Оперативный ток предназначен для питания вторичных цепей электростанции или подстанции (цепей электромагнитов отключения и включения коммутационных аппаратов, устройств управления, автоматики, сигнализации, защиты и измерения, телемеханики и прочего).
Типы систем оперативного тока
Различают следующие системы оперативного тока на подстанциях:
4) смешанная система оперативного тока –используется комбинация вышеперечисленных систем.
Назначение
Постоянный оперативный ток применяется на распределительных пунктах (РП) 6(10) кВ, а также на всех подстанциях 35 кВ и выше на вновь устанавливаемых объектах [1].
Переменный оперативный ток применяется на распределительных пунктах (РП) 6(10) кВ, на существующих ПС 35/6(10) кВ, и ПС 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения.
Выпрямленный оперативный ток применяется на существующих ПС 35/6(10) кВ, и ПС 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения.
Таким образом наиболее перспективной на данный момент является система оперативного постоянного тока, несмотря на то, что ее применение требует установки аккумуляторных батарей (АБ), увеличивающую стоимость сооружения и вызывает необходимость организации сети постоянного тока.
Состав СОПТ
В общем случае система оперативного постоянного тока имеет в своем составе следующие компоненты:
Зарядное устройство (ЗУ).
Щит постоянного тока (ЩПТ) – комплектное низковольтное распределительное устройство шкафного исполнения, предназначенное для подключения источников питания (АБ и ЗУ) и распределения электроэнергии постоянного тока по группам электроприемников.
Система оперативного постоянного тока может иметь централизованную или децентрализованную структуру. В децентрализованной СОПТ применяется два и более гальванически развязанных комплектами источников постоянного тока, обеспечивающих питание отдельных групп электроприемников, в централизованной – один.
Область применения СОПТ
На ПС 35 кВ и выше должна как правило применяться централизованная (общеподстанционная) система оперативного постоянного тока. При расположении РЗА присоединений ПС в отдельных РЩ, приближенных к первичному оборудованию, необходимо рассматривать целесообразность применения децентрализованной системы СОПТ, состоящей из гальванически не связанных АБ, расположенных в ОПУ и зданиях РЩ.
СОПТ с применением шкафов оперативного тока (ШОТ)
Одним из вариантов организации системы оперативного постоянного тока является использование серийно изготавливаемых шкафов оперативного постоянного тока (ШОТ). Преимуществами шкафного исполнения является удобство обслуживания, осмотра и ремонта при эксплуатации, компактность, относительно небольшая стоимость.
В качестве примера на рисунке 1 показан шкаф оперативного тока типа ШОТ-МТ-1 производства НПП «Микропроцессорные технологии» (рис.1) с применяемым оборудованием.
1 – Аккумуляторные батареи
2 – Зарядно-выпрямительные устройства
4 – Лампы индикации
5 – Вентиляционная решетка
6 – Защитные аппараты
О схеме распределения оперативного тока читайте в следующей статье о системах оперативного тока на нашем сайте. Следите за обновлениями на сайте и социальных сетях!
Оперативным называется ток, при помощи которого производится управление первичной коммутационной аппаратурой (выключателями, отделителями и т. д.), а также питание цепей релейной защиты и автоматики, разных видов управления и сигнализации. Основное требование – источники оперативного тока должны быть всегда готовы к действию во всех необходимых случаях (независимость от режима работы сети).
Используют два вида оперативного тока – постоянный и переменный.
1) Оперативный постоянный ток.
Источниками постоянного тока являются аккумуляторные батареи, работающие в режиме постоянного подзаряда. Рабочее напряжение батарей 110–220 В. В качестве подзарядного устройства используется мощный тиристорный преобразователь, снабженный элементным коммутатором, с помощью которого можно изменять число участвующих в химической реакции пластин. Для повышения надежности сеть оперативного тока секционируют на ряд участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.
Основные достоинства:
— простой источник тока, работа которого не зависит от состояния основной системы;
— возможность работы при одном замыкании на землю одного из полюсов при сохранении междуполюсного напряжения.
Недостатки постоянного оперативного тока:
— сложность выполнения защиты от повреждений в цепях постоянного тока;
— требуют специального помещения;
— требуют квалифицированного обслуживания;
Оперативный постоянный ток в первую очередь используется в электроустановках, где батареи требуются для включения мощных выключателей с электромагнитными приводами и ряда других нужд (например, на ТЭС, мощных ГЭС и подстанциях).
Рис.2.1. Принципиальная схема питания оперативных цепей РЗ, управления и сигнализации оперативным постоянным током
2) Оперативный переменный ток.
Источниками оперативного переменного тока могут быть трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд, включаемые соответственно на токи и напряжения элементов защищаемой установки.
Трансформаторы тока могут являться надежными источниками питания защит только от повреждений, сопровождающихся значительными токами, когда они в состоянии отдавать мощность, достаточную кроме всего для работы привода выключателя (при однофазных замыканиях на землю не подходят).
Трансформаторы собственных нужд и трансформаторы напряжения в общем случае, наоборот, непригодны для питания защит от КЗ, сопровождающихся снижением напряжения до нуля, и могут применяться для управления в режимах, характеризуемых напряжениями близкими к рабочим (например, однофазное замыкание на землю).
Таким образом, перечисленные источники питания не являются универсальными (как аккумуляторные батареи), а имеют ограниченные области применения. Поэтому часто используются несколько раздельных источников переменного оперативного тока или комбинированные устройства.
Схемы с использованием переменного оперативного тока:
1) Схемы с дешунтированием катушки отключения привода выключателя.
Однолинейный вид совмещенной схемы токовой защиты с реле тока КАТ с выдержкой времени с имеющим специальный переключающий контакт без разрыва цепи представлена на рис. 4.
В рабочих режимах процессе срабатывания реле тока КАТ размыкающей частью своего контакта, имеющей большую отключающую способность (с дугогасящим устройством), шунтирует цепь катушки электромагнита отключения выключателя YAT (нормально разорвана замыкающей частью контакта).
Нагрузка трансформатора тока ТА определяется относительно небольшой мощностью цепи обмотки реле тока, и трансформатор работает с необходимой точностью (e£10%). После срабатывания защиты электромагнит выключателя включается последовательно с обмоткой реле и через нее проходит полный вторичный ток трансформатора тока, определяющий отключение выключателя. При этом трансформатор тока сильно перегружается (e>10%), но для срабатывания защиты это уже несущественно.
Главное, чтобы ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока был больше или равен току срабатывания катушки электромагнита отключения выключателя и был не меньше тока возврата реле тока.
Достоинствами схем с дешунтированием катушки отключения привода выключателя являются простота и экономичность. А недостатками являются: зависимость от режима работы сети; оборудование на переменном токе имеет большие габариты; вибрация контактов.
Рассмотренные схемы могут применяться в сетях с номинальным напряжением до 35 кВ при пружинных приводах у выключателей (преимущественно на тупиковых подстанциях, где ток дешунтирования не превышает 50 А). Современные специальные реле тока и промежуточные реле имеют контакты, способные отключить ток до 150 А.
2) Схемы с блоками питания выпрямленным током, напряжением.
Под блоками питания понимаются устройства, питаемые от трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и трансформаторов собственных нужд, выпрямляющие ток, напряжение и обеспечивающие напряжение, используемое для оперативных цепей.
Блоки делятся на токовые (БПТ), напряжения (БПН) и комбинированные, состоящие из БПТ и БПН, работающих параллельно на стороне выпрямленного напряжения. На рис. 5 представлен пример схемы комбинированного блока питания оперативным выпрямленным током.
БПН обеспечивает питание при замыканиях между двумя фазами за силовым трансформатором с группой соединения обмоток Y/D, D/Y, а также при однофазном КЗ за трансформатором с группой соединения обмоток Y/Y-0 с нулевым проводом, когда разность токов с питающей стороны равна нулю, но междуфазное напряжение близко к рабочему.
Рис. 2.5. Схема комбинированного блока питания выпрямленным током
Достоинства схем с блоками питания выпрямленным током и напряжением:
— возможность индивидуального обеспечения питания оперативным током одного защищаемого присоединения (однако при значительном числе присоединений экономически целесообразным оказывается групповое питание);
— возможность применения защитной аппаратуры, изготовляемой для установок с аккумуляторными батареями.
Недостатки схем с блоками питания выпрямленным напряжением и током:
— недостаточная мощность для питания катушек включения электромагнитных приводов (обычно осуществляется от выпрямительных блоков, питаемых от трансформаторов собственных нужд подстанции);
— невозможность использования для минимальных защит напряжения, а также при отключении подстанции с упрощенной схемой соединений со стороны высшего напряжения для управления отделителем в бестоковую паузу;
— необходимость отдельных сердечников трансформаторов тока, когда требуется большая отдаваемая мощность.
Схемы с блоками питания выпрямленным током широко применяются на понижающих подстанциях с номинальным напряжением до 35 кВ, а также на подстанциях с номинальным напряжением 110–220 кВ с упрощенными схемами электрических соединений со стороны высшего напряжения (не имеется выключателей на этом напряжении).
Некоторые из недостатков могут быть устранены при одновременном использовании энергии предварительно заряженных конденсаторов.
3) Схемы с предварительно заряженными конденсаторами.
Состоит из зарядного устройства, условно показанного на схеме промежуточным трансформатором TL, и блока конденсаторов С, заряжаемого через выпрямитель VD. Для предотвращения разряда конденсаторов через обратное сопротивление выпрямителя блок конденсаторов автоматически отключается от зарядного устройства замыкающим контактом минимального реле напряжения KV при значительном понижении выходного напряжения зарядного устройства.
Основным недостатком схем с предварительно заряженным конденсатором является импульсность действия, поэтому каждый элемент должен присоединяться к отдельному блоку конденсаторов.
Достоинствами схемы является возможность проведения оперативных операций на подстанции, потерявшей питание (например, отключение отделителей в бестоковую паузу) и возможность отключения выключателей с любыми тяжелыми приводами.
Основная область применения: питание цепей отключения выключателей и отделителей.
Рис.2. 6. Схема с предварительно заряженным конденсатором
4) Схемы с реле прямого действия.
Защиты с реле прямого действия также могут быть условно отнесены к работающим на оперативном переменном токе. Простота и автономность защит с реле прямого действия обуславливают продолжающееся их использование для осуществления защит, если их параметры и погрешности являются приемлемым (обмотки реле питаются непосредственно от трансформаторов тока и трансформаторов напряжения, а исполнительные органы действуют непосредственно на отключение выключателей).
Системы оперативного тока на электрических подстанциях
Назначение системы оперативного тока на электрических подстанциях
Совокупность источников питания, кабельных линий, шин питания переключающих устройств и других элементов оперативных цепей составляет систему оперативного тока данной электроустановки. Оперативный ток на подстанциях служит для питания вторичных устройств, к которым относятся оперативные цепи защиты, автоматики и телемеханики, аппаратура дистанционного управления, аварийная и предупредительная сигнализация. При нарушениях нормальной работы подстанции оперативный ток используется также для аварийного освещения и электроснабжения электродвигателей (особо ответственных механизмов).
Проектирование установок оперативного тока
Проектирование установки оперативного тока сводят к выбору рода тока, расчету нагрузки, выбору типа источников питания, составлению электрической схемы сети оперативного тока и выбору режима работы.
Требования, предъявляемые к системам оперативного тока
К системам оперативного тока предъявляют требования высокой надежности при коротких замыканиях и других ненормальных режимов в цепях главного тока.
Классификация систем оперативного тока на электрических подстанциях
Применяются следующие системы оперативного тока на подстанциях:
В системах оперативного тока различают:
Постоянный оперативный ток применяется на подстанциях 110-220 кВ со сборными шинами этих напряжений, на подстанциях 35-220 кВ без сборных шин на этих напряжениях с масляными выключателями с электромагнитным приводом, для которых возможность включения от выпрямительных устройств не подтверждена заводом-изготовителем.
Переменный оперативный ток применяется на подстанциях 35/6(10) кВ с масляными выключателями 35 кВ, на подстанциях 35-220/6(10) и 110-220/35/6(10) кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, когда выключатели 6(10)-35 кВ оснащены пружинными приводами.
Выпрямленный оперативный ток должен применяться: на подстанциях 35/6(10) кВ с масляными выключателями 35 кВ, на подстанциях 35-220/6(10) кВ и 110-220/35/6(10) кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, когда выключатели оснащены электромагнитными приводами; на подстанциях 110 кВ с малым числом масляных выключателей на стороне 110 кВ.
Смешанная система постоянного и выпрямленного оперативного тока применяется для уменьшения емкости аккумуляторной батареи за счет применения силовых выпрямительных устройств для питания цепей электромагнитов включения масляных выключателей. Целесообразность применения этой системы должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами.
Смешанная система переменного и выпрямленного оперативного тока применяется: для подстанций с переменным оперативным током при установке на вводах питания выключателей с электромагнитным приводом, дл я питания электромагнитов включения которых устанавливаются силовые выпрямительные устройства. Для подстанций 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, когда не обеспечивается надежная работа защит от блоков питания при трехфазных коротких замыканий на стороне среднего или высшего напряжения.
В этом случае защита трансформаторов выполняется на переменном токе с использованием предварительно заряженных конденсаторов, а остальных элементов подстанции – на выпрямленном оперативном токе.
Система постоянного оперативного тока
В качестве источников постоянного оперативного тока используются аккумуляторные батареи типа СК или СН.
Потребители постоянного тока
Всех потребителей энергии, получающих питание от аккумуляторной батареи, можно разделить на три группы:
1) Постоянно включенная нагрузка – аппараты устройств управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, постоянно обтекаемые током, а также постоянно включенная часть аварийного освещения. Постоянная нагрузка на аккумуляторной батареи зависит от мощности постоянно включенных ламп сигнализации и аварийного освещения, а также от типов реле. Так как постоянные нагрузки невелики и не влияют на выбор батареи, в расчетах можно ориентировочно принимать для крупных подстанций 110-500 кВ значение постоянно включенной на грузки 25 А.
2) Временная нагрузка – появляющаяся при исчезновении переменного тока во время аварийного режима – токи нагрузки аварийного освещения и электродвигателей постоянного тока. Длительность этой нагрузки определяется длительностью аварии (расчетная длительность 0,5 часа).
3) Кратковременная нагрузка (длительностью не более 5 с) создается токами включения и отключения приводов выключателей и автоматов, пусковыми токами электродвигателей и токами нагрузки аппаратов управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, кратковременно обтекаемых током.
При переменном оперативном токе наиболее простым способом питания электромагнитов отключения выключателей является непосредственное включение их во вторичные цепи трансформаторов тока (схемы с реле прямого действия или с дешунтированием электромагнитов отключения при срабатывании защиты). При этом предельные значения токов и напряжений в токовых цепях защиты не должны превышать допустимых значений, а токовые электромагниты отключения (реле типов РТМ, РТВ или ТЭО) должны обеспечивать необходиму ю чувствительность защиты в соответствии с требованиями ПУЭ. Если эти реле не обеспечивают необходимой чувствительности защиты, питание цепей отключения производится от предварительно заряженных конденсаторов.
На подстанциях с переменным оперативным током питание цепей авто-матики, управления и сигнализации производится от шин собственных нужд через стабилизаторы напряжения.
Источниками переменного оперативного тока являются трансформаторы собственных нужд и измерительные трансформаторы тока и напряжения, осуществляющие питание вторичных устройств непосредственно или через промежуточные звенья – блоки питания, конденсаторные устройства. Переменный оперативный ток распределяется централизованно и, следовательно, при его использовании не требуется сложной и дорогой распределительной сети. Однако зависимость питания вторичного оборудования от наличия напряжения в основной сети, недостаточная мощность самих источников (измерительные трансформаторы тока и напряжения) ограничивает область применения оперативного переменного тока.
Трансформаторы тока служат надежными источниками для питания за-щит от коротких замыканий; трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут служить источниками для защит от повреждений и ненормальных режимов, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения, когда не требуется высокой стабильности напряжения и допустимы перерывы в питании.
Стабилизаторы напряжения предназначены для:
1) поддержания необходимого напряжения оперативных цепей при работе АЧР, когда возможно о дновременное снижение частоты и напряжения;
2) разделения оперативных цепей и остальных цепей собственных нужд подстанции (освещение, вентиляция, сварка и т.д.), что существенно повышает надежность оперативных цепей.
Система выпрямленного оперативного тока
Для выпрямления переменного тока используются:
Блоки питания стабилизированные типа БПНС-2 совместно с токовыми типа БПТ-1002 – для питания цепей защиты, автоматики, управления.
Блоки питания нестабилизированные типа БПН-1002 – для питания цепей сигнализации и блокировки, что уменьшает разветвленность цепей оперативного тока и обеспечивает возможность выдачи всей мощности стабилизированных блоков для срабатывания защиты и отключения выключателей.
Блоки БПН-1002 вместо БПНС-2 – для питания цепей защиты, автоматики, управления, когда возможность их использования подтверждена расчетом и не требуется стабилизация оперативного напряжения (например, при отсутствии АЧР).
Силовые выпрямительные устройства ТЧ на УКП и УКПК с индуктивным накопителем – для питания включающих электромагнитов приводов масляных выключателей. Индуктивный накопитель обеспечивает включение выключателя на короткое замыкание при зависимом питании цепей включения.
Блоки питания нестабилизированные БПЗ-401 применяются для заряда конденсаторов, которые используются для отключения отделителей, включения короткозамыкателей, отключения выключателей 10(6) кВ защитой минимального напряжения, а также отключения выключателей 35-110 кВ при недостаточной мощности блока питания.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Оперативный ток предназначен для питания вторичных цепей электростанции или подстанции (цепей электромагнитов отключения и включения коммутационных аппаратов, устройств управления, автоматики, сигнализации, защиты и измерения, телемеханики и прочего).
Типы систем оперативного тока
Различают следующие системы оперативного тока на подстанциях:
4) смешанная система оперативного тока –используется комбинация вышеперечисленных систем.
Назначение
Постоянный оперативный ток применяется на распределительных пунктах (РП) 6(10) кВ, а также на всех подстанциях 35 кВ и выше на вновь устанавливаемых объектах [1].
Переменный оперативный ток применяется на распределительных пунктах (РП) 6(10) кВ, на существующих ПС 35/6(10) кВ, и ПС 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения.
Выпрямленный оперативный ток применяется на существующих ПС 35/6(10) кВ, и ПС 35-220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения.
Таким образом наиболее перспективной на данный момент является система оперативного постоянного тока, несмотря на то, что ее применение требует установки аккумуляторных батарей (АБ), увеличивающую стоимость сооружения и вызывает необходимость организации сети постоянного тока.
Состав СОПТ
В общем случае система оперативного постоянного тока имеет в своем составе следующие компоненты:
Зарядное устройство (ЗУ).
Щит постоянного тока (ЩПТ) – комплектное низковольтное распределительное устройство шкафного исполнения, предназначенное для подключения источников питания (АБ и ЗУ) и распределения электроэнергии постоянного тока по группам электроприемников.
Система оперативного постоянного тока может иметь централизованную или децентрализованную структуру. В децентрализованной СОПТ применяется два и более гальванически развязанных комплектами источников постоянного тока, обеспечивающих питание отдельных групп электроприемников, в централизованной – один.
Область применения СОПТ
На ПС 35 кВ и выше должна как правило применяться централизованная (общеподстанционная) система оперативного постоянного тока. При расположении РЗА присоединений ПС в отдельных РЩ, приближенных к первичному оборудованию, необходимо рассматривать целесообразность применения децентрализованной системы СОПТ, состоящей из гальванически не связанных АБ, расположенных в ОПУ и зданиях РЩ.
СОПТ с применением шкафов оперативного тока (ШОТ)
Одним из вариантов организации системы оперативного постоянного тока является использование серийно изготавливаемых шкафов оперативного постоянного тока (ШОТ). Преимуществами шкафного исполнения является удобство обслуживания, осмотра и ремонта при эксплуатации, компактность, относительно небольшая стоимость.
В качестве примера на рисунке 1 показан шкаф оперативного тока типа ШОТ-МТ-1 производства НПП «Микропроцессорные технологии» (рис.1) с применяемым оборудованием.
1 – Аккумуляторные батареи
2 – Зарядно-выпрямительные устройства
4 – Лампы индикации
5 – Вентиляционная решетка
6 – Защитные аппараты
О схеме распределения оперативного тока читайте в следующей статье о системах оперативного тока на нашем сайте. Следите за обновлениями на сайте и социальных сетях!
Рассмотренные схемы могут применяться в сетях с номинальным напряжением до 35 кВ при пружинных приводах у выключателей (преимущественно на тупиковых подстанциях, где ток дешунтирования не превышает 50 А). Современные специальные реле тока и промежуточные реле имеют контакты, способные отключить ток до 150 А.
