Способ автоматического включения резерва

 

Использование: фиксирование нагружения электроснабжения при любых видах повреждений в сети питания непосредственно после их возникновения, осуществление быстродействующего переключения не резервный источник питания-потребителей, содержащих синхронные двигатели. Сущность изобретения: в качестве контролируемых параметров режима подстанции с синхронной нагрузкой использованы напряжение прямой последовательности и угол между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, направление активной мощности, значение и направление реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин основного источника питания и напряжение обратной последовательности шин основного источника. При изменении направления активной мощности от шин к источнику питания одновременно со снижением напряжения прямой последовательности шин основного источника питания ниже заданного уровня или с повышением угла между векторами напряжений прямой последовательности больше заданного, а также при направлении реактивной составляющей тока прямой последовательности от шин к основному источнику одновременно с превышением заданных значений реактивной составляющей тока прямой последовательности и напряжения обратной последовательности шин основного источника переключают шины основного источника на резервный источник, одновременно проводя фо рсировку синхронных двигателей. 1 ил. сл -ч ю

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 Н 02 J 9/06 (ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,2 (21) 4843086/07 (22) 27.06.90 (46) 23,04.92.Б(ол. ¹ 15 (71) Московский энергетический институт (72) С.И,Вершинина, С.И,Гамазин, Г.С.Нудельман, Д.Б.Понаровкин, Д.И.Степанов, Э.К.Федоров и С.А.Цырук (53) 621.316.925 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1262627, кл. Н 02 J 9/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР (ч. 493858, кл. Н 02 J 9/06, 1975, (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА (57) Использование: фиксирование нагружения электроснабжения при любых видах повреждений в сети питания непосредственно после их возникновения, осуществление быстродействующего переключения нв резервный источник питания потребителей, содержащих синхронные двигатели; Сущность изобретения: в качестве контролируемых параметров режима подстанции с синхронной нагрузкой использованы напряжение прямой последовательности и угол между векторами напряжения прямой

Изобретение относится к электротехнике, к способам автоматического включения резервного питания потребителей, содержащих синхронные двигатели (СД).

Известен способ включения резервного питания потребителей, содержащих преимущественно стабильную нагрузку s виде синхронных двигателей, в котором путем измерения интегрального значения разности фактически потребляемой нагрузкой акЯ2,, 1728927 А1 последовательности шин основного и резервного источников питания, направление активной мощности, значение и направление реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин основного источника питания и напряжение обратной последовательности шин основного источника, При изменении направления активной мощности от шин к источнику питания одновременно со снижением нап ряжения прямой последовательности шин основного источника питания ниже заданного уровня или с повышением угла между векторами напряжений прямой последовательности больше заданного, а также при направлении реактивной составляющей тока прямой последовательности от шин к основному источнику одновременно с превышением заданных значений реактивной составляющей тока прямой последовательности и напряжения обратной последовательности шин основного источника переключают шины основного источника на резервнь(й иСточник, одновременно проводя форсировку синхронных двигателей, 1 ил. тивной мощности и мощности, необходимой для продолжения ее устойчивой работы в условиях нестабильности параметров сети, определяют режим устойчивой работы СД, а при превышении полученным интегральным значением разности наперед заданного значения, соответствующего допустимому уровню устойчивой работы синхронной нагрузки, производят переключение источников.

1728927

Данный способ включения резервного питания потребителей обладает низким быстродействием вследствие долгого сравнения (за определенный промежуток времени) фактически потребляемой активной мощности с ее заданным значением. Недостатком данного способа является также невозможность определения удаленных однофаэных

К3 в цепях питания 110 кВ и выше вследствие незначительного изменения потребления активной мощности. Однако при этом у

СД существенно увеличивается внутренний угол д, приближаясь к критическому значению, и после отключения К3 в цепи питания

СД почти сразу же могут выпасть из синхрон изма.

Известен способ автоматического включения резервного питания потребителей, в котором путем измерения напряжения основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений основного и резервного источников, направления активной мощности основного истрчника питания и определения превышения угла между указанными векторами и направления активной мощности от шин потребителя к основному источнику больше заданного производят переключение потребителя на резервный источник. Данное решение повышает быстродействие автоматического включения резерва (ABP) за счет быстрого обнаружения потери питания при ложных отключениях в цепи питания и при трехфазных КЗ s цепи питания.

Недостатком данного способа является невозможность обнаружения несимметричных КЗ (однофазных, двухфазных, двухфазных на землю). в цепи питания потребителей, вследствие того, что в этих режимах не меняется направление активной мощности на вводе шин подстанции и продолжается ее потребление двигательной нагрузкой. Как известно, несимметричные КЗ составляют до 90 от всех видов нарушения электроснабжения потребителей. Следовательно, в этих режимах фиксация повреждения и переключение потребителей на резервный источник происходит только после отключения несимметричного. К3 штатной релейной защитой.

За это время СД или выпадают из синхронизма; или их внутренний угол д возрастает до критического значения так, что даже быстрое переключение может привести к противовключению СД. По. причине необходимости гашения поля у двигателей время ABP увеличивается до 1-3 с. а ресинхронизация СД во многих случаях оказывается невозможной. Это приводит к обратной последовательности шин основного источника питания и определения превышения этими. параметрами заданных значений удается повысить .чувствитель60 ность к однофазным, двухфазным и двухфазным на землю коротким замыканиям в цепи питания шин за счет тогб, что эти паI раметры контроля изменяются одновременно и существенно именно при указанных

55 видах К3 в сети . Напряжение обратной последовательности 02 в указанных режимах может возрасти от нуля (в нормальном режиме работы подстанции) до 0.6 Он при близком металлическом двухфазном КЗ в цепи питания шин подстанций.

1

40 существенным экономическим потерям, особенно на производствах с непрерывным технологическим циклом.

Цель изобретения — повышение чувствительности и быстродействия способа.автоматического включения резерва.

Цель достигается тем, что в известном способе автоматического включения резерва, заключающемся в измерении напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, определении направления активной мощности на вводе шин основного источника питания, переключении шин основного источника на резервный источник питания при снижении напряжения прямой последовательности шин основного источника ниже заданного или превышении угла между векторами напряжений прямой последовательности больше заданногои при направлении активной мощности от шин к основному источнику питания, согласно изобретению дополнительно определяют направление и значение реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин основного источника, значение напряжения обратной последовательности шин основного источника и при направлении реактивной составляющей: тока . прямой последовательности от шин к основному источнику и превышении последней и напряжением обратной последовательности заданных значений также производят переключение шин основного. источника.на резервный источник питания,. причем одновременно с переключением во всех случаях осуществляют форсировку возбуждения синхронных двигателей.

В предлагаемом способе ABP за счет определения направления и значения реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе и напряжения 1728927 л

Реактивная составляющая тока прямой KN 11p >0,5 W 1,сд. Но при этом напряжппоследовательности I >p на вводе, направ- ние обратной последовательности Ug равно ленная в нормальном. режиме работы СД от нулю за счет симметричного снижения нашин к источнику питания (по причине пере- . пряжения во всей цепи питания и сигнал на возбуждения СД), может изменяться при 5 ABP не проходит. несимметричных КЗ от 0,44, 5 1н.сд (СД с На чертеже приведена блок-схема cnocos p=0,9, Кз=1) до (3 — 4) .5 IH. ä (где п — соба автоматического включения резерва. число СД, 1н.сд — номинальйый ток СД). По- Блок-схема включает вводные выключадобравопределенныеуставки в блоках кон- тели 1 и 2, секционный выключатель 3. троля напряжения обратной 10 трансформаторы 4 и 5 напряжения. блок 6 последовательности Ugy=0,10 Ug и реактив- . контроля уровня напряжения шин основноной составляющей тока прямой последова- го и резервного источников и направления тельности Impy=0,5 . 4,сд, можно активной мощности на вводешин основного быстро. определить вознйкновение несим- источника, блок 7 контроля напряжения обметричных КЗ в цепи питания потребите-, 15 ратной последовательности шин основного лей., подать сигнал на форсировку СД для . источника, блок 8 контроля реактивной соповышения.их устойчивой работы и рдно- ставляющей тока прямой последовательновременно переключить шины основного ис- сти, логический элемент 2-И 9; логический точника питания на резервный источник элемент 2-ИЛИ 10, возбудительное устройпитания. При этом одновременная форси- 20 ство СД11; СД 12,трансформатор13 возбу ровка возбуждения СД и переключение их дительного устройства, блок 14 на резервный источнйк питания существен- . автоматического включения резерва, трансно уменьшает ток включения секции и вре- форматор 15 тока. мя переходного процесса на подстанции, Основной источник питания через выПри условии возникновения несиммет- 25 ключатель 1 подключен к первой, секции ричных К3 на шинах основного источника . шин.потребителя, имеющего синхронные питания или на отходящих линиях реактив- . двигатели. Резервный источник через вы. ная. составляющая тока прямой последова- . ключатель 2 подключен .к другой секции тел ьности 11р, как и активная мощность, шин. которая также может иметь в качестве направлена на вводе от источника к шинам, 30 нагрузки синхронные двигатели. Секциончто позволяет блокировать АВР. ный выключатель 3 нормально отключен; . Таким образом, реактивная составляю- Блок 6 контроля уровня напряжения шин щая тока прямой последовательности IIp основного и резервного источников питаблокируют ABP при направлении ее от ис- ния.угла между векторами напряженийшин точника питания к шинам, а также от шин к 35 основного и резервного источников и на. источнику при значениях 1 р «0,5 Й- )H,сд. правления активной мощности на вводе

При значениях 1 р > 0,5 3 i,cä, что возни- . шин основного источника подключен к накает при всех видах К3 в цепи питания, пряжениямшиносновногоирезервногоисавтоматическое включение резерва разре- точников питания через трансформаторы 4

В

40 и 5 напряжения, к трансформатору 15 тока режиме замыкания на землю в сетях . основного источника питания, а выход блос изолированной нейтралью 6 — 35 кВ даже s ка 6 подключен к первому входу логического цепи питания шин СД остаются в синхро- элемента2-ИЛИ 10, Блок7 контроля напрянизме без увеличения внутреннегоугла ди жения обратной последовательности поднет необходимости переключения их на ре- 45 ключен к трансформатору 4 напряжения зервный источник питания. При этом реак-, шин основного источника питания, а вывод . тивная составляющая тока прямой . блока 7 соединен с первым входом логиче. последовательности I>p не изменяется от. ского элемента 2-И 9. . нормального значения, а напряжение об- Входы блока 8 контроля направления и ратной последовательности Uz шин основ-.. 50 значения: реактивной составляющей тока ного источника питания при этом равно прямой последовательности соединены с .нулю и, следовательно, нет сигнала на ABP. выходом трансформатора 4 напряжения и

При пусках мощных СД на электрически трансформатора 15 тока.шин основного иссвязанных соседних подстанциях 6-10 кВ точника питания, а выход- с вторым входом может произойти существенная посадка на- 55 логического элемента 2-И 9. пряжения (до 0,7-0,8 Up) и возрасти.реак- Выход логического элемента 2-И 9 соетивная составляющая тока прямой . динен с вторым входом логического элеменпоследовательности на вводе шин основно- та 2-ИЛИ 10, а выход последнего подключен го источника питания выше величины устав- к цепи форсировки возбудительного устройства 1.1 и блоку 14 автоматического включе1728927 ния резерва, Возбудительное устройство 11 питается.от трансформатора 13 и подключено к обмотке возбуждения СД 12.

В нормальном режиме питание потребителей каждой секции шин осуществляется от своего источника питания, при этом вводные выключатели 1 и 2 включены, а секционный выключатель 3 отключен, Входные сигналы блоков 6-8 соответствуют нор.мальному режиму работы и на выходе у этих блоков сигнал равен нулю. На выходе логического элемента 2-И 9, логического элемента 2-ИЛИ 10 сигнал также равен нулю, и поэтому не работает цепь форсировки возбудительного устройства 11 и блок автоматического включения резерва.

При потере питания секции шин основного источника за счет трехфазного КЗ или ложного отключения выключателей в цепи питания начинается выбвг синхронных двигателей. Активная мощность в этом режиме меняет свой знак и направлена от шин к источнику питания. Это приводит к срабатыванию блока 6 или по уровню напряжения, или по углу между векторами напряжений двух секций. На выходе логического элемента 2-ИЛИ 10 появляется сигнал уровня логической единицы и происходит форсировка

СД и переключение секции шин основного источника питания на резервный источник.

При несимметричных K3(K3, КЗ, КЗ ) в цепи питания активная мощность на вводе шин не меняет свой знак и происходит потребление СД активной мощности, В связи с этим блок 6 не работает. Однако в указанных режимах нарушения электроснабжения напряжение обратной последовательности

Ug на шинах основного источника резко возрастает от нуля до уставки Оь=0,1 UH и выше. На выходе блока 7 контроля напряжения обратной последовательности появляется сигнал уровня логической единицы. Реактивная составляющая тока прямой последовательности, направленная от шин к источнику питания, также резко возрастает и превышает заданную уставку Impy=0,5 «» lp,

ABP и переключению шин основного исгочника питания на резервный источник питания.

При очень удаленных несимметричных

КЗ в цепи питания, когда Ug < 0,1 U< и

I.1р<0,5 % 4.сд нормальная работа синхронных двигателей не нарушается. Внут10

20

25 ного источника питания. При этом на шинах резервного источника должны быть синх30

40

55 ренний угол д у СД находится в рабочих пределах и после отключения КЗ остается резерв времени для быстрого переключения СД на резервный источник питания без выхода их из синхронизма. Очевидно, что для сохранения СД в синхронизме при указанных выше нарушениях электроснабжения вводные выключатели 1, 2 и секционный выключатель 3 должны быть быстродействующими с временем включения и отключения не более 0,03 с. При отсутствии таких выключателей предлагаемый способ ABP позволяет путем быстрого обнаружения трехфазных и несимметричных К3 в цепи питания отключить вводный выключатель 1 основного источника и исключить подпитку места К3 от синхронных двигателей, что положительно сказывается на работе не только электрооборудования, но и СД.

Предлагаемый способ ABP применим и для двухстороннего действия. Для этого необходима установка дополнительных блоков 7 — 9, подключенных к трансформатору напряжения и трансформатору тока резервронные двигатели.

Функциональные блоки 6 — 8 могут быть получены на существующей элементной базе с использованием операционных усилителей в режиме сумматоров, пороговых элементов, формирователей импульсов несовпадения и реагирующих органов, фазоповоротных и интегрирующих R-С цепочек, триггеров Шмитта.

Использование предлагаемого способа ABP обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение чувствительности АВР к несимметричным

КЗ в цепи питания шин подстанции за счет определения направления и значения реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин и напряжения обратной последовательности шин основного источника питания. являющихся наиболее информативными параметрами контроля при указанных видах КЗ; повышение быстродействия ABP за счет непосредственного реагирования на изменение значения напряжения обратной. последовательности и направления и значения реактивной составляющей тока прямой последовательности, одновременной выдачи сигнала на форсировку СД и переключение шин основного источника на резервный и достижения в результате этого скорейшего наступления установившегося режима; уменьшение случаев нарушения технологического процесса, отключение ответствен,1728927

10 ных потребителей вследствие повышения эффективности работы АВР.

Ф о р мул а изобретен ия

Способ автоматического включения ре-. 5 зерва, заключающийся в измерении напряжения. прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и 10 резервного источников питания, определении направления активной мощности на вводе шин основного источника питания. переключении шин основного источника на резервный источник питания при снижении 15 напряжения прямой последовательности шин основного источника ниже заданного или превышении угла между векторами на. пряжений прямой последовательности больше заданного и при направлении ак- 20 тивной мощности от шин, к.основному источнику питания, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, дополнительно определяют направление и значение реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин основного источника, значение напряжения обратной последовательности шин основного источника и при направлении реактивной составляющей тока прямой последовательности от шин к основному источнику и, превышении последней и напряжением обратной последовательности шин основного источника заданных значений также производят переключение шин основного источника на резервный источник питания, причем одновременно с переключением во всех случаях осуществляют форсировку возбуждения синхронных двигателей,