СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
ELECTRICAL POWER SUPPLY SYSTEM OF CONSUMERS

Изобретение относится к области электроэнергетики и электротехники, а именно к системам электроснабжения постоянным и переменным напряжением потребителей.
Известны разные структурные схемы электроснабжения потребителей. Однако эти схемы выполняют либо обеспечивающие, либо управляющие функции и рассчитаны на режим нормальной эксплуатации. Для обеспечения управляющих и обеспечивающих функций в режиме нормальной эксплуатации и в режиме аварийной защиты предполагается участие дополнительного оборудования, а в отдельных случаях и дополнительных систем, которые выполняют предназначенные им действия (управление, обеспечение, защита).
Тогда как предлагаемая система электроснабжения потребителей обеспечивает выполнение обеспечивающих, управляющих и защитных функций одновременно как в режиме нормальной эксплуатации, так и в аварийном режиме.
Известна система комплексного электроснабжения линейных потребителей, патент РФ №2260235, МПК H02J 9/04, содержащая канал электроснабжения постоянным напряжением, основной и резервный каналы электроснабжения переменным напряжением, устройство автоматического включения резерва, соединенное с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, устройство контроля напряжения, устройство управления устройством коммутации, автоматический выключатель выходных цепей, трансформатор, электроприводы линейных потребителей. Каждый канал электроснабжения переменным напряжением содержит последовательно соединенные источник питания, автоматический выключатель входных цепей, устройство коммутации. Автоматический выключатель выходных цепей соединен с устройствами коммутации каждого из каналов электроснабжения переменным напряжением. Устройство контроля напряжения соединено с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением. Устройство управления устройством коммутации соединено с устройством коммутации каждого из каналов электроснабжения переменным напряжением.
К недостаткам известной системы относятся: низкая надежность каналов электроснабжения и системы в целом, низкая стойкость к наложению отказов, кроме того, система выполняет только функции обеспечения в режиме нормальной эксплуатации. В системе не обеспечивается необходимая надежность каналов электроснабжения, выход из строя одного из элементов канала приводит к выходу из строя всего канала электроснабжения, а значит, не обеспечивается надежность системы в целом. А при выходе из строя устройства коммутации в рабочем канале обесточивается вся цепь питания линейного потребителя, т.к. система не воспринимает данное событие как сигнал к срабатыванию устройства автоматического включения резерва. Используя в системе одно на два канала, устройство управления устройством коммутации и одно на два канала устройство контроля напряжения, выход из строя которых приводит к выходу из строя обоих каналов электроснабжения переменным напряжением, а значит и системы в целом, что не обеспечивает необходимой надежности каналов и системы. В системе отсутствует контроль сопротивления изоляции и питаемых ею исполнительных механизмов, что снижает эксплуатационную надежность системы, отсутствует вероятность обнаружения скрытых отказов электрооборудования, что снижает пожарную и электрическую безопасность. Несовершенна система сигнализации - при обнаружении неисправностей поступает обобщенный сигнал о событии без указания конкретного места возникновения неисправности, что не позволяет быстро реагировать на возникновение нештатных ситуаций. Отсутствие диагностики состояния технических средств системы делает невозможным фиксировать кратковременные отказы оборудования, что в свою очередь не дает возможности своевременно и в кратчайшие сроки устранить неполадки.
В основу изобретения поставлена задача обеспечение (создание) системы электроснабжения потребителей путем введения нового состава элементов, новой организации взаимосвязей между элементами системы, изменения структуры каналов электроснабжения и системы в целом, обеспечивая выполнение управляющих и обеспечивающих функций в режиме нормальной эксплуатации и режиме аварийной защиты, высокую стойкость к наложению отказов, высокую надежность электроснабжения потребителей за счет обнаружения «скрытых» отказов на уровне отдельных элементов системы и особенно наложение отказов в сопутствующих системах, обеспечение высокой надежности системы в целом.
Поставленная задача решается тем, что в системе электроснабжения потребителей, содержащей основной и резервный каналы электроснабжения переменным напряжением, устройство автоматического включения резерва (АВР), соединенное с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, канал электроснабжения постоянным напряжением, электроприводы потребителей, где каждый из каналов электроснабжения переменным напряжением содержит последовательно соединенные источник питания переменного напряжения, выключатель автоматический ввода, первое устройство коммутации, автоматический выключатель выходных цепей, каждый канал электроснабжения переменным напряжением содержит устройство контроля сопротивления изоляции, устройство контроля напряжения, второе устройство коммутации, первое и второе устройство управления устройством коммутации, при этом вход устройства контроля сопротивления изоляции соединен с выключателем автоматическим ввода, а выход - с первым входом каждого из устройств коммутации, вход устройства контроля напряжения соединен с выключателем автоматическим ввода, первый выход устройства контроля напряжения соединен с первым входом каждого из устройств управления устройством коммутации, второй выход устройства контроля напряжения соединен с первым входом устройства автоматического включения резерва, первое и второе устройства коммутации подключены параллельно, второй вход первого устройства коммутации соединен с первым выходом первого устройства управления устройством коммутации, второй вход второго устройства коммутации соединен с первым выходом второго устройства управления устройством коммутации, второй вход каждого из устройств управления устройством коммутации соединен с первым выходом устройства автоматического включения резерва, выход каждого из устройств коммутации соединен с автоматическим выключателем выходных цепей, система содержит субблок сигнализации и субблок диагностики, при этом первый вход субблока сигнализации соединен с вторым выходом устройства автоматического включения резерва, второй вход субблока сигнализации соединен с каждым из каналов электроснабжения переменным напряжением, выход субблока сигнализации соединен с входом субблока диагностики, выход которого соединен с пультом управления оператора.
Предлагаемая система электроснабжения потребителей отличается наличием нового состава элементов, т.е. новой совокупностью признаков, которые обеспечивают новые технические свойства системы. Технический результат - обеспечение стойкости системы к наложению отказов, беспрерывной диагностики оборудования и элементов системы, повышенная надежность системы, обеспечение объединения в одной системе функций управления, обеспечения и защиты, возможность использования при разработке новых систем и их модернизации в будущем, а также модернизации уже действующих систем.
Использование в системе устройства контроля изоляции позволяет выявить повреждение изоляции и снижение ее электрического сопротивления, тем самым достигается повышение эксплуатационной надежности системы, улучшение условий диагностирования «скрытых» отказов электрооборудования, повышение пожарной и электрической безопасности.
Наличие двух параллельно соединенных устройств коммутации в цепи как основного, так и резервного каналов электроснабжения при выходе из строя одного из устройств коммутации позволит обеспечить питанием потребителя цепью другого устройства коммутации. Об отключении одного из устройств коммутации система сигнализации и диагностики оповестит обслуживающий персонал.
Схемотехника канала электроснабжения построена таким образом, что сигналы аварийной защиты выдаются по одной из дублированных цепочек одного направления, т.е. выход из строя одного из устройств цепочки не выводит из строя весь канал и соответственно не приводит к отказу в выполнении функций аварийной защиты для части потребителей, тем самым позволяет выполнить свои функции в полном объеме.
Система сочетает функции элемента нормальной эксплуатации с функциями обеспечивающего и управляющего элемента безопасности.
Введение в систему субблока сигнализации дает возможность получать сигнал с конкретным указанием места возникновения неисправности, что позволит уменьшить время обнаружения неисправности, быстро реагировать на возникновение нештатных ситуаций, увеличить уровень ремонтопригодности, повысить функциональные возможности и эксплуатационные качества.
Наличие субблока диагностики обеспечивает непрерывную диагностику оборудования и элементов системы с архивированием в РМО. Архивирование событий дает возможность зафиксировать кратковременные отказы оборудования, которые не представляется возможным установить обслуживающему персоналу, что в свою очередь дает возможность своевременно устранить неполадки.
Система рассчитана на режим круглосуточной беспрерывной работы с учетом проведения технического обслуживания и восстановления путем замены любой отказавшей сменной составной части на исправную.
Допускается режим оперативной замены составных частей без снятия напряжения.
Анализ построения структуры позволяет сделать выводы о том, что принцип независимости реализован на должном уровне - отказ или выход из строя любого изделия, соединенного с системой, или любой составной части системы не должны приводить к отказам, или либо как негативно влиять на работу других составных частей, которые могли бы нарушить способность системы к выполнению обеспечивающих и управляющих функций.
На фигуре 1 представлена структурная схема системы электроснабжения потребителей.
Система электроснабжения потребителей содержит основной и резервный каналы 1 электроснабжения переменным током, канал 2 электроснабжения постоянным током. Каждый канал 1 электроснабжения переменным током содержит источник питания 3 переменного тока, выключатель 4 автоматический ввода, устройство 5 контроля сопротивления изоляции, устройство 6 контроля напряжения, устройства 7 коммутации, параллельно соединенные, устройства 8 управления устройствами коммутации, соединенные с устройствами коммутации, автоматический выключатель 9 выходных цепей, соединенный с каждым из устройств 7 коммутации данного канала. Система содержит устройство 10 автоматического включения резерва, соединенное с каждым из устройств 8 управления устройствами 7 коммутации каждого канала 1. Система содержит субблок 11 сигнализации, соединенный с каждым из каналов 1 электроснабжения переменным током и соединенный с устройством 10 автоматического включения резерва. Субблок 12 диагностики соединен с субблоком 11 сигнализации. Система содержит электроприводы 13 потребителей, трансформатор 14.
В качестве примера системы электроснабжения потребителей рассмотрим систему электроснабжения органов регулирования (ОР) системы управления и защит (СУЗ) энергоблока, где линейными потребителями являются органы регулирования системы управления и защит энергоблока.
Система электроснабжения потребителей выполняет функции обеспечения, управления и защит, а также информационные и диагностические функции. Система обеспечивает непрерывное силовое электроснабжение переменным и постоянным током органов регулирования СУЗ в проектных режимах энергоблока, прекращает электроснабжение ОР СУЗ по командам аварийной защиты (AЗ), обеспечивает автоматическое переключение с основного на резервный канал электроснабжения ОР СУЗ переменным током при нарушении параметров напряжения питания на входе основного канала.
Система обеспечивает распределение силового выходного напряжения на каждом из выходов каналов электроснабжения ОР СУЗ переменным и постоянным током.
К управляющим функциям относятся:
- функция конечного устройства AЗ;
- функция инициативного устройства AЗ;
- функция автоматического включения резерва;
- функция автоматического возврата на основной ввод при возобновлении на нем силового питания.
Система выполняет следующие информационные и диагностические функции:
- отображение информации о состоянии системы путем световой индикации и параметров силового напряжения по каждому вводу-выводу;
- диагностирование технических средств системы, формирование и выдача в систему контроля сигнала «неисправность».
Система электроснабжения потребителей, на примере органов регулирования системы управления и защит энергоблока АЭС, работает следующим образом.
В режиме нормальной эксплуатации.
Электропитание приводов ОР осуществляется от трех независимых источников.
При нормальной работе все ОР питаются от двух независимых источников переменного тока. Выходные напряжения через автоматические выключатели основного и резервного каналов подаются на первичные обмотки трехфазного трансформатора, с вторичных обмоток которого снимается напряжение силового электропитания переменным током группы органов регулирования СУЗ. При исчезновении напряжения на вводах основного канала электроснабжения ОР СУЗ переменным током (обрыв любой фазы трехфазной системы или уменьшение напряжения хотя бы одной фазы ниже 80% от номинального значения) автоматически происходит переход с основного канала на резервный с помощью блока управления. В случае одновременного исчезновения напряжения переменного тока на источниках переменного тока все приводы ОР подключаются к третьему источнику постоянного тока (аккумуляторной батареи) на время, регламентированное в соответствии с ТУ, после чего формируется сигнал аварийной защиты.
Работа системы в режиме АВР.
При исчезновении напряжения электропитания на основном вводе системы срабатывает устройство контроля напряжения, выключаются контакторы основного канала, при этом сигнал управления поступает в устройство управления резервного канала и осуществляется включение контакторов резервного канала. При восстановлении электропитания на основном канале выключаются контакторы резервного канала и включаются контакторы основного канала. Система обеспечивает автоматическое переключение трансформаторов с выходов одного (основного) канала электроснабжения ОР СУЗ на выходы другого (резервного) канала электроснабжения (АВР).
Выбор основного канала электроснабжения также может выполняться вручную с помощью выключателя.
АВР предусматривает:
- контроль трехфазного напряжения от источника силового электропитания на вводах, составляющих первый и второй каналы электроснабжения ОР СУЗ переменным током, один из которых назначен основным;
- формирование команды АВР в случае, если на одном или обоих вводах, назначенных основным каналом электроснабжения ОР СУЗ переменным током, обнаружены:
- отклонение параметров электропитания;
- обрыв любой фазы трехфазной системы или уменьшение напряжения хотя бы одной фазы, ниже установленного уровня, сохраняющегося в течение времени, превышающего 50 мс;
- по команде АВР: в основном канале электроснабжения ОР СУЗ переменным током - автоматическое отключение выходных цепей от трехфазного напряжения на вводе, а в резервном канале - подключение выходных цепей к трехфазному напряжению на вводе. После восстановления трехфазного напряжения на вводах основного канала обратное переключение выходных цепей основного и резервного каналов электроснабжения ОР СУЗ переменным током.
В системе предусмотрена установка уровня снижения напряжения вручную, вызывающего формирование команды АВР, и возможность изменения установленного уровня при эксплуатации в пределах 73-85% от номинального значения напряжения.
При исчезновении электропитания на основном и резервном вводах срабатывает устройство контроля напряжения и формируется управляющий сигнал на устройство управления и инициативный сигнал по трем независимым кабелям от каждого канала системы для формирования сигнала AЗ (два из трех) по факту исчезновения электропитания.
Инициирование срабатывания AЗ по факту:
1. потери силового электропитания ОР СУЗ.
2. потери оперативного тока в любом из каналов.
3. исполнение команды AЗ.
Работа системы в режиме сигнала AЗ.
При поступлении сигнала AЗ от комплектов АЗ-ПЗ происходит отключение контакторов в каналах электроснабжения переменным и постоянным током, что приводит к обесточиванию силовых устройств ОР СУЗ.
Контроль срабатывания узлов системы осуществляется устройствами сигнализации. При наличии неисправностей элементов системы персонал оповещается путем световой и звуковой сигнализации, информация о наличии неисправностей от датчиков поступает в субблок сигнализации и по цифровому каналу связи передается на ПЭВМ рабочего места оператора.
Система спроектирована таким образом, чтобы во всем проектном диапазоне изменения параметров напряжения, которые питают систему и напряжения силового питания ОР СУЗ, обеспечивалось непрерывное снабжение ОР СУЗ электроэнергией.
Система спроектирована таким образом, чтобы в любых проектных режимах работы, а также в режимах проектных и вне проектных аварий обеспечивалось бы надежное прекращение электроснабжение ОР СУЗ при одновременном получении инициативного сигнала по двум из двух имеющихся каналов ввода аварийного сигнала.