Современное оборудование для систем постоянного оперативного тока станций

РЕФЕРАТ

Современное оборудование для систем постоянного оперативного тока станций


На электростанции применяются многочисленные вспомогательные электрические устройства и механизмы, служащие для управления, регулирования режима работы, сигнализации, релейной защиты и автоматики. Все эти оперативные устройства и механизмы питаются энергией от специальных источников, которые называются источниками оперативного тока. Соответствующие электрические цепи, питающие названные устройства и механизмы, называют оперативными цепями, а схемы питания – схемами оперативного тока. Оперативные цепи и их источники должны быть надёжны, так как нарушение их работы может приводить к отказам и серьёзным авариям в электроустановках. Различают независимые и зависимые источники оперативного тока. Работа первых не зависит, а работа вторых зависит от режима работы и состояния первичных цепей электроустановки. Независимыми источниками оперативного тока являются аккумуляторные батареи, дизель-генераторы и турбореактивные агрегаты. Зависимые источники – трансформаторы собственных нужд, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Оперативные цепи работают на постоянном, переменном или выпрямленном токе. На рассматриваемой ЭС применяется постоянный оперативный ток, получаемый от аккумуляторных батарей. Постоянный ток применяется вследствие того, что электромагнитные системы на постоянном токе более просты и надежны. Использование аккумуляторных батарей определяется стремлением иметь независимый источник при любых авариях и отказах в первичных цепях. Заряд аккумулятора производится от источника постоянного тока, ЭДС которого больше чем ЭДС аккумулятора. На электростанции аккумуляторные батареи (АКБ) работают в режиме постоянного подзаряда. В схеме АКБ предусмотрено зарядно-подзарядное устройство. Зарядно-подзарядные устройства УЗП выпускаются на токи 63, 100, 200 и 320 А (УЗП-63, УЗП-100, УЗП-200, УЗП-320) и имеют исполнения УХЛ4 и О4. 

Устройства УЗП предназначены для заряда стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей различными методами, как в автоматическом режиме, так и в ручном при участии оператора подзаряда аккумуляторных батарей с возможностью параллельной работы на постоянную нагрузку, подключённую к щиту постоянного тока (ЩПТ). Устройства УЗП могут обеспечить (в случае отключения от ЩПТ аккумуляторной батареи) электропитание любых потребителей постоянного тока электростанции или подстанции, в том числе и чувствительных к форме входного напряжения. 



Таблица 1 – Технические характеристики 

Номинальный выходной ток 

63 А для УЗП-63

100 А для УЗП-100

200 А для УЗП-200

320 А для УЗП-320

Точность стабилизации выходного напряжения 

± 1%

Точность стабилизации выходного тока 

± 2%

Коэффициент пульсации выходного напряжения 

1,5%

Количество ступеней заряда 

2

Диапазон регулирования выходного тока при работе в режиме стабилизации выходного тока с ограничением выходного напряжения 

0-63 А для УЗП-63

0-100 А для УЗП-100

0-200 А для УЗП-200

0-320 А для УЗП-320

Максимальное расстояние датчика температуры от УЗП 

1200 м

Номинальное входное напряжение 

220/380 В для УЗП-63 и УЗП-100

380 В для УЗП-200 и УЗП-320

Диапазон регулирования выходного напряжения при работе в режиме стабилизации выходного напряжения с ограничением выходного тока 

10-100% U вых max.



Величина U вых max определяется вторичным напряжением разделительного трансформатора, но не более 370 В.  Серийно устройства УЗП выпускаются на номинальные напряжения 110 и 220В. 

Устройство УЗП обеспечивает следующие функции: 

-  контроль цепи аккумуляторной батареи, 

-  изменение напряжения подзаряда в зависимости от температуры в помещении аккумуляторной батареи, 

-  заряд методами IU , U , IUI,

-  включение вентиляции помещения аккумуляторной батареи в режиме заряда и автоматический вывод из работы при отсутствии вентиляции, 

-  защита от различных видов неисправностей, в том числе и коротких замыканий в нагрузке, как металлических, так и через переходное сопротивление, 

-  подзаряд дополнительных элементов аккумуляторной батареи (по отдельному заказу), 

-  АВР, 

-  контроль наличия сетевого напряжения и правильности чередования фаз, 

-  индикация выходного напряжения, тока, температуры в помещении аккумуляторной батареи, напряжения дополнительных элементов, уставок в режиме заряда и подзаряда, расшифровка причины неисправности, 

-  изменение всех уставок при работе в любом режиме. 

Устройство УЗП имеет однострочный дисплей для отображения информации и энкодер – электромеханическое устройство управления. По отдельному заказу в УЗП можно установить набор дополнительных узлов: контроль изоляции, преобразователи напряжения и тока для АСУ, автоматические выключатели фидеров нагрузки, мигающий свет и ряд других. Устройство УЗП рекомендовано всеми основными производителями аккумуляторных батарей для работы с их продукцией. 

Конструктивно, устройство УЗП выполнено в виде шкафа одностороннего обслуживания. Устройства УЗП-63, УЗП-100, УЗП-200 имеют габаритные размеры – 535х585х1410 мм и массу до 300 кг . Устройство УЗП-320 имеет габаритные размеры – 835 х 615 х 2010 мм и массу до 330 кг . В исполнении на 63 А и 100 А внутри шкафа расположен разделительный трансформатор, в остальных исполнениях разделительный трансформатор устанавливается рядом со шкафом. Возможно изготовление устройства УЗП-200 со встроенным разделительным трансформатором в шкафе с габаритами 835 х 615 х 2010 мм и массой 500кг. Степень защиты - I P 21. Органы управления и индикации расположены на передней двери шкафа. 

Аккумуляторные батареи на электрических станциях подключаются к щитам постоянного тока ЩПТ, которые в свою очередь предназначены для приема и распределения электроэнергии постоянного тока электроприемникам (потребителям) различных отраслей промышленности 1 категории и особой группы 1 категории по ”Правилам устройства электроустановок” (ПУЭ).

Щиты постоянного тока бывают на разном напряжении, например: ЩПТ-24 В, ЩПТ-48 В, ЩПТ-60 В, ЩПТ-110 В, ЩПТ-220 В 

 ЩПТ-220 В  

ЩПТ используются: 

- в системах электроснабжения собственных нужд нормальной эксплуатации (СНЭ) атомных электростанций (АЭС) и системах аварийного электроснабжения (САЭ) АЭС сетей постоянного тока,

- на электростанциях, в электроустановках энергосистем промышленных, нефте и газодобывающих предприятий для ввода и распределения электроэнергии постоянного тока потребителям собственных нужд, 

- на нефтеперерабатывающих заводах,

- на нефтебуровых платформах, 

- в судостроении,

- в электроустановках энергосистем промышленных предприятий, транспорта и сельского хозяйства. 

Пример условного обозначения ЩПТ двухсекционного, на ток сборных шин 400 А, номинального напряжения силовых цепей 110 В, климатического исполнения У3.

Щит 2ЩПТ-ЭП-400/110-У3




Таблица 2 – Состав ЩПТ 

Наименование 

Кол.

1 Шкаф ввода ( ШВ) 

до 2 шт.

2 Шкаф ввода с секционированием (ШВС) 

до 2 шт.

3 Шкаф отходящих линий (ШОЛ) 

до 10 шт.

4 Шкаф отходящих линий и диодной защиты (ШОЛД) 

1 шт.

5 Комплект ЗИП одиночный, согласно ведомости 

1 шт.

6 Грузоподъемная тележка 

1 шт.



Основные параметры и характеристики: 

а) Показатели надежности ЩПТ в условиях эксплуатации, установленных настоящими ТУ, соответствует требованиям ГОСТ 26291-84, ГОСТ 27.003-90, ГОСТ 4.148-85. 

б) Среднее время наработки на отказ для ЩПТ - не менее 100 000 ч. 

в) Ресурс ЩПТ составляет не менее 40 лет, при условии выполнении требований руководства по эксплуатации, проведения технического обслуживания. 

г) Среднее время восстановления работоспособного состояния ЩПТ с использованием запасных частей – не более двух часов. 

д) По условиям эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды ЩПТ удовлетворяют требованиям группе механического исполнения М39 по ГОСТ 17516.1-90 ( I и II категории группы сейсмостойкости). 

е) Шкафы ЩПТ, используемые на АЭС, в сейсмостойком исполнении устойчивы к сейсмическим воздействиям интенсивностью до: 

- проектного землетрясения (ПЗ) 7 баллов включительно, при установке на отметке 

30 м по ГОСТ 17516.1-90 - для класса “3 H ”, по НП-031-01, 

- максимального расчетного землетрясения (МРЗ) 9 баллов включительно при установке на отметке 30 м по ГОСТ 17516.1 – для класса “2О”, “3О”, “3НО” по 

НП-031-01. 

ж) Номинальные значения климатических факторов – по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89, климатические исполнения – У (О), категория размещения – 3 (4). При этом: 

- наибольшая высота над уровнем моря - 2000 м, 

- окружающая среда - не взрывоопасная, не пожароопасная,

- содержание коррозионно - активных агентов в окружающей среде должно соответствовать атмосфере типа II и III по ГОСТ 15150-69. 

з) Температура окружающего воздуха: 

- от минус 5 до плюс 40 ° С – для У3*, 

- от плюс 1 до плюс 50 ° С – для О4. 

и) Относительная влажность воздуха: 

- не более 98 % при максимальной температуре воздуха 35 ° С. 

к) Исполнение шкафов ЩПТ обеспечивает степени защиты IP 31, IP 40, IP 41, IP 42, 

IP 54 по ГОСТ 14254-96. Степень защиты оболочки указана без учета дна шкафов ЩПТ.



Таблица 3 – Основные параметры ЩПТ 

Наименование параметра 

Значение параметра

Номинальный ток сборных шин, А 

250

400

630

1000

1600

2000

2500

Номинальное напряжение сборных шин, В 

24, 48, 60, 110, 220

Номинальный ток вспомогательных шин, А 

По согласованию с заказчиком

Род тока и величина напряжения оперативных цепей, В 

Постоянный 24, 48, 60, 110, 220

Род тока 

постоянный

Ток электродинамической стойкости сборных шин, кА 

15

21

25

41

60

85

104

Ток термической стойкости сборных шин в течение 1 с, кА 

6

8

10

18

25

35

40

Климатическое исполнение 

У3*, О4

Режим работы 

Непрерывный




Таблица 4 – Классификация и исполнение ЩПТ 

Признаки классификации 

Исполнение

По взаимному расположению секций ЩПТ 

Однорядное

По наличию изоляции на шинах шинных мостов 

С неизолированными шинами

По выполнению вводов отходящих линий 

Кабельный снизу (Кабельный сверху по специальному заказу)

По выполнению ввода аварийного источника питания 

Кабельный снизу (Кабельный сверху по специальному заказу)

По способу установки автоматических выключателей вводных и секционного 

Стационарное исполнение Выкатное исполнение

По способу установки автоматических выключателей отходящих линий 

Стационарное исполнение Втычное исполнение Выкатное исполнение

По степени защиты оболочки: 

IP31, IP40, IP41, IP42, IP54

По способу обслуживания 

двухстороннее одностороннее (по специальному заказу)

Примечание - Степень защиты оболочки указана без учета дна шкафов ЩПТ. 

 

В системах питания постоянного тока крупных энергообъектов используются тиристорные устройства стабилизации напряжения постоянного тока УТСП, имеющих в своем составе аккумуляторные батареи, в качестве стабилизатора напряжения постоянного тока повышающего типа. 

Устройство тиристорное стабилизации напряжения постоянного тока собственных нужд электрических станций УТСП-200, 400, 600, 800, 1000 или 1200 — 230, УХЛ4 или О4 (ИЖТП.656452.108). Состоит из параллельно соединенных тиристорных преобразователей постоянного тока с накопительными конденсаторами и дросселями с тиристорно-диодной коммутацией и входного и выходного фильтров с регулированием и стабилизацией выходного напряжения. 

Технические характеристики 

Питание устройства УТСП осуществляется от аккумуляторной батареи или от  аккумуляторной батареи в буфере с зарядно-подзарядными устройствами типа УЗП. 



Таблица 5 – Технические характеристики

Номинальное выходное напряжение 

230 В

Точность стабилизации выходного напряжения 

± 2%

Пульсация номинального выходного напряжения 

± 3%

Номинальный выходной ток длительностью до 0,5 часа

от 200 А для УТСП- 200

до 1200 А для УТСП-1200

Диапазон изменения входного напряжения при номинальном выходном токе

175-235 В.

Максимальный выходной ток длительностью до 5 с

от 400 А для УТСП- 200

до 2400 А для УТСП-1200

Диапазон изменения входного напряжения при максимальном выходном токе 

160-235 В

Допустимый ток короткого замыкания на выходе длительностью до 0,5 с

от 3 кА для УТСП- 200

до 15 кА для УТСП-1200



Коммутация автоматически отключается при превышении на 20% выходным током максимального значения. 

Конструкция

Шкафы двухстороннего обслуживания. 

Количество шкафов: 

- от 1 для УТСП- 200,

- до 6 для УТСП-1200.

Габаритные размеры шкафа - 600 х 800 х 2200 мм, масса - до 300 кг. Степень защиты - IP21. Измерительные приборы входного напряжения, выходных напряжения и тока, сигнальные лампы включения и неисправности, тумблер включения расположены на передней двери шкафа. Естественное воздушное охлаждение. 

Для бесперебойного питания оперативным током устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) используется устройство  УБП-01.

Питание УБП:

- два независимых ввода трехфазной сети переменного тока номинальным напряжением 380В, номинальной частотой 50 Гц, 

- ввод аккумуляторной батареи номинальным напряжением 220 В. 

Технические характеристики:

- выходное стабилизированное постоянное напряжение 48÷260 В с регулируемой уставкой, с шагом 1В,  

- максимальный выходной ток 	160 А, 

- диапазон регулирования выходного тока в режиме стабилизации тока от 1А до160 А, с шагом 0,2А, 

- максимальное отклонение выходного параметра от уставки при изменении сопротивления нагрузки и входного напряжения в допустимых пределах, не более 1%,

- пульсации тока и напряжения при работе на активную нагрузку 	не более 0,5%, 

- коэффициент полезного действия не менее 95%, 

- номинальная амплитуда выходного напряжения шины «ШМС» равна номинальному выходному напряжение цепей постоянного тока, частота прерывания – от 0,5 до 2 Гц,

- максимальная амплитуда выходного тока шины «ШМС» не более 2 А,

- распределительная способность шкафа 6 выходов шин «ШМС»  и постоянного тока, разделенных на 2 секции.

Габаритные размеры УБП, не более 800x1300x315 мм.

Масса не более 160 кг.

Степень защиты оболочки IP51.

В системах постоянного оперативного тока применяются шкафы распределения постоянного тока ШПТ. 


Шкафы распределения постоянного тока ШПТ-0 УХЛ4 (ЕИЛА. 656451.417); ШПТ-1 УХЛ4 (ЕИЛА.656451.415); ШПТ-2 УХЛ4 (ЕИЛА. 656451.414); ШПТ-3 УХЛ4 (ЕИЛА.656451.416). 



Шкафы ШПТ предназначены для распределения постоянного тока собственных нужд электростанций, подстанций и тяговых подстанций с использованием выдвижных автоматических выключателей. Шкаф ШПТ-0 предназначен для подключения аккумуляторной батареи к силовым шинам щита постоянного тока. В шкафу расположены вводный выключатель, автоматика щита, силовые шины и шины управления. Шкаф ШПТ-1 предназначен для секционирования, подключения устройств УЗП и УТСП, линий питания к силовым шинам щита. В шкафу расположены до 4 выключателей, силовые шины и шины управления. Шкаф ШПТ-2 предназначен для подключения до 6 линий питания на номинальный ток до 630 А к силовым шинам щита. В шкафу расположены до 6 выключателей, силовые шины и шины управления. Шкаф ШПТ-3 предназначен для подключения 12 линий питания на номинальный ток до 63 А к шинам управления щита. В шкафу расположены 12 переключателей, 72 предохранителя, силовые шины и шины управления. 

Технические характеристики:

- количество силовых шин -2, 

- номинальный ток силовых шин - 1000 А, 

- количество шин управления - 2 системы по 3 шины, 

- номинальный ток шин управления - 250 А, 

- номинальное напряжение - 230 В, 

- автоматические выключатели - А3793С и ВА50-41, селективные, выдвижного исполнения, 

- предохранители – ППН-33, 

- внешняя сигнализация - понижение или повышение напряжения, срабатывание защиты выключателя, изоляция, неисправность УТСП и УЗП, 

- световая сигнализация - положение выключателя с мигающим светом, напряжение на линиях питания до 63 А, изоляция, 

- контрольные приборы - ток заряда и разряда аккумуляторной батареи, ток подзаряда аккумуляторной батареи, напряжение аккумуляторной батареи, сопротивление изоляции, ток ввода, 

- передача в систему АСУТП - напряжение аккумуляторной батареи, напряжение линий питания, ток аккумуляторной батареи, ток ввода, 

- мигающий свет,  

 - место для установки системы автоматического поиска повреждения изоляции «Сапфир» или «Bender». 

В щите постоянного тока может быть установлена микропроцессорная система автоматики щита постоянного тока , выполняющая следующие функции: 

1. Измерение, контроль и индикация напряжения аккумуляторной батареи и на секциях щита постоянного тока с действием на сигнал при выходе измеряемой величины за пределы уставки. 

2. Измерение, контроль и индикация сопротивления изоляции и напряжения полюсов аккумуляторной батареи и шин секций щита постоянного тока относительно «земли».

3. Контроль работы, цифровое управление и индикация основных параметров и состояния зарядно-подзарядных устройств. 

4. Контроль работы и индикация основных параметров и состояния устройства стабилизации напряжения аккумуляторной батареи (при его установке на щите постоянного тока). 

5. Контроль и визуальная сигнализация состояния коммутационной оборудования щита постоянного тока. 

6. Измерение и индикация тока в цепи аккумуляторной батареи (диапазон измерения от миллиампер до десятков килоампер). 

7. Измерение и индикация тока в цепи зарядно-подзарядных устройств и стабилизатора напряжения.

8. Измерение и индикация тока в отдельных отходящих фидерах. 

9. Измерение и индикация температуры в помещении аккумуляторной батареи. 

10. Устройство автоматизированного поиска места замыканий на землю в сети постоянного тока (по специальному заказу устанавливается система непрерывного контроля изоляции фирмы « Bender »). 

11. Часы реального времени с внешней синхронизацией. 

12. При аварийном срабатывании коммутационной аппаратуры или выходе значений измеряемого параметра за пределы уставок осуществляется запись в энергонезависимую память состояния коммутационной аппаратуры и 10 аналоговых сигналов (напряжение, сопротивление изоляции, ток). 

13. Цифровое осциллографирование. 

14. Передача информации в АСУ ТП по RS 485 (протокол IEC 60870-5-103) или при использовании платы сопряжения по сети Ethernet . 

Завод Конвертор выпускает современные устройства, применяемые в системах постоянного оперативного тока. Благодаря им осуществляется контроль за оперативными цепями. К числу таких устройств можно отнести: преобразователь измерительный напряжения ПИ-Н, преобразователь измерительный постоянного тока ПИ-УКТП, устройство контроля изоляции УКИ,  устройство контроля напряжения УКН,  устройство контроля состояния аккумуляторной батареи УКСБ.

Преобразователь измерительный постоянного тока ПИ-Н предназначен для линейного преобразования входного напряжения постоянного тока в унифицированный электрический сигнал постоянного тока или напряжения и может применяться для контроля токов на щите постоянного тока в системах АСУТП электроэнергетики.   


Таблица 6 – Технические характеристики 

Диапазон измерений

преобразуемых входных

сигналов

Диапазон изменения

выходных сигналов в

диапазоне измерения

входного сигнала

Диапазон изменения

сопротивления нагрузки

0 – 300 В 

0 – 5 мА 

0 – 2 кОм 

0 – 300 В 

4 – 20 мА 

0 – 0,3 кОм 



Питание ПИ-Н осуществляется от сети переменного тока с номинальным напряжением 220В и частотой 50 Гц. 

Предел допускаемой приведенной погрешности равен ±2,5 % от нормирующего значения выходного сигнала. 

Выполнен в пластмассовом корпусе, имеющем габариты 135х90х65 мм. Крепится на din-рейку. 

Преобразователь измерительный постоянного тока ПИ-УКТП предназначен для контроля тока подзаряда аккумуляторной батареи и линейного преобразования тока входного сигнала в унифицированный электрический сигнал постоянного тока или напряжения и может применяться для контроля токов на щите постоянного тока в системах АСУТП электроэнергетики. В качестве входного сигнала в ПИ-УКТП используется сигнал снимаемый с измерительного шунта, установленного в основной цепи аккумуляторной батареи. 



Таблица 7 – Технические характеристики 

Диапазон измерений

преобразуемых входных

сигналов

Диапазон изменения

выходных сигналов

в диапазоне измерения

входного сигнала

Диапазон изменения

сопротивления нагрузки

0 – 5 А

0 – 5 мА

0 – 2 кОм

0 – 7,5 А

4 – 20 мА

0 – 0,3кОм



Питание ПИ-УКТП осуществляется от сети переменного тока с номинальным напряжением 220В и частотой 50 Гц. 

Предел допускаемой приведенной погрешности равен ±2,5 % от нормирующего значения выходного сигнала. 

Выполнен в пластмассовом корпусе, имеющем габариты 135х90х65 мм. Крепится на din-рейку. Комплектуется щитовым прибором. 

Устройство контроля изоляции (ТГДА.656215.149) осуществляет контроль изоляции на шинах постоянного тока в автоматическом режиме. 

Технические характеристики: 

- электронная схема УКИ измеряет напряжение разбаланса моста, образованного сопротивлениями изоляции положительной и отрицательной шин относительно “Земли” и делителем напряжения в УКИ. Отклонение стрелки прибора подключенного к УКИ пропорционально напряжению разбаланса моста, 

- при уменьшении сопротивления изоляции до 100 кОм в УКИ начинает мигать светодиод, 

- при снижении изоляции до 20 кОм светодиод в УКИ начинает постоянно гореть и одновременно формируется релейный сигнал об уменьшении изоляции. 

Конструктивно УКН выполнено в виде пластмассовой коробки с габаритами 105х67х90 мм, устанавливаемой на din-рейку. 

Устройство контроля напряжения УКН (ТГДА.686461.059) является электронным реле с двумя группами контактов, контролирующим превышение или понижение напряжения на его входе. 

Технические характеристики:

- уставки срабатывания электронного реле выставляются шагом в 5 В, 

- контроль осуществляется за превышением напряжения в диапазоне 240 В до 255 В и за понижением напряжения от 210 В до 195 В. Одновременно со срабатыванием устройства контроля напряжения гаснет светодиод, расположенный внутри устройства. 

Конструктивно УКН выполнено в виде пластмассовой коробки с габаритами 105х67х90 мм, устанавливаемой на din-рейку . 

Устройство контроля за состоянием аккумуляторной батареи УКСБ предназначено для контроля за следующими параметрами аккумуляторной батареи: 

1. Понижением напряжения на аккумуляторной батарее ниже определенного значения. Сигнализация осуществляется в виде замыкания свободных контактов и светодиодной индикации. 

2. Повышением напряжения на аккумуляторной батарее выше определенного значения. Сигнализация осуществляется в виде замыкания свободных контактов и светодиодной индикации.

3. Измерение тока подзаряда аккумуляторной батареи с индикацией его значения на щитовом приборе. В УКСБ имеется специальный выход для подключения стандартного измерительного преобразователя постоянного тока для передачи значения тока подзаряда в АСУ. 

4. Определение режимов работы аккумуляторной батареи: подзаряд и разряд. Сигнализация осуществляется в виде замыкания свободных контактов и светодиодной индикации. 

В качестве входных сигналов в УКСБ используется напряжение на аккумуляторной батареи и сигнал, снимаемый с измерительного шунта, установленного в основной цепи аккумуляторной батареи. 

Технические характеристики: 

- диапазон изменения напряжения на аккумуляторной батареи: от 170 В до 370 В, 

- точность измерения тока подзаряда ±2,5 %. 

Выполнен в пластмассовом корпусе, имеющем габариты 135х90х65 мм. Крепится на din-рейку. Комплектуется щитовым прибором.