Рис. 6.3. Схема электроснабжения ГЦН с малыми маховыми массами при использовании энергии выбега турбогенератора
6.3.Агрегаты бесперебойного питания
Внастоящее время на АЭС применяются АБП отечественного производства типа АБП-1; АБП-2; АБП-3 (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Типовые структурные схемы АБП:
а – АБП-1; б – АБП-2; в – АБП-3; В – выпрямитель; И – инвертор; П – переключающее устройство; Н – нагрузка; АБ – аккумуляторная батарея
АБП-1 соответствует наиболее простой структуре агрегатов бесперебойного питания (модуль АБП) и в силу этого имеет наименьшие стоимость и массогабаритные показатели. Параметры напряжения на нагрузке в этой структуре определяются характеристиками инвертора. Надежность АБП-1 практически определяется инвертором, так как отказ выпрямителя, если его время восстановления меньше времени разряда АБ, не приводит к нарушению электроснабжения потребителя и как отказ не классифицируется.
АБП-1, дополненный переключающим устройством, классифицируется как АБП-2. Структура АБП-2 позволяет реализовать два режима работы, когда питание нагрузки через АБП-1 является основным, а питание через обводную цепь – резервным и наоборот, когда питание нагрузки через обводную цепь является основным, а через АБП-1 резервным.
Надежность АБП-2 практически определяется надежностью переключающего устройства, так вероятность одновременного отказа инвертора и отключения источника, питающего обводную цепь, пренебрежимо мала по сравнению с отказом переключающего устройства. Статические и динамические характеристики АБП-2 определяются как инвертором, так и сетью. АБП-2 может допускать перегрузки больше предельной мощности инвертора. Для этого при перегрузках (пуск двигателя, включение трансформатора) питание потребителя переводится на сеть, мощность которой больше мощности инвертора. Для исключения бросков пусковых токов при переключении источников автономные инверторы должны работать синхронно и синфазно с сетью. При коротком замыкании в цепи нагрузки ее также можно подключать к сети, а после ликвидации короткого замыкания производить обратное переключение нагрузки на инвертор. Поэтому в АБП-2 весьма просто обеспечивается согласование уставок защитных аппаратов при коротких замыканиях в нагрузке, а также нормирование напряжения по значению и частоте в неповрежденных фазах во время короткого замыкания и в послеаварийном режиме. Значения тока короткого замыкания и напряжения в неповрежденных фазах определяются сетью; параметрами сети определяются и возможные перенапряжения на нагрузке после отключения короткого замыкания.
В системах гарантированного электроснабжения применяются и АБП-2, в которых основным режимом является питание нагрузки от сети, а инвертор работает на холостом ходу. При нарушении качества напряжения в сети питание нагрузки переводится на инвертор с помощью переключающего устройства. Такой АБП-2 классифицируется как единичный АБП с обводной цепью и активным состоянием готовности преобразователя к работе. Основные характеристики (энергетические, массогабаритные, статические и динамические) и показатели надежности этого варианта АБП-2 и АБП-2 с основным питанием нагрузки от инвертора близки.
Единичный АБП с обводной цепью и пассивным состоянием готовности, в котором инвертор находится в выключенном состоянии, также представляет собой АБП-2. Статические характеристики этого варианта такие же, как и у рассмотренных АБП-2. Динамические характеристики такого АБП уступают АБП-2 с активным состоянием готовности преобразователя к работе и АБП-2 с
основным питанием нагрузки от инвертора, так как при переключении с сети на инвертор всегда существует перерыв питания на время пуска инвертора. Наличие этого перерыва не позволяет переключить нагрузку с большими пусковыми токами, превышающими допустимый по коммутационной устойчивости предел, на инвертор. Надежность АБП-2 при пассивном состоянии готовности может быть ниже, чем в других структурах с обводной цепью. В АБП с обводной цепью и пассивным состоянием готовности преобразователя к работе инвертор находится в выключенном состоянии. Непрерывный контроль выключенного инвертора практически невозможен. Без обеспечения такого контроля АБП неисправность инвертора может быть необнаруженной, восстановление его не будет начато своевременно (т. е. сразу после отказа) и вероятность отказа сети при неисправном инверторе будет повышенной. Поэтому применение этой структуры определяется сравнением затрат на контроль исправного состояния инвертора с заданной периодичностью с экономией от исключения потерь инвертора на холостом ходу.
Втех случаях, когда требуется более высокое качество напряжения, чем
впромышленной сети, и большая надежность, чем обеспечивается АБП-1, применяется АБП-3, который состоит из двух комплектов АБП-1 и двух тиристорных быстродействующих отключающих устройств с искусственной коммутацией (К), обеспечивающих отключение отказавшего АБП-1 за несколько миллисекунд.
Вцелях уменьшения габаритов и массы практикуется совмещение функций в преобразователях АБП. Преобразователи с совмещенными функциями применяются в АБП, в которых основное питание нагрузки производится от сети, а инвертор находится в резерве. В этом случае, как правило, совмещаются функции инвертора и выпрямителя. Встречаются случаи применения совмещения функций сетевого фильтра и выходного фильтра инвертора.
Совмещение в одном преобразователе функций инвертора и выпрямителя означает, что при исправной сети преобразователь работает как зарядный выпрямитель и потери холостого хода инвертора отсутствуют. При нарушении качества напряжения сети последняя отключается от нагрузки коммутационным устройством, преобразователь переходит в инверторный режим работы и подключается к нагрузке, т. е. энергетические режимы работы структуры полностью совпадают со структурой АБП с обводной цепью и пассивным состоянием готовности. Режимы работы преобразователей определяются структурой АБП.
При отсутствии обводной цепи нагрузка во всех эксплуатационных режимах получает питание от инверторов. В этом случае все требования, предъявляемые ответственными потребителями к источнику питания, должны обеспечиваться инвертором. Наиболее существенным требованием является обеспечение необходимого качества напряжения АБП при:
– изменении нагрузки в диапазоне от холостого хода до перегрузки;
– скачках нагрузки; в широком диапазоне изменения напряжения цепи постоянного тока, которое может изменяться как плавно, так и скачкообразно;
– при несимметричной трехфазной нагрузке;
– при нелинейной, в том числе импульсной, нагрузке.
При питании нагрузки от инвертора стабильность напряжения и его частоты, форма кривой напряжения на шинах нагрузки могут быть лучше, чем в промышленной сети. Инверторы АБП должны обеспечивать прямой пуск двигателей, подключение трансформаторов, отключение (срабатывание) защитных аппаратов при коротких замыканиях в цепи нагрузки. Должна обеспечиваться параллельная работа инверторов.
В структурах АБП с обводной цепью основным требованием является синхронная и синфазная работа инвертора с промышленной сетью и электроагрегатом при изменении напряжения сети по частоте в заданном диапазоне. Для структур АБП, в которых нагрузка постоянно питается от промышленной сети, а инвертор работает на холостом ходу, инвертор должен быть готов принять 100%-ный наброс нагрузки. В режиме, когда силовая часть выключена, а функционирует только система управления инвертора, время пуска инвертора должно быть минимальным.