Введение

В ЗАО «Институт Энергетической Электроники» разработаны и изготавливаются оригинальные устройства, предназначенные для работы в системах электроснабжения с ответственными электропотребителями в аварийный период, вызванный перерывом в электроснабжении со стороны энергосистемы на одном из вводов промышленной подстанции. Устройства предназначены для работы в системах электроснабжения среднего класса напряжения 6,3 кВ‑10 кВ.

К таким устройствам относится тиристорное устройство автоматического ввода резерва – ТАВР.

1. Тиристорные устройства автоматического ввода резерва
ТАВР-6/10 кВ

Современные нефтеперекачивающие станции (НПС) рассчитаны на непрерывную работу высокопроизводительных технологических производств, связанных с подготовкой и перекачкой нефтепродуктов по магистральным нефтепроводам. Основным технологическим оборудованием НПС являются электродвигатели 6/10 кВ. Надежность работы электродвигателей в основном определяет надежность работы всей НПС.

Системы электроснабжения НПС, как правило, построены по «классической» схеме – два питающих понизительных трансформатора, распределительное устройство с двумя секциями сборных шин и установленный между секциями секционный выключатель с устройством аварийного ввода резерва – (АВР). В последнее время выключатели в распределительных устройствах стали оснащать микропроцессорными блоками релейной защиты разных типов (БМРЗ, SPAC, Schneider Electric и др.). Однако логика работы АВР на секционном выключателе осталась прежней:

• определение неисправной секции сборных шин по уровню остаточного напряжения не более 0,4 U ном;
• отключение неисправного ввода;
• выдержка времени;
• включение секционного выключателя.

При такой логике работы АВР, остановка электродвигателей становится неизбежной, т.к. при этом происходит отключение коммутационной аппаратуры на стороне 0,4 кВ и срабатывание защит технологического оборудования. Часто энергетики НПС применяют различные дополнительные устройства для удержания во включенном состоянии контакторов и пускателей на стороне 0,4 кВ на время перерыва в электроснабжении. Это не всегда спасает от остановки электродвигатели при работе штатного устройства АВР. В тех случаях, когда удается сохранить в работе электродвигатели на стороне 6 кВ‑10 кВ, их включение на исправную секцию сборных шин сопровождается апериодическими пусковыми процессами, сравнимыми с процессами прямого пуска электродвигателей. Это отрицательно сказывается на надежности электродвигателей и коммутационного оборудования распредустройства НПС.

Для повышения надежности работы систем электроснабжения НПС в ГУП «ИЭЭ ОЭЭП РАН» разработан и выпускается ряд тиристорных устройств автоматического ввода резерва – ТАВР на напряжения 6/10 кВ.

Логика работы ТАВР отвечает следующим требованиям:

• распознавание неисправного ввода за время 0,02‑0,04 с;
• отключение выключателя неисправного ввода сразу после определения его неисправности, не дожидаясь уровня остаточного напряжения 0,4 U ном. на неисправной секции сборных шин;
• последующее синхронное переключение электродвигателей неисправной секции сборных шин на исправную секцию, с углом фазового рассогласования не более + 20 эл. градусов;
• контроль восстановления напряжения на неисправном вводе и автоматическое переключение на нормальную схему электроснабжения НПС после восстановления напряжения на неисправном вводе;
• блокировка работы штатного устройства АВР при работе ТАВР и автоматический ввод АВР при выводе ТАВР из работы;
• блокировка работы ТАВР при коротких замыканиях ниже вводных выключателей;
• контроль работы выключателей распредустройства, управляемых от ТАВР;
• выдача соответствующих команд в цепи телесигнализации.

В настоящее время разработан и изготавливается вариант модуля управления ТАВР с встроенным электронным регистратором работы устройства ТАВР в аварийный период. Регистратор фиксирует токи вводных выключателей, токи через тиристорный коммутатор и напряжения на секциях сборных шин РУ для анализа работы устройства ТАВР и коммутационной аппаратуры РУ в аварийный период. Распечатка записанных осциллограмм производится при помощи ПП, прилагаемого к устройству ТАВР.

При установке ТАВР нет необходимости принимать специальные меры для удержания во включенном состоянии контактной аппаратуры на стороне 0,4 кВ, т.к. при высоком быстродействии ТАВР уровень остаточного напряжения на неисправной секции сборных шин не опускается ниже 0,7 U ном.

Для синхронного переключения нагрузки неисправной секции сборных шин на исправную секцию, в ИЭЭ были разработаны силовые тиристорные коммутаторы среднего класса напряжения 6‑10 кВ. В зависимости от мощности питающих трансформаторов, коммутаторы выпускаются на различные токи, вплоть до мощности питающих трансформаторов 63000 кВА.

Логика модуля управления ТАВР построена на микроконтроллерах и отвечает современным требованиям по надежности и сервисному обслуживанию. Микроконтроллер основной логики имеет встроенное жидкокристаллическое табло, на котором отражаются все параметры работы ТАВР и коммутационных аппаратов распредустройства. Память микроконтроллера хранит информацию о 10 последних случаях включения ТАВР. Параметры уставок датчиков напряжения и токов можно менять непосредственно с клавиатуры микроконтроллера после набора разрешительного кода. Модуль управления имеет встроенную тестовую программу проверки исправности устройства ТАВР без вывода его из работы. По требованию Заказчика в состав модуля управления может быть поставлен преобразователь стандартного интерфейса в протокол Modbus.

Устройства ТАВР‑6/10 кВ разработаны под установку в стандартных ячейках распределительных устройств К-59, К-63 и К-104. По отдельному заказу устройства ТАВР изготавливаются для любых ячеек распределительных устройств. Тиристорный коммутатор монтируется на выкатной тележке ячейки, его силовые контакты по расположению соответствуют типу ячейки КРУ. Модуль управления монтируется в шкафу релейного отсека ячейки. Соединение с противоположной секцией сборных шин производится при помощи кабельной перемычки. Для защиты кабельной перемычки на противоположной от ячейки ТАВР секции сборных шин дополнительно устанавливается защитный выключатель ТАВР. На рисунке 1 приведена типовая ситуационная схема включения ТАВР в состав распределительного устройства 6‑10 кВ НПС.

Рисунок 1

Для иллюстрации работы ТАВР на рисунке 2 приведены натурные осциллограммы, снятые во время испытаний устройства ТАВР‑6 кВ в составе НПС «Калейкино» ОАО «АК «Транснефть» с синхронными электродвигателями 4000 кВт.

Рисунок 2

Следует отметить следующие принципиальные отличительные особенности приведенных осциллограмм:

• небольшое время определения неисправного ввода – 0,034 с после отключения ввода;
• практически синхронное переключение электродвигателей неисправной секции сборных шин на исправную секцию с углом фазового рассогласования менее 19 эл. градусов;
• относительно небольшая посадка напряжения на неисправной секции сборных шин (0,85 от Uном.);
• небольшое время апериодики переходного процесса у переключаемых электродвигателей;
• сохранение поля возбуждения у синхронных электродвигателей.

В настоящее время не существует других устройств подобного типа, способных провести переключение электродвигателей с неисправной секции сборных шин на исправную секцию с подобными ТАВР параметрами.

На фото 1 и фото 2 показан тиристорный коммутатор ТАВР‑6 кВ, изготовленного для НПС «Крымская» ОАО «АК «Транснефть».

Фото 1

Фото 2

На фото 3 показан модуль управления ТАВР‑6 кВ, изготовленного для НПС «Крымская» ОАО «АК «Транснефть». На фото 4 показан модуль управления, установленный в релейном шкафу ячейки ТАВР НПС «Нововеличковская». На фото 5 и 6 показаны тиристорные коммутаторы ТАВР.

Фото 3	Фото 4
Фото 5	Фото 6

2. Заключение