Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОТЕРИ ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты.

Известна двухступенчатая защита минимального напряжения, содержащая: пусковые блоки (реле напряжения), реле времени и выходное (промежуточное) реле. Первая ступень с выдержкой времени первой ступени действует либо на отключение неответственных электродвигателей, либо на отключение ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Вторая ступень действует на отключение электродвигателей потерявшей питание секции шин с последующим включением электродвигателей резервных технологических агрегатов и предназначена для сохранения технологического режима при длительном перерыве электроснабжения. /Чернобровов Н.Н., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем, 1998 г., стр. 715, рис. 19.12/

Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие при наличии на подстанции крупных синхронных двигателей. Обусловлен этот недостаток тем, что при потере питания в результате удаленных коротких замыканий в питающей сети или при нарушении электрической связи с источником напряжение на потерявшей питание секции шин может длительно поддерживаться синхронными двигателями, перешедшими в генераторный режим.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство защиты от потери питания (с блокировкой по направлению мощности), которое содержит: блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключены также входы двух блоков контроля минимального напряжения и пускового блока минимальной частоты, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, который выдает сигнал на первый таймер, выходы первого блока минимального напряжения и блока контроля направления мощности подключены к входам второго логического блока И, который выдает сигнал на второй таймер, причем логический элемент ИЛИ, подключенный к выходам первого и второго таймеров, подает сигнал на первый исполнительный блок, выход второго блока минимального напряжения подключен ко входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок. /Патент на изобретение №2450404 от 10 мая 2012 г./

Выход первого исполнительного блока является выходом первой ступени защиты от потери питания и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Выход второго исполнительного блока является выходом второй ступени защиты минимального напряжения и действует на отключение электродвигателей.

Недостатком этого устройства является то, что отключение вводного выключателя при коротком замыкании на питающей линии происходит с выдержкой времени. Это замедляет действие защиты от потери питания, срабатывание автоматического ввода резерва (АВР) и восстановление электроснабжения, а также понижает безопасность синхронных двигателей (СД). Таким образом, снижается быстродействие отключения секции шин, потерявшей питание, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и технологический ущерб у ответственных потребителей.

Обусловлен этот недостаток следующим. При потере питания в результате коротких замыканий в электрической сети происходит глубокая посадка напряжения. В условиях снижения напряжения реле частоты могут отказывать. В таких режимах срабатывают блоки контроля минимального напряжения. При этом первый блок минимального напряжения действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин. Однако такое отключение происходит с выдержкой времени, так как в соответствии с Шабад М.А. Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели, Библиотека электромонтера, вып. 565. Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр. 56 время срабатывания таймера времени в цепи первого блока минимального напряжения должно выбираться больше времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых повреждения могут вызвать снижение напряжения ниже тех значений, при которых срабатывает первый блок минимального напряжения.

Задачей изобретения является повышение быстродействия отключения секции шин, потерявшей питание. Вторая цель - повысить безопасность СД при восстановлении напряжения в сети после его кратковременного исчезновения или глубокого снижения.

Задача решается тем, что устройство, включающее блок контроля направления мощности и реле сопротивления, входы которых подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключены также входы двух блоков контроля минимального напряжения и пускового блока минимальной частоты, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, который выдает сигнал на первый таймер, выход которого подключен к первому входу логического блока ИЛИ, выход реле сопротивления подключен ко второму входу логического блока ИЛИ, выходы первого блока минимального напряжения и блока контроля направления мощности подключены к входам второго логического блока И, который выдает сигнал на второй таймер, выход которого подключен к третьему входу логического блока ИЛИ, причем логический блок ИЛИ подает сигнал на первый исполнительный блок, выход второго блока минимального напряжения подключен к входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 представлена схема электрической сети.

Устройство содержит: блок 1 контроля направления мощности; пусковой блок 2 минимальной частоты; реле 3 сопротивления; первый блок 4 контроля минимального напряжения и второй блок 5 контроля минимального напряжения; первый логический блок И 6, второй логический блок И 7; первый таймер 8 с выдержкой времени t1, второй таймер 9 с выдержкой времени t2, третий таймер 10 с выдержкой времени t3; логический элемент ИЛИ 11; первый исполнительный блок 12, второй исполнительный блок 13.

Входы блока 1 контроля направления мощности и реле 3 сопротивления подключены к напряжению секции шин распределительного устройства и току ввода секции шин распределительного устройства, вход блока 2 минимальной частоты подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, входы первого блока 4 и второго блока 5 контроля минимального напряжения подключены к напряжению секции шин распределительного устройства.

Устройство работает следующим образом.

При потере питания от внешнего источника электроснабжения в результате нарушения электрической связи с источником синхронные двигатели переходят в генераторный режим. При этом начинается снижение частоты и напряжения на секции шин и изменяется направление активной мощности, которое контролируется блоком 1. При достижении уставки по частоте срабатывает блок 2 минимальной частоты. Первый логический блок 6, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймер 8. Начинается отсчет времени t₁. При прохождении времени t₁ первый исполнительный блок 12 действует на отключение вводного выключателя секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей.

При потере питания в результате коротких замыканий в электрической сети происходит глубокая посадка напряжения. В условиях снижения напряжения реле частоты могут отказывать. Так реле частоты типа ИВЧ-3 отказывает при U<0,6U_ном, реле типа РЧ-1 - при U<0,2U_ном /А.В. Беляев. Противоаварийное управлении в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004 г., с. 16/. В таких режимах срабатывают первый 4 и второй 5 блоки контроля минимального напряжения и реле 3 сопротивления.

В случае если короткое замыкание произошло в распределительной электрической сети предприятия, подключенной к секции шин, потерявшей питание (в точке К₂ на фиг. 2), направление активной мощности не изменяется по сравнению с нормальным режимом нагрузки. При этом реле 3 сопротивления и блок 1 контроля направления мощности не работают. Второй логический блок 7 не выдает сигнал на второй таймер 9 и первый исполнительный блок 12 не действует.

В случае если короткое замыкание произошло в питающей электрической сети (в точке K₁ или в точке К₃ на фиг. 2), изменяется направление активной мощности и срабатывает блок 1 контроля направления мощности. При этом первый логический блок 6 выдает сигнал на первый таймер 8. Начинается отсчет времени t₂. При прохождении времени t₂ первый исполнительный блок 12 действует на отключение вводного выключателя Q2 секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей, потерявших питание (двигатель СД1 на фиг. 2). Выдержка времени t₂ выбирается исходя из следующих соображений. При коротком замыкании в питающей сети работает защита поврежденного присоединения, которая отключает выключатель этого присоединения. Однако это может быть опасным для СД. Объясняется это следующим. При коротком замыкании в точке K₁ защитой А1 с выдержкой времени Т4 отключается выключатель Q3. За время Т4 двигатель СД1 притормаживается и его ЭДС может измениться по фазе по отношению к фазе напряжения сети на угол, близкий к 180°. При отключении выключателя Q3 ЭДС СД1 и напряжение сети могут оказаться в противофазе. Такой режим может привести к недопустимым токам в обмотке статора СД1 и к выходу СД1 из строя.

Время, за которое фаза ЭДС СД1 может измениться на 180°, называют критическим. Обозначим его Т_КР. Это время составляет 0,15-0,3 с. Для обеспечения безопасности СД при отключении короткого замыкания в точке K₁ уставка времени t₂ должна быть не больше критического времени Т_КР. Если длительность короткого замыкания больше критической, то необходимо отключать вводной выключатель Q2 с последующим пуском устройства АВР и включением секционного выключателя Q5. В случае отказа устройства АВР или выключателя Q5 второй блок 5 минимального напряжения с выдержкой времени t₃ третьего таймера 10 через второй исполнительный блок 13 действует на отключение электродвигателей, потерявших питание (двигателя СД1 на фиг. 2).

В известном устройстве отсутствует реле 3 сопротивления. При этом короткие замыкания во внешней электрической сети в точках K₁ и К₃ отключаются с одинаковой выдержкой времени, причем для того, чтобы не произошло неселективное срабатывание защиты от потери питания при коротких замыканиях в распределительной сети, время срабатывания выбирается на ступень больше времени тех защит отходящих линий распределительной сети, в зоне действия которых короткие замыкания могут вызвать срабатывание блока минимального напряжения. Это приводит к увеличению времени срабатывания зашиты от потери питания до 0,5-1,0 сек и более, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.

В отличие от известного устройства предлагаемое устройство содержит реле 3 сопротивления. В случае если короткое замыкание произошло в точке К₃ на питающей секцию линии в точке К₃ (фиг. 2), сопротивление до точки короткого замыкания будет меньше, чем если короткое замыкание произошло во внешней питающей сети в точке K₁ (фиг. 2). При этом срабатывает реле 3 сопротивления, определяющее расстояние до места короткого замыкания, без выдержки времени срабатывает первый исполнительный блок 12 и действует на отключение вводного выключателя Q2 секции шин и на гашение поля синхронных двигателей, потерявших питание (двигатель СД1 на фиг. 2). Отключение вводного выключателя Q2 без выдержки времени при коротком замыкании на питающей линии ускоряет восстановление питания.

Таким образом, в отличие от прототипа отключение вводного выключателя при коротком замыкании на питающей линии происходит без выдержки времени. Это ускоряет действие защиты от потери питания, позволяет ускорить срабатывание АВР и восстановление электроснабжения, а также повышает безопасность СД, так как длительность отключения короткого замыкания в точке К₃ будет меньше критического времени Т_КР.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство повышает быстродействие отключения секции шин, потерявшей питание, что снижает время простоя технологических агрегатов и технологический ущерб у ответственных потребителей, повышает безопасность СД при восстановлении напряжения в сети после его кратковременного исчезновения или глубокого снижения.

Данное изобретение позволяет повысить устойчивость технологических систем и может найти широкое применение в технике релейной зашиты и автоматики.