УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам противоаварийной автоматики в системах, критичных к длительности перерыва в электроснабжении, и может быть наиболее эффективно применена в сетях с синхронными двигателями.
Известно устройство для автоматического включения резерва, содержащее два источника питания, подключенных к раздельным секциям шин, соединенных двумя параллельными выключателями с цепями управления, и блок управления секционным выключателем, электрически связанный с обеими секциями шин. Устройство содержит также управляющий преобразователь, к входам которого подключены выходы датчиков тока секций шин, а выход преобразователя связан с цепями управления секционных выключателей, один из которых выполнен в виде биполярной группы тиристоров, SU 847432.
Недостатком данного технического решения является малое быстродействие. Это объясняется тем, что включение межсекционного тиристорного выключателя может быть осуществлено после отключения вводного выключателя поврежденного источника. Собственное время отключения электромеханических высоковольтных выключателей 6, 10 кВ составляет около 0,2 сек, и с учетом времени действия автоматики и переходного процесса, перерыв в электроснабжении может быть еще больше. При этом может произойти неуспешный автоматический ввод резерва и технологический развал установок.
Устройство для автоматического включения резерва по полезной модели RU 63990 обеспечивает существенное повышение быстродействия и тем самым возможность использования электродвигателей весьма большой мощности.
Это устройство содержит два источника питания потребителей, подключенные через вводные выключатели к раздельным секциям шин, соединенных двумя параллельно включенными выключателями, один из которых выполнен в виде биполярного блока тиристоров, блок управления и датчики аварийного режима, подключенные к секциям шин и, соответственно, к первому и второму входам блока управления, при этом первый выход блока управления подключен к управляющему входу биполярного блока тиристоров, содержит частотные преобразователи, включенные между потребителями и секциями шин и соединенные управляющими входами со вторым и третьим выходом блока управления, а четвертый и пятый выход блока управления связан с цепями отключения вводных выключателей.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа является большая задержка включения резерва при значительных перерывах питания на одной из шин и, соответственно, значительных углах α фазового рассогласования вектора Uсети (напряжение сети) и вектора Е (электродвижущая сила) двигателя, потерявшего питание и работающего вследствие этого в генераторном режиме. Частотные преобразователи, используемые в прототипе, эффективны при перерывах электропитания до 3-5 секунд. При более значительных перерывах возможен отказ устройства, и ввод резерва не произойдет. Кроме того, частотные преобразователи имеют весьма высокую стоимость, что существенно удорожает устройство в целом и ограничивает возможность его использования.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности работы устройства за счет обеспечения его работоспособности при значительных перерывах электропитания на одной из шин, а также снижение его стоимости.
Согласно полезной модели устройство для автоматического включения резерва, содержащее два источника питания, подключенные через вводные выключатели к раздельным секциям шин, соединенных двумя параллельно включенными выключателями, один из которых выполнен в виде биполярного блока тиристоров, блок управления, датчики аварийного режима, подключенные к секциям шин и, соответственно, к первому и второму входам блока управления, первый выход которого подключен к управляющему входу биполярного блока тиристоров, а второй и третий его выходы связаны с цепями отключения вводных выключателей, содержит блок измерения фазового рассогласования, выход которого подключен к третьему входу блока управления, первый и второй входы связаны через датчики аварийного режима, соответственно, с раздельными секциями шин.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - блок-схема устройства;
на фиг.2 - векторная диаграмма, иллюстрирующая фазовое рассогласование между Uсети и Е двигателя.
Устройство для автоматического включения резерва содержит два источника 1, 2 питания потребителей, обычно сеть 110 кВ. Источник 1 питания подключен через вводной выключатель 3 к секции 5 шин, а источник 2 питания подключен через вводной выключатель 4 к секции 6 шин. В конкретном примере потребителями являются подключенные к раздельным секциям 5, 6 шин через трансформаторы 7, 8 и выключатели 9, 10 мощные синхронные двигатели 11, 12. В качестве выключателей 3, 4, 9, 10 могут использоваться обычные высоковольтные выключатели, например, вакуумные, с цепями отключения. Раздельные секции 5, 6 шин соединены между собой двумя параллельно включенными выключателями, один из которых, выключатель 13 - обычный, например, вакуумный, а другой выполнен в виде биполярного блока 14 тиристоров.
Трансформаторы 7, 8 - силовые, понижающие (110/10 кВ).
Устройство включает блок 15 управления, представляющий собой микропроцессорную систему, работающую с частотой выше частоты питающей сети.
К секциям 5, 6 шин подключены, соответственно, датчики 16, 17 аварийного режима, подключенные, соответственно, к первому и второму входам блока 15 управления. Датчики 16, 17 представляют собой быстродействующие реле напряжения.
Первый выход блока 15 управления подключен к управляющему входу биполярного блока 14 тиристоров, а второй и третий его выходы связаны с цепями отключения вводных выключателей 3 и 4. Устройство содержит блок 18 измерения фазового рассогласования, представляющий собой микропроцессор, в данном примере, BL2600. Выход блока 18 подключен к третьему входу блока 15 управления, а первый и второй входы блока 18 связаны через датчики 16, 17, соответственно, с раздельными секциями 5, 6 шин.
Устройство работает следующим образом.
В нормальном режиме источники питания 1, 2 подают напряжение на секции 5, 6 шин через вводные выключатели 3, 4. При потере электропитания на одной из секций шин возникает фазовое рассогласование α между напряжением сети Uсети и э.д.с. Е двигателя, потерявшего питание и начавшего работать в генераторном режиме (фиг.2). При этом в блок 18 измерения значения угла α указанного выше фазового рассогласования поступают сигналы на первый и второй входы от датчиков 16, 17 аварийного режима, блок 18 срабатывает и выдает сигнал, соответствующий измеренному значению α, на первый вход блока 15 управления. Синхронно сигналы от датчиков 16, 17 поступают в блок 15 управления. Блок 15 преобразует измерительные координаты мгновенных значений фазового напряжения неповрежденного источника питания и Е двигателя, потерявшего питание, в координату управления. Соответствующий координате управления сигнал подается на управляющий вход биполярного блока 14 тиристоров. Геометрическая разница ΔЕ (фиг.2) векторов Uсети и Е соответствует напряжению этого сигнала. Блок 14 осуществляет фазовое регулирование, при котором питание от неповрежденного источника также подается на двигатель, потерявший питание. При этом ΔЕ и угол α фазового рассогласования уменьшаются с заданного блоком 15 темпа Т, практически, до нуля.
Указанный темп Т определяется из условия сохранения динамической устойчивости двигателя при включении в соответствии с его параметрами. Наиболее целесообразно задавать Т=0,1τ,
где τ - приведенное значение постоянного времени двигателя.
Реализация признаков настоящей полезной модели обеспечивает важный технический результат, заключающийся в обеспечении работоспособности устройства для автоматического включения резерва даже при значительных (30-60 секунд и более) перерывах электропитания на одной из шин за счет принципиально нового подхода к решению этой задачи, а именно, устранения фазового рассогласования и быстрой подачи питания от неповрежденного источника на нагрузку (двигатель), потерявшую питание вследствие аварийной ситуации. Стоимость устройства значительно уменьшается за счет исключения весьма дорогостоящих частотных преобразователей.
Для реализации устройства может быть использовано обычное оборудование, материалы и комплектующие изделия, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».