УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам противоаварийной автоматики в системах критичных к длительности перерыва в электроснабжении.
Известно устройство для автоматического включения резерва для сетей с мощными синхронными электродвигателями, в котором подключение резервного источника осуществляется при исчезновении напряжения на одной из секций шин с учетом снижения частоты при повреждении и реверса мощности от электродвигателей в питающую сеть, SU 319991.
Недостатком такого устройства является то, что оно может действовать только после окончания переходного процесса и подключение электродвигателей производится после отключения питающей и отходящей линии. Это значительно 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. "Компановки 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 значительным, с точки зрения потребителя, собственным временем коммутации выключателей.
Известно также 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.
Данное техническое решение выбрано за прототип настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа 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 (АВР) и технологический развал установок.
Подобный недостаток выявился, в частности, при проектировании системы электроснабжения нефтеперекачивающих станций (НПС) "Восточная труба" - нефтепровод, который должен соединить Западную Сибирь с Китаем. Особенностью НПС данного направления является применение мощных потребителей с электродвигателями 18 МВт. Допустимая длительность понижения напряжения для подобных потребителей составляет не более 4 мсек. Подобное быстродействие не обеспечивает устройство АВР, выполненное на основе технического решения, изложенного в прототипе.
Задачей настоящей полезной модели является существенное повышение быстродействия устройства и обеспечение тем самым возможности использования электродвигателей весьма большой мощности.
Согласно изобретению это достигается за счет того, что устройство для автоматического включения резерва, содержащее 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.
Сущность полезной модели иллюстрируется схемой.
Устройство для автоматического включения резерва содержит два источника 1, 2 питания потребителей, обычно сеть 110 кВ. В конкретном примере потребителями являются мощные синхронные электродвигатели 3, 4 (по 18 МВт). Источник 1 питания подключен через вводной выключатель 5 к секции 7 шин, а источник 2 питания подключен через вводной выключатель 6 к секции 8. В качестве вводных выключателей могут использоваться обычные высоковольтные выключатели, например, вакуумные. Раздельные секции 7 и 8 шин соединены между собой двумя параллельно включенными выключателями, один из которых выполнен в виде биполярного блока 9 тиристоров, а другой выключатель 10 - обычный, например, вакуумный. Источники 1 и 2 подключены через силовые трансформаторы 11, 12 (110/10 кВ), соответственно.
Устройство также включает блок 13 управления, представляющий собой микропроцессорную систему, работающую с частотой выше частоты питающей сети.
К секциям 7, 8 шин подключены, соответственно, датчики 14, 15 аварийного режима, подключенные также, соответственно, к первому и второму входам блока 13 управления. Датчики 14, 15 представляют собой быстродействующие электронные реле напряжения.
Первый выход блока 13 подключен к управляющему входу биполярного блока тиристоров 9.
Мощные электродвигатели, необходимые в условиях перекачки нефти на весьма большие расстояния, подключены к секциям 7, 8 шин через частотные преобразователи 16, 17, соединенные управляющими входами, соответственно, со вторым и третьим выходами блока 13 управления. В этих условиях особое значение приобретает быстродействие устройства включения резерва, поскольку при аварийном понижении напряжения в случае аварии на одном из источников питания, длительностью более 4 мс, возможны "опрокидывания" инвертора частотного преобразователя и, как следствие, короткое замыкание двигателя.
Частотный преобразователь 16 подключен к секции 7 шин через, последовательно соединенные, согласующий трансформатор 18 и выключатель 19, а частотный преобразователь 17 подключен к секции 8 шин через согласующий трансформатор 20 и выключатель 21.
Устройство работает следующим образом.
В нормальном режиме источники питания 1, 2 подают напряжение на секции шин 7, 8 через включенные вводные выключатели 5 и 6. К секциям шин через включенные выключатели 19, 21 и согласующие трансформаторы 18, 20 включены преобразователи частоты 16, 17 и электродвигатели 3, 4.
Межсекционные выключатели 9, 10 отключены.
Микропроцессорная система управления 13, работающая с частотой выше сетевой, контролирует напряжения на секциях шин 7, 8 и обеспечивает подачу импульсов управления на вводные выключатели 5, 6 и систему управления частотных преобразователей 16, 17. В памяти
микропроцессора содержатся данные о параметрах двигателей, допустимых углах выбега двигательной нагрузки, допустимой разнице напряжений и фазового рассогласования секций шин.
При нарушениях в системе внешнего электроснабжения, например, при коротком замыкании в питающей сети со стороны источника 1, микропроцессор 13 осуществляет фиксацию разницы напряжений секций шин или фазовое рассогласование между напряжениями одноименных фаз секций шин с помощью датчиков 14, 15. При этом осуществляется подача команды управления на систему управления частотным преобразователем, которая осуществляет перевод инвертора частотного преобразователя в режим выпрямления, а выпрямителя частотного преобразователя в режим инвертирования.
Синхронно с этим подается импульс управления на биполярный блок тиристоров 9 и цепь отключения вводного выключателя 5. При включении тиристорного выключателя 9 образуется контур тока между двигателем 3, перешедшим, при аварии, в режим генератора и источником 2.
Длительность протекания указанного тока пропорциональна величине запасенной энергии в маховых массах двигателя 3. После окончания переходного процесса перевода нагрузки на резервный источник система управления частотного преобразователя 16 переводит его в исходное состояние выпрямителем в сторону сети и инвертором в сторону двигателя 3, и включается секционный выключатель 10.
За период переключения не происходит остановки технологии, отсутствуют гидравлические удары в трубопроводах.
Следует упомянуть, что на нефтепроводе "Восточная труба", в ряде областей, отсутствуют централизованные источники электроснабжения и предполагается использование мощных автономных установок, работающих на нефтяном топливе.
Предполагаемая мощность автономных источников более 20 МВт на секцию.
Рассмотренное устройство пригодно и в случае автономной системы. При этом тиристоры блока 9 могут, с помощью фазового управления, ограничивать ток переходного режима автономной установки и стабилизировать отклонение частоты напряжения автономного источника в переходном режиме.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить перевод мощной двигательной нагрузки, включенной в сеть посредством частотных преобразователей, в системе соразмерной мощности источников и потребителей.
В мировой практике подобные устройства отсутствуют.