Устройство автоматического повторного включения на подстанциях с высоковольтными электродвигателями

Изобретение относится к технике релейной защиты и автоматики на подстанциях промышленных предприятий с крупными высоковольтными электродвигателями (ЭД). Технический результат - повышение бесперебойной работы промышленных предприятий с крупными ЭД за счет сохранения питания от двух внешних источников, облегчения условий самозапуска ЭД, снижения количества коммутаций. Устройство содержит: блок контроля напряжения источника питания, блок ЗПП, блок контроля напряжения секции шин, исполнительный блок отключения ввода, первый таймер, первый логический элемент 2И, второй логический элемент 2И, исполнительный блок включения ввода, логический элемент ИЛИ-НЕ, третий логический элемент 2И, четвертый логический элемент 2И, второй таймер, исполнительный блок включения секционного выключателя. Исполнительный блок отключения ввода является выходом первой ступени защиты от потери питания и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства. Исполнительный блок включения ввода является выходом АПВ и действует на включения выключателя ввода. Исполнительный блок включения секционного выключателя является выходом АВР и действует на включения секционного выключателя. Предложенное устройство предназначено для повышения устойчивости работы промышленных предприятий с крупными ЭД и устанавливается в ячейках распределительных устройств трансформаторных подстанций, питающих синхронные электродвигатели. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты и автоматики на подстанциях промышленных предприятий с крупными высоковольтными электродвигателями.

Известно устройство автоматического повторного включения (АПВ) выключателя ввода, содержащее блок фиксации исчезновения основного питания, первый исполнительный блок, воздействующий на отключение выключателя ввода, потерявшего питание, и на гашение магнитного поля синхронных двигателей, потерявших питание, блок контроля остаточного напряжения на секции шин, потерявшей питание, второй исполнительный блок, воздействующий на включение отключенного ранее выключателя ввода [Шабад М.А. «Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели», Библиотека электромонтера, вып. 565. Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр. 27-29, рис. 10 б].

Недостатком известного устройства является большое время восстановления электроснабжения электродвигателей, подключенных к потерявшей питание секции шин подстанции. Этот недостаток имеет место в режимах, когда основное питание восстанавливается с большой выдержкой времени действия устройства, и обусловлен жесткой логикой (алгоритмом) действия устройства, при которой способ восстановления питания жестко задан.

Известно устройство автоматического включения резерва (АВР) двустороннего действия на секционном выключателе 6 (10) кВ двухтрансформаторной подстанции 110/6 (10) кВ, содержащее пусковые блоки (реле времени), исполнительный блок включения секционного выключателя и исполнительный блок автоматического восстановления нормальной схемы. Выход исполнительного блока включения секционного выключателя является выходом схемы АВР и действует на включение секционного выключателя. Выход исполнительного блока автоматического восстановления нормальной схемы действует на включение отключенного вводного выключателя и на отключение секционного выключателя при восстановлении нормального напряжения на вводе, тем самым восстанавливая нормальную схему [Шабад М.А. «Автоматика электрических сетей 6-35 кВ в сельской местности». Л.: Энергия, 1979 г., стр. 64-66, рис. 21].

Недостатком известного устройства является низкая надежность электроснабжения электродвигателей, подключенных к потерявшей питание секции шин подстанции. Этот недостаток обусловлен жесткой логикой (алгоритмом) действия устройства, при которой способ восстановления питания жестко задан и имеет место в режимах, когда основное питание быстро восстанавливается вследствие отключения внешних коротких замыканий, однако автоматика жестко настроена на включение резервного питания.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство, которое содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, блок контроля минимального напряжения, первый таймер, первый исполнительный блок, второй таймер, второй исполнительный блок. Выход первого исполнительного блока является выходом устройства защиты от потери питания и действует на отключение ввода, потерявшего питание, и на гашения поля синхронных двигателей. Логический блок предназначен для выбора способа восстановления питания - при наличии на соседней секции нормального напряжения разрешается работа АВР и запрещается работа АПВ ввода, а при отсутствии нормального напряжения на обоих секциях разрешается работа АПВ и блокируется работа АВР. Выход второго исполнительного блока является выходом схемы АПВ и действует с выдержкой времени первого таймера на включение вводного выключателя. Выход второго исполнительного блока является выходом схемы АВР и действует с выдержкой времени второго таймера на включение секционного выключателя. [Шабад М.А. «Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели», Библиотека электромонтера, вып. 565. Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр. 53-56, рис. 19].

Недостатком известного устройства является низкая надежность электроснабжения, а также завышенное число коммутаций (включений и отключений выключателей) и большое время восстановления электроснабжения электродвигателей, подключенных к потерявшей питание секции шин подстанции. Этот недостаток обусловлен жесткой логикой (алгоритмом) действия устройства, при которой способ восстановления питания жестко задан, причем приоритет в процессе восстановления питания отдается устройству АВР, которое действует при потере питания от одного из двух внешних источников питания, а действие АПВ разрешается только при исчезновении питания от обоих источников питания (основного и резервного). Это означает, что в большинстве случаев (т.к. потеря питания сразу от двух источников маловероятна) будет работать схема АВР с включением секционного выключателя. Такой алгоритм действия автоматики приводит к снижению надежности электроснабжения потребителей. Объясняется это следующим. Во-первых, после отключения выключателя ввода и включения секционного выключателя подстанция переходит на длительное питание от одного внешнего источника. При этом появляется опасность полного исчезновения питания подстанции в случае короткого замыкания в сети оставшегося источника. Во-вторых, при срабатывании АВР электродвигатели, терявшие питание, оказываются в режиме самозапуска, причем самозапуск происходит в условиях наличия нагрузки (высоковольтных электродвигателей) на «здоровой» секции шин, что усложняет процесс самозапуска. В случае неуспешного самозапуска электродвигателей после срабатывания АВР, например, из-за глубокой посадки напряжения может сработать вторая ступень защиты минимального напряжения и подействовать на отключение электродвигателей, а т.к. все электродвигатели получают питание от одного источника, то и защита минимального напряжения будет действовать на отключение всех электродвигателей предприятия, что приведет к полному нарушению технологического режима.

Также необходимо учитывать тот факт, что наиболее частая причина потери питания - отключение линий в питающей электрической сети релейной защитой в результате коротких замыканий на линии. Большинство из этих замыканий либо самоустраняются в бестоковую паузу после отключения линии от релейной защиты с последующим АПВ линии, и напряжение питания по вводу, терявшему питание, восстанавливается. Процент успешности АПВ линий в питающей сети (а значит и восстановления нормального питания) достаточно высок (до 70-80%).

АВР на подстанциях с крупными СД обычно выполняется с контролем напряжения на секции, которое поддерживается выбегающими двигателями. Процесс снижения напряжения до допустимой величины может длиться достаточно долго, а учитывая то, что время срабатывания АПВ питающих линий обычно составляет несколько секунд, то к моменту действия АВР на отключенном вводе может восстановиться питание посредством АПВ питающих линий, что делает возможным использование АПВ ввода вместо АВР, тем самым сохраняя питание разных секций от разных источников питания.

Целью изобретения является повышение надежности электроснабжения за счет сохранения питания от двух внешних источников, облегчение условий самозапуска электродвигателей, снижение количества коммутаций и, как следствие, повышение вероятности сохранения технологического режима работы, что в результате позволяет повысить бесперебойность работы промышленного предприятия.

Поставленная цель достигается за счет того, что в случае потери питания от одного из источников питания запускаются одновременно и АПВ ввода и АВР секционного выключателя. При этом используется гибкий (адаптивный) алгоритм действия, при котором приоритет заранее не отдается ни АВР, ни АПВ и их очередность срабатывания зависит от причины потери питания и изменения электрических величин в режиме потери питания.

Задача решается тем, что устройство, содержащее блок контроля напряжения источника питания, вход которого подключен к напряжению источника питания, блок защиты от потери питания (ЗПП), входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключен также вход блока контроля напряжения секции шин, блок контроля напряжения на смежной секции, вход которого подключен к напряжению смежной секции шин; выход блока ЗПП подключен к входу исполнительного блока отключения выключателя ввода, выходы блока контроля напряжения секции шин и блока контроля состояния выключателя ввода подключены к входам первого логического элемента 2И; выход блока контроля напряжения источника питания подключен к первому таймеру, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента 2И, ко второму входу которого подключен выход первого логического элемента 2И, выход второго логического элемента 2И подключен к входу исполнительного блока включения выключателя ввода и к логическому элементу ИЛИ-НЕ; к входам третьего логического элемента 2И подключены выход блока контроля напряжения смежной секции и выход первого логического элемента 2И; выход логического элемента ИЛИ-НЕ подключен к входу четвертого логического элемента 2И, ко второму входу которого подключен выход третьего логического элемента 2И; выход четвертого логического элемента подключен к входу второго таймера, выход которого подключен к входу исполнительного блока включения секционного выключателя.

На фиг. 1 представлена блок схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 представлена однолинейная схема подстанции с высоковольтными электродвигателями с указанием защит.

Устройство содержит: блок 1 контроля напряжения источника питания; блок 2 контроля напряжения секции шин; блок 3 защиты от потери питания; исполнительный блок 4 отключения выключателя ввода; блок 5 контроля напряжения на смежной секции; первый таймер 6;_; первый логический элемент 2И 7; второй логический элемент 2И 8; исполнительный блок 9 включения выключателя ввода; логический элемент ИЛИ-НЕ 10; третий логический элемент 2И 11; четвертый логический элемент 2И 12; второй таймер 13; исполнительный блок 14 включения секционного выключателя; блок 15 контроля состояния выключателя ввода.

Вход блока 1 контроля напряжения источника питания подключен к напряжению источника питания, вход блока 2 контроля напряжения секции шин подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, входы блока 3 защиты от потери питания подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, вход блока 5 контроля напряжения смежной секции подключен к напряжению смежной секции шин.

Первый таймер 6 необходим для исключения срабатывания АПВ ввода при неуспешном АПВ питающей линии, когда на входе блока 1 контроля напряжения источника питания может кратковременно появиться напряжение величиной более 0,95Uном. Второй таймер 13 предназначен для задержки срабатывания АВР, т.к. при снижении напряжения на секции шин менее 0,4Uном, когда возможно одновременное срабатывание как АВР, так и АПВ, что недопустимо. Приоритет в данном случае отдается устройству АПВ, т.к. оно позволяет восстановить нормальную схему электроснабжения.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние схемы следующее. К первой секции шин 1СШ распределительного устройства подключен синхронный электродвигатель Д1 (фиг. 2).

При нарушении электроснабжения от источника питания ИП1 срабатывает ЗПП первой секции шин и действует на отключение выключателя ввода Q2. Срабатывает блок ЗПП (фиг. 1) и подается сигнал на исполнительный блок 4, действующий на отключение выключателя ввода. При этом секция шин, потерявшая питание, отделяется от неисправной питающей сети. Выключатель электродвигателя Д1 остается включенным.

По факту отключения выключателя ввода формируется сигнал выключенного состояния выключателя ввода, который с выхода блока 15 контроля состояния выключателя ввода подводится к первому входу первого логического элемента 2И 7. При этом происходит подготовка пуска схем АВР секционного выключателя и АПВ.

После потери питания от источника ИП1 происходит снижение скорости вращения электродвигателя Д1, потерявшего питание, он переходит в генераторный режим и создает на первой секции шин, потерявшей питание, остаточное напряжение. Это напряжение контролируется блоком 2 контроля напряжения. Одновременно в питающей электрической сети средствами электрической сети (релейной защитой и сетевой автоматикой) ведется поиск и устранение причин исчезновения питания. Дальнейшее действие устройства зависит от того, насколько быстро восстановится напряжение источника питания ИП1 и насколько быстро будет происходить снижение остаточного напряжения на секции шин, потерявшей питание. При этом возможны два алгоритма действия устройства.

Первый алгоритм. Напряжение на источнике питания ИП1 восстановилось раньше, чем остаточное напряжение снизилось до напряжения пуска АВР.

Это может иметь место в том случае, если потеря питания произошла вследствие короткого замыкания в питающей сети, например в точке К1 на фиг. 2. В этом случае срабатывает релейная защита линии Л1, затем происходит успешное АПВ линии Л1 и питание двигателей на первой секции шин 1СШ восстанавливается.

Если нормальный режим в цепи источника питания восстановился и на источнике питания ИП1 появилось напряжение, величиной не ниже 0,95Uном, сработает блок 1 контроля напряжения источника питания и на вход первого таймера 6 поступит сигнал высокого уровня. По истечении выдержки времени первого таймера на его выходе появится логический сигнал высокого уровня, который поступит на первый вход второго логического элемента 2И 8. В таком состоянии схема ждет снижения остаточного напряжения на секции шин, потерявшей питание. Как только остаточное напряжение снизится до безопасного значения (до напряжения пуска АПВ), срабатывает блок 2 контроля напряжения на секции шин, потерявшей питание, и на втором входе первого логического элемента 2И 7 появится логический сигнал высокого уровня, который поступает на второй вход логического элемента 2И 8. При этом на выходе второго логического элемента 2И 8 появится сигнал высокого уровня, который подается на вход исполнительного блока 9 включения выключателя ввода. Происходит автоматическое включение выключателя ввода Q2. Одновременно через логический элемент ИЛИ-НЕ 10 на вход четвертого логического элемента 2И 12 поступит сигнал низкого уровня, что обеспечивает запрет работы элемента 2И 12 и как следствие блокирование АВР.

При включении выключателя ввода питание первой секции шин от источника питания ИП1 восстанавливается и синхронный электродвигатель Д1 оказывается в режиме самозапуска. После завершения успешного самозапуска технологический процесс перекачки восстанавливается. Самозапуск происходит в облегченных условиях без участия электродвигателей другой секции шин. Поэтому неуспешность самозапуска синхронного двигателя маловероятна. Технологический процесс восстанавливается. Если все же самозапуск будет неуспешным, то происходит остановка только одного рабочего насосного агрегата, а не всего предприятия, например всей нефтеперекачивающей станции.

Второй алгоритм. Напряжение на источнике питания длительно не восстанавливается, и остаточное напряжение на потерявшей питание секции шин снизилось до напряжения пуска АВР раньше, чем восстановилось напряжение на источнике питания ИП1. При этом срабатывает блок 2 контроля напряжения на секции шин, потерявшей питание, и на втором входе первого логического элемента 2И 7 появится логический сигнал высокого уровня. При этом на выходе логического блока 2И 7 появляется сигнал, который поступает на первый вход третьего логического элемента 2И 11. При наличии на смежной секции шин нормального напряжения (более 0,95Uном) срабатывает блок 5 контроля напряжения на смежной секции и на второй вход третьего логического элемента 2И 11 поступает сигнал высокого уровня. С выхода третьего логического элемента 2И 11 логический сигнал высокого уровня поступает на вход четвертого логического элемента 2И 12, на другой вход которого с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 10 поступает сигнал высокого уровня (нет запрета действия АВР). Логический элемент 2И 12 срабатывает, и с его выхода сигнал поступает на вход второго таймера 13. По истечении времени t₂ второго таймера 13 логический сигнал высокого уровня с его выхода поступит на исполнительный блок 14 включения секционного выключателя и произойдет включение секционного выключателя Q3. Напряжение на секции, потерявшей питание, восстановится.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство за счет адаптивного алгоритма действия, повышает надежность электроснабжения за счет сохранения питания от двух внешних источников в режимах, когда напряжение источника питания восстанавливается раньше, чем остаточное напряжение на потерявшей питание секции шин снизится до напряжения уставки, облегчает условия самозапуска электродвигателя, снижает количество коммутаций, и в результате повышает вероятность сохранения технологического режима.

Данное изобретение позволяет повысить устойчивость работы промышленных предприятий и может найти широкое применение в технике релейной защиты и автоматики.

Устройство автоматического повторного включения на подстанциях с высоковольтными электродвигателями, включающее блок контроля напряжения источника питания, вход которого подключен к напряжению источника питания, блок защиты от потери питания, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключен также вход блока контроля напряжения секции шин, блок контроля напряжения на смежной секции, вход которого подключен к напряжению смежной секции шин; выход блока защиты от потери питания подключен к входу исполнительного блока отключения ввода, выходы блока контроля напряжения секции шин и блока контроля состояния выключателя ввода подключены к входам первого логического элемента 2И; выход блока контроля напряжения источника питания подключен к первому таймеру, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента 2И, ко второму входу которого подключен выход первого логического элемента 2И, выход второго логического элемента 2И подключен к входу исполнительного блока включения выключателя ввода и к логическому элементу ИЛИ-НЕ; к входам третьего логического элемента 2И подключены выход блока контроля напряжения смежной секции и выход первого логического элемента 2И; выход логического элемента ИЛИ-НЕ подключен к первому входу четвертого логического элемента 2И, ко второму входу которого подключен выход третьего логического элемента 2И; выход четвертого логического элемента подключен к входу второго таймера, выход которого подключен к входу исполнительного блока включения секционного выключателя.