В последние 6-8 лет в России широко применяются элегазовые выключатели 110 кВ и выше как отечественного, так и зарубежного производства. В статье Кима Михайловича Добродеева рассмотрены некоторые особенности схем управления современных элегазовых выключателей и даны рекомендации по адаптации этих схем к автоматике управления выключателей, выполненной на традиционных отечественных принципах.

Элегазовые выключатели 110 кВ и выше

Некоторые особенности схем автоматики и управления

Ким Добродеев, к.т.н., главный специалист института «Нижегородскэнергосетьпроект», г. Нижний Новгород

Одновременно с началом использования элегазовых выключателей происходило активное внедрение микропроцессорных (МП) устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), в том числе и автоматики управления выключателей (АУВ). Автор данной статьи принимал участие в проектных работах и в разработке ряда отечественных МП устройств РЗА, выпускаемых НПП «ЭКРА», что позволяет остановиться на некоторых вопросах, возникавших при выполнении этих работ, и принятых решениях.

Блокировка от пульсации выключателя

В апреле-мае 1998 года на ПС Киндери Татарской энергосистемы устанавливался взамен воздушного выключателя 500 кВ первый из четырех элегазовых выключателей типа ELF SP 7-2 фирмы АВВ, имеющий пружинно-гидравлический привод. Особенность схемы управления этого выключателя заключается в том, что пофазные реле блокировки от многократных включений выключателя K13L A, B, C (см. рис.1), установленные в распределительном шкафу, имеют одну шунтовую обмотку и обеспечивают блокировку при любом включении выключателя, в том числе и в случае, когда привод «не садится на защелку». В фирменной документации назначение этих реле определено для блокировки от пульсаций (anti-pumping); в дальнейшем изложении данные реле будем называть выносными, имея в виду место их установки вблизи выключателя. Отмеченная особенность схемы управления в разных модификациях характерна для других элегазовых выключателей фирмы АВВ, а также для выключателей компаний Siemens, Alstom и AREVA.

SOA,B,C – вспомогательные контакты выключателя S1LA,В,С – контакты гидропружинного привода К12 – контакт реле-повторителя датчика давления элегаза У1LA,В,С – электромагниты включения

В процессе пусконаладочных испытаний указанного выше выключателя, в существующей электромеханической схеме АУВ которого цепь включения выполнена трехфазной, выявилась необходимость включения в цепь обмотки реле положения «отключено» KQT последовательно соединенных размыкающих контактов реле блокировки от пульсаций и размыкающих вспомогательных контактов полюсов выключателя.

Дело в том, что при включенном положении выключателя и отсутствии цепочки из этих контактов образуется параметрическая цепь, состоящая из обмотки реле KQT и обмоток пофазных реле блокировки K13L А, В, С. Функционирование этой цепи зависит от параметров реле (сопротивления обмоток и напряжений срабатывания и возврата), при этом возможны следующие нештатные ситуации:

• реле К13 не возвращаются в исходное положение и удерживают цепи электромагнитов включения разомкнутыми, что приводит к отказу включения выключателя при действии АПВ;
• если в параметрической цепи реле KQT сработает, то оно выведет из действия сигнализацию неисправности цепей отключения на включенном выключателе.

Для разрыва параметрической цепи при включенном положении выключателя в цепь реле KQT введены размыкающие вспомогательные контакты выключателя SO А, В, С.

При длительном удерживании ключа управления в положении «включить» и включении выключателя на короткое замыкание реле K13L A, B, C находятся в сработанном состоянии. При отключении выключателя от релейной защиты вспомогательные контакты возвращаются в исходное состояние и замыкают цепь реле KQT, при этом ситуация с параметрической цепью повторяется после возврата реле КСС. Для разрыва параметрической цепи в этом режиме, т.е. при отключенном выключателе, в цепь реле KQT введены размыкающие контакты реле блокировки от пульсации K13L А, В, С. При пофазных цепях включения размыкающие вспомогательные контакты выключателя и реле пульсации вводятся пополюсно в цепи обмотки реле KQT А, В, С.

Рассмотренные выше решения, разработанные совместно со специалистами ПС Киндери и ЦСРЗА ОАО «Татэнерго», нашли применение в схемах АУВ выключателей 110 кВ и выше в ряде других энергосистем.

Блокировка по давлению элегаза и запасу энергии привода

В выключателях фирмы АВВ технологическая автоматика, контролирующая давление элегаза и запас энергии привода, выполняется таким образом, что контактные выходы датчиков действуют независимо на блокировку управления по цепям электромагнитов включения (ЭМВ) – первых электромагнитов отключения (ЭМО1) и по цепям вторых электромагнитов отключения (ЭМО2). Это решение, которое следует выдвигать как типовое требование, обеспечивает возможность отключения выключателя при неисправности оперативного тока ЭМО1 или ЭМО2. Данное требование не выполняется в известных нам выключателях компании Siemens и в выключателе S1-145 фирмы AREVA, что вынуждает вносить необходимые изменения и дополнения в цепях АУВ при вводе этих выключателей в эксплуатацию.

Особо следует остановиться на схеме управления выключателя 500 кВ GL-317 фирмы AREVA. Автоматическое повторное и оперативное включение выключателя выполняется с помощью промежуточного реле, установленного в распределительном шкафу и действующего на ЭМВ трех полюсов. В этом же шкафу установлены девять промежуточных реле, предназначенных для контроля исправности каждого электромагнита управления в обоих положениях выключателя и подключенных к соответствующим цепям через резисторы.

Указанные особенности схемы управления затрудняют или исключают возможность применения электромеханической или микропроцессорной АУВ, выполненной по традиционным отечественным принципам. Кроме того, данная схема мониторинга имеет ограниченную зону: не контролируются цепи управления, начиная с пункта управления, и контакты реле блокировки по давлению элегаза на входе этих цепей в распределительном шкафу.

Удерживание сигналов управления и защита электромагнитов

Летом 1998 года автором статьи была выполнена работа «Терминал автоматики управления, АПВ и УРОВ выключателей 110-220 кВ. Техническое предложение. Анализ и обоснование». В ней были предложены следующие решения, нашедшие практическое применение.

АУВ с сериесным удерживанием

В отечественных схемах АУВ с электромеханическими (ЭМ) реле завершение начатых операций включения и отключения выключателя обеспечивается в общем случае с помощью промежуточных реле, сериесная обмотка которых включена в цепь соответствующего электромагнита управления (ЭМУ), а замыкающие контакты шунтируют контакты устройств РЗА в цепях управления.

Следствием данной схемы удерживания сигналов управления, которую можно назвать сериесной, является длительное протекание тока через ЭМУ при отказе привода выключателя, что может привести к повреждению электромагнитов. В выключателях с пофазным приводом повреждение ЭМУ предотвращается защитой от непереключения фаз (ЗНФ), которая вторым действием снимает «минус» с ЭМУ с помощью контакторов постоянного тока. В упомянутой работе было предложено контролировать длительность нахождения в состоянии после срабатывания указанных сериесных реле и при отказе привода действовать на отключение автоматических выключателей с дистанционным расцепителем, снимая оперативный ток с ЭМУ.

В конце 1998 года автором была разработана эскизная схема МП терминала АУВ выключателей 110-220 кВ, в которой контроль тока в ЭМУ осуществлялся с помощью оптоэлектронных входов, включенных на резистивные шунты в цепях соответствующих ЭМУ. Эти сигналы использовались в терминале для защиты ЭМУ от длительного протекания тока, а также для удерживания сигналов управления и реализации функции блокировки от пульсаций выключателя, выполненной по традиционному отечественному принципу, как в двухобмоточных реле KBS. Данные предложения впоследствии были реализованы НПП «ЭКРА» в МП терминалах БЭ2704 базовой версии 010, БЭ 2704 071 и в соответствующих шкафах ШЭ 2607.

АУВ с шунтовым удерживанием

Также был предложен вариант схемы, который в отличие от схемы АУВ с сериесным удерживанием сигналов управления осуществляет так называемое шунтовое удерживание.

Для этой цели устройства РЗА действуют одним контактом на ЭМУ, а другим – на специальные промежуточные реле, контакты которых шунтируют контакты РЗА в цепях управления и обеспечивают разрыв тока в ЭМУ при отказе привода. В качестве таких реле можно использовать, например, реле типа RXME1 (RXME18) фирмы АВВ и реле RG25 компании RELPOL. Первое из них обеспечивает при напряжении 220 кВ отключение тока 1 А каждым контактом при двухконтактном варианте, а второе – отключение тока до 2,5 А при индуктивной нагрузке (по данным ЗАО «РЕЛПОЛ-ЭЛТИМ»).

Если потребление ЭМУ существенно превышает возможности указанных реле, можно применить вместо них малогабаритные контакторы, собственное время отключения которых некритично, поскольку в МП терминалах РЗА можно обеспечить заданную длительность замкнутого состояния контактов выходных реле.

Применение шунтового удерживания предполагает, как правило, наличие выносного реле блокировки от пульсации выключателя. Шунтовое удерживание сигналов управления предотвращает возможность длительного протекания тока через ЭМУ при отказе привода и снимает необходимость их защиты в данном режиме. Исключение составляет режим с наложением отказа реле управления в форме сваривания контакта на отказ привода – если данный режим признать возможным, тогда необходимо выполнять защиту ЭМУ.

Кардинальным решением, исключающим необходимость защиты ЭМУ от длительного протекания тока, является выполнение электромагнитов с длительной термической стойкостью, в том числе с помощью специальных мероприятий.

Шунтовой принцип удерживания сигналов управления имеет очевидный недостаток, заключающийся в необходимости увеличения в два раза количества контактов выходных реле, действующих на включение и отключение выключателя. Этот недостаток может быть исключен в тех случаях, когда дополнительное замедление в 20 мс, вносимое упомянутыми выше реле, некритично. В этих случаях контактные выходы микропроцессорных устройств РЗА могут действовать непосредственно на данные реле, а те – на электромагниты управления.

Шунтовой принцип удерживания сигналов управления реализован институтом «Нижегородскэнергосетьпроект» в проекте реконструкции устройств РЗА ВЛ 500 кВ Вешкайма-Ключики со стороны ПС Ключики.

Наблюдаемость и управляемость выключателя
при неисправном МП терминале АУВ

Опыт разработки и проектирования МП устройств РЗА выявил два требования, которые необходимо выполнять в режиме с неисправным терминалом АУВ: управляемости и наблюдаемости выключателя. Первое требование реализуется с помощью промежуточных командных реле включения КСС и отключения КСТ, устанавливаемых в шкафах АУВ и действующих непосредственно на ЭМУ, а также на входы терминалов для реализации других функций АУВ. Прямое действие реле КСС на включение выключателя можно считать допустимым, если имеется выносное реле блокировки от пульсации. Очевидно, что устройства защиты данного присоединения должны действовать на отключение помимо терминала АУВ. Можно отметить также, что в рассматриваемом режиме не обеспечивается удерживание сигналов управления с сериесным принципом, если он реализован в терминале АУВ.

Наблюдаемость выключателя по лампам сигнализации положения обеспечивается в режиме с неисправным терминалом АУВ в том случае, если имеется внешнее двухпозиционное ЭМ реле фиксации сигналов управления KQQ. С этой целью данное реле (типа РЭП38Д) с соответствующей типовой схемой включения было предусмотрено в упомянутом выше проекте РЗА ВЛ 500 кВ Вешкайма-Ключики, в котором в качестве терминала АУВ, АПВ и УРОВ использовались терминалы типа REL 511 версии 2.3 фирмы АВВ. В этих терминалах были сконфигурированы все типовые узлы АУВ. Для выполнения функции реле KQQ и реле фиксации отключенного положения выключателя для целей противоаварийной автоматики использовались RS-триггеры с памятью.

Выводы

Схемы управления современных элегазовых выключателей должны обеспечивать:

• возможность пофазного включения и отключения выключателей с традиционным отечественным контролем цепей управления;
• независимую по оперативному току блокировку ЭМВ – ЭМО1 и ЭМО2 от датчиков, контролирующих давление элегаза и запас энергии привода;
• мониторинг цепей электромагнитов управления, выполняемый, в частности, в обоих положениях выключателя по каждой цепи и охватывающий эти цепи полностью, начиная с пункта управления;
• мероприятия, предотвращающие при включении выключателя возникновение параметрической цепи между промежуточными реле положения «отключено» и вынесенными шунтовыми реле блокировки от пульсации выключателя.