Тиристорні безконтактні пристрої в системах електропостачання 6-10 кВ та 0, 4 кв.

Однією з головних завдань проектувальників і розробників є створення систем електропостачання промислових підприємств здатнихзабезпечувати нормальну роботуенергоспоживачів при виникненні аварійних ситуацій з бокуенергосистем або на приєднаннях, що відходять.

Поява останніми роками швидкодіючих електромеханічних вакуумних та елегазових вимикачів обладнаних електронними мімікропроцесорними пристроями захистів дозволило частково вирішити проблему роботи споживачів в аварійних ситуаціях.

Однак, у більшості випадків, перерва в електропостачанні з боку одного з вводів на низьких підстанціях призводить до примусових зупинок технологічного обладнання та великих втрат споживачів. Особливо це стосується нафто-газодобувної галузі народного господарства країни.

У більшості випадків ці зупинки можна запобігти, застосовуючи ще більш швидкодіюче електротехнічне обладнання, створене на основі безконтактних тиристорних комутаційних апаратів.

Одним з основних напрямків діяльності ГУП «ІЕЕ ОЕЕП РАН» є розробка різних тиристорних комутаційних апаратів середнього класу напруги (610 кВ) та напруги 0,4 кВ.

У статті дається короткий огляд розроблених та виготовлених у ДУП «ІЕЕЕЕЕП РАН» тиристорних пристроїв, застосування яких дозволяє підвищити стійкість роботи технологічного обладнання у разі виникнення аварійних ситуацій в енергосистемах.

Тиристорний пристрій автоматичного введення резерву ТАВР-6/10 кВ

Призначення: Тиристорний пристрій автоматичного введення резерву ТАВР призначений для підвищення стійкості роботитехнологічних виробництв з безперервним циклом роботи при виникненні аварійних перерв і посадок напруги живлення на одному з вводів двоввідної низької підстанції.

Принцип дії: Робота ТАВР заснована на установці трифазного високовольтного тиристорного вимикача паралельно штатному секційному вимикачу підстанції. Висока швидкодія тиристорного вимикача дозволяє здійснити перехід на резервне джерело без гасіння поля збудження у синхронних електродвигунів. ТАВР синхронно перемикає секцію шин 610 кВ, що втратила живлення, на резервне джерело.

На малюнку 1 наведено осцилограми його роботи при відключенні вступного вимикача. Термін служби не менше 12 років. Гарантійний термін 1 рік. На фото 1 представлений силовий тиристорний комутатор ТАВР-6кВ для осередку К59. На фото 2 показаний модуль керування ТАВР.

За кордоном такі пристрої не випускаються. З найближчих аналогів можна навести пристрій фірми Westinghouse Electric Corporation типу solidstatecurrent limited.

Особливості конструкції та логіка роботи: В ІЕЕ розроблено ряд конструкцій ТАВР, що дозволяє його встановлення на підстанціях з будь-якими типами розподільчих пристроїв (КСВ, КРУ210, К59, К104М та іншими). Логіка роботи передбачає роботу ТАВР в автоматичному ручному режимах. При роботі в автоматичному режимі, модуль управління ТАВР відновлює штатну схему підстанції при відновленні напруги живлення на пошкодженому раніше введенні. Вся інформація про режими роботи ТАВР зберігається в пам'яті мікроконтролера модуля управління, поточна інформація відображається на рідкокристалічному табло мікроконтролера. На вимогу Замовника ця інформація може передаватися через модем за стандартнимінтерфейс на пульт управління енергодиспетчера.

Одним із основних напрямків діяльності ГУП «ІЕЕ ОЕЕП РАН» є розробка різних тиристорних комутаційних апаратів середнього класу напруги (6/10 кВ) та напруги 0,4 кВ.

У статті надається короткий огляд розроблених та виготовлених у ДУП «ІЕЕ ОЕЕП РАН» тиристорних пристроїв, застосування яких дозволяє підвищити стійкість роботи технологічного обладнання при виникненні аварійних ситуацій в енергосистемах.

Тиристорний пристрій автоматичного введення резерву 0,4 кВ

Призначення: Тиристорний пристрій автоматичного введення резерву ТАВР 0,4 кВ призначений для встановлення у складі двоввідних КТП 610 кВ/0,4 кВ, що мають дві секції збірних шин 0,4 кВ. Завданням ТАВР-0,4 кВ є швидке (0,020,04 с) перемикання секції збірних шин 0,4 кВ, що втратила живлення з боку введення високої напруги, на резервне введення, з одночасним відключенням вимикача 0,4 кВ несправного введення.

Принцип дії: Як і ТАВР-6-10 кВ, тиристорний комутатор ТАВ-Р0,4 кВ включається паралельно штатному секційному вимикачу. Модуль управління ТАВР-0,4 кВ контролює напруги на секціях збірних шин 0,4 кВ ітоки через вимикачі. При виникненні аварійної ситуації, не пов'язаної з коротким замиканням на стороні 0,4 кВ, модуль управління визначає несправне введення, здійснює відключення вимикача цього вводу і синхронно включає резервну секцію збірних шин.

Особливості конструкції та логіки роботи: Тиристорнийкомутатор ТАВР-0,4 кВ розроблений для КТП країн-сформаторами встановленої потужності від 630 кВА до 2500 кВА. В даний час виготовлено кілька пристроїв ТАВР-0,4 кВ для КТП Самарського заводу «Електрощит». Одночасно з цим ІЕЕ розробило варіанти конструкцій ТАВР-0,4 кВ, які дозволяють встановлювати їх у КТП, що вже перебувають в експлуатації. Аналогічно з ТАВР-6-10 кВ, ТАВР-0,4 кВ має режими ручної та автоматичної роботи. Вся інформація про режими роботи ТАВР зберігається в пам'яті мікроконтролера модуля управління, поточна інформація відображається на рідкокристалічному табло мікроконтролера. На вимогу Замовника ця інформація може передаватися через модем за стандартним інтерфейсом на пульт керування енергодиспетчера.

На фото 3 показаний тиристорний комутатор для КТП з трансформаторами потужністю 1000 кВА, на фото 4 тиристорний комутатор для трансформаторів потужністю 1600 кВА. На фото 5 та 6 показані модулі керування для цих тиристорних комутаторів.

Тиристорний струмообмежувальний пристрій ТОУ-6-10 кВ

Призначення: Тиристорний струмообмежуючий пристрій шунтового типу ¦ ТОУ призначений для промислових та міських розподільчих підстанцій середнього класу напруги 6-10 кВ. ТОУ призначене підвищення комутаційної здатності електромеханічних вимикачів, встановлених на підстанціях (вакуумних, масляних, елегазових та інших) за невідповідності комутаційної здатності цих вимикачів і реальної потужності струму короткого замикання (КЗ). Одночасно ТОВ знижує динамічний і термічний вплив на кабельну мережу 6-10 кВ, знижуючи ударну хвилю струму КЗ. Комутаційна здатність вимикачів, що захищаються, збільшується не менше ніж у три рази.

Принцип дії: Привиникненні контуру короткого замикання на одному з фідерів підстанції, що відходять, струм КЗ від системи електропостачання та електродвигунів підживлення (за їх наявності) надходить через вимикач несправного приєднання до точки КЗ. Величина струму КЗ обмежується потужністю системи електропостачання, реактивністю знижувального трансформатора, реактора (за його наявності) та опором кабелю до точки КЗ. При виникненні КЗ через всі елементи схеми електропостачання поширюється аперіодична ударна хвиля струму КЗ, яка в граничних випадках може досягати значення 2,55 від значення струму КЗ, що встановилося. Якщо в навантаженні інших фідерах є електродвигуни, всі вони забезпечують додаткове підживлення точки КЗ, величина якої залежить від встановленої потужності цих електродвигунів та його типу.

Пристрій ТОУ є потужним безконтактним комутатором змінного струму, послідовно з яким встановлений активний резистор. Величина резистора визначається потужністю живильного трансформатора. Пристрій ТОУ підключається паралельно до кожної секції збірних шин 6-10 кВ на підстанції. Установка ТОУ на підстанції істотно змінює характер процесу аварійного струму КЗ несправного приєднання. Включення ТОУ під час аварійного режиму КЗ утворює штучний контур короткого замикання, підключений паралельно реальному контуру КЗ. При цьому відбувається перерозподіл струму КЗ від трансформатора, що живить, між контуром реального КЗ і контуром включеного ТОУ. Характер струмоперерозподілу залежить від точки видалення реального КЗ від секції збірних шин підстанції. Освіта за допомогою ТОУ контуру штучного КЗ, паралельного контуру природного КЗ, істотно знижуючи величину ударної хвилі струму КЗ.

Особливості конструкції та логіки роботи: Пристрій ТОУ та всі електромеханічні вимикачі, встановлені на приєднаннях, що відходять, утворюють єдину систему струмообмеження. Кількість приєднань не впливає на роботу ТОУ і пов'язана тільки з числом датчиків струму, що встановлюються на фідерах, що захищаються. Система струмообмеження працює в автоматичному режимі, має виходи на систему телесигналізації. До складу комплекту пристрою ТОУ входять:

- силова шафа ТОУ з струмообмежуючими резисторами, захисним вакуумним вимикачем 1600 А, трансформаторами струму ТОУ та роз'єднувачем;

- шафа системи управління з мікроконтролером управління, акумуляторною батареєю, виконавчими реле та іншими допоміжними пристроями;

- Датчики аварійного струму. Датчик аварійного струму виконаний у вигляді окремого блоку з клемним з'єднувачем та встановлюється у релейному відсіку комірки вимикача кожного фідера.

На фото 7 наведено фотографію силової шафи ТОУ, а фото 8 шафи управління.

На малюнку 2 показані осцилограми, зняті при натурних випробуваннях одного з пристроїв ТОУ, встановленого на розподільчій підстанції з трансформаторами потужністю 40 000 кВА. Місце короткого замикання знаходилося прямо на вихідних шинах одного із резервних масляних вимикачів. На осцилограмах можна чітко бачити процес зняття ударної хвилі струму КЗ з аварійного приєднання.

Пристрої ТОУ були встановлені на двох секціях збірних шин 6 кВ підстанції при заміні силових трансформаторів із 30 МВА на трансформатори потужністю 40 МВА. Завдяки установці ТОУ не знадобилося встановлювати струмообмежувальні реактори та змінювати фідерні вимикачі на потужніші.

Тиристорний пристрій автоматичного перемикання мережіТАПС-0,4 кВ

Призначення: Тиристорний пристрій автоматичного перемикання мережі ТАПС призначений для перемикання критичного навантаження з основного введення 0,4 кВ на резервне введення 0,4 кВ. ТАПС служить для збереження в роботі технологічних виробництв з безперервним циклом роботи, критичним до перерв в електропостачанні.

Принцип дії: Пристрій складається з двох тиристорних трифазних комутаторів, один з яких є основним, інший резервним.

При посадці напруги живлення на основному введенні знімається управління з першого тиристорного комутатора і подається команда на включення другого. Споживач починає отримувати від резервного введення. Загальний час перемикання з основного введення резервний не перевищує 0,004 с.

Після відновлення нормальної напруги на основному введенні відбувається перемикання навантаження з резервного введення на основне введення 0,4 кВ.

Особливості конструкції: ТАПС-0,4 кВ випускається декількох типорозмірів по струму навантаження від 100 А до 800 А. Для струмів навантаження 100 А 400 А, тиристорні комутатори основного та резервного вводів встановлені в одній шафі, для струмів 500 А 800 А, кожен тиристорний комутатор зібраний у окремій шафі.

Підключення до джерел живлення та навантаження - кабельне. Автоматичні вимикачі на вводах мають електропривод. Логікою роботи ТАПС керує мікроконтролер. Охолодження тиристорних комутаторів природне, повітряне.

Д. І. АПТЕКАР, інженер, Р. М. РУБАШЕВ, к.т.н., Д. В. ЧИКАНКОВ, інженер.