GLAVA_3


ГЛАВА 3. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ И ФИДЕРОВ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.
3.1 Устройства автоматического повторного включения
3.1.1 Назначение устройств и основные требования к устройствам повторного включения
Значительная часть коротких замыканий (к.з.) на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи, вызванных схлестыванием проводов, перекрытием изоляции, срабатыванием разрядников и другими причинами, самоустраняется после снятия напряжения с линии. При этом электрическая дуга, возникшая в месте повреждения, гаснет, не успевая вызвать существенных разрушений. Такие самоустраняющиеся повреждения называются неустойчивыми, они составляют 50—90 % от общего количество повреждений.
Реже на ВЛ возникают устойчивые повреждения (обрыв проводов или гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т.д.), которые не могут самоустраниться после отключения напряжения, поэтому их называют устойчивыми. При повторном включении линии, на которой произошло устойчивое повреждение, возникает к.з., и она вновь отключается защитой.
При неустойчивом повреждении линия может быть введена в работу сразу после отключения. Для уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей и ускорения включения линии широко используются специальные устройства автоматического повторного включения (АПВ), время действия которого не превышает нескольких секунд. АПВ восстанавливает нормальную схему сети также и в тех случаях, когда отключение происходит вследствие ошибок персонала или ложного действия релейной защиты. Как показывает опыт эксплуатации, успешность действия АВП на ВЛ достигает 60—80 %.
Наиболее эффективно применение АПВ на линиях с односторонним питанием, так как в этих случаях каждое успешное действие АПВ восстанавливает питание потребителей и предотвращает аварию. В ряде случаев АПВ используется на кабельных и смешанных кабельно-воздушных линиях 6 и 10 кВ. Несмотря на то, что повреждения кабелей бывают, как правило, устойчивыми, успешность АПВ составляет 40—60 %. Это объясняется тем, что АПВ восстанавливает питание потребителей при отключении линий вследствие перегрузок, неселективных или ложных действиях релейной защиты, а также при неустойчивых повреждениях на шинах подстанций.
В эксплуатации применяются устройства АПВ трех типов: трехфазные (ТАПВ), осуществляющие включение трех фаз выключателя после их отключения релейной защитой; однофазные (ОАПВ), осуществляющие включение одной фазы выключателя, отключившейся при однофазном к.з.; комбинированные, осуществляющие включение трех фаз выключателя (при междуфазных повреждениях) или одной фазы (при однофазных к.з.).
По числу циклов (кратности действия) различают АПВ однократного и многократного действия; однако эффективность второго и последующих повторных включений очень низка.
По способу воздействия на привод высоковольтного выключателя устройства АПВ делятся на электрические, выполненные с помощью релейных схем, и механические, встроенные в грузовые или пружинные приводы.
Хотя устройства АПВ могут значительно отличаться друг от друга, все они должны удовлетворять следующим требованиям:
- приходить в действие при аварийном отключении выключателя и оставаться в покое при его оперативном отключении;
- выполнять необходимое число повторных включений (действовать с заданной кратностью) с соответствующими выдержками времени;
- исключать возможность многократных включений выключателя на устойчивое к.з. (не более заданной кратности);
- время действия АПВ должно быть минимальным для обеспечения быстрой подачи напряжения потребителям и восстановления нормального режима работы;
- после успешного повторного включения выключателя линии в работу устройство АПВ должно автоматически возвращаться в положение готовности к новому действию.
Для обеспечения правильной работы АПВ выдержка времени на повторное включение выключателя и время автоматического возврата устройства АПВ в исходное положение выбирают по определенным условиям.
Повторное включение отключившегося выключателя линии становится возможным после перехода привода в положение готовности для включения, т.е.
t1АПВ≥tгп+tзап 1
где tгп — время готовности привода, которое может изменяться в пределах 0,2 — 1с для приводов разных типов;
t'зап — время запаса, учитывающее непостоянство tгп и погрешность действия АПВ, равное 0,3—0,5 с.
АПВ будет успешным, если в месте повреждения линии после снятия с нее напряжения восстановятся изоляционные свойства воздуха, т.е. закончится процесс деионизации. Следовательно, выдержка времени АПВ на повторное включение должна быть больше времени деионизации воздуха:t1АПВ≥tд+tзап 2
где tд — время деионизации, составляющее 0,1—0,3 с.
Уставка АПВ принимается равной большему значению t1АПВ Время автоматического возврата устройства АПВ в положение готовности к новому действию для линий с односторонним питанием определяется условием
t2АПВ≥tзащ+tоткл+tзап 3 где tзащ — наибольшая выдержка времени защиты;
tоткл— время отключения выключателя.
В рассматриваемых далее схемах АПВ с использованием комплексных устройств типа РПВ-58 время возврата устройств АПВ в положение готовности t2АПВ составляет 15—20 с, что определяется временем заряда конденсатора. Как правило, это удовлетворяет условию (3).
Для удовлетворения требования к устройствам АПВ о действии при аварийном и покое при оперативном отключении выключателя в цепях управления и автоматики используются универсальные переключатели и специальные ключи управления или релейные схемы, фиксирующие команды оперативного включения и отключения выключателей.
Переключатели и ключи управления применяются для управления коммутационными аппаратами и переключения различных цепей. При подаче команды переключатель переводится из одного положения в другое поворотом рукоятки на некоторый угол. Отдельные типы переключателей выполняются таким образом, чтобы операции могли производиться в два приема для предотвращения ошибок приоперациях переключения. Широкое распространение получили переключатели серий ПМО (переключатель малогабаритный общепромышленного назначения) и универсальные переключатели УП.
Переключатели УП и ПМО состоят из набора пакетов (секций), насаженных на общий вал. Каждая секция включает в себя изолирующую перегородку, неподвижный и два подвижных контакта и кулачковые шайбы, с помощью которых при повороте рукоятки производится замыкание или размыкание контактов. Переключатель УП имеет четыре положения, соответствующие операциям «Включить», «Включено», «Отключить», «Отключено» Операция «Включить» выполняется поворотом рукоятки на 45° вправо, а «Отключить» — на 45° влево. В обоих случаях после выполнения операции и отпускания рукоятки переключатель устанавливается в исходное положение под действием возвратной пружины.
Переключатель имеет оперативные и сигнальные контакты. Оперативные контакты 13-14 и 15-16 замыкаются кратковременно при повороте рукоятки на отключение, а оперативные контакты 9-10и 11-12 — на включение. Приведена таблица замыкания и размыкания контактов при разных операциях. Графическое условное изображение универсального переключателя УП показано. На нем положения переключателя обозначены следующим образом: Ol — отключить, 02 — отключено, В1 — включить, В2 — включено; замкнутое состояние контактов обозначено точкой на пунктирной линии. оперативные контакты замкнуты только при повернутой рукоятке и размыкаются после возврата ее в исходное состояние, сигнальные контакты после возврата рукоятки в исходное состояние остаются замкнутыми или разомкнутыми.
Сигнальные контакты 1-2 и 3-4 фиксируют включенное состояние, замыкаются при включении и остаются замкнутыми, пока ключ управления находится во включенном состоянии. Контакты 5-6 фиксируют отключенное состояние ключа, а контакты 7-8 размыкаются только на время включения и отключения, т.е. когда рукоятка ключа повернута.

Фиксация команд включения и отключения с помощью релейной схемы (рис. 3.2) осуществляется при кнопочном управлении выключателями. При нажатии кнопки включения замыкается ее контакт SBC и получает питание реле включения КСС, которое замыкает цепь обмотки включения реле фиксации KQQ. В качестве реле фиксации используются двухобмоточные реле типов РП8 и РШ1, имеющие два электромагнита, междукоторыми расположен якорь, связанный с контактной системой. При протекании тока по обмотке включения реле якорь переходит во включенное положение, вспомогательные контакты KQQ размыкают цепь обмотки включения, замыкают цепь обмотки отключения, подготавливая реле фиксации к отключению. Обмотки электромагнитов реле не рассчитаны на длительное прохождение тока и поэтому включаются вспомогательными контактами только на время, необходимое для действия реле. Реле включения КСС замыкает при этом также цепь включения выключателя.
При нажатии кнопки отключения SBT получает питание реле отключения КСТ, которое замыкает цепь отключения выключателя и одновременно подает ток в обмотку отключения реле фиксации KQQ, которое возвращается в исходное состояние, при этом цепь обмотки отключения размыкается вспомогательным контактом.
Таким образом при включенном выключателе положение реле фиксации всегда соответствует положению выключателя. При отключенном же выключателе такое соответствие имеет место только при оперативном отключении выключателя кнопкой SBT. При отключении выключателя под действием релейной защиты реле фиксации остается в положении «Включено», из-за чего возникает несоответствие между положениями выключателя и реле фиксации, используемое для пуска АПВ. После удачного повторного включения выключателя восстанавливается соответствие положений выключателя и реле фиксации.

3.1.2 Схема АПВ фидера 6 и 10 кВ
схема состоит из цепей: управления (7-2) ... (7-6), защиты (9-6) ... (21-10), автоматики (23-12) ... (39-26), сигнализации (41-28) ... (45-34).
Оперативное включение выключателя осуществляется поворотом ключа управления SA и замыкания его контактами 9-10 цепи (3-2) или замыканием цепи (5-2) контактами реле включения по телеуправлению КСС при включенном ключе телеуправления SA1. При этом получает питание катушка контактора включения масляного выключателя КМ. Контактор замыкает своими контактами цепь катушки включения выключателя YAC. Включившись, выключатель своим блок-контактом Q размыкает цепь 1-2 (5-2) и замыкает цепь 1-6. Контактор КМ и повторительное реле отключенного положения выключателя KQT теряет питание, а повторительное реле включенного положения выключателя KQC получает питание по цепи 1—6. Реле KQT размыкает своими контактами цепь 43—32 зеленой лампы HLG, которая гаснет; реле KQC замыкает цепь 35—26 реле фиксации команды включения и отключения выключателя KQQ. Реле KQQ возбуждается и замыкает свои контакты в цепях: 23—14 (начинается заряд конденсатора С через резистор R2), 37—26 (реле KQQ становится на самоподпитку, так как контакты 1-2 ключа SA замкнуты, фиксируя его включенное положение), 30—32 (готовится цепь подключения лампы HLG к шинке мигания (+)ЕР), 45—34 (готовится цепь питания шинки аварийной сигнализации ЕНА от шины +ЕС). Контакт KQQ в цепи 43—32 размыкается, благодаря чему при автоматическом отключении выключателя лампа HLG отключена от шинки +110 В и получает пульсирующее напряжение от шинки (+)ЕР.
Автоматическое отключение выключателя линии при к.з. и перегрузках осуществляют токовая отсечка (ТО) и максимальная токовая защита (МТЗ). Токовые реле токовой отсечки КА1, КА2 и МТЗ КАЗ, КА4 (см. рис. 3.3, а) подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов тока ТАа и ТАС. При КЗ на линии реле ТО КА1 и КА2 замыкают цепи 15—8 или 17—8 промежуточного реле отсечки KL, которое в свою очередь замыкает цепь 13—6 катушки отключения выключателя YAT через обмотку указательного реле отсечки КН2. В результате выключатель Q линии отключается.
Токовые реле МТЗ КАЗ и КА4 срабатывают при перегрузке линии или удаленном к.з. (в мертвой зоне ТО). Они замыкают цепи 19—10 или 21—10 реле времени МТЗ КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь 9—6 катушки отключения через обмотку указательного реле МТЗ КН1, в результате чего выключатель Q отключается.
Автоматическое повторное включение выключателя осуществляет устройство РПВ-58. При отключении выключателя релейной защитой замыкается в цепи 1—2 контакт Q, повторительное реле KQT получает питание, его контакт замыкает цепь 25—14 реле времени КТ1 устройства РПВ-58. Контакт реле фиксации KQQ в этой цепи остается замкнутым после отключения выключателя релейной защитой, так как ключ SA включен, контакты его 1-2 в цепи 37—26 катушки KQQ замкнуты. Через эти же контакты по цепи 37—24 получает питание счетчик аварийных отключений выключателя PC при замыкании контактов повторительного реле KQC после размыкания цепи 1—6 контактом Q и прекращения питания обмотки KQC. Реле времени КТ1 с выдержкой замыкает свой контакт в цепи 29— 18, конденсатор С разряжается через контакт КТ1 на шунтовую обмотку двухобмоточного реле KL1 (С—КТ1—KL1—С). Контакт реле KL1 замыкает цепь 23—2 (23—KL1—KL1— КНЗ—SX—KBS—Q— КМ—2) контактора включения выключателя КМ, который в свою очередь замыкает цепь катушки включения выключателя YAC, после чего выключатель включается.
После включения выключателя цепи 23—2 и 1—2 размыкаются контактом выключателя Q, катушки реле KL1 и KQT в этих цепях обесточиваются и размыкают своими контактами цепи 23—2 и 25—14. Реле времени КТ1 теряет питание и размыкает свой контакт в цепи 29—18, после чего начинается заряд конденсатора С, подготовка устройства РПВ-58 к новому повторному включению. Если в течение времени заряда конденсатора С (15—20 с) выключатель вновь отключится, то повторного включения его не произойдет, так как импульс разряда конденсатора на обмотку KL1 будет недостаточно мощным для включения реле KL1. Таким образом обеспечивается однократность АПВ.
Ускорение действия МТЗ после включения выключателя на КЗ оперативно или автоматически обеспечивается замыканием цепи 11—6 контактом КТ без выдержки времени. Контакт реле ускорения защиты KL2 в этой цепи замыкается при отключении выключателя (замыкается цепь 33—22 обмотки KL2 контактом KQC) и остается замкнутым в течение некоторого времени после его включения.
Оперативное отключение выключателя осуществляется поворотом ключа SA и замыканием его контактами 13-14 цепи 7—6 катушки отключения YAT или замыканием контакта реле отключения по телеуправлению КСТ в цепи 5—6. При этом получает питание катушка отключения YAT и выключатель отключается. Одновременно размыкается цепь 37—26 контактами 1 -2 ключа SA или контактом реле отключения по телеуправлению КСТ (контакты SA1 при этом разомкнуты), реле фиксации KQQ теряет питание и размыкает свои контакты в цепи 25—14 запуска АПВ, поэтому АПВ не происходит. Реле KQQ замыкает свои контакты в цепи 43—32 и лампа HLG при отключенном выключателе (контакт KQT замкнут) горит ровным светом, сигнализируя об отключенном состоянии выключателя.
Сигнализация автоматического отключения выключателя релейной защитой осуществляется миганием зеленой лампы HLG при замыкании цепи 30—32 контактом повторительного реле KQT. При этом контакт реле KQQ в этой цепи остается замкнутым, а в цепи 43—32 — разомкнутым, так как реле KQQ по цепи 37—26 получает питание.
Блокировка многократного включения выключателя на устойчивое к.з. в случае застревания в замкнутом состоянии контактов реле KL1 в цепи 23—2 обеспечивается включением в схему управления специального блокировочного реле KBS, имеющего две обмотки — рабочую последовательную и параллельную удерживающую. Реле KBS срабатывает при прохождении тока по катушке отключения YAT и рабочей обмотки KBS (цепь 9—6 или 13—6). При этом замыкается цепь 23—4 контактом реле KBS, и по удерживающей обмотке реле блокировки протекает ток. Другой контакт реле KBS размыкает цепь 23—2 катушки контактора КМ, благодаря чему предотвращается включение выключателя.
Аналогично блокировка предотвращает многократные включения выключателя при оперативных включения по цепи 3—2 или 5—2 (по телеуправлению). Реле KBS удерживается во включенном состоянии до снятия команды на включение выключателя и прекращение питания удерживающей обмотки реле.


3.1.3 АПВ линии с двусторонним питанием
АПВ линий с двусторонним питанием имеет следующие особенности:
- повторное включение линии производится после ее отключения с двух сторон выключателями Q1 и Q2 для ликвидации ее неустойчивого повреждения;
- первым включается выключатель Q2 при условии отсутствия напряжения в линии, что контролируется с помощью реле напряжения KV2, подключенного к линии через шкаф отбора напряжения AV2 (контакты реле KV2 замкнуты в цепи 23-24, накладка SX2 в этой цепи включена);
- вторым включается выключатель Q1 при условии наличия напряжения линии, что контролируется с помощью реле напряжения KV1, подключенного к линии через шкаф отбора напряжения AV1 причем это напряжение должно изменяться синхронно и синфазно с напряжением U1на шинах подстанции.
При несинхронном режиме работы источников G1 и G2 угол δ между напряжениями U1 и U2 будет изменяться от 0 до 360°, проходя через 180°, при котором разность напряжений ∆U достигает 2U1, а уравнительный ток при включении выключателя в этот момент может превысить ток к.з.
Проверка синхронизма осуществляется с помощью реле контроля синхронизма KSS, одна обмотка которого подключена через трансформатор напряжения TV к шинам с напряжением U1, вторая - через AV1 к линии с напряжением U2 Результирующий магнитный поток в реле, создаваемый его обмотками, пропорционален ∆U. До тех пор, пока ∆U превышает заданную уставку, реле KSS находится в возбужденном состоянии, а его контакты в цепи 21-22 разомкнуты. Угол δср между U1и U2, при котором происходит срабатывание реле, выбирают в пределах 20—40°. Когда значение становится меньше δср , реле KSS замыкает контакты и осуществляет пуск устройства АПВ. Таким образом происходит автоматическое повторное включение с ожиданием синхронизма (АПВ ОС).
Схема АПВ ОС состоит из цепей: управления (1-2) ... (15-16), фиксации команды управления (17-18)... (19-20) и автоматики (21-22) ... (31-32).
Оперативное включение выключателя линии производится с проверкой отсутствия напряжения (выключатель Q2) или с проверкой наличия напряжения на шинах и в линии (выключатель Q1), при этом накладка SX1 замыкает цепь 3-2, а накладка SX3 в цепи 29-30 разомкнута.
Включение выключателя осуществляется кнопкой SBC. По цепи 1-2 протекает ток, возбуждается реле команды включения КСС и становится на самоподпитку по цепи 3-2, в которой замыкается контакт КСС. Другим своим контактом реле КСС замыкает цепь 21-26 (КСС-KSS-KV1-KQT-КТ-КТ) включения выключателя Q1 (накладка SX2 при этом отключена) или (КСС-SX2-KV2-KQT-КТ-КТ) включения выключателя Q2 (накладка SX2 включена). Реле КТ при этом возбуждается и с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на обмотку промежуточного реле KL. Заряд конденсатора С предварительно был произведен по цепи 29-26 через резистор R2. Реле KL замыкает цепь катушки контактора включения выключателя КМ (29-KL-KL-КСС-32-6-KSB-Q-КМ-10). Контактор КМ при срабатывании замыкает цепь катушки включения YAT. Включение выключателя приводит к переключению повторительных реле. Катушка KQT в цепи 9-10 теряет питание при размыкании блок-контакта Q выключателя. В свою очередь реле KQT размыкает цепь 21-26 реле времени КТ, которое размыкает свой контакт в цепи разряда конденсатора С. После этого начинается заряд конденсатора по цепи 29-26 и подготовка к следующему включению В цепи 9-14, которая замыкается блок-контактом Q выключателя, получает питание повторительное реле KQC. Его контакт замыкает контакт в цепи 19-20 и переключает реле фиксации команды KQQ, которое размыкает своим контактом цепь 19-20 катушки включения, замыкает цепь 17—18, подготавливая цепь катушки отключения реле KQQ, и замыкает цепь 23-24, подготавливая пусковую цепь 23-26 к запуску устройства АПВ.
Автоматическое повторное включение осуществляется после отключения выключателя линии Q1 и Q2 под действием релейных защит. Контакт KQT собирает цепь 23-26 реле времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на параллельную катушку реле KL. При срабатывании последнего собирается цепь 29-10 через последовательную катушку реле KL, его контакт, катушку указательного реле автоматики КН, контакт реле блокировки KBS, блок-контакт Q выключателя и катушку КМ контактора включения выключателя. Катушка указательного реле КН при этом не шунтируется контактом КСС реле команды включения, как при оперативном включении выключателя. В этом случае реле КН срабатывает, сигнализируя персоналу о действии АПВ.
Оперативное отключение выключателя линии производится замыканием кнопки SBT в цепи 15—16 реле команды отключения КСТ. Это реле замыкает цепь 13-14 катушки отключения выключателя YAT, что приводит к его отключению. Другой контакт реле КСТ замыкает цепь 17-18 катушки отключения реле фиксации KQQ, которое отключается, замыкая цепь 19—20 и размыкая цепи 17-18 и 23-26 запуска АПВ. Поэтому при оперативном отключении АПВ не действует.
Оперативное включение выключателя без проверки синхронизма (выключатель Q1) или отсутствия напряжения на линии (выключатель Q2) осуществляется путем переключения накладок SX1 (замыкается цепь 3—10) и SX3 (замыкается цепь 26—30 разряда конденсатора С) и включения кнопки SBC. При включении кнопки замыкается цепь 1—2 реле КСС, которое своими контактами собирает цепь 3—10 катушки контактора КМ. Последний замыкает цепь катушки включения выключателя YAC, и выключатель включается. Другим своим контактом КСС замыкает цепь разряда конденсатора С на резистор R3 (цепь С—R3—SX3—КСС—30—26—С), что предотвращает срабатывание устройства АПВ при включении выключателя на к.з.. Блокировка включения выключателя от многократных включений по цепи 3—10 при устойчивом к.з. на линии осуществляется с помощью реле блокировки KBS. При отключении выключателя от защиты ток катушки отключения YAT протекает через токовую обмотку реле KBS, которое срабатывает, переключает свои контакты, размыкая цепь 3—10 и замыкая цепь 3—12 удерживающей обмотки напряжения KBS. Удерживающая обмотка KBS будет получать питание по цепи 3—12 до размыкания ее контактом КСС, а контакт KBS в цепи катушки контактора КМ 3—10 будет оставаться разомкнутым, предотвращая повторные включения выключателя. Таким образом, реле KBS разрешает одно включение выключателя при однократном нажатии кнопки SBC.

3.1.4 Устройство АПВ на переменном оперативном токе
АПВ выключателей с грузовыми и пружинными приводами выполняется на переменном оперативном токе. На рис. 3.5 приведены схемы однократного АПВ для выключателей с пружинным приводом ПП-67. В схемы управления входят различные вспомогательные контакты SQ. В зависимости от того, с какими деталями и узлами привода связаны эти контакты, их можно разделить на три группы.
Первая группа контактов привода выключателя связана с механизмом натяжения включающих пружин и переключается при изменении их состояния. Вспомогательный контакт SQ1 (рис. 3.5, а, б), разомкнутый при ненатянутых пружинах и замыкающийся только в момент их полного натяжения, называется контактом готовности привода. Другой вспомогательный контакт SQ5, связанный с пружиной, действует в обратном порядке и используется в качестве конечного выключателя в цепи электродвигателя М, осуществляющего натяжение включающей пружины.
Вторая группа контактов привода SQ3, SQ4 и SQ6 связана с его валом и переключается при изменении положения выключателя по любой причине. Вспомогательный контакт SQ3 является кратковременно проскальзывающим, обеспечивающим однократность действия АПВ. Контакты SQ4 и SQ6 являются блок-контактами выключателя: SQ4 замыкает цепь катушки включения YAC при отключенном выключателе, a SQ6 — катушки отключения YAT при включенном выключателе.
Третья группа контактов включает в себя так называемые аварийные контакты. В эту группу в рассматриваемых схемах рис. 3.5 входит контакт SQ2. Этот вспомогательный контакт замкнут при включенном выключателе, остается замкнут при отключении выключателя от защиты, а при отключении ключом управления SA размыкается, запрещая действие АПВ.
На схеме рис. 3.5, а все вспомогательные контакты показаны в положении, соответствующем отключенному выключателю и полностью заведенной включающей пружине. Натяжение пружины осуществляется электродвигателем М. В течение времени его работы контакт SQ1 готовности привода остается разомкнутым, не допуская включения выключателя до тех пор, пока пружина не будет полностью натянута. По окончании процесса натяжения пружины контакт SQ1 замыкается, а конечный выключатель SQ5 размыкает цепь электродвигателя М.
Оперативное включение и отключение выключателя осуществляется замыканием цепей катушек включения YAC и отключения YAT ключом управления SA.
АПВ мгновенного действия осуществляется при включенной накладке SX, благодаря чему параллельно контакту ключа управления SA включается вспомогательный контакт SQ2 третьей группы, создающий цепь несоответствия при отключении выключателя релейной защитой. При этом цепь катушки YAC замыкается контактом SQ4, контакт SQ2 остается замкнутым, контакт SQ1 также замкнут при натянутых пружинах привода, кратковременно замыкается проскальзывающий контакт SQ3. Через указательное реле автоматики КН и катушку YAC протекает ток, катушка YAC срабатывает и освобождает в приводе механизм зацепления, удерживающий пружины в заведенном состоянии, после чего освобожденные пружины производят включение выключателя. Одновременно замыкается концевой выключатель SQ5 в цепи электродвигателя М, который вновь натягивает включающие пружины.
Если АПВ было успешным, то схема приходит в состояние готовности к новому действию после натяжения пружины и замыкания контакта SQ1 готовности привода. Если АПВ было неуспешным, то выключатель остается отключенным, но пружины будут вновь натянуты и привод подготовлен к оперативному включению ключом управления SA. Контакт SQ3 в цепи АПВ к моменту новой готовности привода будет разомкнут, чем обеспечивается однократное действие АПВ. Для обеспечения однократности АПВ минимальное время натяжения пружин должно быть больше наибольшей выдержки времени защиты tзащДействующей на этот выключатель:
tпруж = tзащ + tзапгде t3an — время запаса, составляющее 2—3 с.
Схема АПВ с выдержкой времени однократного действия. Эта схема отличается от предыдущей схемы на рис. 3.5, а наличием реле времени КТ переменного тока с проскальзывающим контактом, который кратковременно замыкает цепь включающей катушки YAC. Вспомогательный контакт SQ7 в цепи катушки реле КТ обеспечивает замыкание этой цепи только при отключении выключателя, а контакт SQ2 — при отключении от защиты. Накладка SX необходима для вывода из работы АПВ.

3.2. Устройства автоматического включения резервных линий
Одиночные линии с односторонним питанием не обеспечивают достаточной надежности электроснабжения при устойчивых повреждениях. Высокую степень надежности могут обеспечить только схемы питания одновременно от двух и более источников питания, поскольку отключение одного из них не приводит к исчезновению напряжения у потребителей. Но несмотря на это очевидное преимущество многостороннего питания потребителей, многие подстанции работают по схеме одностороннего питания, при котором одна линия находится в работе, другая — в резерве. Применение такой менее надежной, но более простой схемы электроснабжения во многих случаях оказывается целесообразным для снижения токов к.з., упрощения релейной защиты, снижения потерь электроэнергии, предотвращения перетоков мощности и т.п.
Такая схема позволяет использовать преимущества линий с односторонним питанием и быстро подавать питание потребителям по резервной линии при прекращении питания по основной, используя для этой цели устройства автоматического включения резервных линий (АВРЛ), повышая тем самым надежность электроснабжения потребителей.
Для повышения надежности работы электроустановок, снижения последствий аварий и обеспечения экономичности работы электросети устройства АВР должны отвечать следующим основным требованиям:
- устройства АВР должны приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителей по любой причине (аварийное, ошибочное или самопроизвольное отключение выключателя рабочей линии);
- включение резервной линии должно происходить сразу после отключения рабочей, чтобы уменьшить длительность перерыва питания потребителей;
- действие АВР должно быть однократным, чтобы не допустить многократного включения резервного источника питания на неустранившееся к.з.;
- устройства АВР должны срабатывать только после отключения выключателя рабочей линии, чтобы исключить включение резервного источника на к.з. на неотключенной рабочей линии; - отключение резервной линии в случае ее включения на неустра-нившееся к.з. должно быть ускоренным, т.е. релейная защита должна действовать без выдержки времени;
- устройства АВР не должны действовать при отсутствии напряжения на резервной линии.
Опыт эксплуатации показывает, что АВР является очень эффективным средством повышения надежности электроснабжения. Успешность АВР составляет 90—95 %. Простота схем и высокая эффективность обусловили широкое применение АВР в электрических сетях.
Схема АВР питающей линии Питание сборных шин подстанции осуществляется по рабочей линии W1 через выключатель Q1. Линия W2 является резервной, ее выключатель Q2 отключен. Контроль наличия напряжения на сборных шинах подстанции осуществляют реле напряжения KV1 и KV2 через трансформатор напряжения TV1. Контроль наличия напряжения на резервной линии W2 осуществляет реле KV3 через трансформатор TV2.
При исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой причине замыкаются контакты реле KV1 и KV2, при этом контакты реле KV3 остаются замкнутыми при наличии напряжения на резервной линии W2. Через контакты реле KV1, KV2, KV3 получает питание реле времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь катушки отключения YAT выключателя Q1, если перед этим Q1 не был отключен защитой.
Отключение выключателя приводит к переключению его вспомогательных контактов Q'l, которые снимают питание с катушек YAT выключателя Q1 и реле контроля включения резервной линии KQS, третий контакт Q'l замкнет цепь катушки контактора КМ через контакт KQS. Этот контакт остается некоторое время замкнутым после прекращения питания катушки реле KQS.
Контактор КМ, получив питание, замыкает цепь катушки включения YAC выключателя Q2, который включается и своим вспомогательным контактом Q'2 размыкает цепь контактора КМ, после чего эта цепь еще раз размыкается контактом реле KQS. Это исключает возможность повторного включения контактора КМ и выключателя Q2 резервной линии при ее отключении, например при к.з. на шинах подстанции, т.е. обеспечивается однократность АВР.
Выдержка времени tOB однократности включения, которую обеспечивает реле KQS, от момента снятия напряжения с реле KQS до размыкания его контакта должна превышать время включения tBKJl выключателя резервной линии: tOB =tвкл+ tзапгде tзап — время запаса, составляющее 0,3—0,5 с.

Рис.3.5 Схема АВР питающей линии


3.3 Устройства АПВ и АВР высоковольтных линий автоблокировки
Устройства автоблокировки как потребители первой категории должны получать питание от двух взаимно резервирующих источников через две взаимно резервируемые линии. Основное питание устройств СЦБ осуществляют обычно от тяговых или трансформаторных подстанций по трехфазным воздушным линиям напряжением 6 или 10 кВ с изолированной нейтралью (ВЛ СЦБ).
Для повышения надежности электроснабжения устройств автоблокировки и проведения плановых ремонтов предусматривают резервные линии, в качестве которых, как правило, используются трехфазные линии продольного электроснабжения (ПЭ) 6 (10) кВ на отдельно стоящих опорах или на опорах контактной сети (на электрифицированных участках постоянного тока), а на участках переменного тока — линии «два провода-рельс» (ДПР).
Схема электромеханических устройств АПВ и АВР линий автоблокировки На схеме питания устройств СЦБ между подстанциями П1 и П2 проходят две линии: основная с выключателями Q1 и Q2 и резервная — Q3 и Q4. Основная линия получает питание через один выключатель, например Q1, выключатель Q2 при этом отключен.
Восстановление питания при авариях осуществляется путем автоматического включения резервного выключателя Q2. Если питание линии после этого не восстанавливается, то осуществляется АПВ отключившегося выключателя Q1. На время восстановления питания основной линии автоблокировки устройства СЦБ получают питание от резервной линии через резервный трансформатор Т2. Реле контроля напряжения KSV при исчезновении напряжения на основной линии теряет питание, отключается, замыкает своими контактами цепь питания устройств СЦБ от трансформатора Т2 и размыкает цепь от Т1.
При восстановлении питания основной линии реле KSV получает питание, отключает цепь от трансформатора Т2 и восстанавливает питание устройств СЦБ от Т1. Трансформатор Т2 переводится в резерв.
Схема вторичной коммутации выключателей Q1 и Q2 фидера СЦБ состоит из цепей управления и защиты (1-2) -(15-6), цепей фиксации команды (17-8) ... (25-10), цепей контроля напряжения на линии (27, 29-12) и на шинах собственных нужд подстанции (31, 33, 35-14) и цепей автоматики (39-16) ... (41-24).
Оперативное включение выключателя фидера СЦБ осуществляется замыканием кнопкой SBC цепи 1-2 или контактом КСС реле телемеханики цепи 3-2 от шинки +ЕС1 включения по телеуправлению. Контактор КМ получает питание и замыкает своими контактами цепь включающей катушки выключателя YAC от шинок включения EY. При включении выключателя переключаются его повторительные реле: KQT теряет питание при размыкании цепи 7-2 блок-контактом выключателя Q; KQC получает питание при замыкании блок-контактом Q цепи 7-6. Катушка включения реле фиксации KQQ получает питание по цепи 21-10 или 23-10, реле KQQ переключается, фиксируя команду включения выключателя. Контакты KQQ размыкают цепи 21, 23-10, 37-16, 39-20 и замыкают цепи 17,19-8, подготавливая к отключению реле KQQ, и 41-24, подготавливая к пуску АПВ. Размыкание контакта KQQ в цепи 39-20 при разомкнутом контакте KL2 (наличие напряжения на шинках собственных нужд подстанции) разрешает заряд конденсатора С в устройстве РПВ-58 по цепи 39-24 для подготовки этого устройства к повторному включению выключателя. Цепь 37-16 размыкается контактом KQQ, и реле KL3 включения резерва выводится из работы, т.е. АВР запрещается.
Оперативное отключение выключателя производится путем подачи питания на катушку отключения YAT кнопкой SBT по цепи 13-6 или по телеуправлению по цепи 11—6 контактом КСТ от шинки +ЕС2 отключения по телеуправлению. Отключение выключателя приводит к переключению его повторительных реле KQT (включается), KQC (отключается) и реле фиксации KQQ, которое отключается по цепи 19-8 или 17-8. Его контакт замыкает цепь разряда конденсатора С (С-R3-KQQ-20-24-С), выводя АПВ из работы. Контакт KQQ замыкается в цепи 37-16, вводя в работу устройство АВР.
Автоматическое отключение выключателя фидера СЦБ осуществляется по цепи 15-6 при срабатывании одной из защит фидера и замыкании контактов промежуточного реле KL1 защит фидера или по цепи 9-6 при исчезновении напряжения на шинах собственных нужд подстанции и размыкании контактов KSVa, KSVb, KSVC в цепи 31-14.
Автоматическое включение резервного выключателя Q2 происходит при исчезновении напряжения на линии. Контроль напряжения в линии осуществляется с помощью реле напряжения KV1 и KV2 , подключаемых через трансформатор напряжения TV к линии СЦБ. Пуск АВР осуществляется по цепи 37-16 при исчезновении напряжения в линии (контакты KV1, KV2 замкнуты) и наличии напряжения на шинках собственных нужд (контакты KSVa, KSVb, KSVC в цепи 31-14 замкнуты, реле KL2 возбуждено, его контакты в цепи 31-16 замкнуты). При этом выключатель Q2 отключен оперативно (замкнуты контакты KQC и KQQ), и контакты реле блокировки KB также замкнуты. Реле включения резерва KL3, получив питание, замыкает цепь 5-2. Через указательное реле КН1 включения резерва и катушку контактора КМ проходит ток, выключатель Q2 включается, реле КН1 сигнализирует о срабатывании устройства АВР.
Автоматическое повторное включение выключателя Q1 осуществляется, если АВР выключателя Q2 не произошло, например вследствие отсутствия напряжения на шинах собственных нужд подстанции П2, или АВР было неудачным и напряжение в линии не восстановилось.
Пуск устройства АПВ происходит при отключении выключателя Q1 и замыкания цепи 41-24 контактом повторительного реле KQT (контакт KQQ остается замкнутым при автоматическом отключении выключателя). Реле КТ получает питание и замыкает цепь разрядаконденсатора С с выдержкой времени. При разряде конденсатора на параллельную катушку промежуточного реле KL последнее срабатывает и замыкает цепь 39-2 (39-KL-КL-КН2-KB-Q-КМ-2) через указательное реле КН2 на катушку контактора КМ, который включает выключатель. Цепь 39-2 замыкается через 1,3 с (максимальное время АПВ фидера СЦБ), если до этого ее не разомкнет контакт реле блокировки KB после удачного АВР линии и замыкания цепи 27, 29-12 контактами реле напряжения KV1 и KV2.
В случае удачного АВР линия СЦБ будет получать питание через выключатель Q2 от подстанции П2. Цепь 39-2 схемы управления выключателем Q1 будет разомкнута контактом KB, и АПВ не произойдет. В схеме управления выключателем Q2 его повторительное реле KQC замкнет цепь 25-10 реле фиксации KQQ, которое переключается, размыкает цепь 37-16, выводя из работы АВР, и замыкает свой контакт в цепи 41-24, вводя в работу АПВ.
После удачного включения выключателя Q2 выключатель Q1 может быть выведен в резерв. Для этого нужно вывести из работы АПВ и ввести АВР нажатием кнопки SBT или послать по телеуправлению приказ на отключение Q1. Замыкание цепей 17-8 или 19-8 приводит к отключению KQQ, размыканию цепи 41-24 и замыканию контакта KQQ в цепи 37-16. Таким образом, выключатели Q1 и Q2 меняются ролями: выключатель Q2 подает питание в линию СЦБ, a Q1 переходит в резерв.

Рис.3.7. Схемы АВР и АПВ линии СЦБ а- схемы питания устройств СЦБ б- схема вторичной коммутации линии СЦБ, в- схема питания линии СЦБ от шин СН подстанции
3.4. Автоматическое включение резерва на переменном оперативном токе
На рис. 3.8 приведена схема АВР на переменном оперативном токе для секционного выключателя. Питание подстанции осуществляется по двум вводам W1 и W2 Секционный выключатель Q3 нормально отключен. При исчезновении напряжения на одной из линий, питающих подстанцию, устройство АВР включает секционный выключатель Q3, а при восстановлении напряжения на линии автоматически отключает Q3 и восстанавливает нормальную схему подстанции.
Контроль наличия напряжения на линиях W1 и W2 осуществляют реле времени КТ1 через трансформатор напряжения TV1, а на секциях шин — КТ2 через TV2. Реле КТ1 и КТ2 являются пусковым органом автоматики. Контакты этих реле КТ1.2 и КТ2.2 включены последовательно в цепь катушки электромагнита отключения YAT1 выключателя Q1.
Контакты ключа управления SA1 в этой цепи замкнуты при введенной в работу схеме автоматики. Контакты реле КТ1.1 и КТ2.1 в цепи катушки реле времени КТЗ замкнуты при наличии напряжения на линии W1 и на секции, которую питает эта линия. Контакты КТЗ. 1 в цепи YAT1 при этом разомкнуты.
При исчезновении напряжения в результате отключения линии W1 реле времени КТ1 и КТ2 разомкнут свои мгновенные контакты КТ1.1 и КТ2.1, снимая напряжение с обмотки реле времени КТЗ. Это реле при снятии с его обмотки напряжения мгновенно возвращается в исходное состояние, а при подаче напряжения срабатывает с установленной выдержкой времени.
Если действием АПВ отключившейся линии напряжение восстановлено не будет, то с выдержкои времени (большей времени АПВ линии) замкнутся контакты реле времени КТ1.2 и КТ2.2 и создадут цепь на катушку отключения YAT1 выключателя Q1 линии W1.
При отключении выключателя Q1 замкнется его вспомогательный контакт SQ1.1 в цепи катушки включения YAC3 секционного выключателя Q3 через еще неразомкнувшийся контакт KQC1.1 повторительного реле. Включение выключателя Q3 может быть только однократным, так как контакт KQC1.1 с некоторой вьщержкои размыкает цепь после первого включения выключателя Q3, и далее она будет разомкнута до включения выключателя Q1 и его повторительного реле KQC1.
При включении выключателя Q3 подается напряжение на 1-ю секцию шин. При этом получит питание реле КТ2, замкнет контакт КТ2.1 и разомкнет КТ2.2. Реле КТ1, подключенное к линии W1 останется без напряжения, поэтому его контакт КТ1.1 останется разомкнутым, реле КТЗ будет обесточено и его контакты во всех цепях останутся разомкнутыми.
При восстановлении напряжения на линии W1 получит питание реле КТ1, замкнет контакт КТ1.1 и разомкнет КТ1.2. Реле времени КТЗ получит питание и своим проскальзывающим контактом КТ3.2 создаст цепь на включающую катушку YAC1 выключателя Q1, а контактом КТЗ.З — цепь на катушку YAT3, в результате чего отключится секционный выключатель Q3. При этом автоматически будет восстановлена исходная схема подстанции. Цепь на отключение секционного выключателя создается только при условии, что включены выключатели Q1 и Q2.

ГЛАВА 4. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ТРАНСФОРМАТОРОВ
4.1 Автоматика обдува понижающего трансформатора
Автоматизация работы трансформаторов значительно повышает надежность электроснабжения потребителей и позволяет выбрать наиболее экономичный режим работы. Используют следующие виды устройств автоматики трансформаторов:
- автоматическое управление обдувом, т.е. включением и отключением двигателей вентиляторов, охлаждающих трансформаторы;
- автоматическое регулирование напряжения трансформатора (АРНТ);
- автоматическое включение резервного трансформатора (АВРТ);
- автоматическая разгрузка трансформаторов (APT).
Автоматика обдува понижающего трансформатора обеспечивает включение вентиляторов при возникновении перегрузки трансформатора, а также при температуре масла в нем свыше 65 °С. Обдув трансформаторов используется обычно в летний период. Питание вентиляторов осуществляется через пакетный выключатель S. Схема автоматики обдува позволяет производить дистанционное управление двигателем вентилятора. Для ручного включения обдува ключ управления SA переводится во включенное положение «В». При этом контакты 1-2 замыкают цепь катушки промежуточного реле KL (фазы А — Q, а его контакты — цепь катушки контактора КМ. Через контакты тепловых реле КК1 и КК2 включается цепь катушки КМ, после чего контактор подает напряжение фаз А, В, С на двигатель М вентилятора, который начинает работать, охлаждая трансформатор. Перевод ключа SA в нейтральное положение «Н» приводит к размыканию цепи катушки контактора и отключению вентилятора.
Перевод схемы на автоматическое управление осуществляется при переключении ключа SA в отключенное состояние «О». При этом замыкается цепь между контактами 3-4 ключа. При повышении температуры масла в трансформаторе до 55 °С замыкаются контакты термосигнализатора KSK, а при дальнейшем повышении температуры (до 65 °С) замыкается вторая пара контактов KSK. Подается питание на катушку промежуточного реле KL, которое включает контактор КМ, а он в свою очередь подает питание на двигатель М вентилятора. При снижении температуры масла ниже 55 °С разомкнутся контакты KSK, питание катушки реле KL через свои контакты и контакты KSK прекратится и контактор отключится. Температурная вилка (65—55 °С) позволяет значительно уменьшить число переключений двигателя вентилятора.
При перегрузке трансформатора возбуждается токовое реле, контролирующее нагрузку трансформатора, и своим контактом КА замыкает цепь питания катушки реле времени КТ через вспомогательный контакт контактора КМ. По истечении заданной выдержки времени реле КТ замыкает цепь катушки KL промежуточного реле, которое становится на самоподпитку через свой контакт и контакт реле КА. Контакт реле KL замкнет цепь катушки контактора КМ и на двигатель М вентилятора будет подано напряжение. Отключение двигателя произойдет только тогда, когда снизится нагрузка трансформатора и токовое реле КА разомкнет цепь питания катушки реле KL и отключит контактор КМ вентилятора. Отключение вентиляции может произойти и при срабатывании термореле КК1 и КК2 тепловой защиты магнитного пускателя в цепи питания двигателя вентилятора.
Вывод автоматики обдува осуществляется переводом ключа управления SA в нейтральное положение «Н».

Рис.4.Схема автоматики обдува понижающего трансформатора
Автоматическое регулирование напряжения предназначено для ограничения отклонений напряжения на шинах подстанции от нормального значения в сторону как понижения, так и повышения. Так, например, при снижении напряжения на 5—10 % значительно снижаются вращающий момент асинхронных электродвигателей, светоотдача осветительных установок, количество тепловой энергии, выделяемой нагревательными приборами и установками и т.д. Не менее вредные последствия имеет и чрезмерное повышение напряжения, следствием чего является повышенный износ и ускоренный выход из строя электрооборудования.
Процесс регулирования напряжения заключается в изменении коэффициента трансформации трансформатора Т путем уменьшения или увеличения числа витков его первичной обмотки.
На рис. 4.2 представлена структурная схема устройства автоматического регулирования напряжения. Регулируемое напряжения СД подается на устройство автоматического регулирования напряжения трансформатора (АРНТ) через трансформатор напряжения TV, откуда оно поступает на блок токовой компенсации ТК. Благодаря токовой компенсации обеспечивается так называемое «встречное регулирование», необходимое для поддержания напряжения на шинах у потребителя. Блок токовой компенсации ТК, подключенный к трансформатору тока ТА, учитывает падение напряжения в линии, питающей потребителя. Напряжение с учетом токовой компенсации подается на измерительный орган ИО, который в зависимости от результатов измерений направляет информацию на усилитель А1 в тракт «Прибавить» или А2 в тракт «Убавить». С помощью элементов КТ1 и КТ2 создается выдержка времени на срабатывание, обеспечивающая отстройку контролируемого напряжения от кратковременных бросков. Далее сигнал поступает на исполнительный орган KL1 или KL2 и на приводной механизм регулятора, двигатель М которого начинает вращаться, изменяя число витков первичной обмотки трансформатора Т.


Принцип регулирования напряжения под нагрузкой с помощью переключающего устройства РПН показан на рис. 4.3. Электрическая схема одной фазы РПН (рис. 4.3, а) состоит при этом из двух параллельных симметричных цепей, включающих избиратели с системой контактов SAC1 и SAC2, контакторы КМ1 и КМ2 и реактор LR. На схеме показано рабочее положение на одном из регулировочных ответвлений (РО) обмотки. Число витков обмотки изменяется без разрыва цепи тока (под нагрузкой). В исходном положении контакты переключателей SAC1 и SAC2 находятся на одном и том же неподвижном контакте ответвления обмотки трансформатора, контакты контакторов КМ1 и КМ2 замкнуты. Ток /, протекающий по обмотке, в переключателе делится пополам, по каждой ветви протекает ток 0,5 /.
Чтобы изменить напряжение на одну ступень, включают приводной механизм, который отключает один из контакторов, например, КМ2, а затем передвигает контакт переключателя SAC2, соответствующий этой ветви, на следующий контакт ответвления обмотки. После этого контактор КМ2 замыкает цепь, кратковременно шунтируя реактором LR витки одной ступени регулировочной обмотки. Далее контактором КМ1 размыкается вторая ветвь, передвигается контакт SAC1 на контакт ответвления, где находится SAC2, и вновь замыкается КМ1. На этом переход с одной ступени регулирования на другую без разрыва цепи тока / заканчивается.
При переходе на ступень в обратном направлении последовательность переключения изменяется. Сначала размыкается КМ1, передвигается SAC1, замыкается КМ1, размыкается КМ2, передвигается SAC2 и замыкается КМ2.
Размещение частей трехфазного переключающего устройства РПН в трансформаторе показано на рис. 4.3, б. Однофазные избиратели 3 с контактами SAC1 и SAC2 ответвлений фаз А, В, и С обмоток 1 и реактор 4 установлены на ярмовых балках. Избиратели соединены между собой бумажно-бакелитовыми трубками, а с контактором 2 — стальным валом 7. Контактная система избирателей 3 работает без разрыва цепи тока, их контакты при переключениях не обгорают, поэтому избиратели располагаются в баке трансформатора вместе с его активной частью. Действия контакторов 2 сопровождается разрывом цепи тока одной ветви с возникновением дуги, поэтому контакторы размещаются в отдельном кожухе, заполненном трансформаторным маслом, которое не сообщается с маслом бака трансформатора. Это позволяет производить осмотр и ремонт контактора с заменой масла без вскрытия бака трансформатора. Приводной механизм РПН размещается в коробке 5, установленной на стенке бака трансформатора. Переключение происходит так, что избиратели и контакторы всех фаз действуют одновременно. Полный цикл переключения со ступени на ступень происходит за один оборот главного вертикального вала 6. Длительность переключения составляет около 3 с.
Автоматическое включение резервного трансформатора (АВРТ) производится в зависимости от схемы, принятой для нормального режима работы подстанции (рис. 4.4). Например, при секционировании шин на стороне низшего напряжения выключателем 03, который нормально отключен при работе двух трансформаторов, отключение одного из них приводит к исчезновению напряжения на одной секции. При этом устройство АВР включает секционный выключатель 03 и оставшийся в работе трансформатор питает обе секции шин.
Если нормально в работе находится один трансформатор, например Т1, и секционный выключатель включен, то при отключении рабочего трансформатора Т1 устройство
АВРТ включает резервный — Т2. В случае к.з. на сборных шинах в точке К1 защита отключает секционный выключатель 03, затем отключаются выключатели Q1 и Q2 трансформатора Т1. АВРТ включает трансформатор Т2, который будет питать одну неповрежденную секцию.
При к.з. в точке К2 отключается выключатель Q3, трансформатор Т1 остается в работе, а автоматическое включение трансформатора Т2 на неустраненное к.з. будет неуспешным,
4.2. Защита и автоматика понижающих трансформаторов
Понижающие двухобмоточные трансформаторы 110/10 кВ и 35/10 кВ при параллельном включении на сборные шины 10 кВ оборудуются устройством автоматического включения резерва (АВР).
На рис. 4.5 представлена схема управления, защиты и автоматики трансформатора 35/10 кВ и секционного выключателя шин 10 кВ. Трансформатор Т1 (рис. 4.5, а) получает питание от шин 35 кВ через разъединитель QS1, трансформаторы тока ТА1а и ТА1С и выключатель Q1. К первой секции шин 10 кВ трансформатор Т1 подключен через выключатель Q2, установленный на выкатной тележке. Аналогичным образом подключен ко второй секции шин 10 кВ трансформатор Т2 (на рис. 4.5 не показан). Секции связаны секционным выключателем Q3 и высоковольтным разъемом ХТ, между которыми на шинах установлены трансформаторы тока ТАа и ТАС и заземляющие ножи QSG2. Оперативное включение трансформатора Т1 осуществляется путем включения персоналом подстанции или энергодиспетчером по телеуправлению выключателей Q1 и Q2. При замыкании цепей 3—2 (рис. 4.5, б) кнопкой SВС1 или 5—2 контактом реле включения по телеуправлению КСС1 получает питание катушка КМ1 контактора включения выключателя Q1. Контактор замыкает своими контактами КМ1 цепь катушки включения YАС1 между шинками включения ЕY. Выключатель Q1 включается, его вспомогательные контакты в цепях 7—2 и 7—4 переключаются, повторитель отключенного положения КQТ1 теряет питание, повторитель включенного положения КQС1 получает питание и замыкает цепь 51—20 (рис. 4.5, в) контактора КМ2 включения выключателя Q2. Контактор своими контактами КМ2 подает питание на катушку включения YАС2, в результате этого включается выключатель Q2. Блок-контакты выключателя переключают его повторительные реле в цепях 53—20 и 53—22: КQT2 теряет возбуждение, КQС2 включается. Одновременно с этим переключается реле фиксации команды КQQ1. Его включающая катушка получает питание по цепи 41—14 или 43—14. Контакты реле переключаются, размыкая цепь 41—14 или 43—14 и замыкая цепь 37—12 или 39—12 отключающей катушки реле КQQ1. После размыкания цепи включающей катушки реле КQQ1 остается включенным до оперативного отключения выключателей Q1 и Q2.
Оперативное включение секционного выключателя Q3 происходит при замыкании цепи 59—24 (рис. 4.5, г) кнопкой SВС или реле включения по телеуправлению КСС4 цепи 61—24. Контактор КМ замыкает цепь катушки включения YАС выключателя QЗ. Его повторительные реле в цепях 63—24 и 63—26 переключаются: реле КQТ теряет возбуждение, реле КQС включается. Одновременно происходит включение реле фиксации КQQ по цепи 91—36 или 93—36. Автоматическое отключение трансформатора Т1 осуществляется газовой защитой КSG (см. рис. 4.5, 6) по цепи 17—6 или токовой отсечкой КА1a по цепи 19—6 или КА1С по цепи 21—6. При этом промежуточное реле защит трансформатора КL1 возбуждается и становится на самоподпитку по цепи 15—6 до размыкания ее повторителем КQT1 после отключения трансформатора. Контакт КL1 замыкает цепь катушки отключения YАТ1, выключатель Q1 отключается. Повторительное реле КQT, получив питание по цепи 7—2 при ее замыкании блок-контактом выключателя Q1, размыкает цепь 15—6 самоподпитки реле КL1 и замыкает цепь 55—22 (см. рис. 4.5, в) катушки отключения YАТ2 выключателя Q2, который отключается. Таким образом, рабочий трансформатор отключен от шин 35 кВ выключателем Q1, от шин 10 кВ — выключателем Q2.
Автоматическое включение резервного трансформатора осуществляется сразу после отключения рабочего трансформатора в результате работы релейной защиты. Контакт КQТ1 замыкает цепь 47—16 реле автоматического включения резервного трансформатора КСС2, в которой контакт КQС1 некоторое время остается замкнут. Контакт КQQ1 также замкнут после автоматического отключения выключателя Q1. Контакт КL2 замкнут, если не действовала МТЗ. Включающая катушка реле КСС2 получает питание, и реле замыкает цепь 1—2 (см. рис. 4.5, г) в схеме трансформатора Т2. В этой цепи находятся катушки: удерживающая реле КСС2 и указательного реле КН1 автоматики включения резерва, а также катушка контактора КМ 1. Замыканием цепи 1—2 начинается процесс включения резервного трансформатора. Контактор КМ1 получает питание и включает выключатель Q1 (см. рис. 4.5, а), повторительное реле которого КQС1 включает выключатель Q2. Если первая попытка АВР трансформатора окажется неудачной, то второй не будет, так как цепь 47—16 к этому моменту будет разомкнута контактом КQС1 (см. Рис. 4.5, в)
Автоматическое отключение рабочего трансформатора при срабатывании максимальной токовой защиты МТЗ происходит при перегрузке трансформатора или к.з. на шинах 10 кВ. Токовая отсечка при этом не действует, так как она отстроена от к.з. на шинах 10 кВ и реагирует только на к.з. в первичной обмотке трансформатора. Контакты токовых реле КА2а, КА1b и КА2с замыкают цепь 31—10,33—10,35—10 реле времени КТ1 МТЗ. Реле КТ1 с выдержкой времени замыкает цепь 25—8 промежуточного реле КL2. В этой же цепи находится обмотка указательного реле КН4 МТЗ. Реле КL2, получив питание по цепи 25—8, становится на самоподпитку по цепи 29—8 до размыкания ее контактом реле фиксации КQQ при оперативном отключении. Контакт КТ2 замыкает цепь 23—6 промежуточного реле защит трансформатора КL1, которое отключает рабочий трансформатор. Контакт реле КL2 размыкает цепь 47—16, запрещая АВР до отключения секционного выключателя и замыкания контактами его повторителя КQT цепи 49—18. Если в этой цепи разомкнуты КQQ реле фиксации команды, т.е. выключатель Q3 отключен оперативно, то АВР не произойдет.
Ускоренное отключение трансформатора максимальной токовой защитой при включении его на к.з. осуществляется путем замыкания без выдержки времени контактом КТ1 цепи 27—8 до ее размыкания контактом повторительного реле КQТ1. При этом реле КL2 возбуждается и становится на самоподпитку по цепи 29—8, замыкает цепь 23—6 промежуточного реле защит трансформатора КL1, которое отключает трансформатор. АВР второго трансформатора при этом не произойдет, так как контакт КL2 в цепи 47—16 будет разомкнут. Автоматическое включение резерва при работе двух трансформаторов на шины 10 кВ и отключенном секционном выключателе Q3 сводится к включению Q3 при отключении одного из трансформаторов. Оставшийся в работе трансформатор будет обеспечивать питание обеих секций шин 10 кВ. Это происходит путем замыкания контактом КQТ1 цепи 97—38 (см. рис. 4.5, г) при отключении Т1 или цепи 99—38 при отключении Т2. Обмотка реле автоматического включения КССЗ получает питание, его контакт замыкает цепь 57—24 контактора КМ, который подает питание на катушку YАС и таким образом включает выключатель Q3 При отключении трансформатора Т1 и Т2 от МТЗ при к.з. на одной из секций АВР выключателя Q3 невозможно, так как контактом КL2 будет разомкнута цепь 97—38 при отключении Т1 или 99—38 при отключении Т2. Это предотвращает повторную подачу напряжения на секцию шин, где возникло к.з.
Автоматическое отключение секционного выключателя Q3 при к.з. на шинах 10 кВ или на одном из присоединений к ним, если последнее почему-либо не отключилось, осуществляется токовой отсечкой с выдержкой времени. Токовое реле КАа и КАС, (см. рис. 4.5, а), подключенное к трансформаторам тока ТАа и ТАС, возбуждаются при протекании тока к.з. по ТАа и ТАС. Их контакты замыкают цепи 81—30 и 83—30 (см. рис. 4.5, г) реле времени отсечки КТ, которое в свою очередь с выдержкой времени замыкает цепь 73—28 промежуточного реле КLЗ. После этого реле КLЗ становится на самоподпитку по цепи 71—28, а другим своим контактом замыкает цепь 69—26 катушки отключения YАТ секционного выключателя Q3, последний при этом отключается. Если к.з. возникло при включении секционного выключателя Q3, то в этом случае токовая отсечка действует без выдержки времени по цепи 75—28, которую КТ замыкает без выдержки времени до того, как контакт КL4 промежуточного реле ускорения защиты в цепи 75— 28 разомкнётся. Реле КLЗ в этой схеме предотвращает повторное включение выключателя Q3, если последний отключился токовой отсечкой в момент включения, а контакты КСС (цепь 57—24), 8ВС (61—24) еще остаются замкнутыми. Один контакт КLЗ размыкает цепь катушки контактора КМ1, запрещая включение выключателя Q3, через другой — реле КLЗ становится на самоподпитку (цепь 57—28,59— 28 или 61—28) при замкнутом контакте КССЗ, SВС или КСС4 до размыкания последнего. Если указанные контакты разомкнуты, то самоподпитка реле КLЗ осуществляется по цепи 71—28 до отключения выключателя и размыкания в ней контакта повторительного реле КQТ. Отключение выключателя Q3 происходит также при срабатывании МТЗ трансформатора Т1 по цепи 77—28 и трансформатора Т2 по цепи 79—28, так как это срабатывание может быть результатом к.з. на секции, которую питает отключившийся трансформатор.
При отключении Q3 замыкаются контакты его повторителя КQТ (см. рис. 4.5, в) в цепи 49—18 (контакты КL2 в цепи 47—16 разомкнуты), реле включения резервного трансформатора КСС2 получает питание и включает трансформатор, который подает напряжение на неповрежденную секцию. Если включение резервного трансформатора окажется неудачным, то второго АВР не произойдет, так как цепь 47—16 окажется разомкнутой контактом повторителя включенного положения КQС1.

Рис.4.6 Схемы управления защиты и автоматики трансформатора
А- схема подключения трансфрматоров к шинам 35 и 10 кВ; б,в,г – схемы вторичной коммутации выключателей Q1, Q2 и Q3 соответственно
4.3 Защита и автоматика трансформаторов собственных нужд


4.3 Защита и автоматика трансформаторов собственных нужд
На тяговых подстанциях для питания потребителей собственных нужд устанавливают по два трансформатора. Кроме того, могут устанавливаться по два трансформатора питания подогрева масла выключателей 110—220 кВ в зимний период. . Трансформаторы собственных нужд ТСН получают питание от разных секций шин РУ-10 кВ (тяговые подстанции постоянного тока) или РУ-27,5 кВ (тяговые подстанции переменного тока, рис. 5.6, а). Подключение к секции шин РУ-27,5 кВ трансформатора собственных нужд ТСН1 осуществляется через разъединитель QS1, выключатель Q1 и трансформаторы тока ТА aи TAb. Шины собственных нужд 380/220 В разделены на две секции. Мощные трансформаторы собственных нужд, вторичный ток которых составляет 500 А и более, подключают к шинам двумя контакторами и рубильниками. Трансформаторы подогрева и ТСН, вторичный ток которых не превышает 500 А, подключают к секциям шин одним контактором КМ2 и рубильником S2 (см. рис. 5.6, а). К трансформаторам тока ТАа1, TAb1, ТАС1 подключены реле перегрузки ТСН1 КА1 (ТСН2 КА2), амперметр РА и счетчик активной энергии Р1. Контроль напряжения на шинах собственных нужд СН осуществляют реле напряжения 1КУ1 и 1КУ2 на первой секции, 2КУ1 и 2КУ2 на второй. . В летнее время обычно в работе находится один ТСН, при этом секционный контактор КМ включен. При отключении рабочего ТСН устройство АВР включает резервный. В зимний период в работе могут находиться оба ТСН, при этом секционный контактор КМ отключен. При отключении одного из трансформаторов АВР включает секционный контактор, обе секции получают питание от оставшегося в работе ТСН. Защищаются трансформаторы от повреждений максимальной токовой защитой МТЗ и токовой отсечкой ТО. Токовые реле МТЗ КА1а, КА16, КА1С и ТО КАа, КА^ подключаются к фазам первичной обмотки ТСН через трансформаторы тока ТАа и TAb. Защиту трансформаторов от перегрузки с действием на сигнал выполняют со вторичной стороны ТСН в однофазном варианте с помощью токового реле КА1. При перегрузке трансформатора ТСН1 реле КА1 замыкает цепь 1—2 (рис. 5.6, б), а трансформатора ТСН2 реле КА2 — цепь 3—2 реле времени КТ защиты от перегрузки. Установленное время замедления реле КТ составляет до 9 с. Реле КТ при срабатывании замыкает цепь 5—4 реле неисправности подстанции КLНП через катушку указательного реле КН. . Оперативное включение ТСН осуществляется путем включения контактора КМ2 и выключателя Q1 при включенных рубильнике S2 и разъединителе QS1. Включение контактора КМ2 происходит при замыкании цепи 13— 6 кнопкой включения SВС2. Катушка КМ2 получает питание, контактор включается и включает последовательно с катушкой резистор, дешунтируя его своим контактом. Другим контактом КМ2 замыкает цепь 17—6, становясь на самоподпитку через замкнутые контакты SВТ2 кнопки отключения и промежуточного реле защит КL. Контактор замыкает также цепь 73—30 своего повторительного реле ККМ2 . Включение выключателя Q1 происходит при замыкании цепи 25—10 контактора включения выключателя КМ1 кнопкой SВС1. Контактор замыкает цепь катушки включения выключателя УАС1, выключатель включается и переключает своими блок-контактами цепи 29-10 b 29—12. При этом повторительное реле КQС1 включается, а реле КQТ1 отключается. Одновременно кнопкой SВС1 по цепи 25—18 переключается реле фиксации КQQ1, которое фиксирует команду оперативного включения выключателя Q1. . Включение секционного контактора КМ осуществляется путем замыкания цепи 19—8 кнопкой SВС. После включения контактор становится на самоподпитку по цепи 23—8 через контакт кнопки отключения SВТ.
. Оперативное отключение ТСН осуществляется путем отключения контактора КМ2 и выключателя Q1. Выключатель отключается при замыкании кнопкой отключения SВТ1 цепей: 31—12 катушки отключения выключателя УАТ, 53—20 катушки отключения реле фиксации команды КQQ1. При этом выключатель Q1 и реле фиксации КQQ1 отключаются. Отключение Q1 приводит к переключению его повторителей: КQT1 получает питание по цепи 29—10; КQС1 теряет питание при размыкании цепи 29—12.
Автоматическое включение резервного трансформатора ТСН2 происходит при отключении рабочего ТСН1. При этом исчезает напряжение на шинах СН 380/220 В и реле напряжения 1KV1,1КV2 и 2КV1, 2КV2 обесточиваются. Контактами этих реле замыкаются цепи 65—26, 67— 26 промежуточного реле КL1 и цепи 69—28, 71—28 промежуточного реле КL2. Реле КL1 и КL2 подают питание на реле времени КТ1 по цепи 61—24 и КТ2 по цепи 63—24, которые замыкают цепь 55—22 реле автоматического включения КСС2 трансформатора ТСН2. В этой цепи контакты переключателя автоматики включения резерва SА в позиции В2 замкнуты, т.е. в резерве находится трансформатор ТСН2. Если в резерве находится трансформатор ТСН1, то переключатель SА в позиции В1 и при этом получает питание реле КСС1. При работе двух трансформаторов ТСН и отключенном секционном контакторе КМ переключатель SА в позиции В, реле КТ1 и КТ2 замыкают цепи 57—22 при отключении трансформатора ТСН1 или 59—22 при отключении трансформатора ТСН2. При этом получает питание реле КСС, которое замыкает цепь 21-8 секционного контактора КМ. Контактор включается, становится по цепи 23—8 на самоблокировку и подает напряжение на секцию шин СН, где оно исчезло при отключении трансформатора ТСН. Если трансформатор ТСН2 находится в работе, а трансформатор ТСН1 — в резерве, то при отключении трансформатора ТСН2 по цепи 55—22 получит питание реле КСС1, которое своими контактами замыкает цепи 15—6 контактора КМ2, 27—10 контактора КМ1 и 27—18реле КQQ. При включении выключателя Q1 и контактора КМ2 в работу включается резервный трансформатор ТСН, на шинах СН появляется напряжение. Реле 1КУ1, 1КУ2, 2КУ1, 2КУ2 получают питание, отключают реле КL1 и КL2, которые размыкают цепи 61—24 и 63—24. Реле времени КТ1 и КТ2 размыкают цепь 55—22 реле КСС1. На этом процесс автоматического включения резервного трансформатора заканчивается. / Вывод АВР из работы производится переключением SА в позицию 0 и отключением реле КСС1, КСС2 и КСС, а также при размыкании цепи этих реле блокировочным реле по напряжению КВУ в результате исчезновения напряжения на шинах РУ-27,5 кВ.
Автоматическое отключение ТСН осуществляют максимальная токовая защита и токовая отсечка. При КЗ в первичной обмотке ТСН1 срабатывают реле KAA и KAb отсечки, замыкают цепи 37—14 и 39—14 промежуточного реле защит КL, которое становится на самоподпитку по цепи 35—14 до отключения выключателя и размыкания этой цепи контактом повторительного реле КQТ1. Если же токовая отсечка срабатывает сразу после включения трансформатора, то реле КL выполняет роль блокировочного реле, размыкая цепи 25—10 и 27—10 контактора КМ1 и становясь на самоблокировку по цепям 25—14 или 27—14, пока эти цепи не разомкнут контакты кнопки SВС1 или реле КСС1. Срабатывание токовой отсечки фиксирует указательное реле КН2. . Максимальная токовая защита срабатывает при КЗ во вторичной обмотке ТСН1, на первой секции шин СН или на присоединении ТСН1 к первой секции, а также при значительной перегрузке, опасной для трансформатора. При срабатывании реле КА1а, КА1b, КА1С замыкаются цепи 45—16, 47—16, 49—16 реле времени КТ, которое замыкает с выдержкой времени цепь 41—14 промежуточного реле КL защит трансформатора через указательное реле КНЗ. Реле КL замыкает цепь 33—12 отключающей катушки выключателя УАТ1. Другим своим контактом реле КL размыкает цепь 17— 6 самоподпитки контактора КМ2. Таким образом, трансформатор отключается выключателем Q1 от шин 27,5 кВ и контактором КМ2 от шин СН. Автоматическое отключение трансформатора ТСН1 по цепи 43—14 происходит перед автоматическим включением трансформатора ТСН2 с помощью реле КСС2. Это необходимо, например, в случае исчезновения напряжения на секции шин 27,5 кВ, к которой подключен трансформатор ТСН1, в результате чего исчезло напряжение на шинах СН и автоматика приступила к включению трансформатора ТСН2. Реле блокировки КВУ при сохранении напряжения на другой секции 27,5 кВ, к которой подключен трансформатор напряжения ТV2 (см. рис. 5.7), не будет запрещать работу АВР. Реле КСС2 включает реле КL, которое становится на самоблокировку по цепи 35—14, подает питание на катушку отключения выключателя УАТ1 и размыкает цепь 17—6 самоблокировки контактора КМ2. Отключение трансфоматора ТСН1 с помощью реле КСС2 фиксирует указательное реле КН4, катушка которого находится в цепи 43—14.

Автоматика трансформатора напряжения
Автоматический контроль напряжения (АКН) на шинах распределительных устройств осуществляется с помощью трансформаторов напряжения ТУ. Схемы контроля напряжения разных РУ принципиальных различий не имеют, поэтому достаточно ознакомиться с одной из них.
На рис. 4.7, а представлена схема подключения трансформаторов напряжения к шинам 27,5 кВ и 100 В. На схеме показаны два комплекта трансформаторов напряжения ТV1 и ТV2, каждый из которых состоит из двух однофазных трансформаторов, соединенных по схеме неполного треугольника (фаза С РУ-27,5 кВ соединена с контуром заземления подстанции). Комплекты трансформаторов ТV1 и разрядников РV1 и РV2 подключаются к первой секции шин 27,5 кВ разъединителем QS1 с двумя заземляющими ножами. При номинальном первичном напряжении со вторичных обмоток снимается напряжение 100 В, которое через рубильники S1 и S2 и автоматические выключатели SF1 и SF2 подается на шины 100 В. В работе обычно находится один комплект трансформаторов, например, ТV1, а секции шин 27,5 кВ соединены секционными разъединителями. Вольтметр РУ используется для замера напряжений Uас и Ubс с помощью переключателя SА. Реле напряжения КV1, КV2, КV3 осуществляют постоянный контроль наличия напряжения на шинах 100 В.
На рис. 4.7, б показаны цепи постоянного тока автоматики контроля напряжения на шинах РУ-27,5 кВ. Контакты реле КV1, КV2, КVЗ при наличии напряжений Uаb, Ubс, Uса разомкнуты. При исчезновении напряжения на шинах 27,5 кВ происходит замыкание контактов реле напряжения и реле времени КТ получает питание по цепи 1—2, 3—2 или 5—2 через контакт SF1 при работе ТV1 (SF2 при работе ТV2) и через контакты повторительного реле КQQ1 выключателя первого ввода РУ-27,5 кВ или КQQ2 — второго ввода. При оперативном отключении выключателя SF1 или выключателя ввода 27,5 кВ в цепи КТ размыкается контакт автомата SF1 или повторителя КQQ1 (контакты SF2 и КQQ2 разомкнуты), реле времени КТ остается обесточенным. При замыкании контактов КV1, КV2, КVЗ в случае исчезновения напряжения на шинах 27,5 кВ срабатывает реле времени КТ и с выдержкой времени замыкает цепи 7—6, 7—8 промежуточных реле КL1—КL6, контакты которых используются в схемах вторичной коммутации присоединений РУ-27,5 кВ для отключения их при к.з. на шинах 27,5 кВ запрета АПВ фидеров и АВР трансформаторов, присоединенных к этим шинам. АВР трансформатора собственных нужд происходит только при наличии напряжения на шинах, от которых он получает питание. Если же напряжение на шинах 27,5 кВ отсутствует, то реле блокировки КВV получает питание по цепям 1—4, 3—4, 5—4 и запрещает АВР ТСН, размыкая цепь 61—24 или 53—24 (см. рис. 4.6, г).
4.5.Автоматика преобразователей тяговых подстанций
На тяговых подстанциях постоянного тока широко применяют преобразователи с кремниевыми шести- и двенадцатипульсовыми выпрямителями с естественным воздушным охлаждением. Подстанции оборудованы двумя преобразователями, которые могут работать параллельно на шины РУ-3,3 кВ в часы максимальной нагрузки. При ее снижении в работе остается один преобразователь, а второй — переводится в резерв.
При оптимальном управлении стремятся, с одной стороны, обеспечить нормальную загрузку преобразователей, снизить потери электроэнергии, с другой — свести число переключений к минимальному для уменьшения износа переключающей аппаратуры. С помощью устройств автоматики регулирования мощности (АРМ) осуществляют подключение и отключение резервного преобразователя в зависимости от величины тока нагрузки, который сравнивается с током срабатывания. Экономически целесообразно токовые уставки включения (Iср тах) и отключения (Iср rnin) определять по критическому току (Iкр), при котором потери в параллельно работающих преобразователях равны потерям в одном из них при выводе другого в резерв:
Iкр=IномKT 2PппРнпгде Iном — номинальный выпрямленный ток преобразователя; Рпп — постоянные потери мощности преобразователя; Рнп — потери мощности преобразователя под нагрузкой; КT — коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора.
Для того, чтобы избежать лишних переключений, резервный преобразователь включается при максимальном токе срабатывания на первичной стороне преобразователя
Iср.max = 1,07Iкра отключается при минимальном токе срабатывания
Iср= 11,07 Iкр где 1,07 — коэффициент надежности
Если число переключений в сутки становится большим (десять и более), то вводятся задержки на переключения, которые обычно находятся в диапазоне от 3 до 10 мин и уточняются в каждом конкретном случае в зависимости от перегрузочных способностей преобразователей.
При срабатывании защиты и отключении рабочего преобразователя автоматика должна включать резервный и восстановить питание тяговой нагрузки. Эта операция осуществляется устройствами АВР.
Кроме указанных видов автоматики преобразователи оснащаются коммутационной автоматикой, позволяющей осуществлять в заданном порядке включение и отключение быстродействующего выключателя QF и масляного Q преобразователя подстанции (рис. 5.8, а). Коммутационная автоматика вводится в работу ключом автоматического управления SA2 (рис. 5.8, б). Включение преобразователя разрешает реле временной блокировки KB, если в цепи 1—2 замкнуты следующие контакты:
промежуточного реле земляной защиты KL33 (земляная защита РУ-3,3 кВ не действовала);
заземляющих ножей разъединителя QSG2 (ножи отключены); заземляющего разъединителя QSG1 (разъединитель отключен);
реле постоянной блокировки KL (не одна защита преобразователя на это реле не действовала);
реле блокировки лестницы трансформатора SQ1 (лестница сложена);
реле блокировки дверей SQ2, SQ3, SQ4 (закрыты двери шкафов кремниевого выпрямителя, ячейки быстродействующего выключателя QF и шкафов RC).
Автоматическое включение преобразователя осуществляется нажатием кнопки включения SBC. В цепи 3—4 получает питание реле автоматического включения КСС при условии, что реле KB возбуждено и выключатель Q отключен, контакт повторительного реле KQC при этом замкнут. Реле КСС замыкает цепь 57—28 контактора включения быстродействующего выключателя КМ1. Последний собирает цепь 51—-22 держащей катушки YA выключателя ВАБ-28, которая выполняет в этом случае роль включающей. Включившись, выключатель QF своим блок-контактом размыкает цепь 57— 28 контактора КМ1, а другим блок-контактом QF замыкает цепь 57— 26 блокировочного реле KBS1, которое становится на самоподпитку через свой контакт, а другим — размыкает еще раз цепь 57—28. Это необходимо для запрета повторного включения QF, если первое включение окажется неудачным, а контакт КСС в этой цепи еще некоторое время остается замкнутым.
После отключения контактора держащая катушка YA получает питание по цепи 53—24 через резисторы R3, R4, R6, которые ограничивают ток до величины, необходимой для удержания выключателя во включенном положении. После включения выключатель замыкает своим блок-контактом QF цепь 61—30 повторительного реле KQF.
Контакт реле KQF замыкает цепь 17— 6 контактора включения масляного выключателя КМ, в которой контакты ключа SA2 предварительно включены (схема переведена на автоматическое управление). Контакты реле КСС в этой цепи также замкнуты, так как реле КСС находится на самоподпитке по цепи 7—4 после размыкания в цепи 3-4 контактов SBC кнопки включения. Контактор КМ возбуждается и замыкает цепь катушки включения YAC выключателя Q, который включает преобразователь в работу.
При этом цепи 17— 6 и 21—6 размыкаются блок-контактом выключателя Q, контактор КМ и повторитель отключенного положения выключателя KQT теряет питание. Другой блок-контакт выключателя Q замыкает цепь 21—10 повторителя включенного положения KQC, который размыкает цепь 7—4, реле КСС отключается и процесс включения преобразователя на этом заканчивается.
Включение по телеуправлению преобразователя осуществляется путем замыкания контактом реле включения КСС1 цепи 5—4 от шины включения по телеуправлению +ЕС1. Далее процесс включения идет описанным выше путем.
Автоматическое отключение преобразователя
осуществляется нажатием кнопки SBT в цепи 43—16 промежуточного реле команды отключения KLCT, которое замыкает цепь 47—18 реле автоматического отключения КСТ. Последнее своими контактами по цепи 29—10 подает напряжение на катушку отключения выключателя YAT. При отключении выключателя Q его блок-контакты переключают цепи 21—6 и 21—10. Повторитель KQT получает питание и возбуждается, а реле KQC обесточивается. Ток в цепи 21—6 ограничен сопротивлениями резистора R1 и катушки KQT и недостаточен для включения контактора КМ.
Повторитель KQT замыкает цепь 65—32 промежуточного реле KL1, которое размыкает цепь 53—24 держащей катушки YA быстродействующего выключателя QF. Другими контактами реле KL1 создает цепь 55—20, в результате чего меняется полярность подключения держащей катушки YA к шинам управления ЕС, что способствует быстрому размагничиванию и отключению выключателя QF. При размыкании блок-контакта QF его повторитель KQF в цепи 61—30 обесточивается.
Одновременно реле KLCT по цепи 39—14 отключает реле фиксации команды KQQ, которое возвращается в исходное состояние и размыкает цепь 39—14 своим контактом.
Отключение по телеуправлению преобразователя осуществляется путем замыкания контактом реле отключения КСТ1 цепи 45—16 от шины отключения по телеуправлению +ЕС2. Далее процесс отключения идет описанным выше путем.

Оперативное включение и отключение выключателей Q и QF необходимо при их ревизии и ремонте. Они могут управляться раздельно, каждый своими кнопками управления.
Включается быстродействующий выключатель QF при замыкании кнопкой SBC2 цепи 59—28 контактора КМ1, который замыкает цепь 51—22 держащей катушки YA и включает выключатель QF.
Отключение выключателя QF происходит при замыкании кнопкой SBT2 цепи 63—32 промежуточного реле KL1 при условии, что масляный выключатель Q отключен и контакт его повторителя KQT в цепи 63—32 замкнут. Реле KL1, получив питание, меняет полярность подключения держащей катушки YA к шинам управления. При этом цепь 53—24 размыкается, а замыкается цепь 55—20, выключатель QF отключается.
Включается выключатель Q при замыкании кнопкой SBC1 цепи 15— 6 через контакт SQ5 тележки выключателя, который размыкает цепь при выкатывании тележки с выключателем из ячейки комплектного распределительного устройства. Контактор КМ, получив питание, замыкает цепь включающей катушки YAC, выключатель Q включается. Одновременно другой контакт кнопки SBC1 замыкает цепь 35—12 включающей катушки реле фиксации KQQ, которое включается, фиксируя команду включения, и размыкает цепь 35—12 своим контактом.
Отключение выключателя Q происходит при замыкании кнопкой SBT1 цепи 25—10 катушки отключения YAT выключателя Q, который отключается. Блок-контакты Q переключаются в цепях 21—6и 21-10. Повторитель включенного положения КОС обесточивается, а повторитель отключенного положения KQT возбуждается, замыкая свой контакт KQT в цепи 63—32 и разрешая отключение быстродействующего выключателя QF.
Автоматическое отключение преобразователя от защит
осуществляет реле KL, на которое действуют все защиты: по цепи 69—36 фильтровая с выдержкой времени, которая реагирует на токи обратной последовательности ТОП; по цепям 71—36 и 73—36 токовая без выдержки времени; по цепи 75—36 газовая зашита трансформатора преобразователя.
Токовые реле КАа и КАС токовой защиты и фильтровое реле токов обратной последовательности KAZ подключаются к трансформаторам тока ТАа и ТАС (рис. 5.8, а). Срабатывание фильтр-реле KAZ при несимметричном КЗ во вторичных обмотках трансформатора приводит к замыканию цепи 67—34 (рис. 5.8, в) реле времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь 69—36 реле KL. Указательное реле КН 1, обмотка которого находится в этой цепи, фиксирует срабатывание фильтровой защиты. Токовая защита реагирует на симметричные КЗ в преобразователе и на его недопустимые перегрузки, в этом случае замыкаются цепи 77—56 и 75—56 реле KL через указательное реле КН2, фиксирующее срабатывание защиты. Газовое реле KSG при бурном газообразовании или понижении уровня масла в баке трансформатора замыкает цепь 75— 36 реле KL через указательное реле КНЗ.
Таким образом, при срабатывании любой защиты получает питание реле KL, которое замыкает цепь 27—10 отключающей катушки YAT выключателя Q. При отключении выключателя его повторитель KQT замыкает цепь 17—18, в которой контакты KQF замкнуты при включенном выключателе QF. Если схема на автоматическом управлении и контакты ключа SA2 замкнуты, реле автоматического отключения КСТ получает питание, замыкает цепь 65— 32 промежуточного реле KL1, которое отключает выключатель QF. Реле фиксации KQQ при отключении преобразователя защитами остается включенным, фиксируя автоматическое отключение.
Автоматическое включение и отключение резерва (АВОР) включает в себя два вида автоматики: регулирования мощности (АРМ) и включения резерва (АВР) при аварийном отключении рабочего преобразователя. Включение АВОР в работу существляется ключом SA1 (рис. 4.8, г). АРМ осуществляет непрерывный контроль за нагрузкой преобразователей. Датчиками нагрузки являются токовые реле KAmax,, KAmin
и KA2max Реле KAmax и KA2max контролируют нагрузку при работе одного преобразователя и срабатывают, когда она в первичной обмотке трансформатора тока превышает I cp.mах (4.2). Реле KAmin контролирует суммарную нагрузку двух преобразователей, катушки его электромагнита подключены к двум трансформаторам тока и создают вращающий момент, пропорциональный суммарной нагрузке.
Срабатывание КАmах или КА2mах приводит к замыканию цепи 79—42 или 81—42, реле включения КСС2 получает питание и по цепи 89—48 запускает реле времени включения и отключения резерва КТСТ. Если нагрузка на преобразователь не снижается в течение 10 мин, то реле КТСТ замыкает цепь 9—4 (см. рис. 4.8, б) реле автоматического включения преобразователя КСС, которое включается и становится на самоподпитку по цепи 7—4. Далее процесс включения резервного преобразователя идет описанным выше путем. После включения резервного преобразователя реле КАmах или КА2mах отключает реле КСС2, которое размыкает цепь 89—48 и 9—4.
Если при двух включенных преобразователях нагрузка снижается и суммарный ток становится ниже I cp.min (4.3), то реле KAmin теряет возбуждение и замыкает цепь 87—46 реле отключения КСТ2. Последнее по цепи 91—48 запустит реле времени КТСТ, которое через 3 мин замкнет цепь 9—16 промежуточного реле команды отключения KLCT. Реле KLCT отключит резервный преобразователь, а по цепи 39—14 переведет реле фиксации KQQ в исходное состояние.
Рабочий преобразователь при работе автоматики останется включенным, хотя в его схеме цепь 41—16 замкнется, но контакты SA1 будут разомкнуты, и цепь 9—16 останется разомкнутой.
Автоматическое включение резерва (АВР) происходит при аварийном отключении рабочего преобразователя защитой. Повторители замыкают цепь реле времени КТС: 85—44 через реле KQT при отключении первого преобразователя или 83—44 через реле KQT2 — второго.
Контакты реле фиксации KQQ и KQQ2 в этих цепях остаются замкнутыми при отключении преобразователя защитой. Реле КТС с небольшой вьщержкой замыкает цепь 13—4, в которой контакты реле фиксации KQQ замкнуты, если перед этим резервный преобразователь не был отключен защитой. Реле КСС, получив питание, включит резервный преобразователь и его реле фиксации. Если включение окажется неудачным, то повторного не произойдет, так как цепь 13—4 будет разомкнута контактом KQQ. Отключение реле КТС осуществляется кнопкой отключения масляного выключателя SBT1, контакт которой замыкает цепь 37—14 катушки отключения реле KQQ, которое после отключения размыкает цепь 85—44 реле КТС.
Поменять ролями рабочий и резервный преобразователи можно, переключив ключ SA1. При этом его контакты в цепи 9—4 рабочего преобразователя размыкаются, а в аналогичной цепи преобразователя, переходящего в резерв, — замыкаются.
Глава 5. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ
5.1. Общие сведения об устройствах телемеханики
В соответствии с принятой схемой управления в электроустановках применяются как местные, так и дистанционные методы управления контролируемыми объектами.
Под местным понимается управление непосредственно на месте установки управляемого объекта либо вручную путем воздействия на органы управления объектом непосредственно, либо со щита управления электроустановки.
Дистанционное управление осуществляется по линиям связи, соединяющим каждый объект управления (контроля) с соответствующим органом управления (ключом, кнопкой и т.д.) или с прибором воспроизведения информации (сигнальной лампой, табло, цифровым индикатором и т.д.). В этом случае для передачи каждого сигнала требуется наличие специальной проводной линии связи (ЛС) соответствующего сечения. В связи с этим применение непосредственного дистанционного управления (контроля) экономически целесообразно лишь при местном управлении и при малом числе объектов.
С увеличением расстояния передачи, объема информации и числа контролируемых объектов особое значение приобретает необходимость сокращения затрат на линии связи, обеспечения качества передачи сигналов и быстродействия системы передачи. Эти проблемы решаются с помощью устройств телемеханики, позволяющих наиболее рационально использовать линии связи и одновременно обеспечивать надежную, быструю и точную передачу приказов, сигналов и результатов измерений.
Телемеханическими устройствами называются технические средства, с помощью которых обеспечивается преобразование и передача информации на расстояние с целью управления производственными или технологическими процессами. По характеру выполняемых функций их делят на устройства телеуправления (ТУ) и телеконтроля (ТК); последние подразделяются на устройства телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ).
Устройства телеуправления служат для управления на расстоянии отдельными объектами или целыми производственными комплексами. Наиболее часто они осуществляют передачу двухпозиционных команд («Включить-отключить», «Прибавить-убавить»), однако могут передавать также трех- и многопозиционные команды. Большинство объектов управления электроустановок являются двух-позиционными. К многопозиционным относятся, например, различные задвижки, затворы и другая трубопроводная арматура систем водоснабжения и теплоснабжения.
Устройства телесигнализации служат для контроля на расстоянии за состоянием или положением объектов управления (У) и контроля (К) и в основном передают информацию в виде двухпозицион-ных сигналов типа «Включено-отключено». Телесигнализация может передаваться на диспетчерский пункт периодически, автоматически в результате изменения положения или состояния одного из объектов или поступать на ДП по вызову (запросу) диспетчера, т.е. по команде, поступающей на контролируемый пункт по системе ТУ.
Устройства телеизмерения служат для контроля на расстоянии за параметрами контролируемых процессов: напряжением, током и др.
Наряду с системами телемеханики, предназначенными для выполнения какой-либо одной из указанных выше функций (ТУ, ТС, ТИ), широко используются также комплексные системы телемеханики, выполняющие все перечисленные выше функции или различные их сочетания. На рис. 5.1 приведена классификация телемеханических систем по различным признакам.
Управление телемеханизированными объектами осуществляет обычно оператор или диспетчер из диспетчерского пункта, на котором размещается диспетчерский полукомплект аппаратуры телемеханики. На контролируемых пунктах размещается аппаратура полукомплектов контролируемых пунктов, а также объекты управления и контроля. Обычно с одного ДП производится контроль и управление объектами нескольких КП. Если объекты сосредоточены в одном месте (например, тяговая подстанция), то на всю группу устанавливается один полукомплект аппаратуры телемеханики КП, связь которого с объектами осуществляется по системе местного дистанционного управления (рис. 5.2, а). При рассредоточении объектов по одному или небольшими группами на сравнительно больших расстояниях возле каждого объекта или группы устанавливают отдельный полукомплект аппаратуры (рис. 5.2, б). Примером таких объектов могут являться разъединители контактной сети. Деление системы по структуре и конфигурации линий связи (радиальная, лучевая, древовидная) показано на рис. 5.3. На рис. 5.4 представлена структурная схема комплексной системы телемеханики для сосредоточенных объектов, включающая в себя полукомплекты аппаратуры ДП и КП, связанные между собой каналами связи ТУ и ТС-ТИ. На ДП оператор (диспетчер) с помощью кнопок на пульте управления (ПУ) набирает приказ, который поступает на кодирующее устройство (КУ) и далее в виде кода — на блок разделения элементов сигнала (РЭС). Каждый элемент кодовой серии поступает на передатчик (Пер) канала связи и передается по своему электрическому, частотному или временному каналу, образованному в линии связи.
Кодовая серия приказа по ЛС ТУ поступает на приемник (Пр) канала связи КП, где происходит усиление сигнала и очищение его от помех. После этого кодовая серия подается на блок РЭС, преобразуется в вид, удобный для декодирования декодирующим устройством (ДКУ), затем в виде определенного приказа передается через выходное устройство (ВУ) на объект управления. Результатом является переключение объекта по ТУ.
Информация о состоянии объектов, а также аварийно-предупредительная и контрольная информация о режимах работы оборудования поступает на датчики телесигнализации (ДТС). Информация о контролируемых параметрах от объектов ТИ подается на датчики телеизмерения (ДТИ). Преобразованная с помощью ДТС и ДТИ информация передается в кодирующее устройство и далее в виде кодовой серии на блок ЮС. Элементы кодовой серии после разделения по индивидуальным электрическим, частотным или временным каналам, образованным передатчиком каналов связи ТС-ТИ, по ЛС передаются на ДП. Приемник канала связи ТС-ТИ принимает информацию, преобразует ее для дальнейшего использования. Через блок РЭС и декодирующее устройство ДКУ информация поступает на устройство отображения информации (УОИ) диспетчерского пункта, воспроизводится с помощью сигнальных табло и приемников телеизмерения (ПрТИ) и воздействует на оператора. С приемника канала связи ТС-ТИ информация передается через блок согласования (БС) на компьютер ЭВМ диспетчера, который пользуясь пультом управления (ПУ) ЭВМ выводит информацию на дисплей или в печать.
На столе диспетчера располагается пульт-манипулятор с кнопками управления и персональный компьютер или несколько компьютеров, объединенных в локальную сеть, что позволяет реализовать «виртуальный» энергодиспетчерский щит, отказавшись от громоздкого диспетчерского щита, составленного из отдельных панелей, количество которых зависит от сложности энергодиспетчерского круга.




5.2. Разделение элементов сигнала при передаче
Блоки разделения элементов сигнала РЭС осуществляют отделение элементов кодовой комбинации для их независимой друг от друга передачи по линии связи. При этом элементы сигнала сохраняют свои параметры и не оказывают друг на друга искажающего влияния.
Существуют три основных метода разделения каналов элементов сигналов:
- электрическое (схемное), при котором каждый элемент кодовой комбинации передается по своей паре проводов;
- частотное, заключающееся в том, что каждый элемент передается на своей частоте, отличной от всех других;
- временное, основанное на поочередной передаче элементов сигнала в течение определенного периода времени.
Электрическое разделение можно рассмотреть на примере Приказ ТУ набирается диспетчером путем нажатия нескольких кнопок SBl...SBN Ha пульте управления. Каждой команде соответствует своя комбинация включенных кнопок. Через замкнутые контакты кнопок ток протекает по проводам ЛС на КП, где находятся реле K1...K.N, срабатывающие при протекании тока, причем срабатывают только те реле, цепи которых замкнуты контактами кнопок SB1.. .SBN. Через контакты сработавших реле собирается цепь на определенный объект, которому соответствует комбинация включенных кнопок. В схеме на рис. 5.5, а каждый элемент кодовой комбинации передается по своей паре проводов, а в схеме на рис. 5.5, б — по одному проводу, а второй (обратный) провод общий для всех элементов. Это дает экономию проводов, но связывает гальванически все цепи между собой, снижая надежность.
При электрическом разделении требуется большое количество проводов, передача информации на значительные расстояния оказывается технически и экономически нерациональной. Поэтому такое разделение применяют только в тех случаях, когда передача осуществляется на небольшое расстояние, например, от одного узла устройства к другому или в системах дистанционного управления, когда дальность передачи не превышает нескольких сотен метров.
Частотное разделение поясняется схемой Сигнал в виде кодовой комбинации, состоящей из элементов, подается на передающее устройство, которое упрощенно представлено генераторами GF1.. .GFN. Каждый генератор работает на своей частотеf1.. .fn. Запускаются только те генераторы, на которые в соответствии с кодовой комбинацией подается питание. Элементы сигнала в виде токов определенных частот передаются по Л С на приемное устройство, где установлены частотные полосовые фильтры ZF1...ZPN. Каждый фильтр пропускает только ток определенной частоты. На выходе приемного устройства появляется кодовая комбинация, состоящая из тех же элементов, что и на его входе. Для передачи информации необходимо иметь столько частотных каналов (генераторов в передающем устройстве и фильтров в приемном устройстве), сколько имеется элементов сигнала (кодовой комбинации).
Достоинством частотного разделения является использование для передачи информации одной двухпроводной линии связи в отличие от электрического разделения и использования дорогой передающей и приемной аппаратуры для образования частотных каналов.
Временное разделение элементов сигнала широко применяется в системах одновременная передача всех элементов сигнала, а недостатком — необходимость телемеханики для передачи информации. При временном способе разделения каждому передаваемому элементу поочередно предоставляется линия связи на время, необходимое для его прохождения. В ЛС элемент передается в течение отведенного для него времени независимо от других и может быть выделен на приемной стороне. Последовательную передачу элементов осуществляют с помощью преобразователей параллельного кода в последовательный на передающей стороне и обратного преобразования их на приемной. В качестве преобразователей кода наиболее часто используют распределители импульсов. приведена схема, поясняющая принцип временного разделения с помощью распределителей RG1 и RG2. При работе они должны переключаться синхронно, т.е. одновременно, с одинаковой частотой, синфазно, т.е. в каждый момент времени они должны находиться в одноименных позициях. Так, когда распределители находятся на позиции 1, то передается первый элемент кодовой комбинации, на позиции 2 — второй и т.д. Приемный распределитель находится в той же позиции, что и передающий, поэтому элемент сигнала X1 в позиции 1 распределителей появится на первом выходе RG2, элемент х2 в позиции 2 — на втором и т.д.
Достоинством временного разделения является использование для передачи информации одной двухпроводной ЛС как и при частотном разделении, но аппаратура каналов связи при этом значительно проще и дешевле. Недостатком временного разделения является значительная длительность цикла передачи информации.



Рис.5.4 Структурная схема телемеханической системы.
5.3. Методы избирают объектов телемеханики
При передаче информации в системе телемеханического управления конечной целью является объект, на который она передается. Метод избирания (выбора) объекта в значительной мере влияет на принципы выполнения приемо-передающей аппаратуры. Различают три основных метода: прямого, группового (адресного) и кодового избирания.
Прямое избирание характеризуется тем, что сообщение передается одним элементом импульсной серии (импульсом или паузой определенного качества).
На рис. 5.6, а представлена структурная схема частотной системы телеуправления с прямым избиранием. По каждому частотному каналу может передаваться одно сообщение. Всего система имеет N частотных каналов. На передающей стороне установлено .N частотных генераторов GF, которые запускаются при нажатии кнопок SB. Нажатие каждой кнопки соответствует определенному сообщению (приказу). Например, нажатие кнопки SB1 соответствует передаче приказа «Включить первый объект», при этом запускается частотный генератор GF1, вырабатывающий гармонические колебания частотой f1, которые проходят через полосовой фильтр ZF1 и передаются по линии связи на контролируемый пункт. Фильтр ZF1 передающего устройства необходим для того, чтобы исключить попадание в ЛС гармоник, возникающих при модуляции и лежащих вне полосы частот первого канала.

Частотный импульс пропускается фильтром ZF1 приемного устройства, с помощью выпрямителя UZ1 преобразуется в импульс постоянного тока и поступает на реле К1, которое срабатывает и включает первый объект. Для передачи приказа «Отключить первый объект» необходимо нажать кнопку SB2 и запустить генератор GF2. Импульс частотой/2 пройдет по второму частотному каналу и в конечном итоге поступит на реле К2, которое отключит первый объект.
Аналогичным образом можно осуществлять включение и отключение других объектов. Общее количество сообщений (команд), которые можно передать, пользуясь данной системой, соответствует числу частотных каналов N. За одну передачу можно передать все необходимые сообщения, предварительно набрав их нажатием определенных кнопок.
Прямое избирание можно осуществить, используя систему с временным разделением элементов сигнала (рис. 5.6, б). В этой системе в передающем и приемном устройстве используются синхронно работающие распределители RG1 и RG2. Здесь набор сообщений также производится нажатием кнопок SB1.. .SBN. Когда распределители передающего ДП и приемного КП устройств находятся на первой позиции, идет передача первого сообщения при нажатой кнопке SB1. Сообщение поступает на реле К1, которое замыкает своим контактом исполнительную цепь. При переходе распределителей во вторую позицию может быть передано второе сообщение (рис. 5.6, в). За цикл переключений распределителей с позиции 1 до позиции N можно поочередно передать все необходимые сообщения. Можно несколько видоизменить систему, посылая на каждой позиции распределителя импульсы с разными качествами, каждому из которых будет соответствовать определенное сообщение. В этом случае номер импульса можно отождествить с номером объекта, а качеству придать значение операций («Включить-отключить»). Часто используют два качества: например, короткий и длинный импульс (см. рис. 5.6, в — случай II).
Важным свойством системы телемеханики с прямым избиранием является передача каждого сообщения по независимому частотному или временному каналу связи при общей физической линии связи. Таким образом, системы с прямым избиранием являются многоканальными.
При прямом избирании за один цикл передачи можно передать одно, два или все возможные сообщения. Это свойство системы называется циркулярностью. Исключением являются системы с временным разделением каналов, когда по одному каналу передается два и более сообщений с использованием двух и более качеств импульса, каждое из которых соответствует отдельному сообщению (см. рис. 5.6, в). В таких системах циркулярность соблюдается только в пределах числа сообщений, равного числу каналов.
Сообщения передаются одним импульсом, поэтому время его передачи при частотном разделении определяется длительностью импульса и является минимально возможным. В системе с временным разделением даже при передаче одного сообщения распределитель должен сделать полный цикл переключений и опросить все позиции. Поэтому здесь можно говорить только о минимальном времени, затрачиваемом при циркулярной передаче на одну команду.
Групповой (адресный) метод избирания заключается в выборе объекта в несколько приемов. Все сообщения разбиваются на группы. Наиболее часто в системах телеуправления сообщения делят на группы по виду выполняемых операций «Включить-отключить». Такое избирание называется одноступенчатым.
При многоступенчатом групповом избирании сообщения делят на группы, а группы — на подгруппы и т.д. Разделение осуществляется с целью уменьшения числа элементов сигнала. Например, для передачи восьми сообщений при прямом избирании требуется сигнал, содержащий восемь элементов, и соответственно нужно восемь частотных или временных каналов связи. При групповом избирании для передачи тех же восьми сообщений, разбитых на две группы, требуется сигнал, содержащий шесть элементов (два для выбора группы, четыре для выбора объекта), и соответственно — шесть каналов связи. Наглядность экономии элементов сигнала и каналов связи возрастает при увеличении числа объектов управления.
Кодовое избирание характеризуется тем, что каждое сообщение передается определенной кодовой комбинацией. Может быть использован любой код, чаще предпочтение отдается двоичным кодам на одно сочетание.
На рис. 5.7, а приведена структурная схема кодовой системы телеуправления с частотным разделением элементов сигнала. В передающем устройстве команда набирается одной кнопкой из общего числа N. После нажатия кнопки SB команда подается на шифратор, где происходит преобразование кода на одно сочетание CN (нажата одна кнопка из множества N) в код, с помощью которого команда по линии связи передается на приемное устройство. Каждый элемент кода передается по своему частотному каналу. Генераторы гармонических колебаний GF1...GFN запускаются в соответствии с кодовой комбинацией, при этом частотные импульсы генераторов проходят через фильтры ZF1...ZFN в линию связи. На приемном устройстве каждый частотный импульс кодовой серии проходит через свой фильтр, поступает на преобразователь UZ, который преобразует его в импульс постоянного тока. Комбинация импульсов постоянного тока аналогичная той, которая была на выходе шифратора, поступает на дешифратор, где расшифровывается, при этом на одном из его выходов, соответствующем номеру нажатой кнопки, появляется сигнал 1, который и поступает на соответствующее выходное реле К.
На рис. 5.7, б представлен процесс преобразования сообщения при передаче его с передающего устройства на приемное. Например, для включения первого объекта необходимо нажать кнопку SB1. При этом на выходе шифратора появится кодовая комбинация 11000, т.е. на выходах 1 и 2 будут импульсы постоянного тока, на выходах 3,4,5 импульсы будут отсутствовать. Генераторы GF1 и GF2 при поступлении на их входы сигнала 1 запускаются и работают с частотами: GFl-f1,GF2-f2. При нажатии другой кнопки будет передаваться другая кодовая комбинация, соответствующая другому сообщению. В каждой кодовой комбинации содержится два сигнала 1 и три — 0, т.е. используется двоичный код на одно сочетание C52 . С помощью этого кода можно передать десять сообщений
C52 =--5×41×2---= 10 .
Кодовое избирание широко используется в системах с временным разделением элементов сигнала (рис. 5.7, в). В такой системе кодовая комбинация параллельного кода после выхода
из шифратора ДП поступает на преобразователь, где она преобразуется в соответствующую комбинацию последовательного кода. Все ее элементы поступают в линию связи поочередно во времени. На КП с помощью преобразователя происходит обратное преобразование последовательного кода в параллельный. Комбинация параллельного кода поступает на дешифратор, на одном из выходов которого x1—xN появляется передаваемая команда.
В кодовых системах за один цикл передачи можно передать только одну команду (сообщение), так как при одновременной передаче, например, двух кодовых комбинаций элементы одной невозможно в приемном устройстве отделить от элементов в другой. Таким образом, кодовые системы не обладают свойствами циркулярности, а значит, все сообщения в случае необходимости передаются поочередно. Полное время передачи всех сообщений в кодовых системах всегда больше, чем в системах с прямым избиранием.
В частотных системах с прямым избиранием все команды можно передать одновременно, каждую по своему частотному каналу. Полное время передачи всех команд равно времени

передачи одной команды. В частотных кодовых системах одновременно передаются все элементы одной команды, а сами команды передаются поочередно, полное время их передачи равняется суммарному времени передачи всех команд.
Время, затрачиваемое на передачу одного сообщения, в кодовых системах с временным разделением (кодово-распределительных) может быть существенно меньше, чем в системах с временным разделением и прямым избиранием, так как число позиций распределителей может существенно отличаться.
На электрифицированных железных дорогах применяют системы телемеханики преимущественно с временным разделением элементов сигнала, так как в системах с частотным разделением используется сравнительно большое число достаточно сложных и дорогих элементов — генераторов, фильтров и др. Частотные системы телемеханики применяют только в тех случаях, когда число объектов на одном КП невелико (от одного до трех), например, в системах, предназначенных для телемеханизации рассредоточенных объектов. Если число объектов на КП превышает три, то более эффективны системы с временным разделением, так как стоимость распределителей в этом случае меньше стоимости генераторов и фильтров, а надежность их выше.
5.4 Методы синхронизации распределителей
При временном разделении каналов связи телемеханики в передающем и приемном устройствах применяются распределители, которые должны переключаться синхронно и синфазно, т.е. двигаясь с одинаковой скоростью, одновременно переключаться на одну и ту же позицию. Рассинхронизация и сбой в работе распределителей приводят к смещению элементов сигнала сообщения при приеме и искажению информации. Переключение распределителей из одной позиции в другую происходит при поступлении на его вход импульсов, которые принято называть продвигающими или тактовыми. Номер позиции, которую занимает распределитель, всегда соответствует номеру импульса, поступившего на его вход. Если в исходном состоянии распределитель находится в нулевой позиции, то первый тактовый импульс переключает его в первую позицию, второй — во вторую и т.д. Это свойство используется для синхронного переключения распределителей. Наиболее широко применяются три метода синхронизации: от общей питающей сети переменного тока, циклическая и пошаговая (тактовая) синхронизация. Различие в методах синхронизации заключается лишь в способах образования тактовой серии импульсов, подаваемых на распределители передающего и приемного устройств.
Метод синхронизации от общей питающей сети основан на том, что напряжения в любой точке электрической цепи синхронны во времени, поэтому сеть может быть использована в качестве генератора тактовых импульсов (рис. 5.8, а). Положительные полуволны после выпрямления синусоидального напряжения сети служат тактовыми импульсами, поступают на приводы (ПР) распределителей Р1 передающего и Р2 приемного устройств.
Первоначально распределители находятся в нулевой позиции. Для одновременного запуска распределителей с передающего устройства на привод распределителя передается специальный синхронизирующий (фазирующий ) импульс ФИ, который переводит распределитель Р2 в нулевую позицию, если в этот момент он находится на другой. После фазирующего импульса первый импульс от питающей сети переводит распределители в первую позицию, начинается новый цикл переключений.
Такой метод синхронизации распределителей наряду с простотой и относительно невысокой стоимостью имеет ряд недостатков:
- не всегда имеется общая питающая сеть;
- частота переключений определяется только частотой напряжения питающей сети, которая составляет 50 Гц;
- при полном или частичном отключении питающей сети, когда нет напряжения на ДП или КП, работа телемеханики невозможна;
- напряжение питающей сети в удаленной точке может иметь значительный фазовый сдвиг, а сигнал в канале связи — запаздывание, в результате чего импульсы на приемном устройстве могут поступать на позиции распределителя, отличающиеся от тех, на которых они были переданы;
- невозможность резервирования питания устройств телемеханики другими источниками, например, применением аккумуляторной батареи.
Синхронизация распределителей от общей питающей сети, достаточно широко используемая в промышленных устройствах телемеханики, оказывается неприемлемой при телемеханизации устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог.
Метод циклической синхронизации (рис. 5.8, 6) заключается в применении индивидуальных генераторов тактовых импульсов ГТИ1 и ГТИ2 с одинаковой частотой колебаний на передающем и приемном устройствах. Распределитель Р1 получает импульсы от генератора ГТИ1, а Р2 — ГТИ2. Запуск распределителей осуществляется синхронизирующим импульсом в нулевой позиции. На распределитель Р2 синхронизирующий импульс поступает по каналу связи с передающего устройства. Он воздействует на привод распределителя Р2 и генератор ГТИ2, устанавливая их в исходное состояние, в котором в этот момент находятся распределитель Р1 и генератор ГТИ1.
Выполнить генераторы тактовых импульсов с абсолютно одинаковой и стабильной частотой практически невозможно. Разница частот генераторов всегда будет существовать и ошибка будет накапливаться с каждым шагом, что в конечном итоге вызовет рассинхронизацию распределителей. Это является существенным недостатком. Для предотвращения рассинхронизации необходима синхронизация ГТИ2 с помощью фазирующего или дополнительного импульса в конце каждого цикла передачи.
Метод тактовой синхронизации получил наиболее широкое применение, так как он обеспечивает наибольшую надежность. Этот метод заключается в том, что оба распределителя переключаются одним генератором тактовых импульсов ГТИ (рис. 5.8, в). Начало работы распределителей определяется фазирующим импульсом в начале цикла, когда распределители находятся в нулевой позиции. Если распределитель Р2 находится в другой позиции, то он устанавливается фазирующим импульсом в нулевую (рис. 5.8, г).
При таком методе синхронизации необходимы каналы связи для передачи тактовых импульсов и сигналов (информационных импульсов). Систему выполняют так, чтобы использовать один общий канал для информационных и тактовых импульсов. Для этого тактовым импульсам, которые передают на каждой позиции распределителей, придают дополнительный импульсный признак, например, временной. На рис. 5.8, г показано, что для передачи сигнала 1 используется длинный импульс, а сигнала 0 — короткий. Переключение распределителей происходит в начале каждого импульса, независимо от его длительности. Импульсы отделяются друг от друга паузами одинаковой продолжительности. Фазирующему импульсу придают отличительный признак от сигналов 0 и 1; как правило, его выполняют длиннее длинного, т.е. сверхдлинным.
Синфазность работы распределителей передающего и приемного устройств должна обеспечиваться во всех случаях дополнительными методами. Окончание каждого цикла сопровождается посылкой в канал связи специального фазирующего импульса, с помощью которого проверяется вся предшествующая передача. Если прием этого импульса не совпадает с переходом приемного распределителя в контрольную (обычно нулевую) позицию, то фиксируется сбой, принятое сообщение аннулируется, распределители принудительно переводятся в режим синфазной работы.

5.5. Принципы выполнения устройств телеизмерения
Для передачи на расстояние значений параметров контролируемого производственного процесса применяются устройства телеизмерения. Особенностью телеизмерения, отличающей его от других видов измерений, является преобразование измеряемой величины в форму, удобную для передачи по каналу связи. При этом исходную величину преобразуют сначала в промежуточную, которая изменяется во времени по тому же закону, что и контролируемая величина, и носит название аналога контролируемой величины. Электрический аналог затем преобразуется в сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Цель преобразования заключается главным образом в том, чтобы свести к минимуму погрешности, вносимые каналом связи, обеспечить необходимую помехоустойчивость и быстродействие. В приемном устройстве полученный по каналу связи сигнал преобразуется в вид, удобный для отображения на сигнальных табло.
При телеизмерении, как и при других измерениях, точность оценивается по абсолютной, относительной и приведенной погрешности.
Абсолютная погрешность определяется по выражению
∆A= Aп-ФД (5.1)
где АП — показания прибора на приемной стороне;
АД — действительное значение контролируемой величины.
Относительная погрешность определяется по выражению
δ0= Ап-АДАд 100 %
Приведенная погрешность определяется выражением
δн= Ап-АДАmax 100 % (5.3
где Атах — максимальное значение измеряемой величины.
Информация, передаваемая по системе телеизмерения, может изменяться во времени непрерывно или скачкообразно. Такой же характер имеют и сигналы; их соответственно называют непрерывными и дискретными. В системах с непрерывными сигналами с помощью электрического аналога контролируемой величины модулируют переносчик информации аналогично тому, как это было описано в первой главе.
Классификация систем телеизмерения (ТИ) осуществляется по различным признакам: по принципу действия, по дальности действия, по роду измеряемой величины и т.д.
Наиболее часто для устройств телеизмерения применяют классификацию по параметрам переносчика информации. В соответствии с этой классификацией системы ТИ делятся на:
- системы интенсивности, которые используют в качестве переносчика постоянный ток, модулируемый по амплитуде;
- импульсные системы, в которых в качестве переносчиков информации используется периодическая последовательность импульсов;
- частотные системы, характеризуемые тем, что в качестве переносчика информации используются импульсы постоянного тока или переменный ток, причем частота импульсов или частота переменного тока зависят от значения контролируемой величины
- кодовые системы характеризуются тем, что измеряемая величина преобразуется и передается по каналу связи в виде цифрового кода, т.е. определенной комбинации импульсов (кодоимпульсная модуляция — КИМ).
Системы интенсивности являются устройствами ТИ ближнего действия, так как с увеличением дальности передачи возрастают токи утечки и сопротивление линий связи, в результате чего снижается точность ТИ. Импульсные и частотные системы относятся к устройствам ТИ дальнего действия и могут использоваться для передачи телеизмерительной информации в системах телемеханики устройств электроснабжения железных дорог.
Частотные системы ТИ позволяют передавать информацию по занятым линиям связи без дополнительной аппаратуры частотного уплотнения, при этом несущая частота устройства ТИ размещается в свободной части частотного диапазона линии.
Импульсные устройства ТИ подразделяются на частотно-импульсные (с ЧИМ модуляцией), времяимпульсные (с ШИМ модуляцией), фазоимпульсные (с ФИМ модуляцией), кодоимпульсные (с КИМ модуляцией).
Кодовые системы ТИ при использовании КИМ модуляции дают возможность обеспечить любую требуемую точность, позволяют обойтись без специальных каналов связи ТИ и передавать кодовые комбинации ТИ по системе телесигнализации.
Принцип выполнения этой системы заключается в том, что непрерывная функция времени F(t) квантуется (заменяется дискретной) по амплитуде или по времени. Каждое дискретное значение передается определенной кодовой комбинацией.
На рис. 5.9 представлена структурная схема кодоимпульсной системы ТИ, которая состоит из датчика Д (первичного преобразователя измеряемой величины), аналогоцифрового преобразователя

(АЦП), блоков разделения элементов сигнала, линейных передатчика (ЛП) и приемника (ЛПр) канала связи, линии связи, декодирующего устройства (ДКУ) и цифрового индикатора (ЦИ).
Измеряемая величина F{t) преобразуется с помощью датчика в аналог U(t), поступающий на преобразователь АЦП, на выходе которого образуется сигнал в виде кодовой комбинации. Элементы сигнала разделяются с помощью блока РЭС и поступают на аппаратуру канала связи, на выходе с которого элементы сигнала попадают в блок РЭС, преобразуясь в вид, удобный для декодирования в блоке ДКУ. Далее сигнал в виде числа, соответствующего значению величины F(t), поступает на цифровой индикатор, который визуально воспроизводит результат измерения.
Применение дискретных сигналов в кодовых системах ТИ позволяет объединить их с системами ТУ и ТС в единую комплексную систему телемеханики. В этом случае для передачи кодовых комбинаций ТИ используются устройства ТС. Это осуществлено в системе телемеханики электрифицированных железных дорог «Лисна». В ней с помощью устройств ТИ осуществляется передача уровня напряжения в контактной сети, линиях автоблокировки, а также расстояния в них до места к.з.
5.6 а. Каналы связи телемеханики
Каналы связи являются ответственной частью системы управления, во многом определяющей надежность и точность передачи информации от ее источника до приемника.
Каналом связи или каналом передачи информации называется совокупность приемопередающей аппаратуры и линии связи, предназначенных для независимой передачи сигналов на расстояние от источника информации до ее приемника.
В системах телемеханики широко используются электрические каналы связи. В соответствии с характером и расположением объектов управления и контроля выбирается структура и конфигурация линий связи, которые в каждом конкретном случае будут иметь свои особенности. Линии связи могут быть: радиальными (см. рис. 5.3, а), когда каждый КП соединяется с ДП отдельной линией; цепочными или лучевыми (см. рис. 5.3, б), у которых рассредоточенные КП последовательно присоединяются к общей линии связи без пересечений и ответвлений; древовидными одно- (см. рис. 5.3, в) и многоствольными (см. рис. 5.3, г), когда к общей линии связи в различных точках подключают рассредоточенные КП с ответвлениями от основных направлений.
На предприятиях транспорта и промышленности обычно используются электрические каналы связи по кабельным и воздушным проводным линиям.
Воздушные линии — наиболее старый вид проводной связи. Они очень подвержены влиянию внешних условий и помех. Для ВЛ используют стальные и биметаллические (стальные, покрытые слоем меди) провода. Линии со стальными проводами имеют худшие характеристики, однако их стоимость значительно ниже, поэтому они находят широкое применение.
Кабельные линии получили наибольшее распространение, несмотря на их высокую стоимость (в 8—10 раз выше воздушных). Это объясняется рядом существенных преимуществ кабельных линий, которые заключаются в их высокой механической прочности, значительно меньшей зависимости от метеоусловий и т.д. Кроме того, во многих случаях вообще не представляется возможным прокладывать воздушные линии (например, вдоль железнодорожных линий, электрифицированных на переменном токе).
По одной паре проводов может осуществляться либо односторонняя (симплексная), либо двусторонняя (дуплексная) связь. На рис. 5.10 приведена структурная схема телемеханической связи. Для работы устройств телемеханики при симплексной связи (рис. 5.10, я) необходимо иметь две пары проводов: в одной из них образуются каналы телеуправления (ТУ), работающие в одну сторону; в другой — каналы телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ), работающие по линии ТС. При этом для передачи приказов ТУ с диспетчерского пункта ДП на КП можно использовать одну частоту- fТУ переменного тока или две —fТУ1 u fТУ2- Передача сообщений ТС и ТИ с каждого КП ведется на своей частоте fTC1 ,fTC2Дуплексная связь (рис. 5.10, б) осуществляется по одной общей паре проводов как для телеуправления, так и для телесигнализации. Для уменьшения влияния передатчиков на приемники одного и того же пункта при дуплексной связи их подключают к линии связи через дифференциальные фильтры (ДФ). Однако полностью исключить это влияние на удается, уровень помех при дуплексной связи оказывается более высоким, чем при симплексной.
В системах телемеханики электрифицированных железных дорог применяют частотные каналы связи. Аппаратура позволяет образовывать до 19 каналов на частотах от 450 до 3690 Гц. Частоты соседних каналов отличаются друг от друга на 180 Гц.
На рис. 5.11, а представлена структурная схема передатчика частотно-модулированных сигналов, включающего в себя: модулятор (М), изменяющий частоту генератора в процессе модуляции; генератор (Г), создающий несущую частоту канала; каскад предварительного усиления (ПУ); полосовой фильтр (ПФ); выходной усилитель мощности (ВУ) и линейный блок (ЛБ), обеспечивающий присоединение передатчика к линии связи. Кодовая серия телемеханики поступает на модулятор, который изменяет частоту работы генератора в соответствии с поступающими элементами кодовой серии. Предварительно усиленные усилителем ПУ частотные импульсы через фильтр ПФ поступают на усилитель ВУ, с которого модулированные и усиленные до необходимого уровня импульсы через линейный блок поступают в линию связи.
Приемник частотно-модулированных (ЧМ) сигналов (рис. 5.11, б) состоит из следующих блоков: линейного блока, обеспечивающего присоединение приемника к линии связи; полосового фильтра (Ф); усилительного каскада (У); усилителей-ограничителей (У01 и У02) для ограничения сигналов с большой и малой амплитудой; дискриминатора Д, осуществляющего детектирование частотно-модулированных сигналов; выходного триггера (ТГ), с выхода которого сигнал поступает на объект ТУ или на сигнальный элемент ТС.
Количество сообщений, которое можно передать по проводным линиям связи, ограничено рабочей полосой частот, используемых для передачи информации.


Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) позволяют значительно расширить рабочую полосу частот. ВОЛС используются для передачи информации в виде модулированного пучка света, распространяющегося внутри гибких оптических волокон.
Первая ВОЛС на железных дорогах России была проложена в 1985 г. на участке Ленинград-Волховстрой Октябрьской железной дороги. Протяженность ее составила 120 км. Через 20 лет общая протяженность железнодорожных ВОЛС возросла до 50 тыс. км.
Типовая схема системы связи, использующей ВОЛС, показана на рис. 5.12. Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием данных (ООД), например, телефоном, приходит на узел коммутации, где аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (на рис. 5.12 — кодер) осуществляет кодирование сигналов в цифровой поток. Этот поток используется для модуляции светового потока в оптическом передатчике, который передает серию оптических импульсов в оптическое волокно. На линии установлены повторители, предназначенные для усиления ослабевающего в процессе передачи оптического сигнала. Если передающая и приемная станции удалены друг от друга на большое расстояние, например, на несколько сот километров, то может потребоваться несколько промежуточных повторителей.
На приемной стороне импульсы света преобразуются обратно в электрический сигнал с помощью оптического приемника, с которого цифровой поток поступает на декодер, преобразующий его в аналоговый сигнал ООД.
Волоконно-оптические линии связи обладают целым рядом преимуществ по сравнению с проводными. Они обладают большой пропускной способностью, защищенностью от внешних электромагнитных воздействий, малыми потерями сигнала при его распространении, электробезопасностью, экономией дефицитных цветных металлов. К недостаткам ВОЛС можно отнести высокую стоимость приемопередающего оптического оборудования.
Сооружения большого количества ВОЛС в короткие сроки на железнодорожном транспорте было достигнуто благодаря использованию технологии подвески кабеля на опорах контактной сети и высоковольтных линиях автоблокировки.


Приложенные файлы

  • docx 18043312
    Размер файла: 924 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий