УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА

Назначение и область применения
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 мощными высоковольтными синхронными двигателями.
Предшествующий уровень техники
Известно устройство автоматического включения резервного питания потребителей, содержащих синхронные двигатели в сети, состоящей из основного и резервного питания, секционного выключателя, параллельно которому подключен тиристорный выключатель, состоящий из биполярной группы тиристоров. Устройство реализуется на двухвводных подстанциях. При аварийном отключении одного из вводов отключается вводной выключатель поврежденного ввода, включается биполярная группа тиристоров, осуществляется фазовое регулирование мощности поврежденной секции шин и ограничение тока самозапуска двигательной нагрузки, SU 1422303 А1, опубл. 07.09.1988.
Недостатком известного устройства является его невысокая надежность, обусловленная малым быстродействием. Это объясняется тем, что включение тиристорного выключателя может быть осуществлено после отключения вводного выключателя поврежденного источника. Собственное время отключения электромеханических высоковольтных выключателей 10 кВ составляет около 0,2 с, 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.
Известно устройство для автоматического включения резерва, содержащее два параллельно включенных выключателя, соединяющих две секции шин, один из которых выполнен в виде биполярного блока тиристоров, блок управления, датчики аварийного режима, подключенные к секциям шин, и блок измерения фазового рассогласования, причем первый выход блока управления подключен к управляющему входу биполярного блока тиристоров, а второй и третий его выходы связаны с цепями отключения вводных выключателей, при этом выход блока измерения фазового рассогласования подключен ко входу блока управления, отличающееся тем, что устройство снабжено блоками выделения первой гармонической составляющей напряжения, входы которых соединены с выходами датчиков аварийного режима, а выходы - со входами блока измерения фазового рассогласования, RU 187715 U1, опубл. 15.03.2019.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа является невысокая скорость определения аварийной ситуации, обусловленная следующими обстоятельствами: поскольку измерение фазового рассогласования происходит в момент перехода амплитуд напряжений через ноль, при частоте питающей сети равной 50 герц обновление данных происходит каждые 0,01 с. В реальных условиях для, повышения надежности, необходимо верность полученных данных подтвердить в течение нескольких измерений, что влечет за собой значительное снижение быстродействия определения аварийной ситуации
Сущность полезной модели
Техническая проблема, решаемая заявленной полезной моделью, заключается в предложении простого решения, обладающего повышенным уровнем быстродействия, для автоматического включения резерва
Технический результат, достигаемый заявленным решением заключатся в повышении быстродействия в определении авариной ситуации и, связанное с этим обстоятельством повышение надежности работы устройства.
Заявленный технический результат достигается применением устройства для автоматического включения резерва, содержащее два источника питания, подключенных 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 блок вычисления фазового рассогласования, причем первый выход блока управления подключен к управляющему входу биполярного блока тиристоров, а второй и третий его выходы связаны с цепями отключения вводных выключателей, при этом выход блока вычисления фазового рассогласования подключен ко входу блока управления, отличающееся от прототипа тем, что устройство снабжено блоком разложения на ортогональные составляющие, входы которого соединены с выходами датчиков аварийного режима, а выход - со входом блока вычисления фазового рассогласования.
В предпочтительном варианте осуществления заявленной полезной модели блок разложения на ортогональные составляющие снабжен программируемой логической интегральной схемой с блоком обработки сигналов. При этом блок обработки сигналов выполнен с обеспечением возможности определения угла фазового рассогласования аварийных сигналов со скоростью частоты дискретизации.
Краткое описание чертежей.
Сущность решения поясняется следующим иллюстративными материалами.
Фиг.1 - блок-схема устройства для автоматического включения резерва, согласно заявленному решению.
Следует отметить, что прилагаемая блок-схема иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и не может рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое может включать другие возможные варианты осуществления.
Осуществимость заявленного решения.
Как следует из представленного на блок-схеме фиг.1 варианта осуществления заявленного решения, устройство для автоматического включения резерва (АВР) 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. Двигатель 11 через соответствующий выключатель 9 подключен к шине 5, а двигатель 12 через соответствующий выключатель 12 подключен к шине 6. 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 тиристоров 21.
Трансформаторы 7, 8 - силовые, понижающие - 110/6,3 кВ. Секции 5 и 6 шин - 6,3 кВ. Секционный выключатель 17 - 6,3 кВ.
АВР содержит блок 20 управления, представляющий собой микропроцессорную систему, работающую с частотой выше частоты питающей сети.
К секциям 5, 6 шин подключены, соответственно, датчики 16, 17 аварийного режима. Датчики 16, 17 представляют собой измерительные трансформаторы напряжения.
Первый выход блока 20 управления подключен к управляющему входу биполярного блока 21 тиристоров, а второй и третий его выходы связаны с цепями отключения вводных выключателей 3 и 4. Устройство содержит блок 19 вычисления фазового рассогласования, представляющий собой микропроцессор. Выход блока 19 подключен ко входу блока 20 управления.
АВР содержит блок 18 разложения на ортогональные составляющие, входы которого соединены с выходами датчиков 16, 17 аварийного режима, а выход - со входом блока 22 измерения фазового рассогласования. Блок 18 разложения на ортогональные составляющие представляет собой программируемую логическую интегральную схему с блоком обработки сигналов. Разложение аварийных сигналов на ортогональные составляющие позволяет перенести информацию на комплексную плоскость, где угол фазового рассогласование вычисляется из разности аргументов комплексных чисел сигналов аварийного режима, что позволяет вычислять угол фазового рассогласования со скоростью частоты дискретизации, которая в десятки раз выше частоты питающей сети, повышая тем самым скорость выявления возникающих аварийных ситуаций устройством АВР и надежность его функционирования. Поскольку данное разложение обладает свойством подавления постоянной составляющей сигнала и гармоник кратных основной частоте, таким образом, скорость выявления аварийных ситуации и надежность работы АВР в сетях с наличием высших гармоник и при переходных процессах, возникающих в момент включения коммутационных аппаратов также существенно повышается.
Устройство работает следующим образом.
В нормальном режиме источники питания 1, 2 подают напряжение на силовые понизительные трансформаторы 7, 8 - 110/6,3 кВ. Секционный выключатель 14-110 кВ может быть включен или выключен в зависимости от режима работы энергосистемы. Выключатель 15 отходящей линии 110 кВ включен. Напряжение через силовые понизительные трансформаторы 7, 8 и через включенные вводные выключатели 3, 4 подается на секции 5, 6 шин. При этом секционный выключатель 13 отключен, биполярная группа тиристоров 21 также отключена. Напряжение от шин 5, 6 через включенные выключатели 9 и 10 подается на нагрузку - мощные синхронные двигатели 13 и 12 соответственно. Напряжение от шин 5, 6 поступает также на входы датчиков 16, 17 аварийного режима. Сигнал с датчиков 16, 17 поступает на вход блока 18 разложения на ортогональные составляющие, а с выхода этого блока сигнал подается на блок 19 вычисления фазового рассогласования. Сигнал с блока вычисления фазового рассогласования подается на блок 20 управления.
В нормальном режиме напряжение на секциях шин 5, 6 синхронизированы и поэтому от блока управления 20 сигналы не формируются.
В аварийном режиме на одном из источников 1 или 2 со стороны питающей сети (исчезновение напряжения или короткое замыкание в сети 110 кВ) на одной из секций 5 или 6 шин возникает фазовое рассогласование между напряжением сети (U сети) и ЭДС двигателя, находящегося в аварийном режиме (E двигателя) и начавшего работать в генераторном режиме. При этом блок 19 вычисления фазового рассогласования формирует информацию об угле сдвига фаз и передает ее на вход блока 20 управления. При превышении угла уставки блок 20 управления подает сигнал на отключение вводного выключателя 3 или 4 поврежденного источника 1 или 2 питания. Одновременно блок 20 управления подает команду на управляющий вход биполярного блока 21 тиристоров. Тиристоры обеспечивают точное включение нагрузки двигателей 11 или 12 в пределах допустимого угла сдвига фаз напряжения. Секционный выключатель 13 шунтирует биполярную группу тиристоров 21.
Быстродействие действия АВР в подобной системе позволяет переключать синхронные двигатели без гашения поля. Это очень важно, так как в аварийном режиме остается напряжение на объекте, включая напряжение в сетях низшего напряжении 0,4 кВ и т.д. и двигательной нагрузки.
Таким образом, разложение аварийных сигналов на ортогональные составляющие позволяет перенести информацию на комплексную плоскость, где каждое измерение аварийного сигнала несет в себе информацию об амплитуде и фазе, что позволяет вычислять угол фазового рассогласования после каждого измерения, тем самым ускоряется получение сигнала синхронизации, повышая быстродействие АВР. Также данное разложение обладает свойством подавления постоянной составляющей сигнала и гармоник кратных основной частоте, что повышает надежность работы АВР в сетях с наличием высших гармоник и при переходных процессах, возникающих в момент включения коммутационных аппаратов.
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».