Устройство защиты от потери питания

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики. Технический результат - повышение устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов. Устройство содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, реле сопротивления, первый логический блок, первый таймер, первый блок контроля минимального напряжения, второй логический блок, второй таймер, третий логический блок, первый исполнительный блок, второй блок контроля минимального напряжения, третий таймер и второй исполнительный блок. Первый таймер является выходом защиты минимальной частоты с контролем направления мощности. Второй таймер является 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. 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 (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.

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 контроля 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 ко входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок.