УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ И УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам противоаварийной автоматики в системах электроснабжения потребителей, критичных к длительности перерыва в электроснабжении.
Известно устройство для автоматического включения резерва для сетей с синхронными двигателями, в котором подключение резервного источника осуществляется при исчезновении напряжения на одной из секций шин с учетом снижения частоты при повреждении и реверса обратной мощности от электродвигателей в питающую сеть, SU 319991.
Недостатком такого устройства является то, что оно может действовать только после окончания переходного процесса? и подключение двигателей производится только после отключения питающей и отходящей линий, критичных к длительности перерыва в электроснабжении, а это снижает быстродействие устройства.
Известно устройство для автоматического включения резерва у которого два независимых источника подключены к раздельным секциям шин, которые соединены двумя параллельно включенными выключателями с цепями управления, и имеется блок управления этими выключателями, связанный с обеими секциями шин, Двоскин Л.И. «Компоновки и конструкции распределительных устройств высокого напряжения», М-Л., ГЭИ, 1960, с.20-21, рис.2-14.
Однако это устройство также характеризуется недостаточным быстродействием, связанным со значительными, с точки зрения потребителя, собственным временем коммутации выключателей.
Известно также устройство для автоматической защиты и управления системой электроснабжения, содержащее два источника питания, подключенные к раздельным шинам, соединенным двумя параллельными выключателями с цепями управления, и блок управления секционными выключателями, электрически связанный с обоими секциями шин. Устройство также содержит два датчика тока, подключенные к секциям шинам, и управляющий преобразователь, ко входам которого подключены выходы обоих датчиков и выход блока управления секционными выключателями, а выходы преобразователя связаны с цепями управления секционных выключателей, один из которых выполнен в виде биполярной группы тиристоров, SU 847432.
Данное техническое решение принято за прототип настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа является малое быстродействие и невысокая надежность в эксплуатации. Это объясняется тем, что для обеспечения селективности отключения поврежденного участка сети системы электроснабжения используют временные задержки. Указанные задержки по времени вызывают значительные термические и динамические воздействия на элементы системы.
Задачей настоящей полезной модели является повышение быстродействия и эксплуатационной надежности устройства.
Согласно полезной модели эта цель достигается за счет того, что в устройстве, содержащем два источника питания, подключенные к двум раздельным шинам, соединенным двумя параллельно включенными выключателями, один из которых электромеханический, а второй тиристорный, датчики тока, блок управления и фидера, подключенные к шинам, содержит дополнительные датчики тока, установленные на фидерах, а блок управления выполнен в виде процессора, при этом датчики тока соединены с процессором посредством общей линии связи.
Сущность полезной модели иллюстрируется схемой.
Устройство для защиты и управления системой электроснабжения содержит два источника питания 1, 2, в качестве которых могут быть использованы линии 110 кВ, которые подключены к раздельным шинам 3, 4 через трансформаторы 8, 9 и выключатели 10 и 11. Шины 3, 4 соединены двумя параллельно включенными выключателями - электромеханическим 5 и тиристорным 6. В цепи вторичных обмоток трансформаторов 8, 9 включены датчики тока 12, 13, соответственно. Датчик тока 14 включен в цепь между шинами 3, 4. К секциям шин 3,4 подключены фидера 15, 16, 17 и фидера 18, 19, 20 соответственно. На фидерах установлены дополнительные датчики тока 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30. Все датчики тока содержат трансформатор тока и аналого-цифровой преобразователь.
Фидера 15-20 используются для подключения нагрузки различной мощности и вида.
Фидер 15 в конкретном примере питает длинную линию, содержащую выключатели 32, 33, 34. Фидер 16 питает двигатель 40 относительно небольшой мощности и содержит выключатель 35.
Фидер 17 питает мощный двигатель 41 и имеет выключатель 36. Фидер 18 питает маломощный двигатель 42 и содержит выключатель 37.
Фидер 19 питает мощный двигатель 43 и содержит выключатель 39.
Фидер 20 питает понижающий трансформатор 44 и содержит выключатель 39.
Все датчики тока подключены посредством общей линии 31 связи к блоку управления, который представляет собой процессор 7, работающий в режиме реального времени.
Устройство работает следующим образом:
В нормальном режиме в системе электроснабжения включены все выключатели, кроме выключателей 5 и 6, нагрузка питается от двух источников 1 и 2. Датчики тока осуществляют с помощью своих аналого-цифровых преобразователей преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код и передают указанную информацию по линии 31 к процессору 7. Указанная информация в режиме реального времени передается непрерывно. Скорость передачи информации по сети не менее 1 Мб в секунду, линия 31 связи представляет собой физическую шину
интерфейса, выполненную в виде витой экранированной пары. Тактовая частота процессора 7 не менее 2 Ггц, объем оперативной памяти не менее 5 Гб. Подобные параметры позволяют передать в процессор 7 информацию о полном токораспределении по фидерам системы электроснабжения, величинам напряжения в узлах и т.д. В памяти процессора 7 находятся логические функции всех защит системы электроснабжения-отсечки, максимально-токовой защиты, дифференциальной защиты шин и двигателей, логические системы определения селективности, логические функции автоматического ввода резерва.
При аварии в системе электроснабжения в оперативную память процессора 7 поступает информация о полном токораспределении в системе электроснабжения. Например, при коротком замыкании в точке К1, датчики 23, 22, 21 и 12 показывают наличие аварийного тока, при коротком замыкании в точке К2 аварийные токи регистрируются датчиками 22, 21, 12 и не регистрируются датчиком 23, при коротком замыкании в точке К3 аварийный ток регистрируется только датчиком 12 и не регистрируется датчиками 23, 22, 21. Эта информация позволяет без выдержки времени определить поврежденный фидер и без выдержки времени его отключить.
Аналогичным образом без выдержки времени осуществляется срабатывание дифференциальных защит шин и двигателей.
При отключении одного из источников питания 1 или 2, в системе электроснабжения осуществляется автоматическое переключение нагрузки
на неповрежденный ввод. Поскольку в момент отключения одного из источников питания в системе может находиться различное количество двигателей и с различной нагрузкой, то время выбега нагрузки различно и различны условия осуществления резервного ввода нагрузки. Кроме того, время от момента возникновения аварии в системе внешнего электроснабжения до момента отключения выключателя 10 или 11 - также величина переменная, что влияет на условия переключения нагрузки на неповрежденный ввод.
Наличие полной информации о состоянии системы электроснабжения к моменту отключения поврежденного ввода 10 или 11 позволяет выбрать наилучший вариант перевода нагрузки на неповрежденный ввод.
Если к моменту переключения угол расхождения фаз не превышает уставки, а величина напряжения здорового ввода выше минимально допустимой, то осуществляется мгновенное подключение нагрузки после отключения поврежденного ввода, например, тиристорным выключателем 6, который впоследствии шунтируется выключателем 5.
Если условия, позволяющие реализовать мгновенное переключение источников, невыполнимы, то процессор 7 осуществляет подключение резервного источника в момент возникновения первого минимума разности между напряжением резервного источника и напряжением на шинах, потерявших питание от источника и сохраняющих напряжение от вращающихся электродвигателей. В случае, если подключение
осуществляется выключателем, например, электромеханическим выключателем 5, имеющим собственное время включения, то команда на замыкание передается прежде, чем возникает первый минимум разницы напряжений источников в пределах предварительно определенного окна подключения. Этим обеспечивается компенсация времени на обработку данных, время реакции системы, время срабатывания выключателя 5 и т.д.
В случае, если невозможно использовать подключение при первом совпадении фазы, процессор 7 определяет результирующий вектор напряжения между неповрежденным источником и шиной, подключенной к поврежденному источнику и осуществляет подачу напряжения путем фазового регулирования тиристоров выключателя 6. При этом постоянная времени регулирования тиристоров Тр должна быть меньше постоянной времени переходной гармонической составляющей тока статора двигательной нагрузки, потерявшей питание, в 7-10 раз.
Поскольку к моменту аварии процессор имеет информацию о количестве двигателей на секции, потерявшей питание, и их параметрах, он рассчитывает величину постоянной времени регулирования Тр.
При этом максимально подавляется апериодическая составляющая тока при подключении двигателей к резервной сети, уменьшается переменная составляющая момента и сохраняется динамическая устойчивость двигательной нагрузки
Быстродействие предлагаемой системы защиты и автоматики позволяет за счет энергии вращающихся двигателей сохранить напряжение
во всей системе электроснабжения (двигатели, вторичная обмотка, трансформаторы).
Дополнительным преимуществом предлагаемой системы является возможность непрерывного контроля ее функционирования, а также возможностью получения протокола аварии, что повышает надежность работы системы защиты и управления
Как видно из вышеизложенного устройство позволяет существенно увеличить быстродействие за счет исключения необходимости использования выдержек времени для определения селективности, сократить время переключения источников и обеспечить отсутствие провалов напряжения в период аварии в системе за счет энергии вращающихся машин. Все это существенно увеличивает надежность функционирования системы электроснабжения.