СПОСОБ УСКОРЕННОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПРИ ОТКАЗЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ACCELERATED BREAKER FAIL PROTECTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, к устройствам релейной защиты для резервирования при отказе выключателя, в частности к высоковольтным выключателям подстанции.
Цель изобретения
Ускорение резервирования избирательного отключения короткого замыкания (КЗ) при отказе выключателя для повышения устойчивости работы энергосистемы и уменьшения возможных повреждений оборудования от протекания токов КЗ.
Уровень техники
Известно устройство для резервирования при отказе выключателей (УРОВ), которое содержит релейную защиту присоединения, подключенную к нему через трансформаторы тока, воздействующую через схему УРОВ на цепь отключения без задержки выключателя присоединения и дублирующую цепь с задержкой для отключения примыкающих выключателей подстанции, а также реле положения [Руководящие указания по релейной защите. Устройство резервирования при отказе выключателей 35-500 кВ. Вып. 6. М.: Энергия, 1966].
Применение схемы УРОВ с реле положения не обеспечивает требуемое действие при дополнительных отказах в цепях и аппаратуре первичной и вторичной коммутации и селективность во времени действия защит подстанции и примыкающей сети, а использование блок-контактов выключателя не обеспечивает точной фиксации момента срабатывания выключателя, поскольку их положение не имеет точного взаимно однозначного соответствия с положением полюса выключателя и имеет недостаточную надежность, обусловленную использованием механических контактов.
Известно устройство резервирования отказа выключателя с выбором действия с помощью дополнительных трехфазных токовых реле по контролю наличия тока присоединения при срабатывании защиты на отключение выключателя [В.А. Рубинчик. Резервирование отключения коротких замыканий в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1985].
Недостатком указанного устройства является большое время срабатывания (300÷400 мс) при КЗ, из-за чего возможно нарушение устойчивости параллельной работы, дополнительные повреждения в месте КЗ, уменьшение эффективности работы противоаварийной автоматики.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для резервирования отказа выключателя по патенту РФ №2007810. Указанное устройство обеспечивает ускорение отключения КЗ для повышения устойчивости работы энергосистемы. Устройство содержит выключатель присоединения, реле выдержки времени, логический элемент управления УРОВ, командный блок управления выключателем, содержащий измерительные трансформаторы тока присоединения, подключенные к системе релейной защиты, датчик измерения тока присоединения и блок контроля скорости снижения тока присоединения. При КЗ на присоединении срабатывает релейная защита, формируя сигнал команды на отключение выключателя. Одновременно запускается реле выдержки времени и подается дублирующий сигнал от командного блока на вход логического элемента «И». Датчик измерения тока присоединения передает характеристики процесса изменения тока присоединения на блок контроля скорости снижения тока присоединения. В случае когда на интервале работы реле выдержки времени не будет выявлен процесс снижения тока, подается сигнал на второй вход логического элемента «И», выход которого формирует сигнал отключения резервирующих выключателей, за счет чего прекращается питание места КЗ. Скорость срабатывания устройства-прототипа по отношению к аналогу увеличена в 1,5÷2 раза и составляет 150÷200 мс.
Недостатком этого решения является то, что уставка выдержки времени должна задаваться с запасом, поскольку темп снижения тока зависит от времени гашения дуги на полюсе выключателя, от характеристик предаварийного режима, от схемы и дополнительного силового оборудования присоединения (такого как реакторы, батареи конденсаторов и т.п.), и не может быть уменьшена без снижения надежности выявления прекращения тока присоединения. Кроме того, указанное решение неэффективно при токах в присоединении меньше определенной величины, например при отключении от системы противоаварийной автоматики (ПА), технологических защит или по команде диспетчера.
Задача изобретения
Задачей изобретения является создание способа и устройства для обеспечения минимально возможного времени срабатывания УРОВ, обусловленного исключительно техническими характеристиками выключателя, не зависящего от темпа спадания тока КЗ присоединения и особенностей схемы электрической цепи присоединения. Это достигается тем, что факт отказа выключателя выявляется по характеристикам поведения привода полюса (полюсов) выключателя присоединения после подачи команды на отключение.
Существо изобретения
Существо изобретения заключается в следующем: подают сигнал выключения на вход управления выключателем присоединения, одновременно с этим запускают таймер выдержки времени и блок фиксации отключения, а затем ожидают сигнал с датчика выявления отключения присоединения. Если за время выдержки таймера не будет выявлен факт отключения присоединения, то подают сигнал на отключение резервирующих выключателей.
При этом приемник датчика выявления отключения присоединения закрепляют неподвижно относительно корпуса выключателя, а метку датчика располагают на элементе привода выключателя, перемещение которого взаимно однозначно связано с перемещением полюса выключателя.
Преимуществами предлагаемого способа являются уменьшение времени выявления отказа выключателя до 40÷60 мс, независимость выявления факта отказа выключателя от возможных повреждений в токовых цепях привода выключателя и повышенная точность определения момента срабатывания, что обеспечивает улучшение селективности работы автоматики релейной защиты.
Предложенное техническое решение может быть использовано как для ближнего, так и для дальнего резервирования.
Преимущество предложенного устройства состоит в том, что процесс выявления отказа срабатывания выключателя начинается заведомо раньше и выполняется быстрее, чем в устройстве-прототипе.
Изобретение может дополнительно использоваться совместно с традиционным устройством УРОВ в целях резервирования его работы.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.
На фиг. 1 представлена функциональная схема осуществления предложенного технического решения на примере ближнего резервирования при отказе выключателя.
На фиг. 2а показаны структура магнитоэлектрического датчика срабатывания и исходное положение частей датчика.
На фиг. 2б показано перемещение метки датчика при движении полюса выключателя.
Новизна
Новизна предложенного технического решения заключается в том, что факт срабатывания выключателя выявляется по прямому признаку - перемещению полюса выключателя, в отличие от выявления этого факта в прототипе по косвенному признаку - спаданию тока в присоединении, т.е. контролируется первопричина («выключатель не пошел на отключение»), а не следствие («ток не прекратился»).
Использование прямого признака позволяет существенно повысить быстродействие устройства по сравнению с быстродействием прототипа и обеспечить надежную работу при малых токах КЗ (удаленных замыканиях).
Дополнительно к этому точная синхронизация начала работы устройства с моментом формирования сигнала на отключение выключателя, а также задание уставки таймера ожидания независимо от схемы и параметров сети по электромеханическим характеристикам выключателя позволяют повысить селективность действия защит подстанции и примыкающей сети.
Достигаемый технический эффект
Использование изобретения приводит к уменьшению продолжительности КЗ и тем самым к снижению опасности нарушения устойчивости энергосистемы и уменьшению возможных повреждений оборудования от протекания токов КЗ при отказе выключателя.
Возможность осуществления устройства показана на следующем примере.
Пусть присоединение (1) через выключатель (2) подключено к сборным шинам (3). Устройство ускоренного резервирования при отказе выключателя (2) содержит блок технологического управления (4), таймер ожидания (5), датчик срабатывания (6), блок фиксации отключения (7) и логический блок (8).
Другие присоединения к шинам (3) выполняют через выключатели (9) и (10), которые используют как резервирующие при возникновении КЗ на присоединении (1).
Выход блока технологического управления (4) соединен с входом управления выключателем (2), входом запуска таймера ожидания (5), пусковым входом блока фиксации отключения (7) и первым входом логического блока (8).
Выход таймера ожидания (5) соединен со вторым входом логического блока (8).
Датчик срабатывания (6) размещен на приводе выключателя (2).
Выход датчика срабатывания (6) присоединен к измерительному входу блока фиксации отключения (7).
Выход блока фиксации отключения (7) соединен с третьим входом логического блока (8).
Выход логического блока (8) соединен с входами управления резервирующими выключателями (9, 10).
Датчик срабатывания (6) выполнен из двух частей. Первая часть содержит метку положения и закреплена на элементе привода выключателя, перемещение которого взаимно однозначно связано с перемещением полюса выключателя. Вторая часть закреплена неподвижно относительно корпуса выключателя и содержит приемный элемент, который реагирует на прохождение мимо него метки положения первой части датчика.
Метку (11) датчика срабатывания (6) в данном случае выполняют из ферромагнитного материала и закрепляют на подвижной части привода полюса выключателя. Приемную часть (13) датчика срабатывания (6) в данном случае выполняют в виде магнитопровода, содержащего вставку с постоянным магнитом и обмотку, и закрепляют неподвижно относительно корпуса выключателя (14).
С целью диагностики механического состояния привода метка (11) может быть выполнена из одного или нескольких разнесенных друг от друга сегментов или выполнена с профилем переменной ширины или с профилем переменной высоты.
Блок фиксации отключения (7) содержит средства расчета скорости перемещения метки датчика срабатывания (6) и выдает выходной сигнал, если расчетная скорость перемещения равна или больше задаваемой уставки.
Датчик срабатывания (6) может выполняться в виде магнитоэлектрического, индукционного, электромагнитного, электростатического, электромеханического, оптического или ультразвукового устройства.
Устройство работает следующим образом
При срабатывании релейной защиты присоединения или поступлении команды оперативного диспетчера формируют выходной сигнал блока технологического управления (4). Этот сигнал поступает на вход управления выключателем присоединения (2), на вход включения таймера ожидания (5), на вход блока фиксации отключения (7) и на вход логического блока (8).
Система управления выключателем приводит в действие привод выключателя, который перемещает штангу управления полюсом выключателя, обеспечивая тем самым прекращение тока КЗ.
Блок фиксации отключения (7) обрабатывает информацию от датчика срабатывания выключателя (6) и по характеру изменения сигнала выявляет факт перемещения привода полюса выключателя (1). Поскольку перемещение полюса свидетельствует о срабатывании выключателя, то блок фиксации отключения (7) выставляет сигнал на вход логического блока (8).
Если по любой причине полюс выключателя не будет разомкнут, то логическим блоком (8) не будет получен сигнал от блока фиксации отключения (7) и по окончании работы таймера ожидания (5) на вход логического блока (8) будет передан сигнал окончания времени ожидания срабатывания выключателя.
Логический блок (8) выполняет следующий функционал.
При наличии сигнала от блока технологического управления (4)
- при наличии сигнала от блока фиксации отключения (7) и отсутствии сигнала от таймера ожидания (5) завершает работу системы резервирования;
- при отсутствии сигнала от блока фиксации отключения (7) и наличии сигнала от таймера ожидания (5) формирует сигнал на отключение резервирующих выключателей (9, 10), отделяя тем самым место повреждения от неповрежденной части энергосистемы.