УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОТЕРИ ПИТАНИЯ
POWER LOSS PROTECTION DEVICE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты.
Известна двухступенчатая защита минимального напряжения, содержащая: пусковые блоки (реле напряжения), реле времени и выходное (промежуточное) реле. Первая ступень с выдержкой времени первой ступени действует либо на отключение неответственных электродвигателей, либо на отключение ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Вторая ступень действует на отключение электродвигателей потерявшей питание секции шин с последующим включением электродвигателей резервных технологических агрегатов и предназначена для сохранения технологического режима при длительном перерыве электроснабжения /Чернобровов Н.Н., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. 1998 г., стр.715, рис.19.12/.
Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие при наличии на подстанции крупных синхронных двигателей. Обусловлен этот недостаток тем, что при потере питания в результате удаленных коротких замыканий в питающей сети или при нарушении электрической связи с источником напряжение на потерявшей питание секции шин может длительно поддерживаться синхронными двигателями, перешедшими в генераторный режим.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство защиты от потери питания, которое содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, два блока контроля минимального напряжения, первый, второй и третий таймеры, логический элемент ИЛИ и два исполнительных блока /Шабад М.А. Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели. Библиотека электромонтера, вып. 565, Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр.53-54, рис.19/.
Выход первого исполнительного блока является выходом первой ступени защиты от потери питания и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Выход второго исполнительного блока является выходом второй ступени защиты минимального напряжения и действует на отключение электродвигателей.
Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.
Обусловлен этот недостаток следующим. При потере питания в результате коротких замыканий в электрической сети происходит глубокая посадка напряжения. В условиях снижения напряжения реле частоты могут отказывать. В таких режимах срабатывают блоки контроля минимального напряжения. При этом первый блок минимального напряжения действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин. Однако такое отключение происходит с выдержкой времени, так как в соответствии с /Шабад М.А. Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели. Библиотека электромонтера, вып. 565, Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр.56/ время срабатывания таймера времени в цепи первого блока минимального напряжения должно выбираться больше времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых повреждения могут вызвать снижение напряжения ниже тех значений, при которых срабатывает первый блок минимального напряжения.
Задачей изобретения является повышение быстродействия отключения секции шин, потерявшей питание.
Задача решается тем, что в устройстве, включающем блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключены также входы двух блоков контроля минимального напряжения и пускового блока минимальной частоты, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, который выдает сигнал на первый таймер, выходы первого блока минимального напряжения и блока контроля направления мощности подключены к входам второго логического блока И, который выдает сигнал на второй таймер, причем логический элемент ИЛИ, подключенный к выходам первого и второго таймеров, подает сигнал на первый исполнительный блок, выход второго блока минимального напряжения подключен в входу третьего таймера, к выходу которого подключен второй исполнительный блок.
На фигуре 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства. На фигуре 2 - схема электрической сети: ИП1 и ИП2 - источники питания; ЗПП - защита от потери питания; АВР - автоматическое включение резерва; Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 - выключатели; A1, A2 - защиты.
1
2
3
Устройство содержит: блок контроля направления мощности 1; блок минимальной частоты 2; первый и второй блоки контроля минимального напряжения 3 и 4; логические блоки И 5 и 6; таймеры с выдержками времени t, t и t соответственно 7, 8, 9; логический элемент ИЛИ 10; исполнительные блоки 11, 12.
Входы блока контроля направления мощности 1 подключены к напряжению секции шин распределительного устройства и току ввода секции шин распределительного устройства, вход блока минимальной частоты 2 подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, входы первого и второго блоков контроля минимального напряжения 3 и 4 подключены к напряжению секции шин распределительного устройства.
Устройство работает следующим образом.
1
1
При потере питания от внешнего источника электроснабжения в результате нарушения электрической связи с источником синхронные двигатели переходят в генераторный режим. При этом начинается снижение частоты и напряжения на секции шин и изменяется направление активной мощности, которое контролируется блоком 1. При достижении уставки по частоте срабатывает блок минимальной частоты 2. Логический блок 5, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймер 7. Начинается отсчет времени t. При прохождении времени t исполнительный блок 11 действует на отключение вводного выключателя секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей.
ном
ном
При потере питания в результате коротких замыканий в электрической сети происходит глубокая посадка напряжения. В условиях снижения напряжения реле частоты могут отказывать. Так, реле частоты типа ИВЧ-3 отказывает при U<0,6U, реле типа РЧ-1 - при U<0,2U /А.В.Беляев. Противоаварийное управление в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004 г., с.16/. В таких режимах срабатывают блоки контроля минимального напряжения 3 и 4.
2
В случае если короткое замыкание произошло в распределительной электрической сети предприятия, подключенной к секции шин, потерявшей питание (в точке К на фигуре 2), направление активной мощности не изменяется по сравнению с нормальным режимом нагрузки и блок контроля направления мощности 1 не работает. Логический блок 6 не выдает сигнал на таймер 8 и исполнительный блок 11 не действует.
1
2
2
2
1
КР
1
2
КР
3
В случае если короткое замыкание произошло в питающей электрической сети (в точке K на фигуре 2), изменяется направление активной мощности и срабатывает блок контроля направления мощности 1. При этом логический блок 5 выдает сигнал на таймер 7. Начинается отсчет времени t. При прохождении времени t исполнительный блок 11 действует на отключение вводного выключателя Q2 секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей, потерявших питание (двигатель СД1 на фигуре 2). Выдержка времени t выбирается исходя из следующих соображений. При коротком замыкании в питающей сети работает защита поврежденного присоединения, которая отключает выключатель этого присоединения. Однако это может быть опасным для СД. Объясняется это следующим. При коротком замыкании в точке K защитой А1 с выдержкой времени Т4 отключается выключатель Q3. За время Т4 двигатель СД1 притормаживается и его ЭДС может измениться по фазе по отношению к фазе напряжения сети на угол, близкий к 180°. При отключении выключателя Q3 ЭДС СД1 и напряжение сети могут оказаться в противофазе. Такой режим может привести к недопустимым токам в обмотке статора СД1 и к выходу СД1 из строя. Время, за которое фаза ЭДС СД1 может измениться на 180°, называют критическим. Обозначим его Т. Это время составляет 0,15-0,3 с. Для обеспечения безопасности СД при отключении короткого замыкания в точке K уставка времени t должна быть не больше критического времени Т. Если длительность короткого замыкания больше критической, то необходимо отключать вводной выключатель Q2 с последующим пуском устройства автоматического включения резерва (АВР) и включением секционного выключателя Q5. В случае отказа устройства АВР или выключателя Q5 второй блок минимального напряжения 4 с выдержкой времени t таймера 9 через исполнительный блок 12 действует на отключение электродвигателей, потерявших питание (двигателя СД1 на фигуре 2).
2
В известном устройстве отсутствует логический блок 5 и блок контроля направления мощности 1 не используется для блокирования работы первого блока минимального напряжения 3. При этом для того, чтобы не произошло неселективное срабатывания защиты от потери питания при коротких замыканиях в распределительной сети, время срабатывания второго таймера t выбирается на ступень больше тех защит отходящих линий распределительной сети, в зоне действия которых короткие замыкания могут вызвать срабатывание первого блока минимального напряжения. Это приводит к увеличению времени срабатывания зашиты от потери питания, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.
2
В отличие от прототипа, время срабатывания второго таймера t в предлагаемом устройстве не требуется выбирать на ступень больше тех защит отходящих линий распределительной сети, в зоне действия которых короткие замыкания могут вызвать срабатывание блока минимального напряжения. Это приводит к снижению времени срабатывания зашиты от потери питания, что снижает время простоя технологических агрегатов.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство повышает быстродействие отключения секции шин, потерявшей питание, что снижает время простоя технологических агрегатов и технологический ущерб у ответственных потребителей.
Данное изобретение позволяет повысить устойчивость технологических систем и может найти широкое применение в технике релейной защиты и автоматики.