УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ СИЛОВЫХ КЛЮЧЕЙ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для контроля состояния силовых ключей в высоковольтных выключателях с напряжением 3-35 кВ, предназначенных, например, для автоматического ввода резервного питания.
Известно устройство для контроля состояния силовых ключей (SU №1445501, опубликовано 20.06.2000), содержащее датчики напряжения по числу тиристоров в высоковольтном вентиле, подключенные входами к соответствующим тиристорам, а выходами - через световоды к блоку преобразования световых сигналов в электрические, соединенного выходами с входами системы обработки информации и защит. При этом каждый световод оснащен оптопередатчиком и оптоприемником.
Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности, так как устройство может использоваться на распределительных подстанциях с одной секцией шин и питанием подстанции от одного источника.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является устройство для контроля состояния силовых ключей (RU №2417498, опубликовано 27.04.2011), высоковольтный вентиль с последовательно соединенными силовыми ключами с параллельными RC-цепочками, токоограничивающие резисторы, блок резисторов, датчик температуры силовых ключей, последовательно соединенные блок измерения сигналов, оптопередатчик, оптоприемник, устройство управления защит.
Недостаток прототипа - ограниченные функциональные возможности, так как устройство может использоваться только на распределительных подстанциях с одной секцией шин и питанием подстанции от одного источника и не обеспечивает контроля за состоянием силовых ключей при включении высоковольтного вентиля между двумя секциями шин на распределительных подстанциях с двумя (и более) секциями шин и питанием подстанции от двух источников.
Это обусловлено конструктивным решением, которое не позволяет контролировать состояние силовых ключей в рабочем режиме, т.к. напряжения на секциях шин равны друг другу, на силовых ключах отсутствует разность напряжений и в результате на выходе устройства будет ложная информация о неисправности тиристоров.
Технический результат заявляемого устройства - расширение функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля состояния силовых ключей содержащее высоковольтный вентиль с последовательно соединенными силовыми ключами с параллельными RC - цепочками, токоограничивающие резисторы, блок резисторов, датчик температуры силовых ключей, последовательно соединенные блок измерения сигналов, оптопередатчик, оптоприемник, устройство управления защит, введены опорный элемент и конденсатор последовательно соединенные, причем, опорный элемент подключен одним выводом к средней точке высоковольтного вентиля, а вторым выводом - к шине питания блока измерения сигналов и конденсатору, а выход конденсатора предназначен для подсоединения к общей точке конденсаторов разных фаз для устройства автоматического ввода резерва.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в устройстве для контроля состояния силовых ключей за счет введения опорного элемента и конденсатора и подключения их между средней точкой высоковольтного вентиля и общей точкой конденсаторов разных фаз устройства автоматического ввода резервного питания, образованы делители напряжения между введенным конденсатором и RC - цепочками силовых ключей. В результате на силовых ключах появляется разность напряжений, что позволяет блоку измерения сигналов контролировать состояние силовых ключей. При этом, напряжение на опорном элементе используется для питания блока измерения сигналов. Наличие этих существенных признаков и оригинальная схема соединения позволили простыми средствами получить деление напряжения на силовых ключах и источник питания для блока измерения сигналов. Это позволило использовать заявляемое техническое решение в устройстве для автоматического ввода резерва (далее АВР) на подстанции с двумя секциями шин.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для контроля состояния силовых ключей, на фиг.2 показан пример контроля за состоянием силовых ключей одной фазы трехфазного устройства АВР). На представленных фигурах приняты обозначения:
1 - силовые ключи высоковольтного вентиля;
2 - токоограничивающие резисторы;
3 - блок резисторов;
4 - блок измерения сигналов;
5 - оптопередатчик;
6 - оптоволокно;
7 - оптоприемник;
8 - устройство управления и защит;
9 - датчик температуры;
10 - опорный элемент;
11 - конденсатор;
ОТ - общая точка конденсаторов разных фаз устройства для автоматического ввода резервного питания.
12, 13 - вводные выключатели;
14 - секционный выключатель;
15, 16 - электродвигатели или смешанные нагрузки;
17 - контроллер АВР;
СШ1, СШ2 - первая и вторая секции шин подстанции.
Устройство для контроля состояния силовых ключей содержит в каждой фазе высоковольтный вентиль с последовательно включенными силовыми ключами 1 с параллельными RC-цепочками, токоограничивающие резисторы 2, соединенные первыми выводами с соответствующими выводами силовых ключей 1. Вторые выводы токоограничивающих резисторов 2 соединены со вторыми выводами резисторов 3, подключенных первыми выводами к средней точке высоковольтного вентиля, соединенной с общей шиной питания блока измерения сигналов 4. Резисторы 2 и 3 образуют делители напряжения, подключенные выходами к входам блока измерения сигналов 4, соединенного выходами с входами оптопередатчика 5. Выход оптопередатчика 5 через оптоволокно 6 соединен с входом оптоприемника 7, подключенного выходом к входу устройства управления и защит 8. Два других входа устройства управления и защит 8 предназначены для подключения выходов оптоприемников других фаз устройства. Датчик температуры 9 включен между входом и общей шиной питания блока измерения сигналов 4. Датчик температуры 9 касается корпуса силового ключа 1, соединенного со средней точкой высоковольтного вентиля. Опорный элемент 10 и конденсатор 11 соединены последовательно, при этом опорный элемент 10 подключен одним выводом к средней точке высоковольтного вентиля, а вторым выводом - к шине питания блока измерения сигналов 4 и конденсатору 11, а свободный вывод конденсатора 11 предназначен для подключения к общей точке конденсаторов 11 разных фаз устройства для автоматического ввода резервного питания.
Устройство работает следующим образом:
Силовые ключи 1 закрыты и на них присутствует переменное напряжение, величина которого определяется делителями напряжения, образованными RC-цепочками и конденсатором 11. Это напряжение поступает на входы блока измерения сигналов 4 через резисторы 2, где оно ограничивается резисторами 3, образующими с резисторами 2 делители напряжения. При «пробитом» силовом ключе 1 напряжение на нем равно нулю. При исправном силовом ключе величина напряжения на нем отличается от нуля. Блок измерения сигналов 4 непосредственно измеряет величину напряжения на силовых ключах 1, соединенных со средней точкой высоковольтного вентиля. Величину напряжения на других силовых ключах 1 блок измерения сигналов 4 определяет через разность напряжений между соседними делителями напряжения. Сигнал в виде кода поступает с выхода блока измерения сигналов 4 через оптопередатчик 5, оптоволокно 6 и оптоприемник 7 на вход устройства управления и защит 8. Датчик температуры 9 измеряет температуру одного из ключей 1, соединенных со средней точкой высоковольтного вентиля. Напряжение на опорном элементе 10, используется для питания блока измерения сигналов 4. На другие входы устройства управления и защит 8 поступают сигналы из других фаз устройства АВР.
Устройство управления и защит 8 сообщает в контроллер 17, что все силовые ключи 1 высоковольтных вентилей всех фаз устройства исправны и разрешается работа АВР. В случае обнаружения поврежденного силового ключа, блок измерения сигналов 4 сообщает его номер, а устройство управления и защит 8, в зависимости от количества поврежденных силовых ключей, разрешает или запрещает работу высоковольтных вентилей. Контроллер 17 следит за напряжениями на секциях шин и токами на обоих вводах подстанции, получая информацию с соответствующих датчиков напряжения и тока. При возникновении аварийной потери питания на одном из вводов подстанции котроллер 17 отключает выключатель 12 или 13 аварийного ввода. Затем он следит за тем, чтобы расхождение векторов напряжений на резервном вводе и на выбегающей двигательной нагрузке 15 или 16 не превысило 30 электрических градусов и на этом отрезке времени дает команду устройству управления и защит 8 на включение высоковольтных вентилей. Получив подтверждение о включении высоковольтных вентилей от устройства управления и защит 8, контроллер 17 включает механический секционный выключатель 14, шунтирующий высоковольтные вентили. Получив подтверждение о включении секционного выключателя 14, контроллер 17 дает команду на отключение высоковольтных вентилей. При восстановлении напряжения на аварийном вводе контроллер 17 возвращает вводной и секционный выключатели в исходное состояние.
Высоковольтные полупроводниковые вентили включаются практически мгновенно в отличие от механического секционного выключателя (его время включения - 70…200 мс).
Питание блока измерения сигналов 4 осуществляется от цепи высоковольтного вентиля через опорный элемент 10, который может быть выполнен, например, на основе стабилизатора напряжения или стабилитрона или резистора, или их сочетания.
В мощных сетях с малыми индуктивными сопротивлениями фазных цепей (при отсутствии в сети токоограничивающих реакторов) и при использовании безиндуктивного конденсатора может потребоваться включение последовательно с конденсатором небольших токоограничивающего резистора и дросселя с индуктивностью, по крайней мере, 0,2-0,5 мГн. Это необходимо для защиты опорного элемента и конденсатора от бросков тока с большой амплитудой и скоростью нарастания при начальной подаче на секцию шин напряжения, а также для защиты силовых ключей от напряжения, прикладываемого к ним с высокой скоростью, при коротком замыкании в одной из секций на землю.
Контроль состояния силовых ключей высоковольтного вентиля выполняется в определенных условиях: до и после работы высоковольтного вентиля, когда напряжение подано, но ключи выключены. Во время работы высоковольтного вентиля силовые ключи находятся в открытом состоянии, поэтому режим контроля их исправности и измерение их нагрева заявляемым устройством в этом случае блокируется. В качестве силового ключа могут использоваться следующие приборы: тиристоры, симисторы, IGCT, GTO и др. приборы. Блок измерения сигналов может быть выполнен в виде микроконтроллера.
В сравнении с прототипом, введение в заявляемое устройство для контроля состояния силовых ключей опорного элемента и конденсатора и оригинальное их подключение позволило простыми средствами получить питание для блока измерения сигналов и разность напряжений на силовых ключах. Это позволило расширить функциональные возможности устройства и использовать устройствах ввода резерва, например, в быстродействующих устройствах автоматического ввода резерва на подстанции с двумя секциями шин или более.
Проведены испытания заявляемого устройства и получены положительные результаты. Планируется использование заявляемой полезной модели в тиристорных устройствах для автоматического ввода резерва.