ЩИТ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к системам оперативного постоянного тока.
Наиболее ответственными потребителями оперативного тока являются цепи защиты, автоматики и электромагнитов силовых выключателей в распределительных устройствах станций и подстанций, крупных распределительных пунктах и распределительных устройствах предприятий. Указанные цепи работают в основном на постоянном оперативном токе. Обеспечение бесперебойного питания оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной сети, возможно только в случае применения в качестве источника оперативного тока стационарных аккумуляторных батарей, являющихся одним из самых надежных источников оперативного тока. Устройством, осуществляющим ввод, секционирование и распределение постоянного оперативного тока от аккумуляторных батарей к потребителям, является щит постоянного тока.
Известен щит постоянного тока, взятый за прототип, содержащий панели, в которых размещены вводной автомат и рубильники для подключения к аккумуляторной батарее двух секций шин питания, две секции шин управления, запитанные от второй секции шин питания через рубильники, зарядно-выпрямительные устройства, подключенные каждое к своей секции шин питания через автоматические выключатели, система контроля изоляции и напряжения и автоматы отходящих линий (типовой проект №407-0-137 «Схемы и панели постоянного тока серии ПСН-1200 для подстанций на напряжение до 500 кВ с аккумуляторной батареей» Северно-Западного отделения «Энергосетьпроект», г.Ленинград, 1974 г.).
Известный щит постоянного тока имеет следующие недостатки.
В случае короткого замыкания на шинах питания и отключения вводного автомата теряется оперативный ток на всем объекте, и все защиты выводятся из работы, что может привести к развитию крупной системной аварии. Кроме этого, на шинах питания отсутствует защита от коммутационных перенапряжений, возникающих во время включений мощных индуктивных нагрузок, что может привести к выходу из строя современных микропроцессорных терминалов защиты, чувствительных к таким перенапряжениям. Далее, при дуговом коротком замыкании на шинах питания и отключении вводного автомата аккумуляторной батареи зарядно-выпрямительные устройства входят в режим ограничения тока, величины которого не хватает для срабатывания электромагнитного или теплового расцепителя вводного автомата зарядного устройства. В этом случае происходит подпитка дугового короткого замыкания токами зарядно-выпрямительных устройств, что может привести к выгоранию оборудования щита и возникновению пожара. Система контроля изоляции не позволяет определить место замыкания, а система контроля напряжения не позволяет проконтролировать повышение напряжения и уровень пульсаций. Также системы контроля не имеют резервирования, и при выходе из строя любого из них щит работает без контроля соответствующих параметров.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности и качества питания цепей оперативного постоянного тока.
Поставленная задача решается изменением схемотехнических решений и применением современных микропроцессорных устройств контроля и мониторинга для систем оперативного постоянного тока, а именно:
В щите постоянного тока, содержащем секции шин питания, вводными автоматами подключенными к вводному рубильнику аккумуляторной батареи, секции шин управления, а также зарядно-выпрямительные устройства, системы контроля изоляции и напряжения и автоматы отходящих линий, отличающийся тем, что дополнительно содержит выдвижные автоматические выключатели с электромагнитным приводом, посредством которых зарядно-выпрямительные устройства параллельно подключены к вводному рубильнику аккумуляторной батареи, а каждая из секций шин управления независимо подключена к вводному рубильнику аккумуляторной батареи посредством вводных автоматов, при этом вводные автоматы выполнены выдвижными с электромагнитным приводом.
По второму варианту щит постоянного тока, содержащий вводной рубильник аккумуляторной батареи, секции шин управления, а также зарядно-выпрямительные устройства, системы контроля изоляции и напряжения и автоматы отходящих линий, отличающийся тем, что дополнительно содержит выдвижные автоматические выключатели с электромагнитным приводом, посредством которых зарядно-выпрямительные устройства параллельно подключены к вводному рубильнику аккумуляторной батареи, а каждая из секций шин управления независимо подключена к вводному рубильнику аккумуляторной батареи посредством вводных автоматов, при этом вводные автоматы выполнены выдвижными с электромагнитным приводом.
При этом вводные автоматы секций шин и автоматы отходящих линий снабжены основной выносной токовой защитой, действующей на независимый расцепитель автомата, а также резервной защитой, выполненной в виде тепловых расцепителей этих автоматов.
Кроме этого, между секциями шин питания и между секциями шин управления размещены по два включенных последовательно стационарных секционных выключателя нагрузки, а в цепи аккумуляторной батареи перед вводными автоматами секций шин установлено устройство контроля состояния аккумуляторной батареи (УКСБ).
Система контроля изоляции основная подключена четырехпозиционным переключателем к вводному рубильнику аккумуляторной батареи, а система контроля изоляции резервная подключена этим же переключателем к секциям шин управления при неисправности основной.
Щит также снабжен устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный.
Причем, щит дополнительно оснащен инвертором с байпасом для питания устройств и оборудования щита на переменном токе в режиме ON-LINE.
Кроме всего, по первому варианту секции шин питания снабжены защитой от коммутационных перенапряжений, а секции шин управления оснащены реле контроля пульсаций и повышения, понижения напряжения, а по второму варианту секции шин управления снабжены защитой от коммутационных перенапряжений и реле контроля пульсаций и повышения, понижения напряжения.
Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что они решают одну и ту же задачу, а именно в повышении надежности и качества питания цепей оперативного постоянного тока.
Щит постоянного тока может выпускаться как с шинами питания, так и без них, в зависимости от требований заказчика. Шины управления присутствуют всегда.
Выполнение независимого подключения каждой секции шин питания и каждой секции шин управления к вводному рубильнику аккумуляторной батареи посредством вводных автоматов позволяет при аварийном отключении любой секции оставаться в работе неповрежденным секциям, а параллельное подключение к рубильнику аккумуляторной батареи зарядно-выпрямительных устройств исключает подпитку дугового короткого замыкания на секциях шин, так как поврежденная секция отделяется от зарядных устройств вводным выключателем секции.
Использование выдвижных вводных автоматических выключателей обеспечивает возможность ремонта выключателей без отключения секций шин питания и управления, а наличие у них электромагнитных приводов позволяет осуществлять дистанционное телеуправление включением-отключением.
Выносная токовая защита вводных автоматов секций шин и автоматов отходящих линий позволяет осуществить настройку уставок токов короткого замыкания в широком диапазоне и с минимальным шагом, а также временную задержку на отключение от 0,1 до 0,4 сек.
Встроенная в вводные автоматы и автоматы отходящих линий резервная защита в виде тепловых расцепителей гарантированно отключает автомат от тока короткого замыкания с чуть большей выдержкой времени в случае неисправности основной выносной защиты.
Размещение между секциями шин питания и секциями шин управления, включенных последовательно, стационарных секционных выключателей нагрузки, обеспечивающих отключение тока нагрузки и имеющих видимый разрыв, позволяет проводить плановые ремонты этих выключателей без полного отключения секций шин питания или управления.
Установка в цепи аккумуляторной батареи перед вводными автоматами секций шин устройства контроля состояния аккумуляторной батареи (УКСБ) позволяет осуществлять контроль: тока подзаряда с минимальным разрешением, снижения и повышения напряжения на аккумуляторной батарее при проведении регламентных работ, а также целостности цепи аккумуляторной батареи и переход в режим разряда.
При выходе из строя УКСБ остается возможность контроля тока подзаряда с более грубым разрешением с помощью типовой схемы последовательно включенных шунтов и милливольтметра с кнопкой, а контроль уровня напряжения осуществляется с помощью реле контроля напряжения и пульсаций, подключенных к шинам управления.
Подключение посредством четырехпозиционного переключателя основной системы контроля изоляции к вводному рубильнику аккумуляторной батареи обеспечивает в одном из положений переключателя определение полюса, на котором произошло снижение изоляции ниже установленного порога, а затем, в другом положении, измерение величины сопротивления изоляции и поиск места замыкания без отключения отходящих линий нагрузок. Подключение резервной схемы контроля изоляции к секциям шин управления в третьем и четвертом положении переключателя, обеспечивает возможность определения полюса с замыканием и измерение величины сопротивления изоляции в случае выхода из строя основной системы.
В отличие от прототипа и технических решений, в которых система контроля и мониторинга щита совмещена в одном устройстве и не имеет резервирования; данное решение позволяет осуществить полноценное функционирование этой системы при выходе из строя любого ее элемента.
Устройство безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный обеспечивает ограничение превышения напряжения питания потребителей на шинах управления выше допустимых пределов при осуществлении ускоренных и выравнивающих зарядов.
Подключение питания устройств и оборудования щита постоянного тока на переменном токе к инвертору с байпасом в режиме ON-LINE позволяет повысить надежность и бесперебойность работы этих устройств, так как инвертор вырабатывает от аккумуляторной батареи стабилизированное синусоидальное напряжение 220 В 50 Гц, не зависящее от изменений и исчезновений напряжения собственных нужд подстанции. При выходе из строя инвертора байпас с минимальным временем переключает питание нагрузки на сетевое напряжение.
Оснащение секций шин питания защитой от коммутационных перенапряжений, а также секций шин управления - защитой от коммутационных перенапряжений и реле контроля пульсаций и повышения, понижения напряжения также повышает надежность работы щита.
Таким образом, перечисленная совокупность признаков обеспечивает повышение надежности и качества питания цепей оперативного постоянного тока.
Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет считать заявляемое техническое решение новым.
Щитов постоянного тока может быть как два, подключенных к двум аккумуляторным батареям соответственно и имеющих возможность их (щитов) объединения, так и один, подключенный к одной аккумуляторной батарее.
На фиг.1 изображена схема щита постоянного тока с устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный, применяемая для одной аккумуляторной батареи из 2-вольтовых элементов, без дополнительных элементов, с шинами питания толчковой нагрузки; на фиг.2 - схема щита постоянного тока, применяемая для одной аккумуляторной батареи из 12-вольтовых элементов, без дополнительных элементов, без шин питания толчковой нагрузки; на фиг.3 - схема щита постоянного тока с устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный, для одной аккумуляторной батареи из 2-вольтовых элементов, без дополнительных элементов, без шин питания толчковой нагрузки.; на фиг.4 - схема щита постоянного тока с устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный, для одной аккумуляторной батареи из 2-вольтовых элементов, с дополнительными элементами, с шинами питания толчковой нагрузки; на фиг.5 - схема одного из двух щитов постоянного тока с устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный, для двух аккумуляторных батарей из 2-вольтовых элементов, без дополнительных элементов, с шинами питания толчковой нагрузки; на фиг.6 - схема одного из двух щитов постоянного тока с устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный, для двух аккумуляторных батарей из 2-вольтовых элементов, без дополнительных элементов, без шин питания толчковой нагрузки; на фиг.7 - схема одного из двух щитов постоянного тока с устройством безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный, для двух аккумуляторных батарей из 2-вольтовых элементов, с дополнительными элементами, с шинами питания толчковой нагрузки.
Каждая секция шин питания 2 и 3 подключена к аккумуляторной батарее 1 вводными автоматами 4 и 5 выдвижного исполнения с электромагнитным приводом и выносной, селективной по времени, защитой, а каждая секция шин управления 6 и 7 подключена к аккумуляторной батарее 1 вводными автоматами 8 и 9 выдвижного исполнения с электромагнитным приводом и выносной, селективной по времени, защитой. Зарядно-выпрямительные устройства 10 (рабочее) и 11 (резервное) подключены каждое независимо к аккумуляторной батарее 1 посредством автоматических выключателей 12 и 13. Между секциями шин питания 2 и 3 подключены последовательно соединенные стационарные секционные выключатели нагрузки 14, а между секциями шин управления 6 и 7 секционные выключатели 15. Основная система контроля изоляции 16 подключена переключателем к аккумуляторной батарее 1, а резервная система контроля изоляции 17 подключена к секциям шин управления 6 и 7, в случае выхода из строя основной. Потребители с питанием переменным током подключены к инвертору с байпасом 18. Имеется также устройство 19 безразрывного переключения нагрузки шин управления с концевого элемента аккумуляторной батареи на отпаечный. По первому варианту секции шин питания, а по второму варианту секции шин управления снабжены защитой 20, 21 от коммутационных перенапряжений и оснащены реле контроля пульсаций и повышения, понижения напряжения 22, 23. В цепи аккумуляторной батареи 1 перед вводными автоматами 4, 5, 8 и 9 секций шин установлено устройство контроля состояния аккумуляторной батареи УКСБ 24.
Щит работает следующим образом.
В обычном режиме, при наличии напряжения собственных нужд подстанции или электростанции, нагрузка, подключенная к автоматам отходящих фидеров, через вводной автомат зарядно-выпрямительного устройства (ЗВУ) 12 и вводные автоматы секций шин 4, 5, 8, 9 питается от рабочего ЗВУ 10. Одновременно это же ЗВУ поддерживает аккумуляторную батарею 1 в режиме постоянного подзаряда. В случае выхода из строя рабочего ЗВУ 10 или исчезновении его входного питающего напряжения автоматически подключается резервное ЗВУ 11 и через вводной автомат 13 осуществляет питание нагрузки по той же цепи. При исчезновении напряжения питания ЗВУ 10 и 11, аккумуляторная батарея переходит в режим разряда и осуществляет питание нагрузки через вводные автоматы секций шин 4, 5, 8, 9.
При проведении ускоренных и выравнивающих зарядов на каждый элемент аккумуляторной батареи 1 подается увеличенное напряжение заряда, которое в сумме может превысить напряжение питания потребителей на шинах управления выше допустимых пределов. Для ограничения этого напряжения, с помощью устройства 19, нагрузка шин управления безразрывно переключается с концевого элемента аккумуляторной батареи 1 на отпаечный, и основное ЗВУ 10 или 11 заряжает только большую часть батареи 1 с допустимым уровнем напряжения, а оставшиеся элементы заряжаются от дополнительного низковольтного ЗВУ, если основные ЗВУ - одноканальные, или от дополнительного канала, если основные ЗВУ - двухканальные. Таким образом хвостовые элементы предохраняются от повышенного тока заряда и закипания. По окончании ускоренного или выравнивающего заряда устройство 19 переключается в исходное положение.
При коротком замыкании на любой из секций шин происходит отключение вводного автомата этой секции своей выносной токовой защитой, а в случае выхода из строя выносной защиты автомат отключается своими тепловыми расцепителями с несколько большей выдержкой времени.
В случае короткого замыкания в кабеле сразу за автоматом отходящего фидера ток короткого замыкания почти равен току короткого замыкания на секции шин, поэтому выдержка времени выносной токовой защиты вводного автомата секции шин настраивается большей по отношению к выдержке времени фидерного автомата, чтобы он отключился раньше вводного. Это и обеспечивает временную селективность защит автоматов.
Для вывода в ремонт любого из вводных выключателей секций шин 4, 5, 8, 9 включаются секционные выключатели нагрузки 14 или 15, а затем отключается и снимается автомат. Таким образом осуществляется беспрерывное питание нагрузки от секции шин, вводной автомат которой выведен в ремонт.
В случае необходимости вывода в ремонт любого из последовательно включенных секционных выключателей нагрузки 14 или 15, нужно отключить вводной автомат той секции, к которой непосредственно подключен выводимый разъединитель, с другой стороны он отключен вторым, последовательно соединенным с ним, разъединителем.
Таким образом повышается безопасность производства работ, надежность и качество питания цепей оперативного постоянного тока.