Мультиконтактная коммутационная система, имеющая независимое управление двумя силовыми контактными группами с резервированием силовых цепей
MULTI-CONTACT SWITCHING SYSTEM WITH INDEPENDENT CONTROL OF TWO POWER CONTACT GROUPS WITH REDUNDANT POWER CIRCUITS

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к устройствам секционирования линий электропередачи и предназначено для коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пункт секционирования для коммутации и защиты линий электропередач, включающий в себя высоковольтный модуль и низковольтный блок управления и защиты, закрепленные на одной опоре, расположенные в отдельных корпусах и соединенные кабелем, высоковольтный модуль содержит на крышке и боковой стенке высоковольтные вводы для подключения к линии электропередачи, трансформаторы тока и вакуумный выключатель, а низковольтный блок управления и защиты содержит элементы управления вакуумным выключателем, устройства релейной или микропроцессорной защиты и автоматики и аккумуляторную батарею (патент РФ №52276, кл. Н02В 11/00, опубл. 10.03.2006, Бюл.№7).
Недостатком известного устройства является его ограниченная область применения и, соответственно, невозможность его применения для  коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока, невозможность независимого управления двумя силовыми контактными группами для осуществления секционирования двух участков линии электропередачи и невозможность резервирования силовых цепей для предотвращения необоснованных перерывов в электроснабжении потребителей при обслуживании устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей и области его использования за счет применения для коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления двумя силовыми контактными группами для осуществления секционирования двух участков линии электропередачи и возможностью резервирования силовых цепей для предотвращения необоснованных перерывов в электроснабжении потребителей при обслуживании устройства.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность осуществлять функции коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления двумя силовыми контактными группами для осуществления секционирования двух участков линии электропередачи за счёт независимого управления контактными группами мультиконтактной коммутационной системы и контроля режимов её работы и режимов сети, в которой она установлена. Также это позволяет уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей. Резервирование силовых цепей позволяет  предотвращать необоснованные перерывы в электроснабжении потребителей при обслуживании устройства.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемая мультиконтактная коммутационная система, имеющая независимое управление двумя силовыми контактными группами с резервированием силовых цепей, включающая в себя коммутационные элементы и блок управления и защиты, согласно изобретению, содержит вводной коммутационный элемент ручного управления, установленный в силовой цепи и предназначенный для её ручной коммутации на вводе мультиконтактной коммутационной системы, первый коммутационный элемент дистанционного управления, установленный в силовую цепь после вводного коммутационного элемента ручного управления и предназначенный для коммутации первой силовой цепи с использованием дистанционных средств управления, второй коммутационный элемент дистанционного управления, установленный в силовую цепь после вводного коммутационного элемента ручного управления и предназначенный для коммутации второй силовой цепи с использованием дистанционных средств управления, первый выводной коммутационный элемент ручного управления, подключенный к силовой цепи после первого коммутационного элемента дистанционного управления и предназначенный для ручной коммутации первой силовой цепи на первом выводе мультиконтактной коммутационной системы, второй выводной коммутационный элемент ручного управления, подключенный к силовой цепи после второго коммутационного элемента дистанционного управления и предназначенный для ручной коммутации второй силовой цепи на втором выводе мультиконтактной коммутационной системы, первый перекидной коммутационный элемент ручного управления, установленный в первой силовой цепи перед первым коммутационным элементом дистанционного управления и осуществляющий переключение на первую силовую цепь, или на первую резервную силовую цепь, второй перекидной коммутационный элемент ручного управления, установленный во второй силовой цепи перед вторым коммутационным элементом дистанционного управления и осуществляющий переключение на вторую силовую цепь, или на вторую резервную силовую цепь, первый автоматический выключатель, установленный в первой резервной силовой цепи и предназначенный для её защиты от перегрузок и коротких замыканий, второй автоматический выключатель, установленный во второй резервной силовой цепи и предназначенный для её защиты от перегрузок и коротких замыканий, блок управления первым коммутационным элементом дистанционного управления, который соединён с первым коммутационным элементом дистанционного управления и передаёт на него команды включения и отключения, также соединен с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой, блок управления вторым коммутационным элементом дистанционного управления, который соединён со вторым коммутационным элементом дистанционного управления и передаёт на него команды включения и отключения, также соединен с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой, блок приёма и передачи данных, который соединён с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком бесперебойного питания, блок управления мультиконтактной коммутационной системой, который соединён с каждым из коммутационных элементов дистанционного управления и контролирует их положение, соединён с каждым из блоков управления коммутационными элементами дистанционного управления и осуществляет передачу команд на них включения и отключения соответствующего коммутационного элемента дистанционного управления, соединён с силовыми цепями мультиконтактной системы между всеми коммутационными элементами дистанционного и ручного управления и контролирует ток и напряжения в данных силовых цепях, осуществляет учёт потребления электроэнергии в данных цепях и контроль качества электроэнергии в них, соединён с блоком передачи данных и осуществляет передачу в него данных о работе мультиконтактной коммутационной системе и получает с него команды управления коммутационными элементами дистанционного управления, соединён с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, производит архивирование режимов работы устройства, обеспечивает выполнение алгоритмов автоматизации устройства, блок бесперебойного питания, который соединён с блоком управления мультиконтактной коммутационной системой и блоком приёма и передачи данных для обеспечения их питания.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема мультиконтактной коммутационной системы, имеющей независимое управление двумя силовыми контактными группами с резервированием силовых цепей.
Мультиконтактная коммутационная система, имеющая независимое управление двумя силовыми контактными группами с резервированием силовых цепей содержит вводной коммутационный элемент ручного управления (ВКЭРУ 1), первый коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 2), второй коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 3), первый выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 4), второй выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 5), блок управления первым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 6), блок управления вторым коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 7), блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 8), блок приема и передачи данных (БПД 9), блок бесперебойного питания (ББП 10); перекидной коммутационный элемент ручного управления ПКЭРУ11; перекидной коммутационный элемент ручного управления ПКЭРУ12; выключатель автоматический ВА13; выключатель автоматический ВА14.
ВКЭРУ 1 установлен в силовой цепи. ПКЭРУ11 установлен в первой силовой цепи после ВКЭРУ1 и перед КЭДУ2.  ПКЭРУ12 установлен во второй силовой цепи после ВКЭРУ1 и перед КЭДУ3.  КЭДУ 2 установлен в первую силовую цепь после ПКЭРУ11. КЭДУ 3 установлен во вторую силовую цепь после ПКЭРУ12. ВыКЭРУ 4 установлен в первой силовой цепи после КЭДУ 2. ВыКЭРУ 5 установлен во второй силовой цепи после КЭДУ 3. БУКЭДУ 6 соединён с КЭДУ 2. БУКЭДУ 7 соединён с КЭДУ 3. БПД 9 соединён с БУМКС 8 и с ББП 9. БУМКС 8 соединён с КЭДУ 2, с КЭДУ 3, с ВКЭРУ 1, с ВыКЭРУ 4, с ВыКЭРУ 5, соединён с БУКЭДУ 6, с БУКЭДУ 7, ПКЭРУ11, ПКЭРУ12, ВА13, ВА14, соединён с силовыми цепями мультиконтактной системы между ВКЭРУ1 и ПКЭРУ11, ПКЭРУ12, между ПКЭРУ11 и КЭДУ 2, между ПКЭРУ12 и КЭДУ 3, между КЭДУ 2 и ВыКЭРУ 4 и между КЭДУ 3 и ВыКЭРУ 5, соединён с БПД 9, соединён с ББП 10.  ББП 10 соединён с БУМКС 8 и с БПД 9.
Устройство работает следующим образом.
Подача напряжения может быть осуществлена с любого из выходов устройства в силовую цепь, первую силовую цепь, или вторую силовую цепь в зависимости от расположения источника питания. При этом питание подаётся на ББП10 и через него на блок управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 8) в результате чего им автоматически подаётся команда на блоки управления первым и вторым коммутационными элементами  дистанционного управления (БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7) на включение первого коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 2) и второго коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 3) соответственно. КЭДУ 2 и КЭДУ 3 включаются и замыкают соответсвующие силовые цепи, в которых они установлены. При включении первого выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 4), если ПКЭРУ 11 находится в положении, когда он замыкает своими контактами первую силовую цепь, будет замкнута первая силовая цепь устройства. При включении второго выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 5), если ПКЭРУ12 находится в положении, когда он замыкает своими контактами вторую силовую цепь, будет замкнута вторая силовая цепь устройства. При включении ВКЭРУ1 будет замкнута силовая цепь устройства.  Ручное отключение силовых цепей мультиконтактной коммутационной системы производится посредством размыкания соответственно ВКЭРУ1, ВыКЭРУ4, или ВыКЭРУ5. При местном управлении мультиконтактной коммутационной системой команда на отключение первой силовой цепи может подаваться также с помощью БУМКС 8. При этом команды отключения соответствующих силовых цепей подаются от БУМКС 8 на БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7, которые, в свою очередь, отключают КЭДУ 2 и КЭДУ 3 за счёт прекращения подачи питания на их электромагниты. Также отключение мультиконтактной коммутационной системы можно осуществить с помощью команд, поданных на БУКЭДУ 6 и БУКЭДУ 7 от блока приема и передачи данных (БПД 9), обработанных с помощью БУМКС 8. С помощью данного блока можно осуществить дистанционное включение мультиконтактной коммутационной системы. БПД 9 получает команды на включение или отключение мультиконтактной коммутационной системы с помощью кодированного сигнала, передаваемого по силовой сети с применением существующих технологий передачи сигналов по ней или с помощью кодированной последовательности включения и отключения напряжения в ней или получает команды на включение или отключение мультиконтактной коммутационной системы с помощью сигнала получаемого через канал связи, например JPS, JPRS, Глонасс, радио или другой канал.
БУМКС8 контролирует ток и напряжение в силовых цепях устройства, осуществляет учет электроэнергии в силовых цепях, контроль качества электроэнергии, контроль количества и времени отключения напряжения в силовых цепях устройства и во внешних силовых сетях. Данные о токе, напряжении, потреблении электроэнергии, отключениях напряжения, о качестве электрической энергии передаются в блок передачи данных и через него диспетчеру компании, обслуживающей оборудование мультиконтактной коммутационной системы. При возникновении в силовой сети за мультиконтактной коммутационной системой, или в силовой цепи устройства,  тока перегрузки или тока короткого замыкания, БУМКС 8 подаст сигнал на БУКЭДУ 6 или на БУКЭДУ 7 соответственно на отключение КЭДУ 2 или КЭДУ 3 в зависимости от того, в какой силовой цепи зафиксирован ток перегрузки, или короткого замыкания. В этом случае, если в логике работы устройства заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ) КЭДУ 2 (КЭДУ 3), то после выдержки времени будет осуществлено АПВ КЭДУ 2 или  АПВ КЭДУ 3 и, если оно будет неуспешным, то есть в первой или соответственно во второй силовой сети за мультиконтактной коммутационной системой, или внутри неё после КЭДУ 2 или после КЭДУ 3, повторно появится ток перегрузки или ток короткого замыкания, то БУМКС 8 повторно подаст сигнал на БУКЭДУ 6 или БУКЭДУ 7 на отключение КЭДУ 2 или КЭДУ 3. При этом будет заблокирована возможность дистанционного включения мультиконтактной коммутационной системы до устранения повреждений в силовой цепи за КЭДУ 2 или КЭДУ 3. Также при этом будет отправлено сообщение о повреждении в соответствующей силовой цепи, или сети. Если АПВ будет успешным, то мультиконтактная коммутационная система продолжит работу в нормальном режиме.
Положение коммутационных элементов мультиконтактной коммутационной системы контролируется с помощью блока управления мультиконтактной коммутационной системой (БУМКС 8), который при изменении положения коммутационных элементов КЭДУ 2, КЭДУ 3, ВКЭРУ 1, ВыКЭРУ 4, ВЫКЭРУ 5, ПКЭРУ11, ПКЭРУ12, ВА13, ВА14 передаёт соответствующие данные в блок передачи данных (БПД 9).
При необходимости обслуживания первой силовой цепи устройства, например, при необходимости замены КЭДУ2, ПКЭРУ11 переводится в положение, в котором размыкается первая силовая цепь и замыкается первая резервная силовая цепь устройства, в которой установлен ВА13. При включенном состоянии ВА13 первая резервная силовая цепь будет замкнута и, при отключении ВыКЭРУ4 можно осуществлять замену КЭДУ2, напряжение на КЭДУ2 будет отсутствовать. Питание потребителей при этом будет осуществляться через первую резервную  силовую цепь, что предотвратит необоснованный перерыв в их электроснабжении при обслуживании первой силовой цепи устройства. ВА13 при этом будет выполнять функции защиты первой резервной силовой цепи от перегрузок и коротких замыканий. Аналогично,  при необходимости обслуживания второй силовой цепи устройства, например, при необходимости замены КЭДУ3, ПКЭРУ12 переводится в положение, в котором размыкается первая силовая цепь и замыкается первая резервная силовая цепь устройства, в которой установлен ВА14. При включенном состоянии ВА14 вторая резервная силовая цепь будет замкнута и, при отключении ВыКЭРУ5 можно осуществлять замену КЭДУ3, напряжение на КЭДУ3 будет отсутствовать. Питание потребителей при этом будет осуществляться через вторую резервную силовую цепь, что предотвратит необоснованный перерыв в их электроснабжении при обслуживании второй силовой цепи устройства. ВА14 при этом будет выполнять функции защиты первой резервной силовой цепи от перегрузок и коротких замыканий.
Предлагаемое устройство позволяет осуществить коммутацию и защиту линий электропередачи, учет электроэнергии, контроль качества электроэнергии, контроль напряжения одновременно в двух силовых сетях. Его применение предотвращает развитие аварийной ситуации и позволяет уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей. За счёт резервирования силовых цепей обеспечивает предотвращение необоснованных перерывов  в электроснабжении потребителей при обслуживании коммутационных элементов устройства.