Устройство защиты силовых отсеков и способ защиты силовых отсеков

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение управления силовым отсеком в случае отсутствия состояния отказа. Предложено устройство (1) защиты силовых отсеков, которое принимает входной сигнал (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя (4) для устройства (5) управления силовыми отсеками и входной сигнал (6) пониженного тока, связанный с пониженным током для одной из линий (7) электроснабжения отсека (8), обрабатывает входной сигнал (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя и входной сигнал (6) пониженного тока и обнаруживает разорванный провод (9) в другом силовом отсеке (8). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к защите силовых отсеков. В частности, изобретение относится к управлению защитой полного сопротивления в пределах силовых отсеков системы силовых отсеков.

Для защиты линии передачи или фидера на подстанции используют защиту полного сопротивления, часто называемую дистанционной защитой. Такая дистанционная защита в общем случае обладает функциональными возможностями, подобными запрету срабатывания при коротком замыкании на землю на линии, обнаружению качаний мощности, выявлению отказа плавкого предохранителя, выявлению оборванного провода, переносимому полуавтоматическому отключению, определению мест коротких замыканий, автоматическому повторному включению, выявлению несоответствия полюсов и т.д. Базовые принципы защиты, присущие любой схеме защиты, заключаются в том, что ей приходится работать при отказе в пределах своей зоны защиты и что она должна быть абсолютно стабильной вне своей зоны защиты.

В некоторых сценариях схема дистанционной защиты может становиться ложно срабатывающей, т.е. схема дистанционной защиты может оказаться активированной при отсутствии состояния отказа. Одним из таких сценариев является появление отказа плавкого предохранителя в одном отсеке при появлении разорванного провода в другом отсеке. Если отказ типа разорванного провода происходит в другом отсеке, он создает ток небаланса. Если ток небаланса не превышает некоторое пороговое значение, то алгоритм определения отказов плавких предохранителей немедленно сбрасывается. Защита полного сопротивления оказывается разблокированной. Поскольку измеряемое напряжение равно нулю в той фазе, где отказал плавкий предохранитель, полное сопротивление, измеряемое посредством защиты полного сопротивления, тоже будет равно нулю. В данном случае защита полного сопротивления «рассматривает» отказ, как вот-вот могущий возникнуть в проводе, и выдает сигнал автоматического отключения в автоматический выключатель. Эта операция схемы дистанционной защиты и называется здесь ложным срабатыванием. Следовательно, при отсутствии состояния отказа, схеме дистанционной защиты не нужно будет отключать ту линию. Если эта линия - важный фидер, который питает различные производственные мощности, подобные имеющимся в разных отраслях промышленности, торговли и транспорта и т.д., это создает прерывистую подачу электропитания и приводит к громадным потерям для упомянутых производственных мощностей.

Задача изобретения состоит в управлении силовым отсеком в случае отсутствия состояния отказа.

Эта задача решается с помощью устройства защиты силовых отсеков по п. 1 формулы изобретения и способу защиты силовых отсеков в пределах системы силовых отсеков по п. 5.

В соответствии с вариантом осуществления устройства защиты силовых отсеков устройство принимает входной сигнал плавкого предохранителя на основе состояния плавкого предохранителя для устройства управления силовыми отсеками и выходной сигнал пониженного тока, связанный с пониженным током для одной из линий электроснабжения силового отсека. Устройство защиты силовых отсеков обрабатывает входной сигнал плавкого предохранителя и входной сигнал пониженного тока и обнаруживает разорванный провод в другом силовом отсеке. На основании обнаружения разорванного провода в другом силовом отсеке устройство защиты силовых отсеков генерирует команду блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека устройством управления силовыми отсеками. Это сокращает ручное вмешательство и автоматически блокирует воплощение защиты полного сопротивления силового отсека.

В соответствии с другим вариантом осуществления устройства защиты силовых отсеков команда блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека при этом представляет собой двоичное число. Устройство защиты силовых отсеков также включает в себя модуль сигнала запуска, который принимает входной сигнал плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя для устройства управления силовыми отсеками и генерирует сигнал запуска. Устройство защиты силовых отсеков использует сигнал запуска и входной сигнал пониженного тока, связанный с пониженным током, и обнаруживает разорванный провод в другом силовом отсеке. Это упрощает воплощение блокировки защиты полного сопротивления.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления устройства защиты силовых отсеков устройство защиты силовых отсеков принимает первый входной сигнал на основании несбалансированного напряжения в каждой из линий электроснабжения в отсеке и второй входной сигнал на основании несбалансированного тока, протекающего в каждой из линий электроснабжения в отсеке, обрабатывает первый входной сигнал и второй входной сигнал и генерирует входной сигнал плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя для устройства управления силовыми отсеками, если первый входной сигнал свидетельствует о присутствии несбалансированного напряжения, а второй входной сигнал свидетельствует об отсутствии несбалансированного тока. Это обеспечивает двухстороннюю связь между устройством управления силовыми отсеками и устройством защиты силовых отсеков и сокращает вмешательство человека при обнаружении разорванного провода в другом силовом отсеке.

Данное изобретение дополнительно описывается ниже со ссылками на изображенные варианты осуществления, показанные на прилагаемых чертежах. Изображенные варианты осуществления устройств и способов следует считать иллюстрирующими изобретение, а не ограничивающими его. В число чертежей входят следующие, среди которых:

фиг. 1 схематически иллюстрирует наступление состояния ложного срабатывания в системе силовых отсеков;

фиг. 2 схематически иллюстрирует устройство защиты силовых отсеков, подключенное к устройству управления силовыми отсеками;

на фиг. 3 схематически иллюстрирует устройство защиты силовых отсеков, использующее сигнал запуска, и это устройство защиты силовых отсеков подключено к устройству управления силовыми отсеками.

Перед пояснением функционирования системы посредством различных вариантов осуществления будут пояснена часть употребляемой здесь терминологии.

«Система силовых отсеков» - это силовая подстанция, имеющая различные силовые отсеки, соединенные посредством системы шин. Эти силовые подстанции используются в качестве фидеров, ведущих к другим подстанциям или к конечным потребителям посредством механизма передачи электроэнергии.

«Силовой отсек» - это часть системы силовых отсеков, соединенная с другими силовыми отсеками посредством системы шин.

«Линия электроснабжения» - это проводники, несущие электроэнергию в силовом отсеке.

«Плавкий предохранитель» - это механизм, посредством которого происходит управление избыточным потоком тока в силовом отсеке. Плавкий предохранитель подсоединен между стороной вторичной обмотки трансформатора напряжения и устройством защиты силовых отсеков, так что всякий раз, когда протекает аномальный ток, плавкий предохранитель перегорает, и активируется механизм обнаружения отказов плавких предохранителей в устройстве управления силовыми отсеками.

Термин «отказ плавкого предохранителя» относится к состоянию, касающемуся перегорания плавкого предохранителя в цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения, подключенной к устройству управления силовыми отсеками, определенные измерительные контуры которой измеряют напряжение в силовом отсеке и могут ошибочно идентифицировать это напряжение как нулевое, что - из-за тока нагрузки - может привести к нежелательному отключению. Поэтому всякий раз, когда происходит отказ плавкого предохранителя защиту полного сопротивления нужно блокировать. Оперативный контроль отказа плавкого предохранителя в общем случае осуществляют за счет присутствия несбалансированного напряжения и отсутствия несбалансированного тока. Если эти два условия удовлетворяются, защита полного сопротивления блокируется, а оператору выдается аварийный сигнал о том, что обнаружен отказ плавкого предохранителя. Обнаружение отказа плавкого предохранителя может сработать либо на основании последовательности нулей, либо на основании последовательности отрицательных величин. Это зависит от типа сети, заземленной наглухо или заземленной с высоким полным сопротивлением. Для системы, заземленной наглухо, будет использоваться последовательность нулей, а для системы, заземленной с высоким полным сопротивлением, будет использоваться последовательность отрицательных величин.

«Входной сигнал плавкого предохранителя» может представлять собой значение или переменную, электрический сигнал или механический сигнал, либо их комбинацию, или входной сигнал любого другого типа, который выдается на основании состояния плавкого предохранителя для устройства управления силовыми отсеками.

Термин «разорванный провод» относится к отказу в линии электроснабжения любого отсека в системе силовых отсеков. Эти отказы не будут вызывать увеличение фазного тока, и поэтому их нельзя обнаружить с помощью обычной функции чрезмерного тока. Однако они создают ток небаланса, который будет оперативно контролироваться посредством этого алгоритма и способствует выдаче оператору аварийного сигнала об обнаружении разорванного провода.

«Устройство управления силовыми отсеками», «устройство защиты силовых отсеков» и «модуль сигнала запуска» в общем случае представляют собой процессоры, являющиеся логическими схемами, которые для выполнения некоторой функции реагируют на базовые команды и обрабатывают их. В соответствии с данным изобретением эти аппаратные средства могут представлять собой центральный процессор персонального компьютера, адаптированный для выполнения этой функции, или могут быть микропроцессорами, которые являются многоцелевыми, программируемыми устройствами, получающими цифровые данные в качестве входного сигнала, обрабатывающими его в соответствии с командами, хранимыми в их памяти, и выдающими результаты в качестве выходного сигнала, или могут представлять собой любое другое вычислительное устройство, адаптированное к выполнению функций устройства управления силовыми отсеками, и/или устройства защиты силовых отсеков, и/или модуля запуска. Впрочем, техническое различие между устройством управления силовыми отсеками, устройством защиты силовых отсеков и модулем запуска поясняются в связи с их функциональными возможностями при пояснении чертежей.

«Пониженный ток» - это ток, значение которого ниже номинального или расчетного значения.

«Несбалансированный ток», «несбалансированное напряжение»: трехфазная силовая система называется сбалансированной или симметричной, если трехфазные напряжения и токи имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты по фазе на 120° друг относительно друга. Если любое из этих условий или оба они не удовлетворяются, система называется несбалансированной или асимметричной.

«Команда блокировки воплощения защиты полного сопротивления» может представлять собой значение или переменную, электрический сигнал или механический сигнал, или их комбинацию, или входной сигнал любого другого типа, который будет генерироваться устройством защиты силовых отсеков для блокировки воплощения защиты полного сопротивления.

«Сигнал запуска» может представлять собой электронную информацию, характеризующую двоичные воздействия, или двоичные числа, или их комбинацию, которая генерируется модулем запуска с помощью входного сигнала плавкого предохранителя.

«Входной сигнал пониженного тока» может представлять собой значение или переменную, электрический сигнал или механический сигнал, или их комбинацию, связанную с пониженным током, протекающим через силовой отсек.

«Первый входной сигнал» может представлять собой значение или переменную, электрический сигнал или механический сигнал, или их комбинацию на основании несбалансированного напряжения в каждой из линий электроснабжения в отсеке.

«Второй входной сигнал» может представлять собой значение или переменную, электрический сигнал или механический сигнал, или их комбинацию на основании несбалансированного тока, протекающего в каждой из линий электроснабжения в силовом отсеке.

Вначале, чтобы понять причины наступления ложного срабатывания, на фиг. 1 схематически иллюстрируется наступление состояния ложного срабатывания в системе силовых отсеков

На фиг. 1 показана система 2 силовых отсеков, где силовые отсеки 8 соединены посредством единственной сборки шин. В одном силовом отсеке 8 из 3-х плавких предохранителей 4 один из плавких предохранителей 4, 15 перегорает. Появится напряжение небаланса, а ток небаланса будет отсутствовать. Алгоритм определения отказов плавких предохранителей немедленно заблокирует механизм дистанционной защиты в устройстве 5 управления силовыми отсеками для силового отсека 8, где перегорел плавкий предохранитель 4, 15. Устройство 5 управления силовыми отсеками генерирует аварийный сигнал для оператора. Пока оператор не уделит внимание отказу плавкого предохранителя и не заменит плавкий предохранитель 4, 15, механизм дистанционной защиты продолжит действие на устройство 5 управления силовыми отсеками.

Если до того как оператор заменит плавкий предохранитель 4, 15, внезапно происходит другой отказ, ток вырастет, и при этом возникнет ток небаланса, а если он превысит пороговую уставку, то снова произойдет автоматическое обнаружение отказа плавкого предохранителя, и механизм дистанционной защиты устройства 5 управления силовыми отсеками перейдет к автоматическому отключению.

Как изображено на фиг. 1, в вышеупомянутой ситуации, в которой оператор еще должен заменить плавкий предохранитель 4, 15 (т.е. эта линия 7 электроснабжения измеряет нулевое напряжение), внезапно возникает разорванный провод 9 в любом другом силовом отсеке 8, что создает ток небаланса. Если ток небаланса оказываются превышающим пороговую уставку, то состояние отказа плавкого предохранителя сбрасывается, что разблокирует защиту полного сопротивления. Поскольку в линии 7 электроснабжения, в которой отказал плавкий предохранитель 4, 15, измеряемое напряжение является нулевым, измеряемое полное сопротивление тоже будет нулевым. В данном случае защита полного сопротивления «рассматривает» отказ, как вот-вот могущий возникнуть в проводе, и выдает сигнал автоматического отключения в автоматический выключатель. Эта операция схемы дистанционной защиты называется здесь ложным срабатыванием.

Следовательно, при отсутствии состояния отказа, дистанционной защите устройства 5 управления силовыми отсеками не нужно будет отключать линию 7 электроснабжения. Если эта система 2 силовых отсеков - важный фидер, который питает различные производственные мощности, подобные имеющимся в разных отраслях промышленности, торговли, транспорта и т.д., это создает прерывистую подачу электропитания и приводит к громадным потерям для упомянутых производственных мощностей. Поэтому ложное срабатывание схемы защиты полного сопротивления во время вышеупомянутого сценария следует предотвращать посредством какого-либо алгоритма. Этот алгоритм подробно поясняется ниже.

При обсуждении фиг. 2 и 3 будут сделаны ссылки на фиг. 1.

На фиг. 2 изображена условная схема связи между устройством 5 управления силовыми отсеками и устройством 1 защиты силовых отсеков.

Устройство 5 управления силовыми отсеками принимает первый входной сигнал 13 на основании несбалансированного напряжения в каждой из линий 7 электроснабжения в отсеке 8 и второй входной сигнал 14 на основании несбалансированного тока, протекающего в каждой из линий 7 электроснабжения в отсеке 8, после чего обрабатывает первый входной сигнал 13 и второй входной сигнал 14 и генерирует входной сигнал 3 плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя 4, если первый входной сигнал 13 свидетельствует о присутствии несбалансированного напряжения, а второй входной сигнал 14 свидетельствует об отсутствии несбалансированного тока.

Устройство 1 защиты силовых отсеков принимает входной сигнал 3 плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя 4 из устройства 5 управления силовыми отсеками и входной сигнал 6 пониженного тока, связанный с пониженным током, для одной из линий 7 электроснабжения силового отсека 8, обрабатывает входной сигнал 3 плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя и входной сигнал 6 пониженного тока для обнаружения разорванного провода 9 в другом силовом отсеке 8. В альтернативном варианте устройству 1 защиты силовых отсеков нужно принимать не входной сигнал 3 плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя 4 из устройства 5 управления силовыми отсеками, а информацию 3 о входном сигнале оператор может подавать вручную в устройство 1 защиты силовых отсеков.

На основании обнаружения разорванного провода 9 с другом силовом отсеке 8, устройство 1 защиты силовых отсеков в дальнейшем генерирует команду 10 для блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека 8 посредством устройства 5 управления силовыми отсеками. В альтернативном варианте устройству 1 защиты силовых отсеков не нужно генерировать команду 10 блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека 8; вместо этого устройство 1 защиты силовых отсеков лишь обнаруживает разорванный провод 9 в другом силовом отсеке 8 и выдает аварийный сигнал оператору, который после этого запустит блокировку воплощения защиты полного сопротивления силового отсека 8 посредством устройства 5 управления силовыми отсеками.

Устройство 1 защиты силовых отсеков подключено к устройству 5 управления силовыми отсеками посредством электрической связи и/или электронной связи, причем эта связь осуществляется посредством внешнего электрического и информационного соединения. Внешнее информационное соединение включает в себя беспроводные информационные соединения типа Wi-Fi, Bluetooth и т.д. В альтернативном варианте осуществления устройство 1 защиты силовых отсеков может быть составляющей частью устройства 5 управления силовыми отсеками, а связь может осуществляться посредством внутренних электрических соединений и/или внутреннего информационного соединения, при этом термин «внутренние соединения» означает информационные и/или электрические соединения внутри различных модулей устройства 5 управления силовыми отсеками, и одним из таких модулей является устройство 1 защиты силовых отсеков.

Фиг. 3 иллюстрирует другой вариант осуществления связи между устройством 5 управления силовыми отсеками и устройством 1 защиты силовых отсеков. Для удобства здесь поясняются только те аспекты, которые дополнительно предусматриваются для связи между устройством 5 управления силовыми отсеками и устройством 1 защиты силовых отсеков, показанными на фиг. 2. В варианте осуществления согласно фиг. 3 устройство 1 защиты силовых отсеков дополнительно включает в себя модуль 11 сигнала запуска, который принимает входной сигнал 3 плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя, которое присуще плавкому предохранителю 4, и генерирует сигнал 12 запуска. Устройство 1 защиты силовых отсеков использует сигнал 12 запуска и входной 6 сигнал пониженного тока для идентификации обнаружения разорванного провода 9 в другом силовом отсеке 8. Устройство 1 защиты силовых отсеков генерирует информацию 10 для блокировки защиты полного сопротивления силового отсека 8, а эта информация представляет собой двоичное число.

Хотя это изобретение подробно описано со ссылкой на определенные варианты осуществления, следует понять, что данное изобретение не ограничивается точно такими вариантами осуществления. Вернее, в свете данного описания, где рассматривается наилучший в настоящее время способ осуществления изобретения на практике, специалистам в данной области техники будет ясно, что в рамках объема и существа притязаний этого изобретения в него можно внести многие модификации и изменения, возможные сами по себе. Следовательно, объем притязаний изобретения указывается скорее нижеследующей формулой изобретения, чем вышеизложенным описанием. Все изменения, модификации и варианты, находящиеся в пределах смысла и диапазона эквивалентности формулы изобретения, следует считать находящимися в рамках объема ее притязаний.

1. Устройство (1) защиты силовых отсеков, адаптированное к приему входного сигнала (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя (4) для устройства (5) управления силовыми отсеками и входного сигнала (6) пониженного тока, связанного с током, значение которого ниже номинального, для одной из линий (7) электроснабжения отсека (8), и к обработке входного сигнала (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя и входного сигнала (6) пониженного тока для обнаружения разорванного провода (9) в другом силовом отсеке (8),
при этом устройство (1) дополнительно выполнено с возможностью генерирования - на основании обнаружения разорванного провода (9) в другом силовом отсеке (8) - команды (10) блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека (8) устройством (5) управления силовыми отсеками.

2. Устройство (1) по п. 1, в котором команда (10) блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека (8) представляет собой двоичное число, причем устройство (1) защиты силовых отсеков дополнительно содержит:
- модуль (11) сигнала запуска, адаптированный к приему входного сигнала (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя (4) для устройства (5) управления силовыми отсеками и к генерированию сигнала (12) запуска,
при этом устройство (1) защиты силовых отсеков адаптировано к использованию входного сигнала (6) пониженного тока для обнаружения разорванного провода (9) в другом силовом отсеке (8).

3. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором устройство (5) управления силовыми отсеками адаптировано к приему первого входного сигнала (13) на основании несбалансированного напряжения в каждой из линий электроснабжения в отсеке и второго входного сигнала (14) на основании несбалансированного тока, протекающего в каждой из линий (7) электроснабжения в отсеке (8), к обработке первого входного сигнала (13) и второго входного сигнала (14) и к генерированию входного сигнала (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя (4), если первый входной сигнал (13) свидетельствует о присутствии несбалансированного напряжения, а второй входной сигнал (14) свидетельствует об отсутствии несбалансированного тока.

4. Способ защиты силовых отсеков, заключающийся в том, что:
- принимают первый входной сигнал (13) на основании состояния плавкого предохранителя (4) для устройства (5) управления силовыми отсеками и входной сигнал (6) пониженного тока, связанный с током, значение которого ниже номинального, для одной из линий (7) электроснабжения отсека (8), посредством устройства (1) защиты силовых отсеков;
- обрабатывают входной сигнал (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя и входной сигнал (6) пониженного тока для обнаружения разорванного провода (9) в другом силовом отсеке (8) посредством устройства (1) защиты силовых отсеков, и
- генерируют - на основании обнаружения разорванного провода (9) в другом силовом отсеке (8) - команды (10) блокировки воплощения защиты полного сопротивления устройством (1) защиты силовых отсеков для блокировки команды воплощения защиты полного сопротивления силового отсека (8) устройством (5) управления силовыми отсеками.

5. Способ по п. 4, в котором команда (10) блокировки воплощения защиты полного сопротивления силового отсека (8) представляет собой двоичное число, а способ дополнительно предусматривает:
- прием входного сигнала (3) плавкого предохранителя на основании состояния плавкого предохранителя для устройства (5) управления силовыми отсеками и генерирование сигнала (12) запуска, осуществляемое модулем (11) сигнала запуска; и
- использование сигнала (12) запуска и входного сигнала (6) пониженного тока для обнаружения разорванного провода (9) в другом силовом отсеке (8) устройством (1) защиты силовых отсеков.

6. Способ по п. 4 или 5, предусматривающий:
- прием первого входного сигнала (13) на основании несбалансированного напряжения в каждой из линий электроснабжения в отсеке и второго входного сигнала (14) на основании несбалансированного напряжения в каждой из линий (7) электроснабжения в отсеке (8) и второго входного сигнала (14) на основании несбалансированного тока, протекающего в каждой из линий (7) электроснабжения в отсеке (8), устройством (5) управления силовыми отсеками;
- обработку первого входного сигнала (13) и второго входного сигнала (14) и генерирование входного сигнала (3) плавкого предохранителя устройством (5) управления силовыми отсеками, если первый входной сигнал (13) свидетельствует о присутствии несбалансированного напряжения, а второй входной сигнал (14) свидетельствует об отсутствии несбалансированного тока.