Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемыми электроприводами

Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемыми электроприводами

Реферат

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/.

Известна двухступенчатая защиты от потери питания, которая содержит блок направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, блок минимального напряжения, первый таймер, первый исполнительный блок, второй таймер, второй исполнительный блок /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 выходного блока является выходом защиты минимальной частоты от потери питания с контролем направления активной мощности и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Выход второго выходного блока является выходом защиты минимального напряжения, действует на отключение синхронных электродвигателей, потерявших питание, и предназначен для сохранения технологического режима при длительном перерыве электроснабжения.

Недостатками этих устройств является ограниченное быстродействие на подстанциях с высоковольтными синхронными электродвигателями, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство защиты от потери питания, которое содержит блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, блок контроля минимального напряжения, первый таймер, первый исполнительный блок, второй таймер, второй исполнительный блок /Патент №2342755 Устройство защиты от потери питания / Шабанов В.А., Алексеев В Ю.. Опубликован 27.12.2008. Бюл. №38/.

Выход первого выходного блока является выходом защиты минимальной частоты от потери питания с контролем направления активной мощности и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства. Выход второго выходного блока является выходом второй ступени защиты от потери питания и действует на отключение синхронных электродвигателей, потерявших питание.

Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие на подстанциях с частотным регулированием скорости вращения высоковольтных синхронных электродвигателей, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.

Обусловлен этот недостаток следующим. В режимах потери питания синхронные двигатели, потерявшие питание, переходят в генераторный режим. Однако синхронные двигатели, которые подключены к питающим шинам через преобразователь частоты, вследствие односторонней проводимости преобразователя частоты не создают напряжения на шинах, потерявших питание. При этом пусковые реле частоты защиты от потери питания могут отказывать. Так, реле частоты типа ИВЧ-3 отказывает при U<0,6U_НОМ, реле типа РЧ-1 - при U<0,2U_НОМ /А.В.Беляев «Противоаварийное управление в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности». - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004 г., с.16/. В таких режимах действуют реле минимального напряжения. Однако первая ступень защиты минимального напряжения для отстройки от времени срабатывания токовых защит отходящих присоединений выполняется с выдержкой времени. Так, на нефтеперекачивающих станциях (НПС) выдержка времени первой ступени защиты минимального напряжения (ЗМН) составляет 0,5 с.

Задачей изобретения является повышение быстродействия отключения вводного выключателя секции шин, потерявшей питание.

Задача решается тем, что устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемыми электроприводами, включающее 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 пускового блока минимальной частоты и блока контроля минимального напряжения, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, выход которого подключен к первому таймеру, выход блока контроля минимального напряжения подключен к второму таймеру и к первому входу второго логического блока И, к вышеуказанному току ввода секции шин распределительного устройства подключен также вход блока контроля минимального тока, выход которого подключен к второму входу второго логического блока И, причем выходы первого и второго таймеров и второго логического блока И подключены к входам логического блока ИЛИ, выход которого подключен в входу исполнительного блока.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит 1 - блок контроля направления мощности; 2 - пусковой блок минимальной частоты; 3 - блок контроля минимального напряжения; 4 - блок контроля минимального тока; 5, 6 - таймеры с выдержками времени t1 и t2; 7, 8 - логические блоки И; 9 - логический блок ИЛИ; 10 - исполнительный блок.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от режимов работы технологических установок каждый из электродвигателей может быть подключен к секции шин либо через преобразователь частоты (если требуется регулирование его частоты вращения) либо непосредственно, то есть без преобразователя частоты, если по условиям технологического режима регулирование частоты вращения двигателя не требуется. При потере питания от внешнего источника электроснабжения синхронные двигатели переходят в генераторный режим, генерируют ЭДС в обмотке статора и создают напряжение на выводах обмотки статора. Это напряжение называют остаточным. Если синхронный двигатель подключен к секции шин непосредственно, без преобразователя частоты, то остаточное напряжение создается и на секции шин. При этом в случае если часть синхронных двигателей подключена к секции шин распределительного устройства непосредственно, без преобразователя частоты, 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 7, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймер 5. Начинается отсчет времени t₁. При прохождении времени t₁ исполнительный блок 10 действует на отключение вводного выключателя секции шин. Если потеря питания произошла вследствие короткого замыкания в питающей электрической сети, то пусковой блок минимальной частоты 2 может отказать. В таких режимах потери питания срабатывает блок контроля минимального напряжения 3 и через таймер 6 с выдержкой времени t2 действует на отключение вводного выключателя секции шин.

Если какой-либо синхронный двигатель подключен к секции шин через преобразователь частоты, то вследствие односторонней проводимости преобразователя частоты такой двигатель не создает остаточного напряжения на секции шин. Если все двигатели подключены к секции шин через преобразователи частоты, то в режимах потери питания остаточное напряжение на секции шин будет отсутствовать. При этом блок минимальной частоты не работает. В этом случае в известном устройстве срабатывает блок контроля минимального напряжения 3 и через таймер 6 с выдержкой времени t2 действует на отключение вводного выключателя секции шин. Блок минимального напряжения 3 срабатывает также при коротких замыканиях на линиях, отходящих от шин распределительного устройства. Однако при таких коротких замыканиях отключение вводного выключателя не желательно, так как это приведет к нарушению электроснабжения всех потребителей, подключенных к секции шин. При таких коротких замыканиях устройства релейной защиты той линии, на которой произошло короткое замыкание, должны отключать выключатель этой линии. Для того чтобы вводной выключатель секции шин не отключился раньше, чем релейная защита отходящей линии, на которой произошло короткое замыкание, отключит выключатель линии, выдержка времени t2 таймера 6 принимается больше выдержки времени устройств релейной защиты всех отходящих линий. Это приводит к увеличению времени действия известной защиты от потери питания (ЗПП) и к увеличению времени перерыва электроснабжения.

В предлагаемом устройстве в режимах потери питания, когда все синхронные двигатели подключены к секции шин через преобразователи частоты, срабатывает блок контроля минимального тока 4. И если исчезновение тока ввода происходит одновременно с исчезновением напряжения на секции шин распределительного устройства и срабатывает блок минимального напряжения 3, то на выходе второго логического блока И 8 появляется сигнал и защита от потери питания без выдержки времени отключает вводной выключатель секции шин распределительного устройства. Таким образом, блок минимального тока 4, блок контроля минимального напряжения 3 и логический блок И 8 образуют быстродействующую ступень защиты от потери питания. Если исчезновение тока ввода секции шин распределительного устройства происходит без снижения напряжения, например, вследствие отключения высоковольтных электродвигателей от секции шин, то блок контроля минимального напряжения 3 не работает и на выходе логического блока 8 сигнал не появляется. Блок контроля минимального напряжения 3 в данном случае выполняет функцию блокировки по напряжению быстродействующей ступени защиты от потери питания.

По факту отключения выключателя ввода происходит пуск устройства автоматического включения резерва (АВР). В результате время пуска АВР при использовании предлагаемой защиты от потери питания будет меньше, чем при использовании известного устройства, на величину выдержки времени t2 таймера 6. Длительный перерыв электроснабжения и длительный простой потерявших питание технологических агрегатов при использовании известного устройства может привести к потере устойчивости и расстройству технологического режима потребителя в целом.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство повышает быстродействие отключения водного выключателя 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 автоматике.

Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемыми электроприводами, включающее 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 пускового блока минимальной частоты и блока контроля минимального напряжения, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, выход которого подключен к первому таймеру, выход блока контроля минимального напряжения подключен к второму таймеру и к первому входу второго логического блока И, к вышеуказанному току ввода секции шин распределительного устройства подключен также вход блока контроля минимального тока, выход которого подключен к второму входу второго логического блока И, причем выходы первого и второго таймеров и второго логического блока И подключены к входам логического блока ИЛИ, выход которого подключен в входу исполнительного блока.