Преобразователи энергии: двигатели-генераторы и выпрямители

 

Преобразователь электрической энергии — это электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и (или) показателей качества (ГОСТ 18311—80).

Двигатель-генератор — это агрегат, состоящий из одного или более двигателей, механически связанных с одним или более генераторами (СТ МЭК 50(411)—73).

Выпрямитель — это преобразователь электрической энергии, который преобразует систему переменных токов в ток одного направления (СТ МЭК 50(151)—78).

Указанные преобразователи энергии переменного тока в постоянный используются для питания нагрузки в нормальном режиме работы, для заряда, подзаряда и уравнительного заряда аккумуляторных батарей.

Двигатели-генераторы для заряда аккумуляторных батарей состоят из трехфазных синхронных электродвигателей и генераторов постоянного тока с регулирование напряжения шунтовым реостатом. Для указанных целей в настоящее время их применяют крайне редко.

Обслуживание двигателей-генераторов в основном состоит в соблюдении правильных режимов их работы, наблюдении за состоянием и температурой щеток, коллекторов, контактных колец двигателей, а также за отсутствием искрений щеток, за смазкой подшипников и содержанием агрегатов и регулирующих устройств в чистоте.

Выпрямители по сравнению с двигателями-генераторами имеют ряд достоинств, в том числе: просты в обслуживании, имеют более высокий КПД и больший срок службы.

В основном они предназначены для зарядки аккумуляторных батарей (I режим), параллельной работы с аккумуляторными батареями (II режим), а также для формовки отдельных аккумуляторов (III режим).

В общем случае выпрямительный агрегат состоит из следующих узлов:

силового трансформатора;

выпрямительного моста из трех диодов и трех тиристоров;

блока управления тиристорами, состоящего из схемы питания и двух схем формирования импульсов управления;

блока регулирования, включающего в себя обратные связи по току и напряжению.

Принцип работы агрегата основан на способности тиристоров изменять в широких пределах среднее значение выходного напряжения путем изменения момента отпирания тиристоров. Выпрямленное напряжение поддерживается с точностью 2 % при изменении нагрузки от 4 А до номинального значения в диапазоне напряжений 380–260 В (I режим) и 220–260 В (II режим).

При обслуживании полупроводниковых выпрямительных устройств следят за температурой нагрева диодов и тиристоров, температурой окружающего воздуха, отсутствием кислотных паров и влаги в помещении, где они установлены.

На ПС эксплуатируются аккумуляторные батареи с элементным коммутатором или без него.

В схеме имеется зарядный двигатель-генератор и подзарядное выпрямительное устройство. Постоянство напряжения при заряде и разряде аккумулятора на шинах постоянного тока обеспечивает элементный коммутатор, состоящий из изолирующей плиты с расположенными на ней контактными пластинами, к которым подсоединены отводы от соединительных полос аккумулятора. По пластинам к соответствующим шинам скользят разрядная и зарядная щетки, которые приводятся в движение вручную или от электродвигателя, управляемого дистанционно либо с помощью устройства регулирования напряжения.

Существуют аналогичные схемы аккумуляторных установок без элементного коммутатора с ответвлениями от батареи для питания потребителей.

 

Контроль изоляции цепей оперативного тока

 

В процессе обслуживания установок постоянного тока необходим контроль изоляции токоведущих частей относительно земли.

Выбор метода определения места повреждения (ОМП), например, КЛ, является исключительно сложным процессом и зависит от характера повреждения и переходного сопротивления в месте повреждения.

Повреждения в трехфазных КЛ могут быть следующих видов:

замыкание одной жилы на землю;

замыкание двух или трех жил на землю или двух или трех жил между собой;

обрыв одной, двух или трех жил без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил, и др.

Характер повреждения определяют с помощью мегаомметра. Для определения зоны повреждения используют следующие основные методы:

импульсный метод;

метод кабельного разряда;

метод петли;

емкостной метод.

Понижение сопротивления изоляции на одном полюсе может привести к образованию обходных цепей через землю и самопроизвольному включению или отключению коммутационных аппаратов или ложным сигналам.

Для непрерывного контроля состояния изоляции применяются специальные устройства, позволяющие измерять сопротивление изоляции, а при значительном понижении ее на одном полюсе (до 20 кОм в установках 220 В и 10 кОм в установках 110 В) сигнализировать звуковым и световым сигналами.

В цепях переменного оперативного тока изоляция контролируется с помощью специальных устройств, выполненных по схемам измерительных мостов. К сожалению, не имеется специальных приборов и устройств, с помощью которых можно было бы определить место повреждения изоляции или замыкания цепи на землю. Поэтому такое место определяется визуально.

При поиске места повреждения сеть постоянного тока разделяется секционирующими аппаратами на независимые участки, каждый из которых питается от отдельного источника, например, один от аккумуляторной батареи, другой — от двигатель-генератора или выпрямительной установки. При этом проверяется сопротивление изоляции цепей каждого участка и выявляется участок с поврежденной изоляцией. Проверка должна осуществляться двумя лицами, одно из которых проводит операции с коммутационными аппаратами, другое наблюдает за показаниями прибора контроля изоляции.

Само место повреждения изоляции цепи обнаруживается визуально, а также отключением цепи, деления ее на части и измерения мегаомметром сопротивления изоляции каждого участка. Последовательность операций устанавливается местными инструкциями. Рекомендуется начинать операции с менее ответственных цепей сигнализации, телемеханики, связи и заканчивать более ответственными цепями управления и РЗиА.

 

 

Глава 8. Особенности обслуживания устройств релейной защиты и автоматики

 

Общие положения по обслуживанию устройств РЗиА

 

В соответствии с ПУЭ, устройства релейной защиты предназначены:

для автоматического отключения элемента от остальной части электрической сети (электроустановки) в случае его электрического повреждения или возникновения опасного, ненормального режима работы, который может привести к его повреждению;

подачи сигнала в случае возникновения ненормального режима, который в течение продолжительного времени не приведет к повреждению элемента.

Релейная защита, действующая на отключение, как правило, выполняется селективной, чтобы при повреждении какого-либо элемента отключался только этот поврежденный элемент.

В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше релейные защиты снабжаются устройствами, блокирующими их действие при качаниях или асинхронном ходе, если в указанных сетях возможны такие качания или асинхронный ход, при которых защиты могут срабатывать неправильно.

Режим качаний — это режим энергосистемы, при котором происходят периодические изменения параметров без нарушения синхронизма (ГОСТ 21027—75).

Асинхронный режим — это переходный процесс, характеризующийся несинхронным вращением части генераторов энергосистемы (ГОСТ 21027—75).

К средствам автоматики на ПС, на которые распространяются требования ПУЭ, относятся:

автоматическое повторное включение (АПВ) линий или фаз линий, шин и прочих электроустановок после их автоматического отключения;

автоматическое включение резервного питания или оборудования (АВР);

автоматическое регулирование возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности;

автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ);

автоматическое противоаварийное управление, в том числе:

автоматическое предотвращение нарушения устойчивости (АПНУ);

автоматическая ликвидация асинхронного режима (АЛАР);

автоматическое ограничение снижения частоты (АОСЧ),

в том числе автоматическая частотная разгрузка (АЧР);

автоматическое ограничение повышения частоты (АОПЧ);

автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН);

автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН);

автоматическая разгрузка оборудования (АРО) — ограничение перегрузки.

На средства противоаварийной автоматики возлагается задача предотвращения и ограничения развития аварийных процессов в энергосистеме с целью сведения к минимуму ущерба у потребителей. Важнейшей задачей противоаварийной автоматики является предотвращение общесистемных аварий, сопровождающихся нарушением электроснабжения потребителей на значительной территории.

Особенности обслуживания устройств РЗиА обусловлены требованиями к их надежному срабатыванию при аварийных режимах работы электросетей и работоспособностью в утяжеленных режимах, что вызывает необходимость наличия высококвалифицированного персонала в этой области и повышенных требований к ним в части технического обслуживания этих устройств.

Устройства РЗиА обслуживает местная служба РЗиА и телемеханики. Оперативный персонал этой службы не реже 1 раза в месяц при наличии телесигнализации о неисправности устройств и автоматического контроля ВЧ каналов проводит осмотр устройств, проверяет их исправность и готовность к действию.

При их отсутствии осмотры проводят не реже 1 раза в неделю при обслуживании ПС ОВБ. В ходе осмотра ПС по другим причинам персонал ОВБ проверяет устройства РЗиА в том же объеме.

При осмотре устройств РЗиА и измерений обслуживающий персонал проверяет записи в журнале релейной защиты или картах РЗиА о всех выполненных за предшествующий осмотру период изменениях в уставках, схемах, устройствах РЗиА, введенных вновь или выведенных из работы, а также записи в оперативном журнале.

Затем проверяют исправность аварийной и предупреждающей сигнализации, сигнализации положения выключателей, наличие напряжения на шинах оперативного тока, всех источников постоянного и переменного тока и режим работы подзарядных устройств. По стационарным приборам контролируют сопротивление изоляции цепей оперативного тока.

По сигнализации проверяют исправность цепей управления выключателями и другими коммутационными аппаратами, наличие оперативного тока во всех устройствах и цепях управления, исправность предохранителей и АВР источников оперативного тока, правильность положения автоматических выключателей, рубильников и других коммутационных аппаратов в схеме АВР и соответствие их положений первичной схеме.

По измерительным приборам и сигнализации контролируют исправность цепей ТН, предохранителей, правильное положение всех коммутационных аппаратов в этих цепях в соответствии с действительной схемой первичных соединений.

Проводят осмотр всех устройств РЗиА на щите управления, релейной защиты в коридорах РУ и КРУ, проверяя по внешнему виду или по сигнализации их исправность и готовность к действию. Возвращают в начальное положение сработавшие случайно (например, из-за сотрясений) указательные реле.

Проверяют правильность положения всех органов управления устройствами РЗиА, соответствие их положений действительной первичной схеме ПС.

Осматривают и проверяют исправность и готовность к действию фиксирующих приборов, самопишущих измерительных приборов, наличие бумаги или пленки для осциллографов и т. д.

Осматривают газовые реле трансформаторов (у реле со смотровым окном). Проверяют положение приводов выключателей, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей, уплотнение дверей и крышек релейных шкафов и т. п.

Обо всех неисправностях, выявленных при осмотре, делают записи в журнале релейной защиты или в картах устройств РЗиА и немедленно докладывают диспетчеру или дежурному инженеру станции (ПС), а также руководству местной службы РЗиА.

Некоторые неисправности или отклонения от заданного режима в устройствах РЗиА оперативный персонал может устранять самостоятельно, в том числе:

включение автоматических выключателей или замена плавких вставок предохранителей в цепях ТН или питания устройств РЗиА;

вывод из работы всех устройств РЗиА при обрыве цепи отключения выключателя или другого коммутационного аппарата с последующим выполнением диспетчером мероприятий, предусмотренных для присоединения, полностью отключенного от релейной защиты;

вывод из работы всех устройств РЗиА, действующих от поврежденных индивидуальных блоков питания, зарядных устройств конденсаторов в цепи отключения выключателя, отделителя, короткозамыкателя, с последующим выполнением диспетчером мероприятий, предусмотренных для данного присоединения, отключенного от системы защиты;

определение места повреждения при появлении в цепях оперативного тока замыкания на землю;

отключение устройств, действующих на автоматическое включение выключателя, при повреждении выпрямителей, питающих цепи включения электромагнитных приводов.

Все работы в устройствах РЗиА выполняет персонал местной службы РЗиА по заранее оформленным заявкам.

Установлен следующий порядок допуска бригады к работе:

получив разрешение диспетчера предприятия электрических сетей или дежурного инженера станции, оперативный персонал (дежурный) готовит рабочее место в зависимости от характера предстоящих работ;

для этого выполняют все операции, предусмотренные заявкой: с помощью накладок отключают вторичные устройства, на панелях вывешивают разрешающие производство работ плакаты, соседние панели с лицевой и обратной стороны закрывают шторками из плотной ткани, исключающими случайный доступ к панелям;

после этого дежурный проводит с бригадой инструктаж и допускает ее к работе.

Работы во вторичных устройствах производят по испытательным схемам с нанесенной маркировкой проводов, зажимов, кабелей.

Работающим запрещается отвлекаться на другие виды работ вплоть до окончания работ на отключенном для профилактики устройстве.

Фирмой ОРГРЭС (филиал ОАО «Инженерный Центр ЕЭС») разработана «Инструкция для оперативного персонала по обслуживанию устройств релейной защиты и автоматики энергетических систем» (СО 34.35.502—2005, дата введения — 01.10.2005 г.), которая определяет права и обязанности оперативного персонала и содержит общие указания по оперативному управлению и обслуживанию устройств РЗиА, контролю их исправности и устранению ряда неисправностей, по организации работ в этих устройствах, а также по действию оперативного персонала при их срабатывании.

Инструкция обязательна для оперативно-диспетчерского персонала всех уровней оперативно-диспетчерского управления, обслуживающего находящиеся в его оперативном управлении или ведении устройства РЗиА электрических станций, электрических сетей и ПС.

В состав устройств РЗиА входят, в том числе, противоаварийная автоматика, системы автоматического регулирования электрических режимов силового электрооборудования электростанций и ПС, приборы определения мест повреждения, автоматические осциллографы и регистраторы аварийных событий, вторичные цепи и системы питания устройств РЗиА.

Положения указанной Инструкции распространяются на оперативный персонал любых энергообъектов, независимо от формы собственности, в части устройств РЗиА, находящихся в оперативном управлении или ведении оперативно-диспетчерского персонала более высокого уровня управления.

Инструкция определяет основные принципы и дает общие указания по оперативному обслуживанию устройств РЗиА и вторичных цепей.

Необходимые дополнительные указания по оперативному обслуживанию отдельных конкретных устройств РЗиА, включая особенности оперативного обслуживания микропроцессорных устройств РЗиА, в том числе при наличии на энергообъекте систем АСУ ТП, должны быть приведены в типовых инструкциях (или в дополнениях к ним) или в местных инструкциях по оперативному обслуживанию этих устройств.

Типовые инструкции по оперативному обслуживанию могут составляться для следующих устройств и цепей:

микропроцессорных устройств РЗиА любого типа;

дифференциальной защиты шин;

газовой защиты;

защиты шиносоединительных и обходных выключателей;

устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ);

приборов ОМП;

дифференциальной защиты линий;

поперечной защиты линий;

ВЧ защиты линий;

АПВ, АВР, АЧР и других устройств РЗиА;

цепей ТН, цепей и источников оперативного постоянного и переменного тока;

цепей управления, аварийной и предупредительной сигнализации, устройств сигнализации замыканий на землю и др.

В типовых инструкциях, как правило, приводятся указания по оперативному обслуживанию устройств, исходя из принципа их действий и технических особенностей, без учета местных условий и особенностей данной электростанции или ПС. Уточнения и дополнения, связанные с конкретными условиями, должны указываться в местном дополнении к типовой инструкции или в местной инструкции, составленной на ее основе.

Местные инструкции (дополнения к типовой инструкции) составляются для всех устройств РЗиА, установленных на данной электростанции или ПС, для обслуживания которых нет соответствующих типовых инструкций.

Допускается составление одной инструкции по всем устройствам РЗиА, обслуживаемым оперативным персоналом данного энергообъекта или уровня оперативно-диспетчерского управления.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) устройств РЗиА. Устройства РЗиА выбираются по условию помехозащищенности, достаточной для выполнения ее основных функций при наихудших возможных параметрах электромагнитной обстановки.

Устройства РЗиА, содержащие электронные и микропроцессорные элементы, проходят испытания по ЭМС согласно действующим нормативным документам.

Защитное заземление устройств РЗиА выполняется путем присоединения всех шкафов, панелей и корпусов устройств РЗиА к закладным протяженным элементам (полосам, швеллерам), проложенным в полу, к которым крепятся эти устройства.

Закладные части присоединяются к заземлению здания стальной шиной сечением не менее 100 мм2.

Рабочее заземление устройств РЗиА допускается осуществлять присоединением рабочих (схемных) точек заземления устройств кратчайшим путем к зажимам защитного заземления панелей (шкафов) и корпусов этих устройств.

Закладные элементы должны быть соединены друг с другом по концам в промежуточных точках с шагом 4–6 м стальной полосой сечением не менее 100 мм2 с помощью сварки.

Допускается использовать помещения, электромагнитная обстановка в которых по одному или нескольким параметрам не удовлетворяет предъявленным требованиям. Однако в этом случае все устанавливаемые в таком помещении устройства РЗиА испытываются на ЭМС со степенями жесткости, гарантирующими нормальную работу этих устройств в данном помещении.