Источники постоянного оперативного тока

 

Основными источниками постоянного оперативного тока на электростанциях и трансформаторных подстанциях являются аккумуляторные установки, состоящие из аккумуляторных батарей и устройств для их зарядки      и подзарядки в процессе работы. Все потребители электроэнергии на ТП, получающие питание от аккумуляторных батарей, можно разделить на три группы потребители, создающие постоянно включенную нагрузку, потребители, создающие временную нагрузку и потребители, создающие кратковременную нагрузку.

К первой группе относятся аппараты устройств управления, сигнализации, блокировки и релейной защиты, постоянно обтекаемые током.

Ко второй группе относятся потребители, включаемые при исчезновении переменного тока во время аварийного режима: аварийное освещение и отдельные электроприводы. Длительность их работы, следовательно, и нагрузки для аккумуляторных батарей определяются отрезком времени, необходимым для отключения аварийных блоков и включения резервных цепей.

К третьей группе относятся приводы выключателей, аппараты систем управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, кратковременно обтекаемые током. Продолжительность их работы не более 5 с.

Наибольшее применение на ТП получили батареи из свинцово-кислотных аккумуляторов типа СК и СН. Они имеют большой срок службы и устойчивы в работе.

Аккумуляторы типа СК (стационарные для кратковременного разряда) выпускаются в 46 типовых исполнениях от СК-1 до СК-148.

Аккумуляторы типа СН выпускаются 14 типоразмеров. Они имеют меньшие размеры и лучшие разрядные характеристики, чем СК. Аккумуляторы типа СН выпускаются в закрытом исполнении, в стеклянных сосудах.  В этих аккумуляторах применяются намазные пластины, собранные в плотные блоки. Намазная пластина имеет каркас из сплава свинца с сурьмой, на который накладывается масса из окислов свинца и свинцового порошка, смешанного с разведенной кислотой. После формования на положительной пластине образуется перекись свинца, на отрицательной ‒ чистый свинец.

Достоинством аккумуляторов типа СН является меньшее выделение паров серной кислоты во время работы по сравнению с аккумуляторами типа СК. Аккумуляторы приходят с завода в собранном виде и формуются на месте установки после заливки их электролитом.

Аккумуляторная установка может работать в режиме разрядки на длительно включенную нагрузку. При этом напряжение на элементах аккумуляторной батареи снижается, и батарею необходимо один раз в двое суток снова заряжать. Из-за частых зарядно-разрядных циклов пластины аккумуляторов быстро изнашиваются, и аккумулятор теряет свою емкость или вообще выходит из строя. Поэтому в настоящее время аккумуляторные батареи работают, как правило, в режиме постоянного подзаряда. Для этого в схеме аккумуляторной установки предусматривается зарядно-подзарядное устройство или устанавливаются отдельно зарядный и подзарядный агрегаты.

Аккумуляторные батареи, устанавливаемые на электростанциях, имеют устройство для регулирования количества элементов, присоединенных к шинам, которое называется элементным коммутатором. На рис. 6.11. представлена схема аккумуляторной установки с элементным коммутатором.

 

 

Установка состоит из аккумуляторной батареи GB, с дополнительными элементами для регулирования напряжения 4 и щетками 5 и 6, системы шин (положительной, отрицательной рабочей и отрицательной зарядной), зарядного устройства С G и подзарядного устройства VS. К сборным шинам подключены потребители постоянного тока: аппараты управления и сигнализации 1, аварийное освещение 2, электромагниты включения коммутационных аппаратов 3.

Изменение количества подключенных элементов батареи производится подзарядно-разрядной щеткой 5 и зарядной щеткой 6. Щетки перемещаются электродвигателями, управляемыми устройствами автоматического регулирования напряжения (АРН) или устройством дистанционного управления.

В режиме нормальной работы вся постоянно включенная нагрузка получает питание от подзарядного устройства. Кроме того, производится подзарядка аккумуляторной батареи. Однако часть элементов, не присоединенных к разрядно-подзарядным шинам, не подзаряжаются и подвергаются саморазряду. В некоторых схемах для этих элементов предусматривается установка специального подзарядного устройства.

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный обычно используют полупроводниковые выпрямители, которые обладают большой мощностью, надежны в эксплуатации, имеют высокий КПД, просты в обслуживании и долговечнее чем двигатель-генераторы.

Основным недостатком рассматриваемой схемы является инерционность элементного коммутатора.

Последнее время применяются более эффективные схемы с применением вместо электродвигательных элементных коммутаторов тиристорных зарядно-подзарядных выпрямительных агрегатов. В этих устройствах при нормальном режиме работы вся постоянно включенная нагрузка питается от выпрямительного устройства, а при увеличении нагрузки безынерционный датчик воздействует на тиристорное устройство, мгновенно подключающее к шинам необходимое количество элементов аккумуляторной батареи.

На ТП аккумуляторные батареи необходимы для питания систем управления, сигнализации, блокировок и аварийного освещения. Так как потребителей постоянного тока на ТП меньше, чем на электростанциях, то и мощность аккумуляторных батарей соответственно уменьшается, колебания напряжения на шинах постоянного тока становятся меньше, а их продолжительность сокращается до долей секунды. Это позволяет отказаться от коммутаторной схемы.

Схема аккумуляторной установки без применения элементного коммутатора представлена на рис. 6.12. В ее состав входят: аккумуляторная батарея (рис. 6.13), выпрямительные устройства, система шин и контрольно-измерительные приборы (КИП).

 

 

 

Основные 108 элементов аккумуляторной батареи подключены к шинам «+» и «‒», от которых питаются системы управления, сигнализации, блокировки (группа 1) и аварийное освещение (группа 2). Включающие электромагниты электромагнитных приводов (группа 3) подключены к шинам «+» и (‒). Напряжение на выводах аккумулятора в нормальном режиме работы составляет 2,15 В, и не должно быть меньше 1,8 В).

Дополнительные элементы обеспечивают более высокое напряжение  на шинах питания приводов, следовательно, позволяют снизить сечение кабелей к силовым приводам, которое определяется допустимой потерей напряжения. Количество дополнительных элементов может быть различным (от 6 до 30) и определяется конкретным расчетом.

Параллельно дополнительным элементам выключается балластное сопротивление R, значение которого регулируется так, чтобы ток постоянной нагрузки проходил по этому сопротивлению, а ток подзаряда – по дополнительным элементам.

При нормальном режиме работы выпрямительные устройства питают постоянно включенных потребителей и подзаряжают аккумуляторную батарею. В этом режиме напряжение на шинах «+» и «‒» (при напряжении на каждом элементе, равном 2,15 В) равно 108 × 2,15 = 232 В.

При предельном разряде батарей напряжение на элементах снижается  до 1,8 В и напряжение на шинах будет равно 108 × 1,8 = 195 В, что составляет 88,5% номинального значения напряжения при допустимом не ниже 80%.

При аварийном режиме работы потребители всех групп получают электроэнергию от аккумуляторных батарей. При числе аккумуляторов 120 штук напряжение на сборных шинах при нормальной работе составляет 120 × 2,15 = 258 В. Чтобы обеспечить питание продолжительной аварийной нагрузки и систем управления, сигнализации и блокировки при напряжении около 230 В, используется ответвление батареи от аккумулятора с порядковым номером 108. При этом напряжение на шинах составит 232 В.

Заряд батареи осуществляется при напряжении, не превышающем 2,35 В на один аккумулятор. В режиме заряда напряжение на аккумуляторной батарее существенно повышается (120 × 2,35 = 282 В). Повышается при этом и напряжение на шинах. Это не опасно для мощных приводов выключателей, так как при срабатывании приводов батарея мгновенно переходит в состояние разряда и напряжение резко снижается. Но такое напряжение слишком велико для систем управления, сигнализации, блокировки и аварийного освещения. Чтобы чрезмерно не увеличивать напряжение на сборных шинах при заряде батареи, у аккумулятора с номером 100 предусмотрено второе ответвление от батареи и переключатель SA. Установив переключатель SA в правое положение, подключают батарею из 100 аккумуляторов к шинам СУ и обеспечивают на них напряжение 100 × 2,35 = 235 В.

Источники постоянного тока обладают следующими преимуществами:

‒ высокой надежностью;

‒ постоянный оперативный ток позволяет применять более надежные схемы и аппаратуру постоянного тока, приводы с более простой кинематикой.

Однако источники постоянного тока обладают и существенными недостатками, к которым относятся:

‒ сложность эксплуатации;

‒ высокая стоимость (батарей и распределительного устройства);

‒ дороговизна и сложность распределительной сети;

‒ необходимость для аккумуляторных батарей отдельного, специально оборудованного помещения, снабженного приточно-вытяжной вентиляцией.

Эти недостатки часто делают нецелесообразным применение оперативного постоянного тока на небольших ТП напряжением 110 кВ и ниже и обусловливают использование переменного оперативного тока.

Контрольные вопросы по главе 6

 

1. Что называется источником оперативного тока?

2. Что называется оперативными цепями?

3. Что называется собственными нуждами ТП?

4. Назовите приемники электроэнергии собственных нужд ТП.

5. Какие виды оперативного тока используются на ТП?

6. Как определяется расчетная мощность собственных нужд?

7. Как выбирается трансформатор собственных нужд?

8. Какие источники оперативного тока являются зависимыми и независимыми?

9. Какие электрические аппараты используются в качестве источников переменного оперативного тока?

10.  Как работает схема максимальной токовой защиты?

11.  Какие достоинства и недостатки трансформаторов тока и напряжения как источников переменного оперативного тока?

12.  Каково назначение оборудования в схеме питания сети переменного оперативного тока?

13.  Что используется в качестве источников питания сетей выпрямленного оперативного тока?

14.  Каково назначение оборудования в схемах питания сети выпрямленного оперативного тока?

15.  Каков принцип работы комбинированного источника питания выпрямленным оперативным током?

16.  Как работает конденсаторное устройство управления электромагнитами?

17.  Что является источником питания в схемах с постоянным оперативным током?

18.  Поясните принцип работы аккумуляторных установок с элементным коммутатором и без него.