Устройство для защиты комплектных распределительных устройств

 

Устройство предназначено для защиты КРУ от внешних и внутренних КЗ, сопровождаемых электрической дугой. Сущность изобретения: совмещение функций МТЗ, логической дифференциальной защиты шин, введение блока выявления дугового КЗ, принцип действия которого основан на контроле напряжения на дуге и его гармонических составляющих. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для релейной защиты ячеек комплексных распределительных устройств (КРУ) внутренней и наружной установки как от внешних, так и внутренних КЗ, сопровождаемых электрической дугой.

Известны устройства для защиты КРУ корпусной конструкции от внутренних КЗ, содержащие рабочие и тормозные фотодатчики, схемы сравнения, пороговый элемент, исполнительный орган (патент Франции N 2087348, патент ФРГ N 1126011, авт. св. СССР N 851544, N 997175, N 1111224).

Недостатком данной защиты является необходимость установки устройств дуговой защиты в каждой ячейке КРУ (а возможно даже в каждом отсеке), а также невозможность функций защиты при КЗ на присоединении, но за пределами КРУ по своему принципу действия, т.е. данная защита должна обязательно включать в свой состав максимально-токовую или дистанционную защиту.

В качестве защиты как от внешних, так и внутренних КЗ используется максимально-токовая защита (МТЗ), выдержки времени которой отстраиваются от защит нагрузок присоединений. Однако зачастую выдержки времени МТЗ оказываются выше времени огнестойкости ячеек. В некоторых энергосистемах, например Мосэнерго, Ростовэнерго и других, нашла применение логическая дифзащита от внутренних повреждений, выполненная на основе замыкающихся контактов реле тока вводной ячейки и размыкающихся контактов реле тока отходящих присоединений. КЗ, возникающие в зоне между трансформаторами тока, отключаются без выдержки времени, а КЗ, происходящие после отходящих от трансформатора тока присоединений, но внутри отсеков КРУ, отключаются со значительными выдержками времени, что может привести к переходу электрической дуги в другие ячейки и развитию аварии.

Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является дуговая защита комплектных распределительных устройств, в которой совмещена МТЗ с дуговой защитой, реагирующей на изменение освещенности внутри отсеков КРУ. Это требует применения нетрадиционных для релейной защиты фотодатчиков, прокладки контрольных кабелей, соединяющих фотодатчики и измерительные органы, отстройки от внешних световых помех, например, при проведении сварочных работ. Таким образом, рассматриваемая защита не в полной мере решает проблему быстродействующего отключения КЗ внутри отсеков КРУ.

Цель изобретения - повышение надежности, быстродействия и селективности.

Цель достигается тем, что в устройство для защиты комплектных распределительных устройств, содержащее реле тока, подключенное к трансформаторам тока вводной ячейки, линейных ячеек, ячейки секционного выключателя, прямые выходы которых соединены с входами реле времени, причем прямой выход реле тока вводной ячейки и инверсные выходы остальных реле тока подключены к входам логической схемы И, выход которой подключен совместно с реле времени вводной ячейки к первому и второму входам логической схемы ИЛИ, введен блок выявления дугового КЗ, подключенный к трем фазам трансформатора напряжения и состоящий из элементов фиксации дугового КЗ, выполненных на основе реле минимального напряжения, полосового фильтра утроенной частоты сети, выход которого подключен к входу порогового элемента, а выход последнего соединен с вторым входом логической схемы И, первый вход которой соединен с выходом реле напряжений, при этом выходы элементов фиксации дугового КЗ подключены к входам логической схемы ИЛИ, а ее выход - к вторым входам введенных логических схем И, первые входы которых подключены к прямым выходам реле тока, а выходы упомянутых схем И линейных ячеек и секционной ячейки подключены к вторым входам дополнительной логической схемы ИЛИ, первые входы которой подключены к выходам реле времени соответствующей ячейки, а выходы - к цепи отключения соответствующего выключателя, выход двухвходовой логической схемы И вводной ячейки подключен к входу реле времени, выход которого подключен к третьему выходу логической схемы ИЛИ, а выход последней соединен с цепями отключения выключателя вводной ячейки.

Несмотря на то, что все элементы заявляемого устройства известны в релейной защите энергосистем, тем не менее введение дополнительных элементов в их взаимосвязи позволяют получить такие качества, которые недостижимы в устройстве-прототипе.

На фиг. 1 показана упрощенная схема КРУ, состоящего из шинного моста 1, вводного выключателя 2, выключателей 3, 4 отходящих присоединений, секционного выключателя 5, измерительного трансформатора 6 напряжения, отсеков трансформаторов тока: вводного 7, отходящих присоединений 8, 9, секционного выпрямителя 10 ячеек.

На фиг. 2 показана схема устройства, состоящего из реле 11-14 тока вводной ячейки, отходящих фидеров и секционного выключателя соответственно, реле 15-18 времени, блока 19 выявления дугового КЗ, состоящего, в свою очередь, из элементов 20-22 фиксации дугового КЗ, в состав которых входят первый пороговый элемент 23, полосовой фильтр 24 третьей гармонической составляющей, второй пороговый элемент 25, логическая схема И 26, причем элементы фиксации подключены к трехвходовой логической схеме ИЛИ 27, входящей в состав блока 19 выявления дугового КЗ логических схем И 28-31, реле 32 времени, логических схем ИЛИ 33-36, логической схемы И 37.

Реле 11-14 тока подключены соответственно к трансформаторам 7-10. Реле 12 и 13 тока имеют кроме прямого выхода и инверсный выход Это эквивалентно наличию в реле тока замыкающихся и размыкающихся контактов. В несработанном состоянии реле тока на его прямом выходе присутствует логическая "1", а на инверсном выходе - логический "0". К элементам фиксации подводятся линейные напряжения от измерительного трансформатора 6 напряжения. Пороговые элементы 23 и 25 при отсутствии напряжения находятся в сработанном и несработанном состоянии ("1" и "0") соответственно. Пороговый элемент 23 срабатывает при понижении напряжения ниже заданного уровня, а пороговый элемент 25 срабатывает при наличии третьей гармонической составляющей на выходе фильтра 24 выше заданного уровня. Реле 15-18, 32 времени запускаются при наличии на их входе логической "1".

В исходном состоянии (при отсутствии КЗ) реле 11-14 тока находятся в несработанном состоянии, в том же состоянии находятся реле 15-18, 32 времени, на выходе логических схем И 28-31, 37, 26 и ИЛИ 33-36, 27 присутствуют логические "0", пороговые элементы 23 и 25 находятся в несработанном состоянии, что соответствует наличию напряжения в нормальном режиме и отсутствию третьей гармонической составляющей определенного уровня в этом напряжении.

Рассмотрим работу устройства в различных режимах.

При внешнем КЗ, например, на присоединении с выключателем 3 (Q2) происходит срабатывание реле 12 тока, что приводит к запуску реле 16 времени, и по истечении этой выдержки времени на выходе логической схемы ИЛИ 34 формируется сигнал отключения выключателя 3 (Q2).

При внутреннем КЗ, например, на шинах 1 происходит срабатывание реле 11 тока вводной ячейки и несрабатывание реле 12-14 тока (предполагается, что со стороны секционного выключателя отсутствует питание), обеспечивающие формирование единичного сигнала логическими схемами И 37 и ИЛИ 33. Это приводит к отключению выключателя 2 (Q1).

При внутреннем КЗ, например, за трансформатором 9 тока, но в пределах КРУ происходит срабатывание реле 13 тока и запуск реле 17 времени, а также срабатывают пороговые элементы 23 и 25, что обусловлено снижением напряжения при КЗ (величина которого равна падению напряжения на дуге и может составлять от нескольких десятков до нескольких сот вольт), а также появлением в напряжении нечетных гармонических составляющих, в частности, третьей гармоники. Напряжение на дуге близко по форме к прямоугольной, что и вызывает появление третьей гармонической составляющей. Срабатывание пороговых элементов 23 и 25 приводит к формированию единичных сигналов логическими схемами ИЛИ 27, И 30, ИЛИ 35, что приводит к отключению выключателя 4 (Q3). В случае отказа блока выявления дугового КЗ отключение выключателя 4 (Q3) осуществляется так же, как и при внешнем КЗ за счет срабатывания реле 17 времени.

Реле 32 времени обеспечивает селективность действия при внутренних КЗ, так как без выдержки времени отключается поврежденное присоединение, например, как в рассмотренном случае выключатель 4, а при отказе накала защита поврежденного присоединения или отказе выключателя этого присоединения с дополнительной выдержкой времени Δ t=0,2-0,5 с отключается выпрямитель вводной ячейки.

Возможно также срабатывание защиты КРУ при близком внешнем КЗ, происходящем через электрическую дугу. Функционирование устройства аналогично предыдущему случаю. При этом выполняется селективное действие защиты КРУ без выдержки времени.

Таким образом, предлагаемое устройство защиты КРУ позволяет выполнить быстродействующее и селективное отключение как внешних, так и внутренних КЗ, что в итоге повышает надежность работы электроустановки, а также уменьшить объем разрушений при внутренних КЗ.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОМПЛЕКТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, содержащее реле тока, подключенные к трансформаторам тока вводной ячейки линейных ячеек, ячейки секционного включения, прямые выходы которых соединены с входами реле времени, а прямой выход реле тока вводной ячейки и инверсные выходы остальных реле тока подключены к входам логической схемы И, выход которой подключен совместно с реле времени вводной ячейки к первому и второму входам логической схемы ИЛИ, отличающееся тем, что дополнительно введен блок выявления дугового короткого замыкания, входы которого предназначены для подключения к трем фазам трансформатора напряжения, состоящего из элементов фиксации дугового короткого замыкания по числу фаз, каждый из которых состоит из первого порогового элемента и последовательно соединенных фильтра утроенной частоты сети и второго порогового элемента, выход которого соединен с входом логической схемы И, другой вход которой соединен с выходом первого порогового элемента, вход которого совместно с входом фильтра утроенной частоты сети образует соответствующий вход элемента фиксации дугового короткого замыкания и блока выявления дугового короткого замыкания, выходы всех логических схем И являются выходами своих элементов фиксации дугового короткого замыкания и подключены к входам логической схемы ИЛИ, а ее выход - к вторым входам дополнительно введенных логических схем И, первые входы которых подключены к прямым выходам реле тока, а выходы упомянутых схем И линейных ячеек и секционной ячейки подключены к вторым входам дополнительных схем ИЛИ, первые входы которых подключены к выходам реле времени соответствующей ячейки, а выходы подключены в цепи отключения соответствующего выключателя, выход двухвходовой логической схемы И вводной ячейки подключен к входу дополнительного реле времени, выход которого подключен к третьему входу логической схемы ИЛИ, а выход последней соединен с цепями отключения выключателя вводной ячейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2