Дистанционно управление на комутационни апарати в енергетиката

В продължение на темата от миналия брой на списанието, където представихме някои от основните характеристики на съвременните системи за дистанционно управление на комутационни апарати в енергетиката, в настоящия материал акцентираме върху сигнализационната подсистема, изискванията при проектирането и структурирането на системите за дистанционен контрол, дистанционното управление на прекъсвачи и разединители.

Аварийна звукова сигнализация

Аварийната звукова сигнализация задължително се използва при следните ненормални режими на работа:

• претоварване и повишаване на температурата на охлаждащата среда при синхронните генератори и компенсатори, силови трансформатори и автотрансформатори;

• липса на постоянно изправено и променливо напрежение;

• земни съединения в системата за постоянно и изправено оперативно напрежение и в мрежите за малък ток на земни съединения;

• повреди на напрежителните вериги на релейни защити;

• неизправности на веригите за управление;

• непълнофазни режими на прекъсвачите с пофазно задвижване;

• задействане на релейна защита в системната автоматика;

• понижаване на налягането на въздуха в резервоарите на въздухоструйните прекъсвачи.

Предупредителната сигнализация се изгражда от следните две части: обща звукова и индивидуална оптична. Общата звукова част е с повторяемост на действието и може да бъде със и без централно спиране на звука. Тя има две съставни части: индивидуални пускови вериги и общо устройство на звуковия сигнал.

Връзката между двете части се осъществява чрез специална шина за звукова предупредителна сигнализация. Звуковият сигнал се подава от електрически звънец (предупредителна), който е основен елемент на общото устройство, има различен тон от сирената (аварийния сигнал) и се монтират на сигналното табло.

Индивидуалната оптична част се изпълнява в два варианта: светлинна със сигнални лампи и релейна със сигнални релета. Първият вариант се прилага предимно при големи електрически подстанции, а вторият - в останалите случаи. Схемата с индивидуален звуков контрол се използва в електрическите централи. Тя позволява пълно отделяне на веригите за командване и сигнализация.

В електрическите централи и подстанции се използва общ контрол на веригите за командване и сигнализация на отделните шкафове на КРУ. Той се осъществява чрез сигнално реле с падаща клапа, което пуска общия звуков предупредителен сигнал и подава индивидуален оптичен сигнал.

Сигналната подсистема представя информация за нормално и неизправно състояние на техническите съоръжения и на технологичните процеси. Схемите за дистанционно командване трябва да позволяват на оператора да има пълна информация за състоянието на управляваната от него електросистема, в това число: положение на всички прекъсвачи (включен - изключен); разединители (включен - изключен - включен заземителен ножов разединител); готовност на веригите за предаване на команда; за правилно изпълнение на междинната операция; за правилно изпълнение на подадената команда; за новото положение на апарата; сигнализация за отклонението от изпълняване на подадената команда.

Тя е изходна база за командната подсистема и има две основни функции: да подава общи звукови сигнали чрез електрически сирени и звънци, които привличат вниманието на операторите при поява на неизправности, и да показва причините за настъпилите неизправности и нормалното състояние на съоръженията чрез индивидуални оптични сигнали, които биват светлинни и апаратни.

Индивидуалните сигнали се различават по цветове, които имат кодово предназначение. Така например червеният цвят фиксира включено положение на съоръженията, неизправности, опасности и др.; зеленият цвят указва изключено състояние на съоръженията, нормална обстановка и др.; жълтият цвят служи за съобщения, уведомяване и др.

Аварийно известяване. Стандартните и дефинираните от потребителя аларми са записани в базата данни и може да бъдат програмирани да дават звуков сигнал или визуално да предупреждават операторите чрез сигналните лампи от светлинното табло на системата със способност за потвърждение от оператора.

Защити. Защитите са последната степен на системата за управление. Те заработват при нарушаване на технологичните процеси и при неизправност на технологичните съоръжения, когато регулиращата подсистема не успява да поддържа работните режими на уредбите.

Тяхното автоматично действие се свежда до отделяне на неизправните съоръжения чрез следните мероприятия:

• изключване на единични съоръжения;

• разтоварване и пълно спиране на съоръжения, блокове и уредби;

• включване на резервни съоръжения;

• за надеждното действие на защитите, особено когато защитават важни и скъпи съоръжения, се предвижда тяхното резервиране.

Какви ще бъдат защитите се определя от конструктивните особености и техническите данни на съоръженията. Те също така служат за предотвратяване на неправилни или погрешни операции при управлението. Така те предпазват съоръженията и персонала, което облекчава протичането на технологичния процес. За целта при командването на съоръжения се спазва строга последователност, като се отчитат редица технически условия и изисквания.

Основни принципи за структуриране на схемите за дистанционно управление

Схемите за дистанционно командване трябва да обезпечават максимална автоматизация на процеса на експлоатация, контрол на зададените режими на работа и сигнализация при отклонение. Схемите за дистанционно управление се изпълняват при спазване на следните четири основни принципа:

• Прекъсвачът трябва да допуска ръчно дистанционно, автоматично и телемеханично командване, и винаги - и ръчно местно (аварийно) изключване.

• Прекъсвачът трябва да ограничава автоматично продължителността на оперативните команди, които се подават към изпълнителните органи.

• Прекъсвачът трябва да блокира командите срещу многократно включване и изключване на прекъсвачите.

За повишаване на надеждността при дистанционно командване на прекъсвачите за високи напрежения над 110 kV се прилага двуполюсно прекъсване на техните командни вериги за включване и изключване.

Структурата на схемите за дистанционно командване зависи от избраната система за управление, приетия начин за дистанционно командване, използваните технически средства, технологичните особености на първичните вериги, типа и конструктивните особености на командваните комутационни апарати и на техните задвижвания.

При използване на принцип фаза-логика с построени на две нива дискретни елементи успешно се решават задачите по автоматизацията на работа на електрозадвижванията в технологичните цикли. Управлението става на по-горно ниво. Методът е методологична основа за изграждане на класическа логика с използване на булева алгебра (цифрова система).

Дискретната логическа система за управление е в състояние да реши и някои проблеми в управлението на по-ниско ниво, които служат като контрол на прост нелинеен алгоритъм с релейно действие. Логическите системи за дистанционно управление и контрол с използване принципа на програмируема логическа матрица се отнасят до втората част на синтеза - на базата на структурен синтез на цифрови компоненти за сложни технологични цикли.

Система за контрол с релета или прости логически елементи е непрактична, защото се изисква голям брой елементи, с което се усложнява монтажът, увеличава се теглото, размерът и се възпрепятства изпълнението на изискването за надеждност. Преходът към използване на интегрални схеми с висока степен на интеграция, обединяващи цял логически блок, съкращава числото на нужните компоненти и подобрява надеждността на системата като цяло.

Основни изисквания към дистанционното управление на комутационните апарати

При проектиране на системи за дистанционно управление на прекъсвачи и разединители трябва да се спазват много изисквания. Сред тях са използване на надеждни независими източници за електрозахранването на системите за управление; избиране на надеждни централизирани електрически схеми с дълбоко секциониране на захранващата мрежа при осигуряване на работно и резервно електроснабдяване на всяка секция; максимална автономност на функционалните подсистеми, така че неизправностите в една подсистема да не нарушават работата на останалата част от системата за управление.

Също така е необходимо пълно разделяне на вторичните схеми за управление на отделните изводи, при което повредите в управлението на един извод да не смущават нормалната работата на другите основни енергийни съоръжения. Нужен е и непрекъснат контрол за изправността на вторичните схеми, който обхваща главно командните вериги за включване и изключване на комутационните апарати и изолацията на оперативните вериги, както и максимална яснота на построяване на схемите за бързо ориентиране и лесно откриване на неизправностите и грешната работа в нормални и аварийни режими.

Системата трябва да предлага още възможност за проверка на състоянието на вторичните схеми по функционално предназначение в рамките на извод или на цялата електрическа централа или подстанция; предвиждане на необходимите защитни съоръжения за максимална локализация на неизправностите и за сигнализация при заработването им чрез сигнални контакти; недопускане на паразитни вериги, които водят до неправилна работа на системата за управление и др.

От съвременните системи за дистанционно управление и контрол също се очакват високи експлоатационни качества, бързодействие и достатъчна мощност за управление на големи и сложни енергийни съоръжения и уредби, безопасност, лесна експлоатация и ремонтопригодност. Функционалните им характеристики трябва да дават възможност за лесно разширение на системата; удобен процес на навигация; удобства за централизирано управление с незначителен брой обслужващ персонал.

Информационната подсистема трябва да извършва събиране, обработване, съхраняване, предаване и представяне на необходимата техническа и икономическа информация за работата. Статусът и стойностите да са в реално време и да могат да бъдат получени от библиотеката на еднолинейната диаграма, която отразява физическата подредба на подстанцията. Избраните стойности непрекъснато се отчитат от IEDs и се записват в динамичната база данни на компютъра, за да има информация за критичните данни за електроцентралата или подстанцията в реално време.

Също така системата трябва да притежава приспособимост към специфични изисквания на клиента. Например да използва стандартен хардуер и Microsoft Windows операторски системи; да позволява работа в интернет или чрез RS485 мрежа, както и през оптично-влакнест кабел. Софтуерът трябва да се отличава с голяма приспособимост и гъвкавост и да поддържа в реално време база данни за статуса на всяко свързано IED като неуспехи при самотестване, позицията на изходния контакт, интервали за поддръжка, задействан местен контрол и т.н.

Докладите за дефекти на релетата и за състоянието на прекъсвачите също се записват и показват в дневника на събитията, за да става лесно оценяването на система и управлението на данните.

Сред останалите изисквания са допълнителна поддръжка за продукти на трета страна през OPC; свързване на енергийните съоръжения, възли и уредби в единен и непрекъсваем технологичен процес; многостранната езикова поддръжка, включително специфичен операторски език и шрифтове; поддръжка на стандартни комуникационни протоколи: IEC 61850, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-103, IEC 60870-5-104; съвместимост с интерфейс на SCADA и др. С голяма доза увереност може да се каже, че съвременните системи за дистанционно управление и контрол отговарят на повечето изисквания.

Дистанционно измерване

Дистанционното измерване е част от подсистемата за дистанционното управление. Според начините на измерване се различават индивидуално (класическо) и избирателно дистанционно измерване. В практиката преобладава индивидуалното дистанционно измерване, което е непрекъснато. При него за всеки извод се предвижда независим комплект от измерителни и показващи апарати.

Те се свързват към индивидуални токови и напрежителни вериги и непрекъснато показват стойността на измерваните величини на съответния извод. Към избирателно измерване се преминава обикновено при наличието на избирателно управление. То е дискретно и позволява да се съкрати обемът на електроизмервателните апарати в командните зали.

Основава се на следния принцип: за измерване на еднородни величини на различни изводи се използва един комплект от измервателни апарати, който е нормално изключен. При необходимост от измерване на величините на даден извод, комплектът от измервателни апарати се включва към нейните токови и напрежителни вериги чрез индивидуални избирателни релета.

Дистанционно управление на прекъсвачи

Прекъсвачите са най-отговорните и скъпи комутационни апарати в разпределителните устройства (РУ). Особено силно това се отнася за прекъсвачите за високо и свръхвисоко напрежение. Те са предназначени за включване и изключване на електрическите вериги при всички режими на работа: нормален, на късо съединение, на празен ход и други. От тях се изисква не само да изключат веригата, но и да изгасят възникналата на контактите им електрическа дъга.

Поради това всички прекъсвачи притежават като свой характерен елемент дъгогасителни устройства. В зависимост от условията на средата, в която работят, прекъсвачите са с нормално изпълнение и със специални конструкции - за работа в тропически, високопланински, северни, химично агресивни среди и други условия.

Съобразно с времето, за което изключват, прекъсвачите условно се подразделят на свръхбързодействащи (до 0,06 s), бързодействащи (0,06 - 0,08 s), с ускорено действие (0,08 - 0,12 s) и нормално изключващи (над 0,12 s). Бързодействието им се определя от задвижващия механизъм и скоростта на гасене на дъгата.

Изисквания към прекъсвачите:

• Прекъсвачът трябва да допуска ръчно дистанционно, автоматично и телемеханично командване и винаги - ръчно, местно (аварийно) изключване.

• Прекъсвачът трябва да ограничава автоматично продължителността на оперативните команди, които се подават към изпълнителните органи.

• Прекъсвачът трябва да блокира командите срещу многократно включване и изключване на прекъсвачите.

За изпълнение на тези принципи се оформят две независими вериги за включване и изключване. Във всяка една от тях се свързват паралелно подходящи контакти на командния ключ, на автоматичните командни органи (системната автоматика и релейна защита) и на телемеханичните уредби, а в изключващата верига - и на бутон за ръчно местно (аварийно) изключване. За надеждната работа на схемата е прието тези команди да се подават пряко на изпълнителните органи. Към релейно предаване на останалите команди се преминава само при наличие на ограничения.

Въздухоструйните прекъсвачи се използват главно за напрежение 220 - 800 kV. Те имат пофазно пневматично задвижване, което притежава следните предимства: проста конструкция, малки габарити, голяма бързина при работа и възможност за акумулиране на енергия в резервоарите. Всяко пневматично задвижване съдържа цилиндър с бутала и пневматични клапани, които се управляват с маломощни командни електромагнити.

За напрежение 220 - 800 kV ce прилагат пофазните релейни защити и системни автоматики. По тази причина прекъсвачите за 220 - 800 kV са с трифазно ръчно, дистанционно и пофазно автоматично управление. Това налага изключващите електромагнити на отделните три фази да се присъединят в самостоятелни вериги, за да се постигне избирателно автоматично изключване от релейна защита само на повредените фази. За пофазно автоматично включване включващият електромагнит и един изключващ блок-контакт на всяка фаза на прекъсвача се свързват последователно в самостоятелни клонове.

Дистанционно управление на разединители

Разединителят е контактен комутационен апарат, който в изключено положение обезпечава изолационно разстояние, удовлетворяващо нормативни изисквания. Чрез него се отделят части от уредбата или цели участъци от електрическата система. Изключването само с прекъсвач не е достатъчно, тъй като неговите контакти са затворени в камера и не може бързо и сигурно да се установи дали веригата е прекъсната. Разединителят е в състояние при отваряне и затваряне на веригата да комутира малък ток или малко напрежение (няма гасителни камери).

Малките токове са например капацитивни токове на въводи, на шини, съединени с много къси кабели, токове на напреженови трансформатори и делители. За номинални напрежения до 330 kV включително токът, който не превишава 0,5 А, се счита за малък ток. Когато е затворен, разединителят може да пропуска номинални токове неограничено време и да е годен за работа в необичайни условия като например късо съединение, влага, студ, висока температура. Дистанционното управление c електродвигателно и пневматично задвижване винаги се прилага при разединители за напрежение 220 - 800 kV.

При дистанционно управление на разединители се спазват следните основни принципи. Така например заземителните разединители на апаратните блокове могат да се командват ръчно с бутони, поместени в командните шкафове на извода. Останалите разединители се управляват ръчно дистанционно от командните зали с подобни типове ключове, служещи за командване на прекъсвачите. Дистанционното командване на разединителите обикновено е пряко.

Принципно схемите за дистанционно командване се захранват по два начина:

• Схемите за командване на разединителите във всяко РУ се обединяват със схемите за блокировки в същата уредба и се захранват централно от шините за блокировки.

• Схемите за командване на разединителите към даден извод се групират със схемата за дистанционно командване на съответния прекъсвач и се захранват местно от шините за управление на същата първична верига.

За автоматично ограничаване на продължителността на управляващите сигнали в двете командни вериги (за включване и изключване) се свързват два противоположни блок-контакта на разединителя с пневматично или електродвигателно задвижване. Същите блок-контакти служат за еднозначно подготвяне на веригата само за следващата операция и за прекъсване на подаваните команди, с което се избягва нагарянето на контактите на ръчните командни органи.

Така също се увеличава експлоатационната надеждност. Показващата сигнализация за положението на разединителите с индивидуално дистанционно управление е светлинна. Тя се изпълнява, както при прекъсвачите, по еднолампова тъмна или двулампова светла схема. При избирателно управление показващата сигнализация на прекъсвачите и разединителите е апаратна и се осъществява с командно-сигнална арматура. Схемата на показваща сигнализация за разединителите на всеки извод е продължение на аналогичната схема на прекъсвача към съответната първична верига.