Автоматическое включение резервного питания при наличии двух независимых источников электроэнергии

Цель работы: Знакомство с назначением и существующими устройствами автоматического включения резервного питания (АВР) для трансформаторных подстанций и прочих центров питания при наличии двух источников электроэнергии. Изучение конкретного устройства АВР на основе демонстрационного стенда оборудования и элементов компании АВВ.

Теоретические сведения

Обеспечения надежности - одна из важнейших задач систем электроснабжения. В соответствии со статистическими данными, успешность срабатывания АВР составляет 90–95 %. Простота схем и высокая эффективность обусловили широкое применение АВР на электростанциях, в электрических сетях общего назначения и системах электроснабжения. АВР широко применяется для обеспечения надёжности питания потребителей и электроприёмников первой и особой категорий при наличии двух независимых источников электроэнергии. Отказ основного источника питания возможен при появлении одной из причин:

· штатное срабатывание релейной защиты при появлении повреждений в питающей сети;

· ложное или неселективное срабатывание релейной защиты при появлении повреждений в питающей сети;

· самопроизвольное отключение выключателя (отказ) в головной части питающей линии электропередачи;

· ошибочные действия персонала при проведении ремонтных или наладочных работ, выполнении оперативных переключений;

· повреждение изоляции в цепях оперативного тока (цепи вторичной коммутации), приводящее к отключению выключателей рабочего источника питания и т.д.

В некоторых случаях требуется задержка срабатывания АВР. Например, при запуске мощных двигателей на стороне потребителя, устройство АВР должно игнорировать просадку напряжения, сопровождающую пуск двигателя.

Существует минимальная необходимая продолжительность перерыва питания при действии АВР, которая определяется двумя условиями:

· деионизация среды в месте повреждения в случае короткого замыкания на сборных шинах;

· минимальный ущерб от нарушений технологического процесса потребителя.

Восстановление изоляции шин после отключения неустойчивого повреждения происходит не мгновенно, а лишь через некоторое время, необходимое для деионизации среды, в которой происходило горение электрической дуги. Если напряжение будет подано раньше, чем закончится процесс деионизации, то в месте повреждения возможно повторное зажигание дуги. В этом случае срабатывание АВР будет неуспешным. Оценку условий деионизации среды при повреждениях на шинах следует производить с учетом того обстоятельства, что синхронные и асинхронные электродвигатели могут в течение некоторого времени после отключения трансформаторов поддерживать напряжение в месте повреждения и тем самым поддерживать горение дуги.

Для достижения минимальных нарушений в технологическом процессе потребителя необходимо иметь минимально возможное время действия АВР. В большинстве случаев технологический процесс восстанавливается, после завершения самозапуска электродвигателей. Под самозапуском понимается разгон электродвигателей до их номинальной или рабочей скорости вращения после восстановлении напряжения. При значительной продолжительности перерыва питания электродвигатели выбегают до полной остановки. Это приводит к нарушению технологического процесса производства и появлению ущербов. Устройства АВР должны обеспечивать однократность действия, что необходимо для предотвращения многократного включения резервного питания на неустранившееся короткое замыкание. Многократные включения на существующее короткое замыкание опасны для выключателя, так как они могут привести к полному выходу его из строя без возможности восстановления. Включение резервного источника должно производиться только после отключения выключателя со стороны отказавшего источника. Для обеспечения успешного срабатывания АВР в тех случаях, когда напряжение на шинах у потребителя исчезло, а выключатель рабочего источника питания остался включенным, АВР должны дополняться защитой минимального напряжения. Эта защита должна контролировать наличие напряжения на шинах потребителя и отключать выключатель отказавшего источника питания. Если АВР выполняется на секционном или шинносоединительном выключателе, действие защиты этого выключателя должно ускоряться при оперативном включении и действии АВР для того, чтобы при включении на неустранившееся повреждение отключался этот выключатель, а не выключатель включаемого резервного источника.

Существует несколько вариантов организации автоматического включения резервного питания:

1. Имеется два источника питания (И1 и И2 рис. 5.1). В нормальном режиме используется один − И1 (рабочий). При отказе рабочего источника отключается QF1, а после этого включается QF2, восстанавливая напряжение на шинах гарантированного питания (ШГП).

Рис. 5.1. Схема АВР от двух источников

2.В качестве резервного источника используется локальный генератор G (рис. 5.2).При возникновении сбоя в питании от рабочего источника (И1) устройство АВР автоматически запускает генератор,отключает И1, а после выхода генератора G на рабочий режим включает QF₂.

Рис. 5.2. Схема АВР от источника и локального генератора

3. Оба источника И1 и И2 работают одновременно при отключенном секционном выключателе QF3 (рис. 5.3). При отказе одного из источников отключается вводной выключатель отказавшего источника и включается секционный выключатель QF3.

Рис. 5.3. Схема АВР с секционированием ШГП

Простейшие устройства АВР включают резервное питание при исчезновении или глубоком провале напряжения основного источника без каких-либо логических действий. Наиболее совершенные АВР имеют хорошо развитую логику. К числу таких устройств относятся АВР на базе блоков ATS021 и ATS022 компании ABB (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Внешний вид блоков АВР ATS021 (справа) и ATS022 (слева)

Блоки АВР ATS021 и ATS022 обеспечивают надежную и безопасную работу электроустановки, соответствуя Российским и мировым стандартам. Возможность коммуникации и дистанционного управления переключением в ручном режиме «местно» и по сети Modbus делают решение полностью удовлетворяющим самые передовые требования. Блоки ATS021 и ATS022 могут быть использованы для реализации схем АВР всех основных категорий электроприемников благодаря широкому набору их возможных режимов работы.

Простота схем подключения для автоматических выключателей серий Tmax XT, Tmax, Emax X1, Emax, использование микропроцессорных технологий для обеспечения логики работы АВР делают блоки ATS удобными и надежными средствами обеспечения бесперебойного питания в сетях низкого напряжения.

При проектировании схемы АВР, основанной на включении 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 сборных шин. В случае если невозможно подобрать такой источник питания, обычно предусматривают такую логику защиты, которая отключит питающие линии менее важных потребителей обеих систем сборных шин.