CC BY
470
УДК 621.316.925
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЛОКИРОВКИ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ БЕСКОНТАКТНЫХ ДАТЧИКОВ ПОЛОЖЕНИЯ
В статье проведён анализ основных причин отказов электромагнитной блокировки коммутационных аппаратов подстанций 6-110 кВ. Рассмотрены различные типы бесконтактных выключателей и возможность их применения в схемах электромагнитной блокировки разъединителей для повышения её надёжности.
Ключевые слова: электромагнитная блокировка, коммутационный аппарат, бесконтактный выключатель, подстанция, локальное устройство, датчик положения.
In the article the analysis of the basic reasons for the failures of the electromagnetic blocking of the switch apparatuses of the substations of 6-110 kV is carried out. Different types of noncontact switches and possibility of their application in the diagrams of the electromagnetic blocking of disconnector switches for increasing its reliability are examined.
Keywords: the electromagnetic blocking, the switch apparatus, the noncontact switch, the substation, the local device, the gauge of position.
Важное место в электроэнергетике занимает надежность работы оборудования и безопасность действий, совершаемых рабочим персоналом при оперативных переключениях. Для предупреждения неправильных операций, производимых оперативным персоналом, все коммутационные аппараты оснащены устройствами блокировки. Все переключения в электрических распределительных устройствах должны производиться в четкой очередности, в соответствии с инструкцией по эксплуатации оперативных блокировок в распределительных устройствах высокого напряжения. Наибольшее распространение получили механические и электромагнитные блокировки. Механическую блокировку применяют, обычно, в схемах с малым числом присоединений (обычно до 10).
В настоящее время широко распространена электромагнитная блокировка разъединителей с использованием электромагнитных замков. Она содержит источник питания, электрические цепи и соединения, а так же аппаратуру блокировок разъединителей (блок-замки, коммутирующие устройства командно-сигнального аппарата КСА). Исходя из условия обеспечения, разрешенного для первичной цепи, порядка операций коммутационными аппаратами, выполняется электрическая схема питания электромагнитов блокировки.
Несовершенство такой системы приводит к серьезным сбоям в работе, отключению потребителей, повреждению дорогостоящего высоковольтного оборудования, травмам оперативного персонала. Исходя из этого, к оперативным блокировкам разъединителей предъявляются следующие требования:
Н.О. Калинина, В.И. Нагай
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический _институт)_
Southern Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
- блокировка должна быть полной, т.е. предусматривать блокирование всех неправильных операций, которые могут быть произведены разъединителями;
- устройства оперативной блокировки и блокировки заземляющих ножей должны осуществляться по общей схеме;
- блокировка должна быть надежна в эксплуатации;
- при неисправностях или исчезновении напряжения оперативного тока блокировка должна позволять производить операции с разъединителями с применением универсального ключа;
- блокировочная аппаратура должна быть доступна для осмотра при наличии напряжения на блокируемом оборудовании;
- блокировка не должна без надобности усложнять или замедлять операции с разъединителями, что особенно важно при большом количестве присоединений;
- блокировка не должна препятствовать включению и отключению выключателя при отключенных разъединителях присоединения. Однако, блокировка должна исключать возможность подачи напряжения на заземленные участки присоединений включением выключателя.
При осуществлении блокировки наряду с обеспечением разрешенного порядка переключения необходимо исключить возможность ошибочного включения выключателя на заземленный участок цепи. Это требование удовлетворяется таким построением схемы электромагнитной блокировки, что включение заземляющего ножа по одну сторону выключателя возможно только при отключенном разъединителе по другую сторону, и наоборот. Для примера приведена схема построения блокировки коммутационных аппаратов для одной секции шин с линейным присоединением, трансформаторным присоединением и присоединением трансформатора напряжения (рис. 1).
051 \
0501.1
-н^Чн
0501.2
о^Чн
+ШБ
Ввод 35 кВ
-ШБ
Ш-
ЯР
01
053
0502
~N7"
У1
-ч >-
ШБР
0501.
__2,_
У2
051
052
051
03
052
053
У01.
—<2 >—
У02
—< >—
У03
—< >—
У04.1
Шинки и
автомат
051
052 С 0) 1-X X X Ч 0)
053 со ГО 0.
0501.2 г
0502 к 3 с о £ ® со го со
0503
Образование шинки ШБР1
КРУ 10 кВ
б)
Рисунок 1 - Схема блокировки: а - схема распределительного устройства с одной системой шин; б - схема блокировки элементов распределительного устройства с одной системой шин
На базе инструкции по эксплуатации оперативных блокировок цепи
0504.1
формирования разрешающих сигналов для каждого присоединения можно описать уравнениями алгебры логики:
- для разъединителей:
^да) = Q1• QSG2 • QSG4.1;
f(QS2) = (Q1 + QS3 • QS1) • QSG1.2 • QSG4.1;
f(QS3) = Q1 • QS2 • Q3 • QSG4.1;
- для заземляющих ножей:
f(QSG1.2) = QS2; f(QSG2) = QS1; f(QSG3) = Q3; f(QSG4.1) = QS2 • QS3.
Основными причинами отказов электромагнитных блокировок разъединителей на подстанциях являются:
- тяжелые климатические условия работы (повышенная влажность, перепады температур, проникновение в приводы разъединителей грызунов и насекомых, которые мешают работе аппаратов);
- старение изоляции;
- повреждения подводов кабелей к шкафам приводов разъединителей;
- низкая ненадёжность работы блок-контактов КСА;
- возможность осуществлять деблокирование без электромагнитного ключа.
Для повышения надежности электромагнитных блокировок необходимо получать
достоверную информацию о крайних конечных положениях разъединителей и их заземляющих ножей. Этого можно достигнуть путем применения первичных преобразователей положения, в качестве которых можно использовать бесконтактные датчики. Системы блокировки на базе таких датчиков исключают возможность проведения операций с коммутационными аппаратами при нахождении их в промежуточном положении.
Бесконтактным выключателем (датчиком положения) является твердотельный (полупроводниковый) преобразователь, управляющий состоянием внешней цепи нагрузки при помощи встроенного коммутационного элемента в зависимости от положения объекта воздействия. При этом регистрация объекта производится дистанционно (без механического контакта преобразователя и объекта воздействия).
При установке в системах автоматизации технологического оборудования бесконтактные выключатели чаще всего выполняют функцию первичных преобразователей для контроля положения рабочих элементов оборудования, сигнализируя о завершении выполнения команды на перемещение.
Рисунок 2 - Функциональная схема бесконтактного выключателя
В зависимости от принципа действия чувствительного элемента выделяют индуктивные, емкостные и оптические бесконтактные выключатели, различающиеся по возможным областям применения. Индуктивные бесконтактные выключатели типа
ВБИ регистрируют присутствие металлических объектов воздействия на расстоянии до 150 мм. Емкостные бесконтактные выключатели типа ВБЕ регистрируют присутствие объектов воздействия из любых материалов на расстоянии до 40 мм. Оптические бесконтактные выключатели типа ВБО регистрируют присутствие любых непрозрачных объектов в зоне чувствительности до 16 м. К данной группе изделий относятся также многолучевые оптические защитные барьеры с дискретным выходом, предназначенные для обеспечения безопасности персонала на кузнечно-прессовом оборудовании, в охранных системах и других установках.
Основные функции бесконтактных выключателей предполагается применять для сбора информации, получения сигнала и световой индикации о положении разъединителей. Посредством полученных сигналов возможна реализация блокировки разъединителей, которая может быть выполнена как в виде локальной схемы (рис. 3 а), так и в виде централизованной схемы (рис. 3б).
а) б)
Рисунок 3 - Схема блокировки разъединителей: а - локальная; б - централизованная
Функционирование локальной схемы включает взаимодействие двух основных блоков: локального (Л) и блока датчиков (Д). Разрешающий сигнал блокировки поступает на электромагнитный замок (ЭЗ), что даёт возможность произвести переключение коммутационного аппарата. Построение такой системы блокировки не предполагает дополнительных кабельных связей по сравнению с существующей системой, что значительно снижает объем монтажных работ.
При использовании централизованной системы снижается число кабельных связей между элементами системы блокировки, что актуально на реконструируемых подстанциях. При этом сигнал о состоянии коммутационных аппаратов формируется в локальных устройствах (Л) и передается на центральное управляющее устройство (Ц), где и формируется разрешающий сигнал. ЛУ обеспечивают получение информации о состоянии собственных коммутационных аппаратов. При таком подходе снижается стоимость работ по установке и уменьшается в несколько раз количество кабельных связей.
В ЮРГТУ(НПИ) разработана система блокировки на основе электромеханических, твердотельных реле и бесконтактных датчиков положения. Её функционирование включает взаимодействие двух основных блоков А и В. Блок привода А (рис. 4) устанавливается непосредственно на приводах разъединителей и выполняет функцию традиционных блок-контактов КСА. Блоки клеммных шкафов В (рис. 4) служат для формирования разрешающих сигналов блокировки.
W1
Рисунок 4 - Структурная схема устройства блокировки при организации логики
на клеммах и реле
Централизованная магистральная система может быть реализована на основе микропроцессорных устройств (рис. 5). В функции локальных устройств (ЛУ) входят: контроль положения коммутационного аппарата, обработка данных, обмен данными с центральным управляющим устройством (ЦУУ), подача напряжения на электромагнитный замок при получении разрешающего сигнала от ЦУУ, а так же световая индикация положения разъединителя, его заземляющих ножей и контроль питания блока.
W I
оэви
_КРУ 10 кВ
Рисунок 5 - Структурная схема устройства блокировки при организации логики
на микропроцессорной базе
В центральном управляющем устройстве программно реализована логическая часть блокировки для конкретной подстанции. Оно получает информацию о положении всех коммутационных аппаратов распределительного устройства, производит обработку полученных данных, формирует, разрешающие для проведения переключений, сигналы и отправляет данные на локальные устройства.
Рассмотренные варианты построения блокировок коммутационных аппаратов позволяют реализовать технические системы, свободные от недостатков, с механическими контактами контроля положения разъединителей и могут быть интегрированы в АСУ подстанции.
Литература
1. Буткевич В.Ф., Крылов С.В. Анализ причин отказов электромагнитных блокировок на подстанциях Сургутских электрических сетей // Электрические станции. 2002. №8. С. 54-60.
2. Инструкция по эксплуатации оперативных блокировок безопасности в распределительных устройствах высокого напряжения. Служба передового опыта и информации. М.: Союзтехэнерго, 1979 с. 9-38
3. Крашенинников В.А. О состоянии блокировочных устройств в распредустройствах электрических подстанций // Электрические станции. 2003. № 9. С.15-16.
Нагай Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, декан Энергетического факультета, профессор кафедры «Электрические станции», заместитель директора НИИЭ ЮРГТУ (НПИ), Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). E-mail: nvi53@mail.ru, nagay@novoch.ru
Калинина Наталья Олеговна - аспирант, инженер кафедры «Электрические станции» Энергетического факультета, Южно-Российский государственный технический университет, (Новочеркасский политехнический институт), E-mail: tata@novocherkassk.net
Nagay Vladimir I. - Doctor of Technical science, Professor, the dean of the Energetic department, Professor of the Electric stations department, Deputy Director of NRIE SRSTU (NPI), Southern Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: nvi53@mail.ru, nagay@novoch.ru
Kalinina Natalia O. - postgraduate student, engineer of the Electric stations department, Southern Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: tata@novocherkassk.net
