Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

О журнале

Сотрудничество

Рекламодателю

Подписка

Главная / №3 Сентябрь 2006 / Статьи и обзоры оборудования

Тиристорные бесконтактные устройства в системах электроснабжения 6-10 кВ и 0,4 кв

Одной из главных задач проектировщиков и разработчиков является создание систем электроснабжения промышленных предприятий способныхобеспечивать нормальную работуэнергопотребителей при возникновении аварийных ситуаций со стороныэнергосистем или на отходящих присоединениях.

Появление в последние годы быстродействующих электромеханических вакуумных и элегазовых выключателей оборудованных электронны мимикропроцессорными устройствами защит позволило частично решитьпроблему работы потребителей в аварийных ситуациях.

Однако, в большинстве случаев, перерыв в электроснабжении со стороны одного из вводов на понизительных подстанциях приводит к принудительным остановкам технологического оборудования и большим потерям употребителей. Особенно это касается нефте-газо добывающей отрасли народного хозяйства страны.

В большинстве случаев эти остановки можно предотвратить, применяяеще более быстродействующее электротехническое оборудование, созданное на основе бесконтактных тиристорных коммутационных аппаратов.

Одним из основных направлений деятельности ГУП «ИЭЭ ОЭЭП РАН» является разработка различных тиристорных коммутационных аппаратовсреднего класса напряжения (6 10 кВ) и напряжения 0,4 кВ.

В статье дается краткий обзор разработанных и изготавливаемых в ГУП «ИЭЭОЭЭП РАН» тиристорных устройств, применение которых позволяет повысить устойчивость работы технологического оборудования при возникновении аварийных ситуаций в энергосистемах.

Тиристорное устройство автоматического вводарезерва — ТАВР-6/10 кВ

Назначение: Тиристорное устройство автоматического ввода резерва — ТАВР предназначено для повышения устойчивости работы технологических производств с непрерывным циклом работы при возникновении аварийных перерывов и посадок питающего напряжения на одном из вводов двухвводной понизительной подстанции.

Принцип действия: Работа ТАВР основана на установке трехфазного высоковольтного тиристорного выключателя параллельно штатному секционному выключателю подстанции. Высокое быстродействие тиристорного выключателя позволяет осуществить переход на резервный источник без гашения поля возбуждения у синхронных электродвигателей. ТАВР синхронно переключает потерявшую питание секцию шин 610 кВ на резервный источник.

На рисунке 1 приведены осциллограммы его работы приотключении вводного выключателя. Срок службы — не менее 12 лет. Гарантийный срок — 1 год. На фото 1 представлен силовой тиристорный коммутатор ТАВР-6кВ для ячейкитипа К59. На фото 2 показан модуль управления ТАВР.

За рубежом подобные устройства не выпускаются. Из наиболее близких аналогов можно привести устройство фирмы «Westinghouse Electric Corporation» типа «solidstatecurrent limited».

Особенности конструкции и логика работы: В ИЭЭ разработан ряд конструкций ТАВР, позволяющий его установку на подстанциях с любыми типами распределительных устройств (КСО, КРУ210, К59, К104М и другими). Логика работы предусматривает работу ТАВР в автоматическоми ручном режимах. При работе в автоматическом режиме,модуль управления ТАВР восстанавливает штатную схемуподстанции при восстановлении питающего напряжения наповрежденном ранее вводе. Вся информация о режимах работы ТАВР сохраняется в памяти микроконтроллера модуля управления, текущая информация показывается на жидкокристаллическом табло микроконтроллера. По требованию Заказчика эта информация может передаваться через модем по стандартному интерфейсу на пульт управления энергодиспетчера.

Модуль управленияустройства ТАВР-6-10 кВТиристорный коммутаторустройства ТАВР-6-10 кВ

В большинстве случаев эти остановки можно предотвратить, применяяеще более быстродействующее электротехническое оборудование, созданное на основе бесконтактных тиристорных коммутационных аппаратов.

Одним из основных направлений деятельности ГУП «ИЭЭ ОЭЭП РАН» является разработка различных тиристорных коммутационных аппаратов среднего класса напряжения (6/10 кВ) и напряжения 0,4 кВ.

В статье дается краткий обзор разработанных и изготавливаемых в ГУП «ИЭЭ ОЭЭП РАН» тиристорных устройств, применение которых позволяет повыситьустойчивость работы технологическогооборудования при возникновении аварийных ситуаций в энергосистемах.

Тиристорное устройство автоматического вводарезерва 0,4 кВ

Назначение: Тиристорное устройство автоматическоговвода резерва — ТАВР0,4 кВ предназначено для установкив составе двухвводных КТП 610 кВ/0,4 кВ, имеющих двесекции сборных шин 0,4 кВ. Задачей ТАВР-0,4 кВ являетсябыстрое (0,020,04 с) переключение секции сборных шин 0,4 кВ, потерявшей питание со стороны ввода высокого напряжения, на резервный ввод, с одновременным отключением выключателя 0,4 кВ неисправного ввода.

Принцип действия: Как и ТАВР-6-10 кВ, тиристорный коммутатор ТАВ-Р0,4 кВ включается параллельно штатномусекционному выключателю. Модуль управления ТАВР-0,4 кВ контролирует напряжения на секциях сборных шин 0,4 кВ итоки через вводные выключатели. Привозникновении аварийной ситуации, не связанной с коротким замыканием настороне 0,4 кВ, модуль управления определяет неисправный ввод, производит отключение выключателя этого вводаи синхронно включает резервную секцию сборных шин.

Тиристорный коммутатор устройства ТАВР-0,4 кВ-1000 кВА Тиристорный коммутатор устройства ТАВР-0,4 кВ-2500 кВА

Особенности конструкции и логики работы: Тиристорный коммутатор ТАВР-0,4 кВ разработан для КТП странсформаторами установленной мощности от 630 кВА до 2500 кВА. Внастоящее время изготовлено несколько устройств ТАВР-0,4 кВ для КТП Самарского завода «Электрощит».Одновременно с этим ИЭЭ разработало варианты конструкций ТАВР-0,4 кВ, которые позволяют устанавливать их в КТП уже находящиеся в эксплуатации. Аналогично с ТАВР-6-10 кВ, ТАВР-0,4 кВ имеет режимы ручной и автоматической работы. Вся информация о режимах работы ТАВР сохраняется впамяти микроконтроллера модуля управления, текущая информация показывается на жидкокристаллическом табло микроконтроллера. По требованию Заказчика эта информация может передаваться через модем по стандартному интерфейсу на пульт управления энергодиспетчера.

Модуль управления устройства ТАВР-0,4 кВ-1000 кВА Модуль управления устройства ТАВР-0,4 кВ-1000 кВА

На фото 3 показан тиристорный коммутатор для КТП с трансформаторами мощностью 1000 кВА, на фото 4 — тиристорный коммутатор для трансформаторов мощностью 1600 кВА. На фото 5 и 6 показаны модули управления для этих тиристорных коммутаторов.

Тиристорное токоограничивающее устройство — ТОУ-6-10 кВ

Назначение: Тиристорное токоограничивающее устройство шунтового типа — ТОУ предназначено для промышленных и городских распределительных подстанций среднего класса напряжения 6-10 кВ. ТОУ предназначено для повышения коммутационной способности электромеханических выключателей, установленных на подстанциях (вакуумных, масляных, элегазовых и других) при несоответствии коммутационной способности этих выключателей и реальной мощности тока короткого замыкания (КЗ). ОдновременноТОУ снижает динамическое и термическое воздействие накабельную сеть 6-10 кВ, снижая ударную волну тока КЗ. Коммутационная способность защищаемых выключателей увеличивается не менее чем в три раза.

Принцип действия: При возникновении контура короткого замыкания на одном из отходящих фидеров подстанции, ток КЗ от системы электроснабжения и электродвигателей подпитки (при их наличии) поступает через выключатель неисправного присоединения к точке КЗ. Величина тока КЗ ограничивается мощностью системы электроснабжения, реактивностью понизительного трансформатора, реактора (при его наличии) и сопротивлением кабеля до точки КЗ. При возникновении КЗ, через все элементы схемыэлектроснабжения распространяется апериодическая ударная волна тока КЗ, которая в предельных случаях может достигать значения 2,55 от установившегося значения тока КЗ. Если в нагрузке на других фидерах имеются электродвигатели, то они обеспечивают дополнительную подпитку точки КЗ, величина которой зависит от установленной мощности этих электродвигателей и их типа.

Устройство ТОУ представляет собой мощный бесконтактный коммутатор переменного тока, последовательно с которым установлен активный резистор. Величина резистора определяется мощностью питающего трансформатора.Устройство ТОУ подключается параллельно каждой секции сборных шин 6-10 кВ на подстанции. Установка ТОУ наподстанции существенным образом изменяет характер процесса аварийного тока КЗ неисправного присоединения. Включение ТОУ во время существования аварийного режима КЗ образует искусственный контур короткого замыкания, подключенный параллельно реальному контуру КЗ. При этом происходит перераспределение тока КЗ от питающего трансформатора между контуром реального КЗ и контуром включенного ТОУ. Характер токоперераспределения зависит от точки удаления реального КЗ от секции сборных шин подстанции. Образование с помощью ТОУ контура искусственного КЗ, параллельного контуру естественного КЗ,существенно снижая величину ударной волны тока КЗ.

Силовой шкаф ТОУ Шкаф управления ТОУ

Особенности конструкции и логики работы: Устройство ТОУ и все электромеханические выключатели, установленные на отходящих присоединениях, образуют единую систему токоограничения. Количество присоединенийне влияет на работу ТОУ и связано только с числом датчиков тока, устанавливаемых на защищаемых фидерах. Система токоограничения работает в автоматическом режиме,имеет выходы на систему телесигнализации. В составкомплекта устройства ТОУ входят:

- силовой шкаф ТОУ с токоограничивающими резисторами, защитным вакуумным выключателем 1600 А, трансформаторами тока ТОУ и разъединителем;

- шкаф системы управления с микроконтроллером управления, аккумуляторной батареей, исполнительными реле идругими вспомогательными устройствами;

- датчики аварийного тока. Датчик аварийного тока выполнен в виде отдельного блока с клеммным соединителем и устанавливается в релейном отсеке ячейки выключателя каждого фидера.

На фото 7 приведена фотография силового шкафа ТОУ, а на фото 8 шкафа управления.

На рисунке 2 показаны осциллограммы, снятые при натурных испытаниях одного из устройств ТОУ, установленного на распределительной подстанции с трансформаторами мощностью 40 000 кВА. Место короткого замыкания находилось прямо на выходных шинах одного из резервных масляных выключателей. На осциллограммах можно отчетливо видеть процесс снятия ударной волны тока КЗ с аварийного присоединения.

Устройства ТОУ были установлены на двух секциях сборных шин 6 кВ подстанции при замене силовых трансформаторов с 30 МВА на трансформаторы мощностью 40 МВА. Благодаря установке ТОУ не понадобилось устанавливать токоограничивающие реакторы и менять фидерные выключатели на более мощные.

Тиристорное устройство автоматического переключения сети — ТАПС-0,4 кВ

Назначение: Тиристорное устройство автоматическогопереключения сети ТАПС предназначено для переключения критической нагрузки с основного ввода 0,4 кВ на резервный ввод 0,4 кВ. ТАПС служит для сохранения в работетехнологических производств с непрерывным циклом работы, критичным к перерывам в электроснабжении.

Устройство ТАПС-250 А

Принцип действия: Устройство состоит из двух тиристорных трехфазных коммутаторов, один из которых является основным, другой — резервным.

При посадке питающего напряжения на основном вводе снимается управление с первого тиристорного коммутатора и подается команда на включение второго. Потребитель начинает получать питание от резервного ввода. Общее время переключения с основного ввода на резервный непревышает 0,004 с.

После восстановления нормального напряжения на основном вводе происходит переключение нагрузки с резервного ввода на основной ввод 0,4 кВ.

Особенности конструкции: ТАПС-0,4 кВ выпускается нескольких типоразмеров по току нагрузки — от 100 А до 800 А. Для токов нагрузки 100 А 400 А, тиристорные коммутаторы основного и резервного вводов установлены в одном шкафу, для токов 500 А 800 А, каждый тиристорный коммутатор собран вотдельном шкафу.

Подключение к источникам питания и нагрузке — кабельное. Автоматические выключатели на вводах имеют электропривод. Логикой работы ТАПС управляет микроконтроллер. Охлаждение тиристорных коммутаторов — естественное, воздушное.

Д. И. АПТЕКАРЬ, инженер,
Г. М. РУБАШЕВ, к.т.н.,
Д. В. ЧИКАНКОВ, инженер.