Выбор оперативного тока и автоматики

Питание оперативных цепей управления, защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации, а также включающих и отключающих устройств коммутационных аппаратов осуществляется от специальных источников оперативного тока. Оперативный ток используется также для аварийного освещения при нарушениях нормальной работы подстанции.

К постоянно включенным злектроприемникам оперативного тока относятся сигнальные лампы, катушки реле постоянно включенная часть аварийного освещения и т.п.

Временная нагрузка полностью включенного аварийного освещения потребляется в течение 0,5 - 1 часа до ликвидации аварии.

Кроме длительного тока нагрузки сети оперативного тока имеют место кратковременные (не более 5 секунд) пиковые нагрузки, потребляемые катушками электромагнитных приводов аппаратов. Эта мощность может быть значительна.

На подстанциях применяют следующие системы оперативного тока

- постоянный оперативный ток от аккумуляторных батарей;

- переменный оперативный ток от измерительных трансформаторов тока и напряжения, трансформаторов собственных нужд;

- выпрямленный оперативный ток от блоков питания или выпрямительных силовых устройств;

- смешанный, использующий разные системы оперативного тока (постоянный и выпрямленный, переменный и выпрямленный).

Аккумуляторные батареи являются независимыми от режима работы и состояния первичных цепей подстанции источниками питания. Трансформаторы тока и напряжения, трансформаторы собственных нужд, обеспечивающие питание систем переменного и выпрямленного оперативного тока, являются зависимыми источниками. Поэтому они дополняются источниками питания импульсного действия - предварительно заряженными конденсаторами или индукционными накопителями, обеспечивающими отключение коммутационных аппаратов при исчезновении на подстанции переменного напряжения.

В соответствии с рекомендациями [14,15] область применения той или иной системы оперативного тока определяется главной схемой электрических соединений подстанции, типом выключателей и приводов к ним.

Переменный оперативный ток применяется:

- на подстанциях 35/6-10 кВ с масляными выключателями 35 кB, оборудованными пружинными приводами;

- на подстанциях 110-220/6-10 кВ без выключателей 110-220 кВ в случае, когда выключатели 6-10 кВ имеют пружинные приводы;

- на подстанциях 110-220/35/6-10 кВ в случае, когда выключа­тели 6-10-35 кВ имеют пружинные приводы.

В системе переменного оперативного тока реле защиты прямого действия (встроенные в пружинные приводы выключателей) или электромагниты отключения пружинных приводов включаются непосредственно во вторичные цепи трансформаторов тока. Если при этом не обеспечивается необходимая чувствительность защиты, питание цепей отключения осуществляется от предварительно заряженных конденсаторов. В настоящем курсовом проекте этот, вопрос не рассматривается, т.к. расчеты релейной защиты заданием не предусматриваются.

Питание цепей автоматики, управления и сигнализации при этом производится переменным током от шин собственных нужд подстанции через стабилизаторы напряжения, что должно быть учтено в разделе 7.

Выпрямленный оперативный ток применяется:

- на подстанциях 35/6-10 кВ с масляными выключателями 35 кВ, имеющими электромагнитные приводы, с масляными выключателями 6-10 кВ, имеющими электромагнитные приводы на вводах и пружинные - на остальных присоединениях;

- на подстанциях 35-220/6-10 КВ без выключателей на стороне ВН и масляными выключателями 6-10 КВ с любыми приводами;

- на подстанциях 110/6-10 кВ и 110/35/6-10 кВ с малым числом масляных выключателей 110 кВ.

Применение выпрямленного оперативного, тока требует подтверждения заводом-изготовителем возможности зависимого питания цепей включения выключателей с электромагнитным приводом [l5].

Источниками выпрямленного оперативного тока могут быть:

- блоки питания (БП),включаемые на трансформаторы тока, напряжения и собственных нужд;

- силовые выпрямители.

Блоки питания делятся на токовые блоки (БПТ) и блоки напряжения (БПН, БПНС). Они могут применяться как самостоятельно, так и в комплекте друг с другом. Блоки питания используются для питания цепей релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации. Трансформаторы тока, на которые включаются БПТ, не допускается использовать для других целей.

Для питания электромагнитов включения приводов выключателей используют силовые выпрямители, в частности устройства питания комплектные типа УКП [15]. Устройство УКП состоит из двух сборочных единиц: УКП1 - силового выпрямителя с распределительным устройством выпрямленного тока и УКП2 - индукционного накопителя. Индукционный накопитель энергии обеспечивает включение одного масляного выключателя при исчезновении переменного напряжения в схеме.

В системе смешанного оперативного тока (постоянно-выпрямленного) для питания электромагнитов включения выключателей используются комплектные устройства оперативного тока типа ШУОТ, в которых установлены силовые выпрямители. При этом цепи релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации получают питание от аккумуляторной батареи и автоматического подзарядного устройства, входящих в комплект ШУОТ.

Для питания электромагнитов включения приводов высоковольтных выключателей используются также блоки питания серии БПРУ-66 и выпрямительные устройства серии КВУ-бб [14]. Схемы устройств КВУ-66 в отличие от БПРУ-66 не имеют РУ выпрямленного тока.

Постоянный оперативный ток применяется на подстанциях:

- 110-220 кВ со сборными шинами этих напряжений, масляными или воздушными выключателями независимо от типа приводов;

- 35-220 кВ с любой схемой и масляными выключателями с электромагнитными приводами, возможность включения которых от зависимых источников питания не подтверждается заводом-изготовителем или не обеспечивается схемой включения источников питания оперативных цепей.

В качестве источников постоянного оперативного тока используются :

- аккумуляторные батареи типа СК или СН;

- шкафы управления оперативного тока типа ШУОТ.

Шкафы управления ШУОТ, как уже отмечалось, имеют комплектные аккумуляторные батареи, собранные из аккумуляторов АБН – 80. При использовании шкафов ШУОТ расчет сводится к определению длительной и получасовой аварийной нагрузки постоянного тока, которые в сумме не должны превышать 20 А.

От аккумуляторов шкафов ШУОТ получают питание цепи оперативного постоянного тока в системе смешанного оперативного тока. При этом цепи электромагнитов включения подключаются к выпрямительным устройствам шкафов ШУОТ.

Аккумуляторы типа СН имеют меньшие размеры, чем СК. Они поступают в собранном виде, имеют лучшие разрядные характеристики, меньше выделяют паров серной кислоты. Поэтому на подстанциях применяются аккумуляторы СН. Они выпускаются. 14 типоразмеров: 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10 ;12; 14; 16; 18; 20.

При использовании аккумуляторной батареи задачей расчета является выбор номера и количества элементов батареи.

Исходными данными к расчету являются:

- типы выключателей и приводов к ним;

- номинальный ток электромагнитов включения приводов Iпр;

- ток аварийной получасовой нагрузки аварийного освещения I_0,5

- ток постоянной нагрузки I_ДЛ

Типовой номер батареи N выбирается по формуле

N ≥ (1,05 ∙ I aв) /j, (3.29)

где I ав - ток аварийного получасового режима;

j - допустимая нагрузка аварийного получасового разряда, приведенная к первому номеру аккумулятора (приводятся в справочной литературе).

I ав = I дл + I _0,5 (3.30)

Полученный номер округляется до ближайшего типового. Выбранный аккумулятор проверяется по наибольшему пиковому току I n.max, величина которого:

I n.max = I aв + I пp. (3.31)

где учитывается I пр самого мощного привода выключателя на подстанции.

Условие проверки:

(46-50) ∙ N ≥ I n.max, (3.32)

где (46-50) - коэффициент, учитывавший допускаемую перегрузку аккумуляторов типа СK (46) или СН (50) в режиме кратковременного разряда.

Число элементов в батарее при напряжении на шинах посто­янного тока 220 В: n- 220/1.75 = 125, где 1,75 - напряжение на аккумуляторе (элементе) в режиме кратковременного разряда.

На подстанциях 110-330 кВ устанавливается одна аккумуляторная батарея 220 В, на подстанциях 500-750 кВ - две батареи 220 В.

Аккумуляторные батарея на подстанциях, как правило, выполняют по схеме постоянного подзаряда без элементного коммутатора.

В нормальном режиме основные элементы по батареи подключены постоянно к подзарядному устройству: n₀ - 230/2,1 -108, где 230 - напряжение на шинах (1,05 U_НОМ); 2,15 - напряжение на элементе в режиме заряда.

Это же подзарядное устройство питает постоянно включенную нагрузку постоянного тока Iдл. Заряд батареи производится после ликвидации аварии, а также один раз в три месяца осуществляется уравнительный дозаряд. Заряд осуществляется от зарядного устройства. Учитывая, что в режиме заряда напряжение на элементе поднимается до 27 В, к шинам присоединяется: n_min - 230/2,7 = 85 элементов.

В схемах без элементного коммутатора батареи имеют отпайки от 85 и 108 элементов и таким образом к шинам постоянного тока подключаются 85, 108 и 125 элементов в режиме заряда, постоянного подзаряда и аварийного разряда соответственно. Для подзаряда и послеаварийного заряда устанавливаются два автоматизированных выпрямительных устройства.

Подзаряд и дозаряд осуществляются с помощью выпрямительных агрегатов ВАЗП-380/260-40/80 на напряжение 380 В и 260 В и ток; 40 и 80А. Потребляемая мощность (при cosφ = 0,86) составляет 20,8 кВт и 15.2 кВт соответственно.

В качестве зарядных устройств, применяются статические преобразователя или агрегаты "двигатель-генератор". Чтобы выбрать зарядное устройство определяют величину тока заряда:

I _З = 5 ∙ N + I дл . (3.33)

и напряжение в конце заряда следовательно, мощность, необходимую для заряда (Д - Г или преобразователя).