Источники оперативного тока подстанций

Для питания цепей управления, автоматики, сигнализации и защиты применяется оперативный ток. Существует три основных вида оперативного тока: переменный, постоянный и выпрямленный. Источниками переменного оперативного тока являются измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также трансформаторы собственных нужд (ТСН). Источниками постоянного оперативного тока служат аккумуляторные батареи. В качестве источников выпрямленного оперативного тока используются выпрямительные установки и специальные блоки питания, которые получают переменный ток от измерительных трансформаторов тока и напряжения и ТСН. Кроме того, в качестве источников оперативного тока используются предварительно заряженные конденсаторы.

Источники оперативного тока должны быть в постоянной готовности к действию в любых режимах работы электроустановки, в том числе и в аварийном. Постоянный оперативный ток применяется обычно на электростанциях, тяговых подстанциях, крупных трансформаторных подстанциях с первичным напряжением 110 кВ и выше. Переменный ток используется на трансформаторных подстанциях напряжением 35 кВ и ниже, на небольших подстанциях 110 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения, имеющих на стороне среднего и низшего напряжения выключатели с пружинными приводами. Выпрямленный ток используется на подстанциях напряжением 35 кВ и ниже с выключателями, укомплектованными электромагнитными приводами, а также на подстанциях напряжением 110-220 кВ с числом выключателей на стороне высшего напряжения не более двух с электромагнитным приводом, либо не более трех с пружинными или пневматическими приводами.

В ряде случаев применяют схемы питания оперативных цепей с использованием различных источников тока. Так, например, при малой мощности аккумуляторной батареи от нее получают питание цепи управления и защиты, а включающие электромагниты — от выпрямительных устройств.

Наиболее надежными источниками переменного оперативного тока для работы защит являются трансформаторы тока, обеспечивающие их четкую работу при перегрузках и коротких замыканиях. Трансформаторы напряжения нельзя использовать для питания оперативных цепей отключения, так как при близких трехфазных КЗ напряжение на шинах электроустановки может понизиться настолько, что не сработает отключающая катушка привода выключателя. По этой причине трансформаторы напряжения используются для питания тех защит, которые действуют при режимах, не связанных со значительным понижением напряжения на шинах. От ТСН получают питание устройства и цепи, для которых не требуется особая стабильность подводимого напряжения и допускаются временные перерывы в подаче питания (например, электродвигатели пружинных приводов).

Источники выпрямленного тока можно разделить на три основные группы: источники для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей; источники оперативного тока для питания цепей управления, защиты, автоматики и сигнализации; источники питания включающих электромагнитов приводов выключателей. К источникам выпрямленного тока следует также отнести предварительно заряженные от выпрямителей конденсаторы.

Блоки питания, находящиеся в эксплуатации, можно разделить на четыре группы: токовые (БПТ); напряжения (БПН); зарядные устройства (УЗ); комбинированные, совмещающие в себе блоки питания и зарядные устройства.

На рис. 1, а представлена принципиальная схема питания оперативных цепей от блоков БПТ и БПН. Блок БПТ состоит из промежуточного трансформатора TLy выпрямительного моста К5, вспомогательных элементов — дросселя L и конденсатора С, обеспечивающих стабилизацию выходного напряжения. Питание БПТ получает от трансформатора тока. Трансформатор TL{ может иметь две первичные обмотки для подключения к трансформаторам тока двух фаз. Блок БПН получает питание от трансформатора напряжения или собственных нужд (рис. 1, а). Он состоит из промежуточного трехфазного трансформатора TL2 (или двух однофазных), ко вторичным обмоткам которого подключены выпрямительные мосты VS2, соединяемые последовательно (рис. 1, а) или параллельно в зависимости от величины требуемого напряжения. Блоки БПТ и БПН могут работать на общие шинки выпрямленного напряжения для возможности взаимного резервирования. БПН обеспечивает питанием оперативные цепи в нормальных условиях работы, а БПТ — в режимах КЗ, когда блоки БПН не могут обеспечить питание вторичных устройств из-за большого снижения напряжения в первичных цепях.

Рис. 1:

а — схемы блоков питания БПТ и БПН; б — схема комбинированного блока БПЗ-401

Зарядные устройства серии УЗ предназначены для предварительной зарядки конденсаторов, используемых для создания кратковременного разрядного импульса для питания отдельных элементов схемы, например, катушек отключения высоковольтных выключателей. Устройство УЗ-401 рассчитано на одновременный заряд конденсаторов напряжением 400 В общей емкостью от 500 до 1000 мкФ.

Комбинированные блоки БПЗ-401 и БПЗ-402 являются одновременно блоками питания и зарядными устройствами. Эти блоки пришли на смену зарядным устройствам УЗ-401. БПЗ-401 получают питание от трансформаторов напряжения или собственных нужд. Упрощенная схема блока типа БПЗ-401 представлена на рис. 1, б, наиболее часто применяемого для заряда конденсаторов. Блок состоит из промежуточного трансформатора напряжения TL V, выпрямителя VS, промежуточного реле К L, конденсаторов С, и С2, резистора R и диода VD. Первичные и вторичные обмотки трансформатора TL V выполнены секционированными, а вторичная обмотка имеет отпайки, выведенные на зажимы платы трансформатора (секционирование и отпайки на рис. 1, б не показаны). Установкой соответствующих перемычек на зажимах секций и изменением положения переключателей на плате трансформатора обеспечивается получение на выходе выпрямленного напряжения 110 или 220 В при включении блока на 120-127 В или 200-254 В переменного тока. Выпрямление напряжения осуществляется мостом VS, собранным из восьми кремниевых диодов (по два диода в каждом плече). Контроль наличия зарядного напряжения на выходе блока осуществляет реле KL. Конденсатор С, предназначен для защиты выпрямителя от перенапряжений, а С2 — для предотвращения вибраций якоря реле KL. Диод VD препятствует разряду заряжаемых конденсаторов при исчезновении напряжения питания блока. Токоограничивающий резистор R обеспечивает термическую стойкость реле KL. Заряженные конденсаторы подключаются к выпрямителю VS через диод VD, а нагрузка — непосредственно к выпрямителю. Блок БПЗ-402 подключается к измерительным трансформаторам тока первичными обмотками насыщающегося трансформатора. Выпрямитель блока БПЗ-402 такой же, как и в блоке БПЗ-401.

Для надежного питания оперативным током реле защиты и автоматики применяют схемы с использованием разных блоков питания. Например, одного блока БПЗ-402 и двух блоков БПЗ-401, На стороне выпрямленного напряжения все блоки включаются параллельно.