Устройство защиты от потери питания

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты и автоматики. Технический результат заключается в повышении устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов. Заявленное устройство содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, первый, второй и третий логические блоки И, первый, второй и третий таймеры, первый, второй и третий блоки контроля минимального напряжения, логический элемент ИЛИ, первый и второй исполнительные блоки. Первый таймер является выходом защиты минимальной частоты с контролем направления мощности. Второй логический блок И и второй таймер являются выходом первой ступени защиты минимального напряжения с контролем направления мощности. Третий таймер является выходом второй ступени защиты минимального напряжения. Первый исполнительный блок действует на отключение ввода секции шин, потерявшей питание, и на гашение поля синхронных электродвигателей на секции шин, потерявшей питание. Второй исполнительный блок действует на отключение электродвигателей. Предложенное устройство предназначено для установки в ячейках распределительных устройств трансформаторных подстанций, питающих крупные синхронные электродвигатели. 2 ил.

 

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, которое содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, два блока контроля минимального напряжения, первый, второй и третий таймеры, логический элемент ИЛИ и два исполнительных блока (Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1987, стр.182, рис.4.40).

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 ограниченное быстродействие, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей. Другим недостатком известного устройства является возможность повреждения синхронного двигателя (СД) при восстановлении напряжения в сети после его кратковременного исчезновения или глубокого снижения.

Обусловлены эти недостатки 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 защиты от потери питания включает 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 трех 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, выходы второго блока минимального напряжения и блока контроля направления мощности подключены к входам третьего логического блока И, который выдает сигнал на второй таймер, причем логический элемент ИЛИ, подключенный к выходам первого и второго таймеров и второго логического блока И, подает сигнал на первый исполнительный блок, выход третьего блока минимального напряжения подключен в входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок.

На фигуре 1 представлена блок схема предлагаемого устройства. Устройство содержит: 1 - блок контроля направления активной мощности; 2 - пусковой блок минимальной частоты; 3, 4 и 5 - первый, второй и третий блоки контроля минимального напряжения; соответственно 6, 7 и 8 - логические блоки И; 9, 10 и 11 - таймеры с выдержками времени t1, t2 и t3 соответственно; 12 - логический элемент ИЛИ; 13, 14 - исполнительные блоки.

Входы блока контроля направления мощности 1 подключены к напряжению секции шин распределительного устройства и току ввода секции шин распределительного устройства, вход блока минимальной частоты 2 подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, входы первого, второго и третьего блоков контроля минимального напряжения 3, 4 и 5 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 контроля направления мощности. При достижении уставки по частоте срабатывает пусковой блок минимальной частоты 2. Логический блок 6, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймер 9. Начинается отсчет времени t₁. При прохождении времени t₁ исполнительный блок 13 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 блоки контроля минимального напряжения 3, 4 и 5.

В случае если короткое замыкание произошло в распределительной электрической сети предприятия, подключенной к секции шин, потерявшей питание (в точке К₂ на фигуре 2), направление активной мощности не изменяется по сравнению с нормальным режимом нагрузки, и блок контроля направления мощности 1 не работает. Логические блоки 7 и 8 не формируют сигналов на своих выходах, и исполнительный блок 13 не действует.

В случае если короткое замыкание произошло во внешней питающей электрической сети (в точках К₁ или К₃ на фигуре 2), направление активной мощности изменяется, и срабатывает блок контроля направления мощности 1. Место короткого замыкания: на питающей линии (в точке К₃) или на линиях электрической сети, не участвующих в непосредственном питании электродвигателей (в точке К₁ на фигуре 2), влияет на величину остаточного напряжения на секции шин, к которой подключены электродвигатели, потерявшие питание.

В случае если короткое замыкание произошло на питающей линии (в точке К₃ на фигуре 2), напряжение на секции шин, потерявшей питание, будет меньше, чем при коротком замыкании на шинах источника питания ИП1 в точке К₄. При этом срабатывают все три блока контроля минимального напряжения 3, 4 и 5. При срабатывании первого блока контроля минимального напряжения 3 и блока контроля направления активной мощности 1 без выдержки времени срабатывает исполнительный блок 13, который действует на отключение вводного выключателя Q2 секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей, потерявших питание (двигатель СД1 на фигуре 2). После отключения вводного выключателя срабатывает устройство автоматического включения резерва (АВР), и питание электродвигателей, терявших питание, восстанавливается включением секционного выключателя Q5.

Отключение вводного выключателя Q2 без выдержки времени при коротком замыкании на питающей линии ускоряет восстановление питания.

В случае если короткое замыкание произошло на линиях внешней электрической сети, не участвующих в непосредственном питании электродвигателей (в точке К₁ на фигуре 2), напряжение на шинах, к которым подключены электродвигатели, потерявшие питание, будет больше, чем при коротком замыкании на шинах источника питания ИП1 в точке К₄. При этом срабатывают только блоки контроля минимального напряжения 4 и 5. При срабатывании второго блока контроля минимального напряжения 4 и блока контроля направления активной мощности 1 логический блок 8 выдает сигнал на таймер 10. Начинается отсчет времени t₂. При прохождении времени t₂ исполнительный блок 13 действует на отключение вводного выключателя Q2 секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей, потерявших питание (двигатель СД1 на фигуре 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 К₁ защитой А1 с выдержкой времени Т4 отключается выключатель Q3. В течение времени Т4 двигатели находятся в режиме потери питания. 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 питание восстанавливается, при этом ЭДС двигателя СД1 и напряжение сети могут оказаться в противофазе. Такой режим может привести к недопустимым токам в обмотке статора СД1 и к выходу двигателя СД1 из строя. Время, за которое фаза ЭДС двигателя СД1 может измениться на 180°, называют критическим. Обозначим его Т_КР. Это время составляет 0,15-0,3 с. Для обеспечения безопасности двигателя СД при отключении короткого замыкания в точке К₁ уставка времени t₂ должна быть меньше критического времени Т_КР. Если длительность короткого замыкания превысит критическую, то необходимо отключать вводной выключатель Q2 с последующим пуском устройства автоматического включения резерва (АВР) и включением секционного выключателя Q5.

В случае отказа устройства АВР или отказа выключателя Q5 третий блок контроля минимального напряжения 5 с выдержкой времени t₃ таймера 11 через исполнительный блок 14 действует на отключение электродвигателей, потерявших питание (двигателя СД1 на фигуре 2).

В известном устройстве отсутствуют блок контроля минимального напряжения 3 и логические блоки 7 и 8. При этом короткие замыкания во внешней электрической сети 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 прототипа отключение вводного выключателя при коротком замыкании на питающей линии происходит без выдержки времени, а время срабатывания второго таймера t₂ в предлагаемом устройстве не требуется выбирать на ступень больше тех защит отходящих линий распределительной сети, в зоне действия которых короткие замыкания могут вызвать срабатывание блока минимального напряжения. Это приводит к снижению времени срабатывания зашиты от потери питания, что снижает время простоя технологических агрегатов. Кроме того, снижение времени срабатывания ниже критического значения позволит повысить безопасность СД при восстановлении напряжения в сети после его кратковременного исчезновения или глубокого снижения.

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 и 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 защиты и автоматики.

Устройство защиты от потери питания, включающее 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 трех 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, выходы второго блока минимального напряжения и блока контроля направления мощности подключены к входам третьего логического блока И, который выдает сигнал на второй таймер, причем логический элемент ИЛИ, подключенный к выходам первого и второго таймеров и второго логического блока И, подает сигнал на первый исполнительный блок, выход третьего блока минимального напряжения подключен к входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок.