Источники оперативного тока на электростанциях и подстанциях

1. ТЕМА 6. Схемы управления выключателями, сигнализации и блокировки в распределительных устройствах электрических станций и

подстанций
Лекция 8
Источники оперативного тока на
электростанциях и подстанциях
6В07106 ‒ Электроэнергетика
Разработчик и лектор: к.т.н., профессор
кафедры Электроэнергетики Леньков
Юрий Аркадьевич

2.

ТЕМА
6.
Схемы
управления
выключателями,
сигнализации и блокировки в распределительных
устройствах электрических станций и подстанций
6.1 Источники постоянного и переменного оперативного
тока электростанциях и подстанциях
6.1.1 Общие сведения
Оперативным называется ток, при помощи которого
производится
управление
первичной
коммутационной
аппаратурой
(выключателями,
отделителями,
короткозамыкателями и т.д.), а также питание цепей релейной
защиты, автоматически, сигнализации и других цепей.
Совокупность оперативных цепей составляет систему
оперативного тока данной электроустановки.
Источники оперативного тока должны обеспечивать
надежное действие релейной защиты даже при КЗ на элементах
защищаемой установки, когда напряжение у места включения
защиты может снижаться до нуля.

3.

Используются следующие виды оперативного тока:
постоянный, переменный, выпрямленный.
6.1.2 Постоянный оперативный ток
Источником постоянного оперативного тока являются
аккумуляторные батареи, рабочее напряжение которых
110-220 В. Для повышения надежности сеть постоянного тока
секционируется
на
несколько
участков,
имеющих
самостоятельное питание от сборных шин батареи. Наиболее
ответственными являются шинки управления, к которым
подключаются устройства РЗ, автоматики, электромагниты
отключения выключателей. Защита оперативных цепей от КЗ
осуществляется автоматическими выключателями, причем на
каждый выключатель питание подается через отдельные
автоматические выключатели. Батарея нормально работает в
режиме постоянного подзаряда, для чего используются либо
двигатель -генератор, либо выпрямительная установка.

4.

В сетях постоянного тока возможны замыкания на землю, что
может в свою очередь привести к ложной работе РЗ, рисунок 1.
Рисунок 1 − Замыкания на землю в цепи постоянного тока
Чтобы предупредить подобные отключения, устанавливают
устройства контроля изоляции, действующие на сигнал при
появлении замыкания на землю в одной точке. Аккумуляторные
батареи являются надежными источниками питания, работа
которых не зависит от состояния основной системы, но вместе

5.

с тем имеют и серьезные недостатки. Основные из них
следующие:
- они значительно дороже других источников питания,
требуют специального помещения и квалификационного
обслуживания;
- централизация питания приводит к возникновению
сложной, протяженной, дорогостоящей сети постоянного тока,
которая сама должна иметь защиту. Постоянный оперативный
ток применяется на электрических станциях (обычно 2
аккумулирующие батареи (АКБ)), а также крупных подстанциях
(1АКБ).
6.1.3 Переменный оперативный ток
Для питания оперативных цепей переменным током
используется ток или напряжение защищаемого элемента.
Поэтому в качестве источников переменного тока используют
трансформаторы тока (ТА), трансформаторы напряжения (ТV) и
трансформаторы собственных нужд (ТСН). ТА являются весьма
надежным источником питания оперативных цепей защит от КЗ.

6.

Однако при повреждениях и ненормальных режимах, не
сопровождающихся защитным увеличением тока, а также в
рабочих режимах использование ТА оказывается невозможным.
В этих случаях используют ТV и ТСН.
На рисунке 2 приведена схема с дешунтированием
электромагнита отключения выключателя (YAT) , включенного
во вторичные цепи ТА, питающего РЗ.
Рисунок 2 − Схема питания оперативных цепей переменного
тока

7.

В нормальном режиме работы реле тока КА размыкающей
частью 1 своего переключающего контакта с дугогасящим
устройством шунтирует цепь катушки отключения (YAT)
выключателя Q.
При возникновении короткого замыкания увеличивается ток
во вторичной цепи трансформатора тока и реле КА замыкающей
частью 2 своего переключающего контакта с дугогасящим
устройством подает питание на электромагнит отключения
(YAT) и выключатель Q отключается.
Помимо непосредственного использования мощности ТА и
ТV,
можно
использовать
энергию,
накопленную
в
предварительно
заряженных
конденсаторах.
Возможная
структурная схема такого источника питания приведена на
рисунке 3.
Схема состоит из промежуточного трансформатора TL и
блока конденсаторов С, который заряжается через выпрямитель
VD. Резистор R ограничивает зарядный ток конденсаторов и
ток, проходящий через них случае пробоя выпрямителя.

8.

Рисунок 3 − Питание оперативных цепей с использованием
конденсаторов
Для
предотвращения
разряда
конденсаторов
при
значительных понижениях напряжения на шинах установки
цепь разряда разрывается контактом KV реле напряжения.
Основным достоинством рассматриваемой схемы является
принципиальная возможность отключения выключателей с
любыми приводами.
Принципиальным недостатком схемы является импульсность

9.

действия, что не позволяет использовать ее для питания органов
РЗ (особенно действующей с замедлением).
6.1.4 Выпрямленный оперативный ток
В качестве источников питания оперативных цепей
используются ТА, TV и ТСН, которые совместно с
промежуточными
трансформаторами,
выпрямительными
блоками и сглаживающими фильтрами образуют блоки питания.
Блоки питания делятся на токовые (БПТ), напряжения (БПН)
комбинированные, которые состоят из БПТ и БПН, работающие
параллельно на стороне выпрямленного напряжения. Блоки
питания должны выполняться так, чтобы напряжение на их
выходе поддерживалось достаточно стабильным при изменении
входных величин (тока или напряжения) в широких пределах.
Чтобы выполнить указанное требование, в блоках питания
предусматривается стабилизация выходного напряжения.
В БПТ для этой цели используется промежуточный
насыщающийся трансформатор тока TLAT, рисунок 4.

10.

Рисунок 4 − Схема БПТ с промежуточным насыщающимся
трансформатором тока TLAT
На выходе TLAT после его насыщения имеет место
приблизительно постоянное действующее значение напряжения.
Для
уменьшения
амплитуды
вторичного
напряжения
параллельно вторичной обмотке TLAT включает конденсатор
С1, который вместе с ветвью намагничивания TLAT
обеспечивает феррорезонансную стабилизацию напряжения.

11.

Если к выходу выпрямителя VS подключить конденсаторную
батарею С2 через диод VD и резистор R (на рисунке 4 показана
штриховыми линиями), то получим блок питания и заряда
(БПЗ-402), который может питать не только устройства защиты
и
автоматики,
но
и
электромагниты
отключения
коммутационных аппаратов.
Блоки питания БПН подключают к TV или ТСН, они
содержат промежуточный трансформатор напряжения TLV и
выпрямитель VS (рисунок 5). Стабилизация вторичного
напряжения TLV предусматривается не всегда. К выходу
выпрямителя VS можно подключить конденсаторную батарею
С. В этом случае получаем блок питания и заряда (БПЗ-401) с
более широкими функциями.

12.

Рисунок 5 − Блок питания БПН с промежуточным
трансформатором напряжения TLV и выпрямителем VS
Для повышения мощности и расширения области
применения трансформаторов тока и напряжения разработаны
схемы комбинированного питания, в которых токи
измерительных
трансформаторов
суммируются
непосредственно на стороне переменного тока (геометрическая
сумма токов) или после их выпрямления, например, защита от
любых повреждений и ненормальных режимов.

13.

Схема комбинированного блока питания приведена на
рисунке 6.
Рисунок 6 − Схема комбинированного блока питания
Блок
питания
содержит
в
себе
промежуточный
трансформатор тока ТLA и промежуточный трансформатор
напряжения ТLV, к которым подключены выпрямительные
устройства, соответственно VS2 и VS1. Блок тока ТLA
подключен к трансформатору тока, а блок напряжения TLV — к
трансформатору напряжения.

14.

Как видно из схемы на рисунка 6, блоки тока и напряжения
включаются параллельно на стороне постоянного тока и
суммарный выпрямленный ток подается на питание
оперативных цепей вторичных устройств. Конденсатор С,
включенный на выходе промежуточного трансформатора TLA в
блоке тока, служит для демпфирования опасных для изоляции
пиков вторичного напряжения.
6.1.5 Источники оперативного тока для защит,
использующих полупроводниковую элементную базу
В качестве источников питания для защит на
полупроводниковой
элементной
базе
наибольшее
распространение
получили
полупроводниковые
преобразователи постоянного напряжения 110-220В в
постоянное напряжение низкого уровня (от 5 до 15 В) с высокой
степенью стабилизации.
На рисунке 7 приведена упрощенная схема такого
преобразователя
с
одноконтактным
инвертором
VT
(электронный ключ).

15.

Рисунок 7 − Упрощенная схема оперативного тока для защит
на полупроводниковой элементной базе
С помощью инвертора VT постоянное входное напряжение
Uвх преобразуется в переменное с частотой в несколько
десятков кГц и подается на первичную обмотку W1 воздушного
трансформатора Т.
Схема управления инвертором выполнена таким образом, что
позволяет поддерживать стабильным выходное напряжение
Uвых при изменении Uвх в широких пределах.

16.

Пониженное трансформатором Т напряжение до уровня от 5
до 15 В выпрямляется с помощью выпрямителя VS2 и
сглаживается конденсатором С2. Выпрямитель VS1 необходим
для исключения повреждения инвертора при несоблюдении
полярности Uвх, а диод VD - для защиты трансформатора от
перенапряжений.
Для питания отдельных реле, выполненных с использованием
интегральной микроэлектроники, иногда применяют делители
напряжения аккумуляторной батареи 110-220 В, рисунок 8.
Схема дает возможность получить напряжение ±15 В,
необходимое для питания операционных усилителей (ОУ).
Напряжение делится с помощью резисторов R1 и R2 и
стабилитронов VD1 и VD2. Конденсаторы С1 и С2
защищают ОУ от помех, создаваемых в цепях постоянного тока
при коммутациях. Серьезным недостатком схемы является
относительно большое постоянное потребление мощности,
которая в основном рассеивается на резисторах R1 и R2.

17.

Рисунок 8 − Питание отдельных реле, выполненных на
интегральных элементах