Устройство централизованной дуговой защиты комплектных распределительных устройств

 

Использование: для централизованной защиты комплектных распределительных устройств от коротких замыканий, сопровождаемых электрической дугой. Технический результат заключается в повышении надежности, помехоустойчивости и расширении функциональных возможностей. Контроль уровня сигнала, пропорционального световому потоку, генерируемому электрической дугой короткого замыкания, осуществляется фотоэлектрическими преобразователями. Передача информации о состоянии фотоэлектрических преобразователей осуществляется по запросу центрального управляющего устройства по линии связи. Кодирование передаваемой информации позволяет выполнить надежную чувствительную централизованную защиту комплектных распределительных устройств и отстроиться от различного рода электромагнитных помех. 2 ил.

Устройство относится к электротехнике и может быть использовано для защиты комплектных распределительных устройств внутренней и наружной установки (КРУ (Н)) от коротких замыканий (КЗ), сопровождаемых электрической дугой.

Появление электрической дуги в отсеке КРУ (Н) вызывает увеличение освещенности в нем, что может быть использовано для построения защиты. Известны технические решения аналогичного назначения по А.С. СССР 997175, 1043776, 1111224, патенту ФРГ 1126011, патенту Франции 2087348. При этом фотодатчики устройств защиты размещаются в различных отсеках шкафов КРУ и связываются с реагирующими органами при помощи линий связи. Общим недостатком указанных решений является их низкая помехоустойчивость, обусловленная воздействием электромагнитных помех на линии связи, что приводит к необходимости отстройки от них путем введения временных задержек, частотной фильтрации или увеличения уровней срабатывания реагирующих органов. Для уменьшения длины линий связи такие устройства необходимо устанавливать в каждом шкафу КРУ (Н), что в связи с широким распространением КРУ в энергосистемах и на промышленных предприятиях требует значительных затрат.

Наиболее близким по технической сущности решением (прототипом) является устройство защиты электроустановок корпусной конструкции по патенту РФ 2024149, содержащее фотодатчики, резисторы, масштабный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, дешифратор, пусковой орган, логическую схему ИЛИ, орган времени, источник опорного напряжения и выходные органы. В отличие от описанных выше решений в нем реализована возможность централизации защиты с выбором (селекцией) поврежденной ячейки и формированием сигнала на отключение поврежденного или питающего присоединений. Однако при внешней электромагнитной помехе, наводимой в линиях связи фотодатчиков с резисторами или масштабным усилителем, может произойти неверное (ошибочное) определение поврежденной ячейки за счет сложения или вычитания напряжения помехи с полезным сигналом, подаваемым на вход аналогово-цифрового преобразователя. Кроме этого требуется точная калибровка цепей фотодатчиков, что усложняет устройство. При освещении нескольких фотодатчиков, что возможно при развитии аварии, практически невозможно определить поврежденные ячейки.

Цель изобретения - повышение надежности, помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство централизованной дуговой защиты комплектных распределительных устройств, содержащее фотодатчики, пусковой орган, выходные элементы, выходные органы и линию связи, дополнительно введены мультиплексор, к входам которого подсоединены фотодатчики, а к выходу - вход первого устройства обработки информации, один выход которого соединен с первым приемопередатчиком, а второй выход - с управляющим входом мультиплексора, фотодатчики, мультиплексор, первое устройство обработки информации и первый приемопередатчик образуют фотоэлектрический преобразователь, фотоэлектрические преобразователи размещены в защищаемых ячейках комплектного распределительного устройства, их число равно числу защищаемых ячеек, второй приемопередатчик, выход которого подключен к первому входу второго устройства обработки информации, к одному выходу которого подключен элемент сигнализации, а ко второму - элемент индикации, образуют центральное управляющее устройство, причем выход пускового устройства подключен ко второму входу второго устройства обработки информации, третье устройство обработки информации соединено последовательно с выходным элементом и образует выходной орган, число выходных органов равно числу коммутационных аппаратов питающих присоединений шин низшего и высшего напряжения, к цепям управления которых они подключены, к линии связи подключены первые приемопередатчики фотоэлектрических преобразователей, второй приемопередатчик центрального управляющего устройства и третьи приемопередатчики выходных органов, причем первое устройство обработки информации по сигналу от центрального управляющего устройства обеспечивает последовательное подключение с помощью мультиплексора выходов фотодатчиков к своим входам и преобразует полученный сигнал в цифровой код, включающий информацию о номере фотоэлектрического преобразователя и состоянии его фотодатчиков, второе устройство обработки информации центрального управляющего устройства анализирует информацию от фотоэлектрических преобразователей и пускового органа и формирует кодированный сигнал, в соответствии с которым третье устройство обработки информации вырабатывает управляющие воздействия на выходной элемент выходного органа, подключенного к коммутационному аппарату поврежденной ячейки и через выдержку времени - для выходных органов, подключенных к коммутационным аппаратам питающих присоединений шин низшего напряжения, а в случае их отказов - для выходного органа коммутационного органа со стороны высшего напряжения.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит n (по количеству защищаемых ячеек) фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) - 1, центральное управляющее устройство (ЦУУ) - 2, т (по количеству коммутационных аппаратов) выходных органов (ВО) - 3 и пусковой орган (ПО) - 4. Фотоэлектрические преобразователи, центральное управляющее устройство и выходные органы соединены между собой линией связи (ЛС) - 5. Пусковой орган 4 подключен к одному из входов ЦУУ 2.

Фотоэлектрические преобразователи 1 состоят из фотодатчиков ФД1, ФД2... ФДk - 6 (где k - число защищаемых отсеков ячейки), мультиплексора (МПС) - 7, первого устройства обработки информации (УOИ1) - 8 и первого приемопередатчика (ПП1) - 9. Фотодатчики 6 могут быть реализованы на основе фотодиодов, фоторезисторов, фототранзисторов, оптоволоконных датчиков освещенности. Выходы фотодатчиков подключены к входам мультиплексора 7, выход которого соединен с входом первого устройства обработки информации 8. Переключение входов мультиплексора осуществляется под воздействием управляющих сигналов от первого устройства обработки информации 8 фотоэлектрического преобразователя. Управляющие входы мультиплексора 7 соединены со вторым выходом первого устройства обработки информации 8. Первое устройство обработки информации 8 может быть реализовано, например, как показано на стр. 218 в книге "Основы промышленной электроники. В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.Г. Герасимова. - М.:Высш. шк. 1986. -386 с." или на основе PIC-контроллера, включающего в себя арифметико-логическое устройство, устройство управления, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, порты ввода-вывода, компаратор, аналогово-цифровой преобразователь, таймеры. (Микроконтроллеры. Выпуск 1 -М. Додэка, 1998). Выход устройства обработки информации 8 соединен с первым приемопередатчиком 9, который передает и принимает информацию, и выполнен, например, на основе схемы, приведенной на рис.8.7 на стр. 29 книги "Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. Гришин Ю.Б, Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др., Под ред. Ю.М. Казаринова. - М. : Высшая школа., 1985.-319 с.". Фотоэлектрические преобразователи 1 размещаются в защищаемых ячейках КРУ, а фотодатчики ФД1, ФД2...ФДk - в их различных отсеках. Выход первого приемопередатчика 9 подключен к линии связи 5. Линия связи 5 может быть проводная и беспроводная, а также оптоволоконная.

Центральное управляющее устройство 2 содержит второй приемопередатчик (ПП2)-10, второе устройство обработки информации (УОИ2) - 11, элемент индикации (ЭИ) - 12 и элемент сигнализации (ЭС) - 13. Вход второго приемопередатчика 10 подключен к линии связи 5, а выход - к первому входу второго устройства обработки информации 11. Ко второму входу второго устройства обработки информации 11 подключен выход пускового органа 4. Пусковой орган 4 может быть реализован на реле тока или реле напряжения, контролирующих ток или напряжение защищаемого объекта. Первый выход второго устройства обработки информации 11 подключен к элементу индикации 12, второй его выход подключен к элементу сигнализации 13. ЦУУ 2 располагается, например, в релейном отсеке вводной ячейки КРУ и управляет работой всего устройства централизованной дуговой защиты комплектных распределительных устройств.

Выходные органы 3 состоят из третьего приемопередатчика (ППЗ) - 14, третьего устройства обработки информации (УОИЗ)-15 и выходного элемента (ВЭ)-16, который может быть реализован на электромеханическом или электронном (твердотельном) реле, тиристоре, транзисторе. Вход третьего приемопередатчика подключен к линии связи 5, выход - к входу третьего устройства обработки информации 15. Выход третьего устройства обработки информации 15 соединен с выходным элементом 16. Устройства обработки информации 11, 15 и приемопередатчики 10, 14 реализуются так же, как описано выше.

На фиг. 2 показана поясняющая схема защиты одной секции шин. Выходные органы 3 воздействуют по командам ЦУУ 2 на выключатели соответствующих присоединений Q3,Q4,Q5 - 17, секционный выключатель Q6 - 18, вводной выключатель Q2 - 19 и выключатель Q1 - 20 стороны высшего напряжения силового трансформатора (Т) - 21, к которому подключена секция шин низшего напряжения (НН) - 22. Питание трансформатора 21 осуществляется от шин высшего напряжения (ВН) - 23. Пусковой орган 4 присоединен к трансформаторам тока (ТА) - 24 вводного присоединения и (или) трансформатору напряжения (TV) - 25 секции шин низшего напряжения 22 (показано пунктиром).

В исходном состоянии (при отсутствии дугового КЗ) центральное управляющее устройство 2 последовательно опрашивает все фотоэлектрические преобразователи 1, подключенные к линии связи 5. Фотодатчики (ФД1...ФДК) 6 фотоэлектрических преобразователей (ФЭП1...ФЭПn) 1 преобразуют световой поток падающего на них излучения в электрический сигнал, пропорциональный освещенности в месте установки фотодатчиков. Первые устройства обработки информации 8 фотоэлектрических преобразователей 1 по сигналу от центрального управляющего устройства 2 обеспечивают последовательное подключение с помощью мультиплексора 7 выходов фотодатчиков 6 к своим входам и преобразуют полученный сигнал в цифровой код, включающий в себя информацию о номере фотоэлектрического преобразователя и состоянии его фотодатчиков 6 (освещены они излучением от дугового КЗ или нет), и передают его посредством первых приемопередатчиков 9. Пусковой орган 4 находится в несработанном состоянии. Второе устройство обработки информации 11 центрального управляющего устройства 2 после анализа полученной информации от фотоэлектрических преобразователей 1 и пускового органа 4 формирует сигнал на элемент индикации 12 о нормальном режиме и через второй приемопередатчик 10 выдает на линию связи 5 для передачи выходным органам 3 кодированные сигналы, соответствующие нормальному режиму работы защищаемого объекта. Информация на элемент сигнализации 13 не выдается. Третьи устройства обработки информации 15 выходных органов 3, получив по линии связи 5 через третьи приемопередатчики 14 от центрального управляющего устройства 2 информацию о состоянии защищаемого объекта, вырабатывают управляющие воздействия на выходные элементы 16 выходных органов 3, подключенных к коммутационным аппаратам питающих присоединений шин низшего напряжения, а в случае их отказов - для выходного коммутационного органа со стороны высшего напряжения. В данном случае формируется сигнал о несрабатывании выходных органов 3.

При внутреннем КЗ, сопровождаемом электрической дугой, срабатывает пусковой орган 4, фотодатчики 6 соответствующей ячейки освещаются излучением столба дуги КЗ. Первое устройство обработки информации 8 соответствующего фотоэлектрического преобразователя 1 на основе анализа (обработки) сигналов, переданных от фотодатчиков 6 через мультиплексор 7 формирует сигнал о состоянии фотодатчиков 6. На запрос центрального управляющего устройства 2 сработавший фотоэлектрический преобразователь 1 формирует код, соответствующий повреждению в защищаемой зоне. Центральное управляющее устройство 2, опрашивая фотоэлектрический преобразователь 1, на присоединении которого произошло дуговое КЗ, получает кодированное сообщение о номере фотоэлектрического преобразователя и наличии электрической дуги, проверяет состояние пускового органа 4 и формирует кодированный сигнал (состоящий из номера выходного органа и команды для него) для соответствующего выходного органа 3, подключенного к цепям управления выключателем 17 поврежденной ячейки и через выдержку времени - сигнал для выходных органов 3, подключенных к коммутационным аппаратам питающих присоединений (выключателя 19 ячейки ввода и секционного выключателя 18). В случае отказов коммутационных аппаратов шин низшего напряжения центральное управляющее устройство 2 формирует кодированный сигнал для выходного органа коммутационного аппарата (выключателя 20) стороны высшего напряжения. При этом второе устройство обработки информации 11 считывает и пересылает кодированные сигналы через второй приемопередатчик 10 центрального управляющего устройства 2. Информация (данные) о состоянии фотоэлектрического преобразователя 1, сформировавшего кодированный сигнал о дуговом КЗ выводится вторым устройством обработки информации 11 на элемент индикации 12. В случае дугового КЗ одновременно в двух или более ячейках, что возможно при развитии аварии, центральное управляющее устройство 2 формирует сигналы для выходных органов 3, подключенных к цепям отключения выключателей 18, 19 и 20 питающих присоединений без выдержки времени.

При внешней световой помехе в отсеке ячейки КРУ (Н) фотоэлектрические преобразователи 1 на запрос центрального управляющего устройства 2 формируют сигнал об освещенности в отсеке, однако это не приводит к ложному действию, так как отсутствуют условия для срабатывания пускового органа 4, и центральное управляющее устройство 2 не формирует для выходных органов 3 команд на отключение.

При внешней электромагнитной помехе, воздействующей на линию связи 5, центральное управляющее устройство 2 сравнивает полученные сигналы с областью допустимых значений сигналов и принимает решение о достоверности переданного сообщения или посылает дополнительный запрос фотоэлектрическим преобразователям 1 на подтверждение полученных данных.

Постоянное взаимодействие центрального управляющего устройства 2 с фотоэлектрическими преобразователями 1 и выходными органами 3 путем обмена кодированными сигналами позволяет осуществлять функциональный контроль исправности устройства. При этом второе устройство обработки информации 11 центрального управляющего устройства 2 формирует сигналы для элемента индикации 12, соответствующие различным режимам работы устройства, а в случае повреждения фотоэлектрических преобразователей 1, выходных органов 3 или линии связи 5 формирует сигнал на срабатывание элемента сигнализации 13 и блокирует работу выходных органов 3.

Таким образом, предлагаемая схема позволяет повысить надежность функционирования защиты путем последовательного опроса состояния фотоэлектрических преобразователей, повысить помехоустойчивость за счет кодирования информации и сравнения полученной информации с областью допустимых значений, повысить функциональные возможности за счет формирования сигналов отключения как на выключатель защищаемого присоединения, так и на выключатели питающих присоединений.

В настоящее время устройство по предлагаемой схеме внедрено в эксплуатацию и проведены натурные испытания, подтвердившие его работоспособность и положительные качества.

Формула изобретения

Устройство централизованной дуговой защиты комплектных распределительных устройств, содержащее фотодатчики, пусковой орган, выходные элементы, выходные органы и линию связи, отличающееся тем, что в него дополнительно введены мультиплексор, к входам которого подсоединены фотодатчики, а к выходу - вход первого устройства обработки информации, один выход которого соединен с первым приемопередатчиком, а второй выход - с управляющим входом мультиплексора, фотодатчики, мультиплексор, первое устройство обработки информации и первый приемопередатчик образуют фотоэлектрический преобразователь, фотоэлектрические преобразователи размещены в защищаемых ячейках комплектного распределительного устройства, их число равно числу защищаемых ячеек, второй приемопередатчик, выход которого подключен к первому входу второго устройства обработки информации, к одному выходу которого подключен элемент сигнализации, а ко второму - элемент индикации, образуют центральное управляющее устройство, причем выход пускового устройства подключен ко второму входу второго устройства обработки информации, третье устройство обработки информации соединено последовательно с выходным элементом и образует выходной орган, число выходных органов равно числу коммутационных аппаратов питающих присоединений шин низшего и высшего напряжения, к цепям управления которых они подключены, к линии связи подключены первые приемопередатчики фотоэлектрических преобразователей, второй приемопередатчик центрального управляющего устройства и третьи приемопередатчики выходных органов, причем первое устройство обработки информации по сигналу от центрального управляющего устройства обеспечивает последовательное подключение с помощью мультиплексора выходов фотодатчиков к своим входам и преобразует полученный сигнал в цифровой код, включающий информацию о номере фотоэлектрического преобразователя и состоянии его фотодатчиков, второе устройство обработки информации центрального управляющего устройства анализирует информацию от фотоэлектрических преобразователей и пускового органа и формирует кодированный сигнал, в соответствии с которым третье устройство обработки информации вырабатывает управляющие воздействия на выходной элемент выходного органа, подключенного к коммутационному аппарату поврежденной ячейки, и через выдержку времени - для выходных органов, подключенных к коммутационным аппаратам питающих присоединений шин низшего напряжения, а в случае их отказов - для выходного органа коммутационного органа со стороны высшего напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам релейной защиты электрооборудования и может быть использовано для подачи сигнала на аварийное отключение ячейки комплектного распределительного устройства (КРУ) при возникновении в ней открытой электрической дуги короткого замыкания

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к проверке защитных автоматических выключателей, предотвращающих возгорание электрических проводов сетей низкого напряжения при их замыканиях

Изобретение относится к противопожарной технике к проверке защитных устройств, предотвращающих возгорание электрических проводов сетей низкого напряжения при их замыканиях

Изобретение относится к релейной защите электрооборудования, в частности к защите питающих элементов и трансформаторов распределительных устройств (РУ)

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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратах защиты людей при косвенном контакте с доступными проводящими частями электроустановок, соединенных с соответствующим заземляющим устройством

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для включения и отключения нагрузки

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для включения и отключения трехфазной нагрузки

Изобретение относится к области электротехники, в частности к средствам защиты от недопустимых превышений температуры коммутационной аппаратуры и контактных резьбовых соединений токоведущих частей в схемах электроснабжения, непосредственно реагирующим на недопустимое превышение температуры

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности - к датчикам, входящим в состав систем дуговой защиты высоковольтных переключателей и комплектных распределительных шкафов (КРУ)

Изобретение относится к устройству для защиты от аварийной электрической дуги системы сборных шин, которая содержит по крайней мере первую и вторую сборные шины с по крайней мере закрепленным на первой сборной шине первым электродом аварийной электрической дуги и закрепленным на второй сборной шине вторым электродом аварийной электрической дуги, причем первая кромка первого электрода аварийной электрической дуги противостоит второй кромке второго электрода аварийной электрической дуги так, что возникающая при коротком замыкании первой и второй токопроводящей шины электрическая дуга горит между первой и второй кромками

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах защиты оборудования от повреждений, вызванных коротким замыканием и ударами молний

Изобретение относится к релейной защите (РЗ) «мертвых зон» (МЗ) (РЗ МЗ) между трансформаторами тока (ТТ) и выключателями в открытых распределительных устройствах (ОРУ) электростанций и подстанций с отходящими высоковольтными линиями (ВЛ) электропередачи высокого (110, 220, 500 кВ) и сверхвысокого (750 кВ) напряжения (ВН и СВН)

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для распределения электроэнергии

Устройство централизованной дуговой защиты комплектных распределительных устройств, фотоэлектрические преобразователи

Наверх