ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДУГОВОЙ ЗАЩИТЫ РАДИАЛЬНОГО ТИПА КОМПЛЕКТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ 0,4-35 КВ

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники, а именно, к электротехническому оборудованию релейной защиты и автоматики высоковольтных электрических подстанций и предназначено для защиты шкафов комплектных распределительных устройств (КРУ) электрических подстанций 0,4-35 кВ при возникновении коротких замыканий, сопровождаемых открытой электрической дугой, путем формирования сигналов управления на отключение высоковольтных выключателей.
Известно решение Устройство дуговой зашиты радиального типа, разработанное Обществом с ограниченной ответственностью "НИИЭФА-ЭНЕРГО", Санкт-Петербург, Россия, содержащее оптоэлектронный блок и набор датчиков, каждый из которых содержит кабель из семи оптических волокон с активной торцевой частью, помещенных в защитную оболочку. Подключение датчиков выполнено радиальным способом. Световой поток от дуги собирается активной торцевой частью кабеля датчика и передается по кабелю на вход фотоприемного устройства данного датчика. В фотоприемном устройстве световой сигнал преобразуется в электрический и сравнивается с опорным напряжением. При повышении опорного напряжения происходит формирование сигнала на отключение высоковольтного выключателя.
Достоинством решения является высокая степень селективности при обнаружении дугового замыкания (с точностью до отсека ячейки КРУ).
Однако из-за отсутствия контроля целостности волоконно-оптического кабеля датчика и вследствие узкой диаграммы обзора датчиков (телесный угол обзора не более 60°) снижается степень надежности устройства.
Известно решение Система дуговой защиты ABB Control AB Sweden, опубликованное в каталоге фирмы ABB за 2000 год, содержащее оптоэлектронный блок и волоконно-оптические датчики, радиально подключенные к оптоэлектронному блоку и состоящие из объектива и одноволоконного оптического кабеля.
Наличие объектива значительно расширяется угол обзора датчика и увеличивает вероятность обнаружения дугового короткого замыкания.
Однако отсутствие контроля за целостностью оптического кабеля не обеспечивает высокую степень надежности работы устройства дуговой защиты.
Целью заявляемого технического решения является повышение надежности работы.
Поставленная цель достигается следующим образом. Волоконно-оптическое устройство дуговой защиты радиального типа комплектных распределительных устройств электрических подстанций 0,4-35 кВ содержит оптоэлектронный блок и волоконно-оптические датчики, радиально подключенные к оптоэлектронному блоку, при этом, введены в блоки фотоприемных устройств оптоэлектронного блока светодиодные излучатели, а волоконно-оптический кабель датчиков выполнен двухволоконным, один конец кабеля соединен с объективом, содержащим отражательный элемент, другой - раздвоенный, оконцован коннекторами для подключения к фотоприемным устройствам и светодиодным излучателям.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства, где:
1 - блоки детектирования света и тестирования;
2 - блок микроконтроллера;
3 - блок дискретных выходов;
4 - блок дискретных входов;
5 - блок питания;
6 - блок индикации и переключении;
7 - волоконно-оптические датчики;
8 - первичное питание (~(80-250)В и =(80-250)В);
9 - вторичное питание 5 В;
10 - выходы отключения;
11 - сигналы от максимальной токовой защиты;
12 - отражательный элемент;
13 - оптические коннекторы;
14 - светодиодный излучатель;
15 - фотоприемное устройство;
16 - волоконно-оптический кабель;
17 - объектив датчика;
18 - тестирующие оптические импульсы;
19 - входное волокно кабеля датчика;
20 - выходное волокно кабеля датчика.
Сущность технического решения заключается в конструкции волоконно-оптического датчика 7 и введение в состав оптоэлектронного блока, содержащего фотоприемные устройства 15, светодиодных излучателей 14. Последние предназначены для генерации тестирующих импульсов, которые после прохождения оптического тракта: входное волокно кабеля датчика 19 - отражательный элемент объектива датчика 12 - выходное волокно кабеля датчика 20, поступают на вход фотоприемного устройства 15.
Устройство работает следующим образом.
В зоне действия дуги (отсеки ячеек секции КРУ) размещают только объективы волоконно-оптических датчиков 7, а оптоэлектронный блок устройства дуговой защиты устанавливают в релейном отсеке ячейки КРУ или в любом другом отведенном для этого месте. Световой поток от дуги, вызванной коротким замыканием, собирается объективом 17 датчика, вводится в оптическое волокно кабеля 16 датчика и передается по волокну на вход фотоприемного устройства 15, расположенного в соответствующем данному датчику блоке детектирования света и тестирования 1. Принятый световой сигнал преобразуется в электрический, усиливается и сравнивается с опорным напряжением. Расчетная величина опорного напряжения выбрана такой, чтобы устройство активизировало тот или иной выход на отключение 10 в блоке дискретных выходов 3 (путем замыкания сухих контактов реле) при мощности светового потока, вызываемого электрической дугой с током короткого замыкания порядка 300 А. Блок микроконтроллера 2 управляет работой устройства дуговой защиты и в том числе осуществляет мониторинг состояния волоконно-оптического кабеля датчика. Микроконтроллер направляет тестирующий импульс на вход оптического передатчика, выполненного на основе светодиодного излучателя 14. Здесь электрический сигнал преобразуется в оптический импульс и вводится во входное оптическое волокно 19 волоконно-оптического кабеля 16. Отраженный от элемента 12 тестирующий оптический сигнал через выходное волокно 20 кабеля 16 поступает на вход фотоприемного устройства 15. На вход микроконтроллера 2 поступает информация о принятом импульсе. На основании полученной информации (отсутствие или наличие импульсов) микроконтроллер принимает решение об исправности или неисправности (обрыв) кабеля датчика. На вход микроконтроллера также поступает информация о принятом импульсе от различных узлов электронной схемы блока детектирования света и тестирования 1 и блока дискретных выходов 3. В итоге микроконтроллер принимает решение об исправности или неисправности электронного тракта датчика. При регистрации датчиком электрической дуги микроконтроллер прерывает программу тестирования устройства и запускает программу
определения номера датчика, который записывается в энергонезависимую память и высвечивается на лицевой панели блока индикации и переключении 6. Заявляемое техническое решение обеспечивает:
- высокую степень селективности при обнаружении дугового короткого замыкания вследствие радиального принципа построения и блокировки сигналом о наличии тока короткого замыкания от схем максимальной токовой защиты (МТЗ) или защиты минимального напряжения без выдержки времени (11, фиг.1);
- широкий угол обзора объектива;
- автоматический контроль исправной работы волоконно-оптических датчиков (контроль целостности волоконно-оптического кабеля датчиков), а также блоков детектирования света и тестирования и электронных компонентов в цепях формирования сигналов отключения блока дискретных выходов;
- проверку функционирования в ручном режиме волоконно-оптических датчиков и всего устройства при помощи встроенных в блок детектирования света и тестирования световых излучателей при проведении пуско-наладочных и регламентных работ.
Заявляемое техническое решение разработано и промышленно выпускается ЗАО «ПРОЭЛ», Санкт-Петербург, Россия.