Как обеспечить бесперебойную работу электростанций и подстанций? В этой статье вы узнаете, что такое оперативный ток, зачем он нужен, какие бывают источники и схемы оперативного тока. Получите полезные знания об устройстве энергосистемы.
1. Что такое оперативный ток и зачем он нужен
Оперативный ток - это электрический ток, используемый для питания вторичных цепей на электрических подстанциях. К вторичным цепям относятся:
- цепи релейной защиты;
- цепи автоматики;
- цепи управления выключателями;
- цепи сигнализации.
Оперативный ток должен обеспечивать надежное и бесперебойное питание вторичных цепей. От качества оперативного тока зависит работа всего оборудования подстанции. К основным требованиям оперативного тока относятся:
- высокая надежность;
- стабильность напряжения и частоты;
- достаточная мощность для питания потребителей.
2. Источники постоянного оперативного тока
Основным источником постоянного оперативного тока на подстанциях являются аккумуляторные батареи. В качестве оперативного тока используется постоянный ток напряжением 24В, 48В, 110В или 220В.
Преимущества аккумуляторных батарей:
- Высокая надежность, не зависящая от состояния основной сети;
- Простота и удобство использования постоянного тока.
Недостатки аккумуляторных батарей:
- Высокая стоимость;
- Необходимость в зарядных устройствах;
- Ограниченное время автономной работы.
Чтобы повысить надежность системы оперативного тока, сеть постоянного тока делится на независимые секции. При отказе одной секции, автоматически подключается резервная секция для бесперебойного питания потребителей.
3. Источники переменного оперативного тока
В качестве источников переменного оперативного тока используются:
- Трансформаторы тока;
- Трансформаторы напряжения;
- Трансформаторы собственных нужд.
Преимущества таких источников в том, что они используют энергию основной сети подстанции. Однако их мощность ограничена, и они зависят от наличия напряжения в сети.
В качестве альтернативного источника переменного тока применяются конденсаторные установки. Они заряжаются от сети в нормальном режиме, а при исчезновении напряжения автоматически переходят на питание подключенных цепей. Недостаток такой схемы - быстрый разряд конденсаторов.
4. Источники выпрямленного оперативного тока
Для получения оперативного тока может использоваться выпрямленный переменный ток. В этом случае переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителей.
Основные типы выпрямителей для оперативного тока:
- Блоки питания (БПН, БПНС);
- Силовые выпрямительные устройства (ВУ).
Преимущества выпрямленного оперативного тока - использование энергии основной сети и меньшая стоимость по сравнению с аккумуляторными батареями.
Качество выпрямленного тока во многом зависит от схемы включения выпрямителей.
5. Смешанные системы оперативного тока
Помимо раздельного использования постоянного и переменного оперативного тока, применяются также смешанные системы:
- Постоянный и выпрямленный ток;
- Переменный и выпрямленный ток.
В смешанной системе постоянного и выпрямленного тока выпрямители используются для питания электромагнитов включения выключателей. Это позволяет уменьшить емкость дорогостоящих аккумуляторных батарей.
Система переменного и выпрямленного тока применяется, когда переменный ток используется для защиты трансформаторов с помощью конденсаторов, а остальные цепи запитаны от выпрямителей. Такая комбинация повышает надежность за счет резервирования.
6. Структура систем оперативного тока
По структуре системы оперативного тока делятся на:
- Централизованные - с одним общим источником питания;
- Децентрализованные - с несколькими независимыми источниками.
Децентрализованная структура более надежна, так как позволяет резервировать источники питания для ответственных потребителей. Но централизованная система проще и дешевле.
Для построения систем оперативного тока часто используются типовые шкафы и щиты заводского изготовления. Это упрощает монтаж и эксплуатацию.
7. Схемы распределения оперативного тока
Распределение оперативного тока по подстанции может осуществляться по радиальной или магистральной схеме:
- При радиальной схеме все потребители запитаны от одного щита оперативного тока;
- При магистральной схеме от магистрали отходят ответвления к отдельным потребителям.
Для повышения надежности сеть оперативного тока секционируется с автоматическим вводом резерва. Также предусматриваются защиты от перегрузки и короткого замыкания.
8. Контроль параметров системы оперативного тока
Для обеспечения надежности системы оперативного тока необходим постоянный контроль ее параметров:
- Контроль напряжения;
- Контроль изоляции;
- Контроль токов нагрузки;
- Контроль температуры аккумуляторов.
При отклонении параметров за допустимые пределы должна срабатывать сигнализация. Также периодически проводятся измерения и испытания.
9. Техническое обслуживание системы оперативного тока
Для поддержания работоспособности системы оперативного тока необходимо регулярное техническое обслуживание:
- Ежедневный внешний осмотр оборудования;
- Проверка надежности электрических соединений;
- Очистка оборудования от пыли;
- Проверка уровня электролита в аккумуляторах.
Также проводятся планово-предупредительные ремонты для обеспечения надежной длительной работы системы.
10. Требования к помещениям для оборудования оперативного тока
Для размещения оборудования системы оперативного тока необходимы специально подготовленные помещения:
- Аккумуляторные батареи располагают в отдельном помещении с естественной вентиляцией;
- Щиты и выпрямители оперативного тока требуют поддержания определенного температурного режима;
- Помещения должны быть защищены от попадания влаги и пыли.
Также должна быть предусмотрена защита от внешних воздействий и несанкционированного доступа.
11. Меры безопасности при работе с оперативным током
При эксплуатации и обслуживании системы оперативного тока необходимо соблюдать меры электробезопасности:
- Весь персонал должен пройти инструктаж и иметь соответствующую квалификационную группу;
- Организация безопасного производства работ;
- Применение средств защиты и спецодежды;
- Соблюдение правил при работе с аккумуляторами.
Должно быть предусмотрено оказание первой помощи пострадавшим от поражения электрическим током или отравления электролитом.
12. Автоматизация системы оперативного тока
Для повышения надежности и удобства эксплуатации система оперативного тока автоматизируется:
- Автоматическое включение резервных источников;
- Дистанционное управление коммутационными аппаратами;
- Автоматический контроль параметров и аварийная сигнализация.
Система оперативного тока интегрируется в АСУ ТП подстанции для удаленного контроля и управления.
13. Перспективы развития систем оперативного тока
В дальнейшем развитии систем оперативного тока можно выделить следующие направления:
- Повышение уровня автоматизации и внедрение "умных" технологий;
- Улучшение технико-экономических показателей;
- Использование новых цифровых протоколов и волоконно-оптических линий связи;
- Создание комплексных решений для оперативного тока.
14. Особенности системы оперативного тока на подстанциях разного класса напряжения
Требования к системе оперативного тока зависят от класса напряжения подстанции:
- На подстанциях 35-110 кВ чаще применяется выпрямленный оперативный ток;
- На подстанциях 220-750 кВ предпочтительнее постоянный оперативный ток;
- На подстанциях сверхвысокого напряжения применяются дублированные источники оперативного тока.
Также учитываются особенности схемы и компоновки подстанции, типы установленного оборудования.
15. Опыт эксплуатации систем оперативного тока
При выборе системы оперативного тока важно учитывать опыт эксплуатации на действующих объектах:
- Наибольшую надежность показали дублированные источники постоянного тока;
- Требуется резервирование всех элементов системы оперативного тока;
- Важен учет особенностей конкретной подстанции и парка оборудования.
Анализ отказов помогает выявить слабые места в системе и скорректировать проектные решения.
16. Выбор системы оперативного тока для конкретного объекта
При выборе системы оперативного тока анализируют:
- Требования к надежности электроснабжения потребителей;
- Схемное решение и планировку подстанции;
- Состав оборудования (выключатели, защиты, приводы);
- Экономические показатели вариантов.
Решение о выборе системы оперативного тока принимается на этапе проектирования с учетом технико-экономического сравнения вариантов.
17. Перспективы развития оборудования для систем оперативного тока
Современные тенденции развития оборудования для систем оперативного тока:
- Повышение надежности и срока службы оборудования;
- Использование цифровых технологий и микропроцессоров;
- Разработка интеллектуальных систем мониторинга и диагностики;
- Унификация оборудования;
- Улучшение эргономики и удобства обслуживания.
Реализация этих тенденций позволит повысить надежность системы оперативного тока и снизить затраты на эксплуатацию.
18. Требования к персоналу для обслуживания систем оперативного тока
Обслуживание систем оперативного тока предъявляет определенные требования к персоналу:
- Наличие профильного образования и квалификации по электробезопасности;
- Знание конструкции и принципов работы оборудования СОПТ;
- Опыт выполнения регламентных и ремонтных работ;
- Способность оперативно устранять неисправности.
Для поддержания квалификации персонала необходимы регулярное обучение и тренировка навыков.
19. Документация по системам оперативного тока
Эксплуатация СОПТ должна вестись в соответствии с технической документацией:
- Проектная документация на систему оперативного тока;
- Технические паспорта на оборудование;
- Инструкции по эксплуатации и руководства по обслуживанию;
- Акты и протоколы испытаний; журналы эксплуатации.
Документация должна быть полной, актуальной и доступной для персонала в любое время.
20. Автоматизированные системы управления оперативным током
Перспективным направлением является создание АСУ СОПТ - автоматизированных систем управления системой оперативного тока.
АСУ СОПТ позволяют:
- Автоматически контролировать параметры СОПТ;
- Оптимизировать работу системы в различных режимах;
- Осуществлять дистанционное и автоматическое управление;
- Повысить надежность за счет средств диагностики и прогнозирования.
Внедрение АСУ СОПТ значительно улучшает технико-экономические показатели эксплуатации систем оперативного тока.
21. Интеллектуальные системы мониторинга СОПТ
Перспективным направлением являются интеллектуальные системы мониторинга состояния СОПТ на основе новейших ИТ-технологий:
- Анализ больших данных и машинное обучение;
- Автоматическая диагностика и прогнозирование;
- Использование цифровых двойников оборудования;
- Интеллектуальные системы поддержки принятия решений.
Внедрение таких систем позволит перейти на новый уровень наблюдаемости, управляемости и надежности СОПТ.
