчет самозапуска электродвигателей. Принимается меньшее значение напряжения срабатывания из полученных по формулам (10).

В большинстве случаев обоим условиям удовлетворяет напряжение срабатывания, равное:

где: UНОМ – номинальное напряжение электроустановки.

Поэтому обычно можно принимать напряжение срабатывания согласно формуле (11). В схемах пусковых органов минимального напряжения должны применяться термически стойкие реле напряжения типа РН-53/60 Д, которые имеют пределы уставок 15–60 В и допускают длительное включение под напряжение 110 и 220 В.

Реле контроля наличия напряжения на резервном источнике питания

Напряжение срабатывания этого реле определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения по формуле:

где: Uраб.мин. — минимальное рабочее напряжение;

kH — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2;

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Особенности выполнения АВР в узлах нагрузки

Анатолий Беляев,
к.т.н., зам. начальника ИТУ РЗА и АСУ Э
Валерий Широков,
главный специалист отдела РЗА Специализированного управления «Леноргэнергогаз» – филиала ОАО «Оргэнергогаз»,
г. Санкт-Петербург

Обычно с целью обеспечения надежности всю систему электроснабжения объекта делят на две независимые части (подсистемы), каждая из которых питается от своего независимого источника. Подсистемы взаимно резервируются на разных ступенях напряжения с помощью устройств автоматического включения резерва (АВР).

Ответственных потребителей одного назначения также разделяют на две независимые группы, которые подключают к разным подсистемам и снабжают устройствами АВР. Надежность электроснабжения обеспечивается за счет того, что в случае погашения одной из подсистем и отказа или неуспешной работы АВР между подсистемами (КЗ на шинах) напряжение в другой подсистеме сохраняется и технологический процесс не нарушается, так как сработает АВР ответственных электроприемников.

Согласно ПУЭ [1] две секции электростанции можно рассматривать как независимые источники питания двух независимых подсистем электроснабжения объекта, которые могут работать в двух режимах – параллельной или раздельной работы.

РЕЖИМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПОДСИСТЕМ

Секционный выключатель на электростанции включен. Каждая секция электростанции получает питание от своих генераторов, а при параллельной работе с энергосистемой – также от одного из вводов от энергосистемы.

Преимущества режима: токи КЗ в сети больше, чем при раздельной работе подсистем, соответственно больше и зона действия, и чувствительность быстродействующих защит. Напряжения в обеих подсистемах синхронны, поэтому оперативные переключения в сети можно выполнять без перерыва в питании.

Недостаток режима: КЗ в одной из подсистем вызывают посадки напряжения и в другой подсистеме.

Устройство АВР на секционном выключателе в этих режимах не требуется, за исключением ремонтного режима, когда генераторы электростанции отключены, а подсистемы получают питание от своих вводов от энергосистемы.

Если на электростанции имеется ввод от энергосистемы, то в ряде случаев целесообразно держать его в резерве и выполнить АВР на выключателе этого ввода. Такая необходимость может возникать при низкой надежности внешнего электроснабжения, например из-за неблагоприятных климатических условий. Известны случаи, когда в северных районах линии 110 кВ отключались несколько десятков раз в месяц: в зимнее время при сильных ветрах из-за схлестывания и обрыва проводов и шлейфов проводов, а в летнее – из-за ударов молнии.

РЕЖИМ РАЗДЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПОДСИСТЕМ

Секционный выключатель на электростанции отключен. Каждая секция электростанции получает питание от своих генераторов, а при параллельной работе с энергосистемой – также от одного или двух вводов от энергосистемы. Возможны решения, когда одна из секций получает питание от энергосистемы, а другая – от генераторов электростанции.

Преимущество режима: КЗ в одной из подсистем не вызывают посадок напряжения в другой подсистеме.

Недостатки режима: меньшие по сравнению с режимом параллельной работы токи КЗ в сети, меньшая чувствительность и зона действия быстродействующих защит. При малой мощности генераторов они могут оказаться нечувствительными, из-за чего затягивается время отключения КЗ (вместо основных быстродействующих защит будут работать максимальные токовые) и увеличивается вероятность выхода генераторов из синхронизма. В сетях с маломощными генераторами могут возникать проблемы с обеспечением селективности действия защит. Из-за несинхронных напряжений в обеих подсистемах оперативные переключения в сети приходится выполнять с перерывом в питании.

В этом режиме устройство АВР на секционном выключателе должно быть введено в работу.

Однако исполнение АВР на электростанции, а также на прилегающей подстанции энергосистемы существенно отличается от обычных АВР на распределительных подстанциях.

АВР НА ПРИЛЕГАЮЩЕЙ ПОДСТАНЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

Главное отличие АВР в этих электроустановках от АВР на подстанциях распределительных сетей заключается в необходимости контроля встречного напряжения на потерявших питание шинах. Например, на прилегающей подстанции энергосистемы (рис. 1) отключается выключатель Q5 действием дифзащиты трансформатора. Типовая схема АВР немедленно включает секционный выключатель Q7. Если при этом были включены выключатели Q1 и Q4, то возникает опасность несинхронного включения генераторов из-за возможного расхождения угла между векторами напряжений энергосистемы и электростанции за время перерыва в питании секции.

Рис. 1. Схема электростанции и прилегающей подстанции энергосистемы

Структурная схема АВР для прилегающей подстанции энергосистемы приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема электростанции и прилегающей подстанции энергосистемы

Для предотвращения несинхронного включения, в схему АВР перед включением секционного выключателя вводится контроль встречного напряжения на секции (со стороны подключенных генераторов), осуществляемый после некоторой выдержки времени (0,3–0,5 с). Эта выдержка необходима для того, чтобы напряжение, которое в момент трехфазного КЗ снизилось до нуля, успело вырасти до значения, при котором реле контроля встречного напряжения запретит АВР (учитывается инерционность действия регуляторов возбуждения генераторов).

При наличии контроля встречного напряжения (ожидания снижения напряжения) приходится применять специальный орган однократности действия АВР, поскольку типовая схема однократности может вывести АВР из действия раньше, чем реле контроля встречного напряжения разрешит включение выключателя резервного питания.

АВР НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Ситуация, аналогичная описанной выше, возникает и на самой электростанции, когда выключатель Q1 отключился от защит при КЗ на линии связи с энергосистемой и АВР включает секционный выключатель.

Структурная схема АВР для применения на электростанции приведена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема АВР на электростанции: а) поясняющая схема, б) блок-схема АВР.

Устройство АВР выполнено универсальным, оно может быть введено в работу при остановленных генераторах (питание только от энергосистемы), при работающих генераторах на обеих секциях, или в случае, когда одна из секций получает питание от энергосистемы, а другая – от генераторов, или когда генераторы одной или двух секций работают параллельно с энергосистемой.

В схеме АВР использованы, кроме вспомогательных контактов выключателей Q1 и Q2, вспомогательные контакты выключателей генераторов G1(3) и G2(4). Контроль отсутствия встречного напряжения в этой схеме позволяет предотвратить несинхронное включение в случае отказов разветвленных вторичных цепей или при ошибочных действиях обслуживающего персонала.

Для предотвращения неполнофазного режима работы при обрыве одной из фаз питающей линии электропередачи введен пуск АВР по напряжению обратной последовательности U 2. Для предотвращения ложного пуска АВР при перегорании предохранителя со стороны ВН одной из фаз ТН, пуск осуществляется от двух органов напряжения обратной последовательности, один из которых контролирует наличие U 2 на шинах секции, а другой – до вводного выключателя секции (рис. 3). При этом контролируется также наличие нормального напряжения и отсутствие напряжения U 2 на смежной секции (резервном источнике питания).

МНОГОСТОРОННЕЕ АВР

В настоящее время получает распространение многосторонний АВР, который обеспечивает резервирование при любых режимах работы подсистем и внешних вводов от энергосистемы. Решение о том, в каких режимах работать, принимает оперативный персонал, исходя из текущих местных условий, которые могут существенно изменяться в зависимости от состояния и надежности оборудования, погодных условий, времени года, при выводе в ремонт оборудования и т.д.

Переключатель АВР имеет 5 положений: «Отключено», АВР СВ; АВР В1; АВР В2; АВР В1, 2.

«Отключено»: АВР отключен. Этот режим используется при параллельной работе подсистем, когда секционный выключатель включен и секции получают питание от генераторов или от энергосистемы и генераторов, работающих параллельно.

АВР СВ : АВР действует на включение секционного выключателя (рис. 4 а–г). Этот режим используется при раздельной работе подсистем, когда секционный выключатель отключен и каждая из секций получает питание от генераторов или от энергосистемы, или от того и другого параллельно.
Положения В1, В2, В1,2 используются при автономной работе электростанции, когда один или два ввода от энергосистемы находятся в резерве.

Рис. 4. Поясняющие схемы к многостороннему АВР

АВР В1: АВР действует на включение ввода 1. Если секционный выключатель был включен, то АВР восстанавливает питание всего распредустройства, а если отключен – то только первой секции (рис. 4д).

АВР В2: АВР действует на включение ввода 2. Если секционный выключатель был включен, то АВР восстанавливает питание всего распредустройства, а если отключен – то только второй секции (рис. 4е).

АВР В1, 2: оба ввода от энергосистемы отключены и находятся в состоянии дежурства. Если шины потеряли питание, а секционный выключатель был включен, то АВР действует на включение того ввода, на котором имеется напряжение (при наличии напряжения на двух вводах они включаются с отключением секционного выключателя). Если секционный выключатель был отключен, то АВР действует на включение вводного выключателя потерявшей питание секции (рис. 4ж, з).

Логика такого АВР отработана на физических моделях защиты и автоматики подстанций и электростанций (фото 1), реализована в терминалах серий SEPAM 80 и БМРЗ ввода, трансформатора напряжения, секционного выключателя, генераторов и внедрена на ряде действующих объектов. Эти терминалы адаптированы для применения на электростанциях малой энергетики. Разумеется, в них учтены и другие особенности, характерные для подобных объектов [2]. Например, предусмотрена автоматика быстрой разгрузки генераторов, дифференциальная защита шин, делительная автоматика, АЛАР, АЧР и др. Намечено проведение аналогичных работ и для терминалов серий ТОР и «Сириус».

Фото 1. Фрагмент испытательного стенда по отработке алгоритмического обеспечения и файлов конфигурации терминалов РЗА

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения пускового органа АВР принимают из условия:

где U Н – номинальное напряжение шин, В;
n Н – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Напряжение срабатывания реле контроля напряжения на смежной секции принимают из условия:

Время срабатывания пускового органа АВР по напряжению принимается, во-первых, на ступень селективности больше времени действия тех защит, КЗ в зоне действия которых вызывает срабатывание пусковых реле напряжения АВР, и во-вторых, на ступень больше времени АПВ питающих линий и АВР источников питания.

Заметим, что иногда пусковой орган АВР по напряжению ошибочно называют защитой минимального напряжения. Но, как видно из изложенного выше, эти два устройства существенно отличаются друг от друга по назначению, схеме выполнения и уставкам срабатывания. Поэтому называть пусковой орган АВР по напряжению защитой минимального напряжения нельзя.

Уставка срабатывания пускового органа АВР по напряжению обратной последовательности U 2 и контроля отсутствия U 2 на резервном источнике принимается 8–12 В (фазных вторичных) из условия несрабатывания из-за гармонических составляющих в кривой напряжения, особенно второй и пятой. При применении цифровых терминалов необходимо проверить, в каких единицах вводится эта уставка. В ряде случаев она вводится в линейных первичных величинах, тогда ее следует умножить на коэффициент трансформации ТН и . Время срабатывания пускового органа АВР по U 2 принимается по условию отстройки от аварийных режимов, ликвидируемых устройствами РЗА, особенно в питающей сети 110–220 кВ. Обычно оно находится в диапазоне от 5 до 9 с.

Для разгрузки потерявшей питание секции перед АВР и предотвращения опасного наброса нагрузки на работающие генераторы «здоровой» секции должны применяться устройства защиты минимального напряжения первой ступени и автоматика быстрой разгрузки с действием на отключение неответственных (а иногда и части ответственных) электроприемников как на стороне 10 кВ, так и на стороне 0,4 кВ [3].

ВЫВОДЫ

  1. Выполнение устройств АВР на электростанциях малой энергетики и прилегающих подстанциях энергосистем существенно отличается от типовых решений, принятых на подстанциях электрических сетей.
  2. Предложены, проверены на физических моделях и реализованы на объектах специализированные алгоритмы АВР, учитывающие особенности режимов, возникающих при применении малых электростанций.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп., с изм. М.: Главгосэнергонадзор РФ, 1998.
  2. Беляев А.В., Юрганов А.А. Защита, автоматика и управление на электростанциях малой энергетики. Части 1, 2, 3. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2010. (Библиотечка электроэнергетика. Приложение к журналу «Энергетик». Вып. 6(138), 7(139), 8(140).
  3. Арцишевский Я.Л., Земцов А.А. Принципы противоаварийного управления в системах электроснабжения с собственным источником // Электрические станции. 2010. № 10.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Неисправности АВР

Неисправность АВР является распространенной причиной выхода из строя систем резервного или аварийного электроснабжения. От надежности этих устройств зависит стабильность работы ответственных потребителей (электроприемников первой и второй категорий согласно ПУЭ) при отключении централизованного питания. Чтобы выяснить причины поломок и быстро устранить их, необходимо сначала разобраться, что собой представляет АВР, для чего он нужен и как работает.

АВР — это автомат ввода резерва. Его главная задача состоит в автоматическом запуске электрогенератора или переключении на другой резервный источник питания при снижении напряжения в сети ниже критического уровня или полном отключении электропитания. Также он выполняет остановку электростанции и переключение нагрузки на питание от электросети при возобновлении основного электроснабжения. Для осуществления этих функций оборудование в постоянном режиме отслеживает входное напряжение и ток нагрузки.

Конструкция АВР

Автоматика ввода резерва обычно выполняется в виде блоков под установку в электротехнические шкафы или в формате отдельных электрощитов. Оборудование состоит из таких основных элементов:

  • Релейный блок управления. Он включает реле и переключатели, которые отвечают за управление генератором. Основным реле, которое используется в АВР, является РКФ. Оно контролирует напряжение на каждой фазе питающей линии. Также могут устанавливаться реле, задающие установки по частоте электротока, величине напряжения, правильному чередованию фаз, времени срабатывания.
  • Силовой блок. Он отвечает за непосредственное переключение между источниками электропитания. Силовая часть может работать на базе электромагнитных пускателей, рубильников с электроприводом, транзисторов или тиристоров.
  • Микроконтроллер. Он обрабатывает данные с реле и датчиков и дает управляющие команды силовому блоку по определенному алгоритму.

Также схема АВР может включать бесперебойник для питания микроконтроллера, устройства индикации рабочего состояния оборудования, элементы управления вводом резерва в ручном режиме.

Критерии правильной работы АВР

Исправный АВР должен отвечать следующим требованиям:

  • Производить включение резервного электропитания за минимальное время после отключения подачи напряжения по основной питающей линии.
  • Безотказно срабатывать при любых условиях. Исключением является блокировка АВР в случае срабатывания дуговой защиты. Она позволяет минимизировать повреждения электросети при коротком замыкании.
  • Иметь селективность срабатывания. Автоматика не должна реагировать на кратковременные скачки или просадки напряжения, возникающие, например, при запуске мощного оборудования с большим пусковым током.
  • Однократность срабатывания. Схема оборудования должна исключать возможность нескольких его включений в работу из-за неисправности АВР или других неполадок.

Факторы, которые влияют на запуск резервного электропитания

При использовании бензиновой или дизельной электростанции в качестве автономного источника электроснабжения могут возникать проблемы с автоматическим запуском генератора. Это может быть вызвано не только неисправностями АВР, но и другими причинами, например:

  • Низким качеством топлива. Особенно это относится к запуску дизельной электростанции в зимнее время. При использовании не соответствующего сезону горючего происходит затвердевание парафина, забивание топливных фильтров и полная блокировка системы топливоподачи двигателя.
  • Неисправностью свечей зажигания. Эта проблема характерна для бензиновых станций. Вышедшие из строя или залитые топливом свечи не дают искру, из-за чего запуск генератора невозможен.
  • Проблемами с проводкой, аккумуляторной батареей или электростартером.
  • Неправильной схемой подключения автомата ввода резерва.
  • Использованием АВР с неподходящими характеристиками. Многие дешевые модели автоматов китайского производства оснащаются не электромеханическими силовыми элементами, а электронными. Они не способны осуществлять полноценное управление электростанцией и несут серьезную опасность для подключаемого оборудования.

Возможные неполадки в работе АВР

Рассмотрим некоторые признаки неисправности АВР, возможные причины возникновения и способы их устранения:

Признак неисправности Причина Возможное решение
Генератор не запускается, стартер не срабатывает Поломка управляющего контроллера, нарушение контакта в управляющих кабелях станции или сигнального провода от АВР к генератору, нажата аварийная кнопка Проверить и почистить контакты. Заменить неисправные компоненты
Блок автоматики ввода резерва срабатывает и издает сильный гул Нарушение механического контакта в магнитном пускателе из-за попадания загрязнений Попробовать перезапустить систему несколько раз
Нет индикации при включении Плохой соединение в клеммной колодке, поломка реле Проверить и почистить контакты. Заменить реле
Не работает индикация одного из рабочих режимов Перегорел светодиод Заменить светодиод
Не переключается приоритет между вводами Неисправность реле или линии ввода Заменить реле, восстановить работоспособность вводных линий

Проверка и настройка устройств автоматического ввода резерва

Диагностика АВР предусматривает выполнение следующих работ:

  • Проверку работоспособности устройства.
  • Измерение напряжения срабатывания.
  • Проверку времени задержки отключения основной линии.
  • Проверку быстроты переключения между основной и резервной линией.

Многие АВР, оснащенные микроконтроллером, позволяют регулировать различные параметры, отвечающие за срабатывание автомата ввода резерва. В меню контроллера обычно доступны следующие настройки:

  • Минимальное и максимальное фазное напряжение.
  • Минимальное и максимальное линейное напряжение.
  • Минимальная и максимальная частота электротока.
  • Задержка отключения фидера (время между выходом любого контролируемого параметра за допустимые пределы и моментом отключения потребителей от линии).
  • Задержка включения фидера после восстановления номинальных параметров.

Итоги

В статье были рассмотрены особенности конструкции, функции, критерии исправной работы автоматики ввода резерва, а также описаны основные неисправности АВР и способы их устранения.

Принцип действия устройств автоматического включения резерва (АВР).

Устройства автоматического включения резерва применяются в распределительных сетях и на подстанциях, имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одностороннего питания. Использование режима одностороннего питания может существенно снизить значение токов К.З., что позволит применить более дешёвую аппаратуру, а также в ряде случаев может упростить релейную защиту, обеспечить лучшие условия регулирования напряжения, и т. д. В распределительных сетях применяются две группы АВР: местные и сетевые.

Местным АВР называют устройство, все элементы которого установлены на одной подстанции и действия которого не выходят за пределы этой подстанции. Характерной особенностью построения схемы местного АВР является подача команды на включение выключателя резервного источника питания только с помощью специальных вспомогательных контактов (блок-контактов) выключателя рабочего питания, которые замыкаются при его отключении. Например, секционный выключатель подстанции В (рис.) включается схемой местного АВР только после отключения рабочего выключателя Тр1 или Тр2, а выключатель линии ЛЗ на подстанции Д – только после отключения выключателя Л4 на этой же подстанции. Этим исключается возможность подачи напряжения при АВР на КЗ в сети рабочего источника питания.

Рис. Схема распределительной сети с устройствами местных АВР на подстанциях В (двустороннего действия) и Д (одностороннего действия).

Сетевым АВР называется комплекс устройств, в который входит само устройство АВР, а также устройства делительной автоматики, действующие до или после АВР, устройства для автоматического изменения уставок защиты и т.п. Эти устройства расположены в разных точках распределительной сети, как правило, не связаны между собой проводными или другими каналами, но их действия объединены единством задачи и строго согласованы между собой путём правильного выбора принципов действия и параметров срабатывания (уставок). В отличие от местного АВР команда на включение нормально отключенного выключателя, оборудованного сетевым АВР, подаётся самим устройством АВР, а предварительное отключение выключателей рабочего питания в заданных точках сети производится другими устройствами, главным образом делительной автоматикой.

Схема сетевого АВР одностороннего действия должна приходить в действие при исчезновении напряжения со стороны основного (рабочего) источника питания при наличии напряжения со стороны резервного. Схема сетевого АВР двустороннего действия должна приходить в действие при исчезновении напряжения со стороны любого из двух источников питания и при наличии напряжения со стороны другого источника питания (рис).

Рис.Схема распределительной сети с сетевым АВР двустороннего действия и делительной защитой минимального напряжения (ДЗН), действующей перед АВР в сторону подстанции Г во избежание включения на КЗ в сети высшего напряжения (наЛ1).

Поскольку выполнение схем и расчёт уставок местных и сетевых АВР имеют существенные различия, эти устройства рассматриваются раздельно.

2. Типовые схемы соединений трансформаторов напряжения.

К измерительным органам воздействующая величина (напря­жение) обычно подводится от первичных измерительных преобра­зователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинального вторичного напряжения U2 = 100В. Распространенной разновидностью первичного измеритель­ного преобразователя напряжения является измерительный транс­форматор напряжения. Трансформаторы напряжения предназначены для понижения высокого напряжения (свыше 250 В) до значения, равного 100В, необходимого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств.

Особенностью изме­рительного трансфор­матора напряжения яв­ляется режим холосто­го хода (близкий к хо­лостому ходу) его вто­ричной цепи (рис.)

Рис. Однофазный измерительный трансформатор напряжения, схема замещения и векторная диаграмма.
Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков ω1 включается на напряжение сети U1. Под действием напряжения по обмотке ω1 проходит ток намагничива­ния IНАМ, который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной ω1 и вто­ричной ω2 обмотках ЭДС с действующими значениями соответст­венно Е1 = 4,44 f ω1Ф; Е2 =. 4,44 f ω2Ф. Отсюда

Отношение ω1 /ω2 называется коэффициентом трансформации и обозначается КU. В режиме холостого хода ток I2=0, а ток в первичной обмотке I1=IНАМ. При этом U2=E2 и напряжение U1 незначительно отличается от ЭДС Е1. Поэтому

На рис. 1.3,б показана схема замещения, а на рис. 1.3, в — векторная диа­грамма трансформатора напряжения. Работа трансформатора с нагрузкой ZН (в виде, например, реле напряжения KV) сопровождается прохождением тока I2 и увеличением (по сравнению с холостым ходом) тока I1. Эти токи создают па­дение напряжения ΔU в первичной и вторичной обмотках, вследствие чего U2= Ul — ΔU . Из векторной диаграммы (рис. 1.3, в) следует, что вторичное на­пряжение U2 отличается от приведенного первичного U1 как по значению на ΔU, так и по фазе на угол δ. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: по­грешность напряжения fU = (ΔU /U1) 100, или вследствие незначительности угла δ.

угловую погрешность, которая определяется углом δ между векторами напря­жений U1 и U2.

Значения погрешностей трансформатора напряжения определяются падени­ем напряжения ΔU, которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (то­ка I2). Вместе с ним возрастают и погрешности. Поэтому нормальным режимом работы трансформатора напряжения является режим, близкий к холостому ходу.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый тре­угольник (рис. 2, а). Первичные обмотки двух однофазных трансформаторов напряжения включаются на два любых междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле на все междуфазные напряжения и на напряжения фаз по отношению к нулевой точке системы междуфазных напряжений. В последнем случае включение можно выполнить тремя реле, обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду. Схема соединения двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник является наиболее рас­пространенной. Она не может применяться в тех случаях, когда необходимо иметь фазные напряжения относительно земли.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду (рис. 2, г). Эта схема, как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треугольник, дает возможность включать реле на любые междуфазные напряже­ния и на напряжения фаз относительно нулевой точки системы, а также по отношению к земле, т. е. на любые фазные напря­жения.

Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого.

Промышленность выпускает три основных типа ТН: однофазные, трёхфазные, трёхфазные с дополнительной обмоткой.

Рис 2.Схемы соединения и активная нагрузка на фазу трансформатора

Схема соединения а) б) в)
a — b Sabcosφab
b — c Sabcosφab
Схема соединения г) д) е)
a Scosφ
b Scosφ
c Scosφ

Принцип действия устройств автоматического повторного включения (АПВ).

Согласно ПУЭ устройствами АПВ должны оборудоваться воздушные и смешанные воздушно- кабельные линии всех типов напряжением выше 1000 В при наличии на них соответствующих коммутационных аппаратов. В эксплуатации применяются устройства АПВ, различающиеся по следующим основным признакам:

— по числу фаз выключателей, включаемых устройством АПВ (трёхфазное и однофазное АПВ);

— по способу проверки синхронизма при АПВ (для линий с двусторонним питанием);

— по кратности действия (АПВ однократного и многократного действия).

Схемы УАПВ различаются также по способу пуска, по способу возврата в положение готовности к действию, по типу элементов схемы электроснабжения, оборудованных устройством АПВ.

Несмотря на указанные различия, все устройства АПВ должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Они должны находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при всех случаях аварийного отключения выключателя, кроме случаев отключения выключателя релейной защитой после включения его оперативным персоналом, что обеспечивается пуском устройств АПВ от несоответствия положений выключателей и его ключа управления, которое возникает всегда при любом автоматическом отключении выключателя. В эксплуатации используется также пуск устройства АПВ при срабатывании релейной защиты. Однако такой пуск не обеспечивает действие АПВ при аварийных отключениях, не сопровождающихся срабатыванием релейной защиты, поэтому его рекомендуется применять лишь в некоторых частных случаях. Схемы АПВ должны допускать возможность автоматического вывода их из действия при срабатывании тех или иных защит.

2. устройства АПВ должны иметь минимально возможное время срабатывания tАПВ1 для того, чтобы сократить продолжительность перерыва питания потребителей. Практически можно выполнить АПВ действующим без замедления. Однако эта возможность ограничивается рядом условий. Для успешного действия АПВ необходимо, чтобы время срабатывания tАПВ1 было больше:

— времени tг.п., необходимого для восстановления готовности привода к работе на включение (для применяемых типов приводов с учётом условий их работы tг.п. ≈ 0,2 – 0,3 с);

— времени tд.с., необходимого для деионизации среды в точке повреждения (для установок напряжением до 220 кВ tд.с. ≈ 0,2 с);

— времени tв.з., необходимого для обеспечения возврата, установленной на выключателе, расположенном ближе к источнику питания, чем рассматриваемый выключатель с устройством АПВ (максимальное время возврата tв.з. ≈ 0,2 – 0,3 с могут иметь реле РТ-80).

Определяющим обычно является условие tАПВ1> tг.п.. При этом с учётом времени запаса tзап.=0,4 – 0,5 с время срабатывания УАПВ для линий с односторонним питанием:

В отдельных случаях для воздушных линий напряжением 35-110 кВ, когда велика вероятность их повреждения при падении деревьев и по другим аналогичным причинам, для эффективности АПВ его выдержку времени целесообразно принимать несколько повышенной – около нескольких секунд. Схема УАПВ во всех случаях должна быть выполнена так, чтобы продолжительность воздействия на включение выключателя была достаточной для его надёжного включения.

3. Автоматически с заданной выдержкой времени устройства АПВ должны возвращаться в состояние готовности к новому действию после включения в работу выключателя. При выборе выдержки времени tАПВ2 на возврат устройства АПВ в состояние готовности к действию должны выполняться следующие требования:

— устройство не должно производить многократные включения выключателя на неустранившееся короткое замыкание, что обеспечивается при условии, если релейная защита с максимальной выдержкой времени tр.з.мах успеет отключить выключатель, включённый на короткое замыкание, раньше, чем устройство АПВ вернётся в состояние готовности к новому действию, т.е. должно быть:

где tзап. – время, принимаемое равным ступени селективности защиты линии;

— устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это допускается по условиям работы выключателя после успешного включения его в работу устройством АПВ.

Опыт показывает, что для однократного АПВ оба указанных в п.3 требования выполняются, если принять tАПВ2=15 – 25 с. для УАПВ двукратного действия время возврата в состояние готовности после второго цикла принимается равным tАПВ2=60 – 100 с.

  1. Трансформаторы тока. Назначение, принцип работы, основные характеристики.

К измерительным органам воздействующая величина — ток — обычно подводится от первичных измерительных преобразователей тока. Они обеспечивают изоляцию цепей тока измерительных орга­нов от высокого напряжения и позволяют независимо от номиналь­ного первичного тока получить стандартное значение вторичного тока. Наиболее распространенными первичными преобразователя­ми тока являются измерительные трансформаторы тока ТА. Они имеют стандартный номинальный вторичный ток IOM 1; 5 А при любых значениях номинального первичного тока; допускается из­готовление трансформаторов тока с номинальным вторичным то­ком IOM = 2; 2,5 А. Трансформаторы тока иногда используют и в сетях напряжением до 1000 В.

Для правильного действия особенно релейной защиты требует­ся точная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах к. з., которые во много раз могут превы­шать их номинальные первичные токи. Правильная работа быстро­действующих устройств защиты и автоматики должна обеспечи­ваться при переходных процессах в трансформаторах тока. Осо­бенностью измерительных трансформаторов тока является режим короткого замыкания (близкий к короткому замыканию) его вто­ричной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТА с числом витков ω1 включается в цепь первичного тока I1 сети, а ко вторич­ной обмотке с числом витков ω2 подключаются цепи тока измери­тельных органов, например измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением (рис. 1а). Начала и концы обмоток трансформатора тока указываются на их выводах.

Рис. 1. Измерительный трансформатор тока и векторные диаграммы токов

Рис. 1.2. Схемы замещения трансформатора тока, его вектор­ная диаграмма и зависимость вторичного тока от кратности первичного тока

Схема замещения трансформатора тока, нагруженного сопротивлением ZH, показана на рис. 1.2, а. Сопротивления первичной обмотки и ветви намагничива­ния Z’1, Z’НАМ и токи I’1, I’НАМ приведены ко вторичной обмотке. Направление то­ков определено на основании выражения (1.1). Для принятого положительного направления токов

Из схемы замещения видно, что сопротивление первичной обмотки Z’ не влияет на распределение тока между ветвью намагничивания ZBSM и ветвью на­грузки ZB; поэтому из схемы, изображенной на рис. 1.2,6, в соответствии с ко­торой построена векторная диаграмма (рис. 1.2, в), оно исключено.

За исходный при построении диаграммы принят ток намагничивания I HАM. Магнитный поток Ф отстает от тока на некоторый угол γ, определяемый потерями в стали. Положительное направление ЭДС Е2 принято совпадающим с положительным направлением тока I2, т. е. от конца к началу вторичной обмотки. В связи с этим ЭДС Е2, наводимая потоком Ф во вторичной обмотке, опережает его на угол π/2. В замкнутой вторичной обмотке проходит ток I 2, отстающий от ЭДС Е2 на некоторый угол, определяемый соотношением составляющих R и jX сопротивлений Z2 и ZН.

По схеме замещения и выражению (1.4) определяют ток I1 . Из векторной диаграммы видно, что вторичный ток 12 отличается от приведенного первично­го I1 как по значению на ΔI, так и по фазе на угол δ. Ток I НАМ значительно меньше тока I1, поэтому результирующая МДС FHАМ, определяющая рабочий магнитный поток Ф и ЭДС Е2, во много раз меньше МДС первичной обмотки I1 ω1. Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки ZH, т. е. чем ближе ре­жим цепи вторичной обмотки к режиму короткого замыкания, тем большая часть тока I1‘ замыкается по цепи вторичной обмотки и тем точнее работает трансфор­матор тока.

По мере увеличения сопротивления нагрузки ZH ток I1‘ распределяется та­ким образом, что ток I2 уменьшается, а ток IНАМ‘ увеличивается, т. е. трансформатор тока начинает работать с большими погрешностями. В пределе, когда ZH = ∞ (обмотка разомкнута), ток I2 = 0, а IНАМ = I1 и результирующая МДС резко возрастает. Она становится равной МДС первичной обмотки. Следствием этого является значительное увеличение магнитного потока Ф. При размыкании вторичной обмотки магнитопровод быстро насыщается, что обусловливает появ­ление на разомкнутой обмотке трансформатора несинусоидальной ЭДС е2, мак­симальные мгновенные значения которой могут достигать тысяч и даже десятков тысяч вольт, что представляет опасность для обслуживающего персонала и изо­ляции. Наряду с этим в связи с увеличением магнитного потока возрастают по­тери в стали и магнитопровод трансформатора недопустимо перегревается, что может привести к усиленному износу или даже повреждению изоляции трансфор­матора тока. Таким образом, нормальным режимом работы трансформатора тока является режим короткого замыкания вторичной цепи с малой МДС FHАМ.

На точность работы трансформатора тока влияет не только на­грузка, но и значение первичного тока I1. На рис. 1.2, г представ­лена зависимость вторичного тока I2 от кратности первичного тока k= I1/ I1НАМ для некоторой постоянной нагрузки ZH. До точки пе­региба (точка а) эта зависимость близка к прямолинейной. Даль­нейшее увеличение первичного тока I1 из-за насыщения магнитопровода трансформатора почти не приводит к росту вторичного тока, а ток намагничивания резко возрастает. Таким образом, точность трансформатора тока с ростом кратности k ухудшается. С увеличением нагрузки перегиб наступает при меньших кратностях тока.

Согласно ГОСТ 7746—78, точность работы трансформаторов тока, предназначенных для релейной защиты, характеризуется полной погрешностью:

где I1— действующее значение первичного тока, А; Т — длитель­ность периода тока, с; KI — номинальный коэффициент трансфор­мации (отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току). Трансформаторы тока, используемые в релейной защите, имеют два класса точности: 5Р и 10Р. Полная погрешность первых не должна превышать ε = 5 %, а вторых ε = 10 % при за­данной вторичной нагрузке и расчетной предельной кратности пер­вичного тока.

Полная погрешность связана с предельной кратностью k10 транс­форматора тока, представляющей собой наибольшее отношение первичного тока к его номинальному значению, при котором пол­ная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает ε =10%. Предприятие-поставщик гарантирует значение предель­ной кратности для номинальной нагрузки (номинальная предель­ная кратность k10НОМ). Трансформаторы тока выбираются так, что­бы полная погрешность не превышала ε =10% при заданной вто­ричной нагрузке и кратности первичного тока, соответствующей условиям срабатывания защиты. Рассмотренные соотношения и векторная диаграмма характерны и для вторичных измерительных трансформаторов тока, которые, как правило, входят в измери­тельную часть современных устройств защиты, автоматики и теле­механики.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Как работают устройства автоматики включения резерва (АВР) в электрических сетях

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии делятся на три категории: I категория — к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, угрозу для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр. II категория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта. III категория — все остальные потребители электроэнергии.

Таким образом, кроме неудобств в повседневной жизни человека, длительный перерыв в электропитании может привести к угрозе жизни и безопасности людей, материальному ущербу и другим, не менее серьёзным последствиям. Бесперебойное питание можно реализовать, осуществив электропитание каждого потребителя от двух источников одновременно (для потребителей I категории так и делают), однако подобная схема имеет ряд недостатков:

  • Токикороткого замыкания при такой схеме гораздо выше, чем при раздельном питании потребителей.
  • В питающих трансформаторах выше потери электроэнергии
  • Релейная защита сложнее, чем при раздельном питании.
  • Необходимость учета перетоков мощности вызывает трудности, связанные с выработкой определенного режима работы системы.
  • В некоторых случаях не получается реализовать схему из-за того, что нет возможности осуществить параллельную работу источников питания из-за ранее установленной релейной защиты и оборудования.

В связи с этим возникает необходимость в раздельном электроснабжении и быстром восстановлении электропитания потребителей. Решение этой задачи и выполняет АВР. АВР может подключить отдельный источник электроэнергии (генератор, аккумуляторную батарею) или включить выключатель, разделяющий сеть, при этом перерыв питания может составлять всего 0.3 — 0.8 секунд.

При проектировании схемы АВР, допускающей включение секционного выключателя, важно учитывать пропускную способность питающего трансформатора и мощность источника энергии, питающих параллельную систему. В противном случае может получиться так, что переключение на питание от параллельной системы выведет из строя и её, так как источник питания не сможет справиться с суммарной нагрузкой обеих систем. В случае если невозможно подобрать такой источник питания, обычно предусматривают такую логику защиты, которая отключит наименее важных потребителей тока обеих систем.

АВР разделяют на:

  • АВР одностороннего действия. В таких схемах присутствует одна рабочая секция питающей сети, и одна резервная. В случае потери питания рабочей секции АВР подключит резервную секцию.
  • АВР двухстороннего действия. В этой схеме любая из двух линий может быть как рабочей, так и резервной.
  • АВР с восстановлением. Если на отключенном вводе вновь появляется напряжение, то с выдержкой времени он включается, а секционный выключатель отключается. Если кратковременная параллельная работа двух источников не допустима, то сначала отключается секционный выключатель, а затем включается вводной. Схема вернулась в исходное состояние.
  • АВР без восстановления.

Принцип действия

В качестве измерительного органа для АВР в высоковольтных сетях служат реле минимального напряжения, подключённые к защищаемым участкам через трансформаторы напряжения. В случае снижения напряжения на защищаемом участке электрической сети реле даёт сигнал в схему АВР. Однако, условие отсутствия напряжения не является достаточным для того, чтобы устройство АВР начало свою работу. Как правило, должен быть удовлетворён еще ряд условий:

  • На защищаемом участке нет неустранённого короткого замыкания. Так как понижение напряжения может быть связано с коротким замыканием, включение дополнительных источников питания в эту цепь нецелесообразно и недопустимо.
  • Вводной выключатель включён. Это условие проверяется, чтобы АВР не сработало, когда напряжение исчезло из-за того, что вводной выключатель был отключён намеренно.
  • На соседнем участке, от которого предполагается получать питание после действия АВР, напряжение присутствует. Если обе питающие линии находятся не под напряжением, то переключение не имеет смысла.

После проверки выполнения всех этих условий логическая часть АВР даёт сигнал на отключение вводного выключателя обесточенной части электрической сети и на включение межлинейного (или секционного) выключателя. Причём, межлинейный выключатель включается только после того, как вводной выключатель отключился.

В низковольтных сетях одновременно в качестве измерительного и пускового органа могут служить магнитные пускатели или модуль АВР-3/3. Либо предназначенный для управления схемами АВР микропроцессорный контроллер АВР.

Автоматический ввод резерва (АВР)

Аббревиатура АВР расшифровывается как АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВВОД РЕЗЕРВА.

АВР — это блок, который имеет автоматическую начинку, ответственную за функцию переключения с основной линии питания на резервный, и, наоборот, с резервной на основную сеть. Устройство разработано для того, чтобы электроснабжение в сети работало бесперебойно.

Автоматический ввод резерва используется не только на предприятиях и учреждениях, но, на сегодняшний день, большую популярность АВР завоевала среди обладателей коттеджей.

Основные функции АВР

  • АВР должен как можно быстрее переключить, после пропадания электроэнергии основной сети на резервный источник выработки электроэнергии, т.е. быстро включить генератор.
  • АВР постоянно с помощью электроники контролирует наличие напряжения в сети.

Индикация и автоматика АВРа

  • АВР производит запуск генератора без вмешательства людей.
  • После появления напряжения в основной сети, АВР подает команду перейти на основную сеть снабжения, и через небольшой промежуток времени прекращает работу генератора

Дизель — генератор до 3х кВт

Дизель — генератор до 14 кВт

Общие требования к АВР

  • После отключения основного источника сети, АВР должен сработать на включение генератора как можно быстрее, от 0,3 до 0,8 секунд.
  • Не зависимо от причины отключения напряжения основной сети, АВР должен срабатывать всегда.
  • АВР должен игнорировать просадку в напряжении сети.
  • АВР должен срабатывать однократно, т. е. не допустимо многократное включение.

АВР выполняет предписания ПУЭ

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии делятся на три категории:

  • I категория— к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, угрозу для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр.
  • II категория— к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта
  • III категория— все остальные потребители электроэнергии.

Из чего состоит АВР?

Автоматический ввод резерва состоит из трех составляющих.

  • Блок логики и индикации – это “мозг” АВР, который неустанно контролирует напряжение как в основной сети, так и работающего генератора. “Мозг” подает команду релейной автоматике, а так же контакторам на замыкание или размыкание.
  • Силовая частьАВР. К ней относятся контакторы (про контактор читайте в статье «Что такое контактор?») и автоматы.
  • Релейный блокуправления генератором. В такой блок входят реле и различные переключатели для управления генератором. Такой блок может располагаться как в щитовой АВР, так и на самом генераторе.

Применение АВР в системах электроснабжения

Автор: Левшов А.В., Дякина В.О.
Источник: Научная конференция в рамках III Международного научного форума «Инновационные перспективы Донбасса:инфраструктурное и социально-экономическое развитие»

Аннотация

Левшов А.В., Дякина В.О. Применение АВР в системах электроснабжения. В данной статье рассматривается применение автоматики – устройства 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).

Рисунок 1 – Схема АВР с секционным выключателем

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.

Рисунок 2 – Векторная диаграмма напряжений на двигателе при АВР

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

Как работают устройства автоматики включения резерва (АВР) в электрических сетях

В наше время перебои с электроснабжением не редкость. И хотя в нашей стране достаточно электроэнергии, но проблема бесперебойного электроснабжения остается. Решить ее поможет установка дополнительных источников электроэнергии, таких как генератор, аккумулятор, а так же иные альтернативные источники электропитания.

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии делятся на три категории:

I категория — к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, опасность для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр.

II категория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта.

III категория — все остальные потребители электроэнергии.

Таким образом, кроме неудобств в повседневной жизни человека, длительный перерыв в электропитании может привести к угрозе жизни и безопасности людей, материальному ущербу и другим, не менее серьезным последствиям.Бесперебойное питание можно реализовать, осуществив электропитание каждого потребителя от двух источников одновременно (для потребителей I категории так и делают), однако подобная схема имеет ряд недостатков:

  • Токи короткого замыкания при такой схеме гораздо выше, чем при раздельном питании потребителей.
  • В питающих трансформаторах выше потери электроэнергии.
  • Релейная защита сложнее, чем при раздельном питании.
  • Необходимость учета перетоков мощности вызывает трудности, связанные с выработкой определенного режима работы системы.
  • В некоторых случаях не получается реализовать схему из-за того, что нет возможности осуществить параллельную работу источников питания из-за ранее установленной релейной защиты и оборудования.

В связи с этим возникает необходимость в раздельном электроснабжении и быстром восстановлении электропитания потребителей. Решение этой задачи и выполняет АВР. АВР может подключить отдельный источник электроэнергии (генератор, аккумуляторная батарею) или включить выключатель, разделяющий сеть, при этом перерыв питания может составлять всего 0.3 — 0.8 секунд.

При проектировании систем гарантированного электроснабжения, предназначенных для обеспечения работы электроприемников I категории и особой группы первой категории надежности, возникает задача выбора типа устройства автоматического ввода резерва (АВР).

Автоматический ввод резерва (АВР) — метод защиты, предназначенный для бесперебойной работы сети электроснабжения. Реализован с помощью автоматического подключения к сети других источников электропитания в случае аварии основного источника электроснабжения.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к этим устройствам при построении системы гарантированного электроснабжения.

1. Как известно (гл.1.2 ПУЭ), электроприемники первой категории надежности должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, а для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого источника.

2. В обоих случаях в качестве одного из резервирующих источников питания может использоваться автоматизированная дизель-электрическая электростанция, что требуется учитывать при выборе конкретной схемы АВР.

3. При использовании АВР должны быть приняты меры, исключающие возможность замыкания между собой двух независимых источников питания друг на друга, причем в дополнение к требованиям ПУЭ службы энергонадзора, как правило, требуют наличия не только электрической, но и механической блокировки коммутирующих элементов.

4. Максимальное время переключения резерва зависит от характеристик потребителей электроэнергии, но при наличии в системе источников бесперебойного питания (ИБП) не имеет определяющего значения. Для исключения ложных срабатываний при переключениях АВР на стороне высокого напряжения должна быть предусмотрена возможность регулировки задержки переключения при неисправностях одной из сетей.

5. Важное значение имеет наличие регулировки порогов срабатывания АВР в диапазоне контролируемого напряжения для каждого ввода. Так, например, в случае подключения к выходу АВР ИБП согласование между собой диапазонов входных напряжений обоих устройств позволяет обеспечить своевременное переключение на резервную сеть при отклонении напряжений основной питающей сети за заданные значения и тем самым исключить длительную работу ИБП на батареях при исправной резервной сети.

6. Желательно наличие индикации состояния и возможности ручного управления АВР.

Преимущества и недостатки различных типов АВР с позиций перечисленных требований.

Тиристорные (электронные) АВР

Статический переключатель нагрузки — (англ.: LTM — Load Transfer module (модуль переключения нагрузки)). В этом типе АВР в качестве силового коммутирующего элемента используются мощные тиристоры, обеспечивающие практически нулевое время переключения между двумя независимыми вводами.

Преимущества: Основное и очень значимое преимущество: практически нулевое время переключения между вводами (возможно применения для переключения между ИБП (источник бесперебойного питания) разной мощности, разных производителей). Переключение между вводами никак не сказывается на электроснабжении ответственных потребителей электроэнергии (серверы, компьютерное оборудование, устройства автоматики, телекоммуникационное оборудование и т.д.). При использовании LTM в схемах электроснабжения критически важных объектов или ответственных потребителей можно существенно сэкономить на применении ИБП, ДГА и других устройств независимого электроснабжения.

Недостатки: Основной недостаток это очень высокая стоимость по сравнению с механическими АВР (на контакторах и рубильниках).

Электромеханические АВР на контакторах

АВР на контакторах получили наиболее широкое применение, в основном, благодаря низкой стоимости комплектующих. В основе щита АВР на контакторах обычно применяются два контактора с взаимной электрической или электромеханической блокировкой и реле контроля фаз. В самых дешевых вариантах АВР на контакторах используется обычное реле, контролирующее наличие напряжения только на одной фазе, без контроля качества электроэнергии (частота, напряжение). При пропадании напряжения на одной фазе, АВР на контакторах переключает нагрузку на другой (резервный) ввод электроэнергии. При использовании качественных полнофункциональных реле контроля фаз (контроль 3-х фаз: напряжение, частота, временные задержки на перевод нагрузки, возможность программирования диапазонов и задержек) и применении механической блокировки (предотвращает одновременную подачу электропитания с двух вводов) АВР на контакторах становится довольно качественным и законченным изделием.

Преимущества: дешевая стоимость, выполняет защитные функции (высокий ток, короткое замыкание).

Недостатки: отсутствие возможности ручного переключения при неисправности АВР, низкая ремонтопригодность (при отказе одного из элементов АВР, требуется демонтаж и ремонт всего изделия), длительное время переключения (от 16 до 120 мс). Небольшое количество циклов срабатывания. Вероятность залипания контактов контактора.

Электромеханические АВР на автоматических выключателях с электроприводом

Такие АВР несколько уступают предыдущим по быстродействию и также позволяют осуществить механическую и электрическую блокировки при двухвходовой схеме.

Недостатки: более сложная схема и более высокую стоимость этих устройств.

Электромеханические АВР на управляемых переключателях с электроприводом

В основе лежит рубильник (переключатель с нулевым средним положением, приводимый в действие моторным приводом. Привод управляется контроллером, который является частью автоматического рубильника или может устанавливаться отдельно).

Преимущества: Высокая ремонтопригодность: автоматический рубильник состоит из трех основных элементов: рубильник (переключатель), моторный привод, контроллер. Выход из строя рубильника практически невозможен. При выходе из строя моторного привода или контроллера (реле контроля фаз), возможна их замена без демонтажа щита АВР и без демонтажа самого рубильника. При снятом моторном приводе и контроллере возможно переключение нагрузки в ручном режиме. Легкая сборка щита АВР. Для сборки щита требуется установить рубильник на монтажную плату, никакие дополнительные силовые или контрольные соединения не используются. Высокая надежность: за счет применения малого количества элементов и за счет использования в качестве силового коммутирующего устройства 13 рубильника.

Недостатки: относительно высокая стоимость (на токи до 125 А). Отсутствие защитных функций

У всех рассмотренных типов АВР при необходимости могут быть реализованы функции контроля верхнего и нижнего уровня напряжений, введены элементы регулировки задержек и схемы управления работой ДЭС.

На основании выше сказанного, можно сделать следующие выводы:

Для системы гарантированного электроснабжения , имеющей два независимых ввода электроснабжения:

  • Целесообразно использовать АВР электромеханического типа, которые могут быть выполнены на контакторах, управляемых автоматических выключателях или управляемых переключателях с электроприводом.
  • Схема АВР должна предусматривать регулировки задержек переключения, порогов срабатывания во всем диапазоне входных напряжений.
  • Желательно наличие механической блокировки, исключающей возможность замыкания двух входов друг на друга.
  • При использовании в качестве резервного источника дизель-электрической станции схема АВР должна содержать необходимые элементы для управления ее работой (автоматический пуск и останов ДЭС, возможность регулировки различных временных параметров, в том числе задержки обратного переключения на сеть, времени работы ДЭС на холостом ходу для охлаждения и т.п.).

Для системы гарантированного электроснабжения, имеющей три независимых ввода электроснабжения:

  • Трехвходовая схема может быть реализована путем последовательного соединения двух двухвходовых АВР, при этом каждый из этих аппаратов должен быть выполнен с учетом требований, указанных выше.
  • АВР на контакторах и управляемых автоматических выключателях могут быть реализованы как трехвходовые (что уменьшит суммарную стоимость оборудования на 20-30% за счет меньшего числа коммутирующих элементов), однако при этом невозможно обеспечить полноценную механическую блокировку между тремя входами.

Остановимся на некоторых практических рекомендациях, которые подтверждены в различных проектах, реализованных специалистами холдинга «Электросистемы».

1. Система гарантированного электроснабжения мощностью до 100кВА, имеющая в своем составе ИБП и работающая от двух сетевых входов.

В этом случае могут быть предложены автоматические коммутаторы серии АК фирмы «ППФ БИП-сервис», представляющие собой АВР контакторного типа. Эти аппараты имеют:

  • механическую и электронную блокировку контакторов;
  • автоматические выключатели на каждом входе, обеспечивающие защиту сетей от перегрузок и коротких замыканий нагрузки;
  • регулировку диапазона контролируемых напряжений;
  • контроль правильности чередования фаз; возможность установки приоритета любого из входов;
  • индикацию режима работы и состояния входов;
  • регулировку задержки времени переключения.

Такой перечень функциональных возможностей позволяет успешно применять коммутаторы серии АК в системах, содержащих ИБП.

2. Система гарантированного электроснабжения мощностью более 100кВА, имеющая в своем составе ИБП и работающая от двух сетевых входов.

Для таких систем более целесообразно использовать автоматические коммутаторы серии АКП фирмы «ППФ БИП-сервис», которые представляют собой АВР на управляемых переключателях с электроприводом.

Эти аппараты имеют все перечисленные выше особенности, но кроме того, как указывалось выше, позволяют управлять переключением входов вручную при любом напряжении или его отсутствии. Переключатели оснащены механическими замками, позволяющими заблокировать их в любом из возможных состояний, что может быть в некоторых случаях важно для потребителя.

3. Система гарантированного электроснабжения, работающая от одного сетевого ввода и имеющая в качестве резервного питания ДЭС.

Для такой конфигурации может быть применена панель переключения нагрузки типа TI, также представляющая собой АВР контакторного типа, но имеющая в своем составе все необходимые элементы для управления автоматизированной ДЭС. Изделия этого типа, как правило, рекомендуются фирмами — изготовителями дизель-генераторов, в частности, фирмой F.G.Wilson.

4. Система гарантированного электроснабжения, имеющая в своем составе ИБП и работающая от двух сетевых входов и резервной ДЭС.

Здесь могут быть предложены следующие варианты построения АВР:

  1. каскадное соединение АВР серии АК или АКП и панели переключения TI;
  2. трехвходовой коммутатор серии АК с функцией управления ДЭС;
  3. трехвходовой коммутатор серии АКП с функцией управления ДЭС.

Система гарантированного электроснабжения, реализованная по первому варианту (рис.1), по существу, является комбинацией двух рассмотренных выше схем для двух сетевых вводов и для сетевого ввода и ДЭС.

Очевидно, однако, что эта схема обладает некоторой избыточностью (например, для коммутаторов типа АК необходимо четыре контактора), поэтому схемы трехвходовых АВР могут быть экономически более привлекательны.

В то же время следует повторно отметить то обстоятельство, что для трехвходовой контакторной схемы невозможна полноценная механическая блокировка всех входов между собой, что определяется конструктивными особенностями контакторов. В связи с этим в трехвходовых контакторных АВР целесообразно установить электрическую и механическую блокировку между ДГ и каждым из сетевых вводов, а между сетевыми вводами предусмотреть только электрическую блокировку. Именно по такому принципу выполнены трехвходовые коммутаторы серии АК (см. рис.2).

Схема трехвходового коммутатора серии АКП (рис.3), как отмечалось ранее, исключает возможность замыкания входов между собой за счет конструкции переключателей и одновременно дешевле, чем два отдельных каскадно соединенных АВР.

Каждый электрик должен знать:  Тензодатчик устройство, принцип работы, схема подключения
Добавить комментарий