РУДНИЧНАЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ Российский патент 2007 года по МПК H02B13/00 

Изобретение относится к рудничным взрывобезопасным трансформаторным подстанциям, предназначенным для электроснабжения взрывоопасных производств, в частности для участков угольных предприятий.

Известна рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция [1], содержащая размещенные во взрывонепроницаемых оболочках (отсеках оболочки) коммутационный аппарат высшего напряжения, силовой трансформатор с закрепленными на его активной части датчиками температуры и распределительное устройство низшего напряжения, включающее в себя силовые шины, автоматический выключатель с независимым расцепителем, а также схему управления, защит и блокировок.

Тепловая защита в этих подстанциях осуществляется при помощи контролирующего элемента, в качестве которого используется термосопротивление. Термосопротивление закреплено на отводе одной из фаз обмотки силового трансформатора и подключено к блоку тепловой защиты, содержащему реле с нормально открытыми контактами, введенными в цепь независимого расцепителя автоматического выключателя.

Недостатки этой подстанции заключаются в том, что в ее электрической схеме задействован только независимый расцепитель автоматического выключателя. И, например, при неисправности независимого расцепителя (неправильная регулировка, обрыв цепи и т.д.) в случае возникновения аварийной ситуации по причине короткого замыкания или перегрузки, подстанция сама становится источником аварии. Это особенно опасно при эксплуатации ее во взрывоопасной атмосфере. Применение термосопротивления для контроля теплового состояния и установка его на отводе одной из фаз не позволяет с требуемой точностью определить температуру нагрева обмоток активной части. Кроме того, применение термосопротивления в свою очередь затрудняет объективный контроль теплового состояния активной части трансформатора из-за недостатков, присущих самому термосопротивлению - нелинейности его характеристики, необходимости дополнительно вводить преобразователь, разброса параметров, низкого предела контролируемой температуры. Последний недостаток обусловливает необходимость установки термосопротивления на отводе активной части. Существенная разность температур наиболее нагретой точки обмотки и отводов приводит к значительной погрешности при определении контролируемого параметра. Установка только одного термосопротивления также снижает надежность контроля нагрева активной части трансформатора. Воздействие реле блока тепловой защиты только на автоматический выключатель позволяет отключить сеть низшего напряжения, но не предотвращает развития аварии в трансформаторе подстанции. Например, при витковом коротком замыкании из-за небольшого повышения тока в высоковольтной сети питающая подстанцию высоковольтная ячейка ее не отключает.

Известна также рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция [2], взятая нами за прототип, содержащая размещенные во взрывонепроницаемых оболочках (отсеках оболочки) с кабельными коробками - коммутационный аппарат высшего напряжения, силовой трансформатор с закрепленными на его активной части дискретными датчиками температуры и распределительное устройство низшего напряжения, включающее в себя силовые шины, автоматический выключатель с расцепителем минимального напряжения и независимым расцепителем, блок питания цепей управления, блок максимальной токовой защиты, аппарат защиты от утечки тока на землю.

В этой трансформаторной подстанции частично устранены недостатки, присущие аналогу. Надежность трансформаторной подстанции повышена за счет того, что в цепи защиты введены расцепитель минимального напряжения и независимый расцепитель автоматического выключателя, применены дифференциальные датчики температуры, которые установлены на активной части двух фаз трансформатора. Это позволило повысить безопасность ее применения во взрывоопасных средах.

Недостатком взрывобезопасной трансформаторной подстанции, взятой нами за прототип, является то, что вследствие большой инерционности охлаждения активной части трансформатора подстанции ее не удается включить длительное время (1,5-2 часа) после срабатывания тепловой защиты. Установка дифференциальных датчиков температуры не приводит к существенному сокращению времени простоя. Особенно этот недостаток характерен для подстанций мощностью 630 кВ·А и более. Это приводит к возникновению опасности нахождения людей в рабочем пространстве с взрывоопасной атмосферой из-за невозможности включения вентиляторов местного проветривания. Обеспечение независимого включения последних от дополнительно установленной подстанции приводит к перерасходу затрат на систему электроснабжения. Невозможность включения подстанции непосредственно после ее отключения и отсутствие электроэнергии на участке влечет за собой прекращение основных работ, связанных с добычей полезного ископаемого. К недостаткам следует отнести также то, что схема управления, защиты и сигнализации подстанции выполнена таким образом, что датчики температуры воздействуют только на расцепитель минимального напряжения автоматического выключателя и, например, при неправильной его регулировке автоматический выключатель может не отключиться при срабатывании датчиков.

В основу изобретения поставлена задача создать рудничную взрывобезопасную трансформаторную подстанцию повышенной надежности и безопасности при эксплуатации, позволяющую практически избежать ее отключения на продолжительное время в результате воздействия перегрузки.

Решение поставленной задачи достигнуто тем, что в рудничной взрывобезопасной трансформаторной подстанции, содержащей размещенные во взрывонепроницаемых оболочках распределительные устройства высшего и низшего напряжений с кабельными коробками, коммутационный аппарат высшего напряжения, силовой трансформатор с закрепленными на его активной части датчиками температуры, распределительное устройство низшего напряжения, включающее в себя силовые шины, автоматический выключатель с расцепителем минимального напряжения и независимым расцепителем, блок питания цепей управления и защиты, блок максимальной токовой защиты, аппарат защиты от утечки тока на землю, на активной части силового трансформатора в месте расположения датчиков температуры размещены дополнительные дискретные датчики температуры, соединенные с дополнительно введенным устройством тепловой защиты и сигнализации, исполнительные элементы которого введены в цепи питания расцепителя минимального напряжения и независимого расцепителя автоматического выключателя, блоков максимальной токовой защиты и защиты от утечки тока на землю, причем, дополнительные датчики температуры имеют температуру срабатывания, меньшую температуры срабатывания упомянутых датчиков, устройство тепловой защиты и сигнализации содержит элементы световой и звуковой сигнализации о тепловом состоянии активной части трансформатора подстанции, и блок отключения высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию.

Блок отключения высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию, размещен в кабельной коробке распределительного устройства высшего напряжения.

Дополнительные датчики температуры установлены в количестве, равном количеству упомянутых датчиков.

Температура срабатывания дополнительных датчиков меньше температуры срабатывания упомянутых датчиков на 5-20°С.

Элементы световой и звуковой сигнализации устройства тепловой защиты и сигнализации выполнены во взрывозащищенном исполнении и размещены за пределами корпуса подстанции.

Устройство тепловой защиты и сигнализации содержит блок задержки, настроенный на заданный промежуток времени.

Предложенное изобретение отвечает требованиям изобретательского уровня, так как существенные признаки рудничной взрывобезопасной трансформаторной подстанции, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, в известных устройствах не обнаружены.

Предложенная рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция позволяет:

- упредить отключение подстанции при ее перегрузке путем подачи предварительного сигнала о необходимости снижения нагрузки;

- повысить безопасность проведения работ во взрывоопасном пространстве за счет исключения длительного нахождения подстанции и соответственно вентиляторов местного проветривания в отключенном состоянии;

- исключить прекращение работ на участке по причине отключения подстанции в результате срабатывания датчиков тепловой защиты.

Сущность предложенного технического решения представлена на чертеже, где изображена структурная схема рудничной взрывобезопасной трансформаторной подстанции.

Предложенная рудничная взрывобезопасная подстанция содержит размещенные в оболочках 1 и 2 с кабельными коробками высшего 3 и низшего 4 напряжений коммутационный аппарат высшего напряжения 5, силовой трансформатор 6 с установленными на его активной части дискретными датчиками температуры 7 и распределительное устройство низшего напряжения 8, включающее силовые шины 9, автоматический выключатель 10 с силовыми контактами 11, расцепителем минимального напряжения 12 и независимым расцепителем 13. Распределительное устройство низшего напряжения 8 содержит также блок питания 14 цепей управления, аппарат защиты от утечки тока на землю 15 и устройство максимальной токовой защиты 16.

На активной части трансформатора 6 в месте размещения датчиков 7 установлены дополнительные дискретные датчики температуры 17, количество которых равно, например, количеству датчиков 7. Датчики 17 включены в цепь питания исполнительного реле (не показано) дополнительно введенного устройства тепловой защиты и сигнализации 18. Устройство тепловой защиты питается от блока питания 14. Датчики 17 настроены на температуру срабатывания, меньшую по сравнению с температурой срабатывания датчиков 7 на 5-20°С. Устройство тепловой защиты и сигнализации 17 содержит исполнительные элементы, введенные в цепи питания расцепителя минимального напряжения, нулевого расцепителя и аппаратов защиты от утечки тока на землю и максимальной токовой защиты, а также связанные с введенным в кабельную коробку распределительного устройства высшего напряжения 3 блоком отключения 19 высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию.

Предложенная рудничная взрывобезопасная трансфоматорная подстанция работает следующим образом.

Напряжение на активную часть трансформатора 6 из сети высшего напряжения подается при помощи высоковольтного коммутационного аппарата 5. С вторичной обмотки трансформатора напряжение подается через шины 9 и силовые контакты 11 автоматического выключателя 10 в сеть низшего напряжения.

Защита трансформаторной подстанции от утечки тока на землю осуществляется при помощи аппарата защиты 15, а защита от перегрузки и от действия токов коротких замыканий осуществляется при помощи устройства максимальной токовой защиты 16.

В процессе работы подстанции в результате протекания тока по обмоткам происходит нагрев ее активной части трансформатора 6. При температуре активной части, равной уставке срабатывания датчиков 17, от них подается сигнал на устройство тепловой защиты и сигнализации 18. При этом устройство тепловой защиты подает звуковой и световой предупредительные сигналы о недопустимости ее дальнейшей перегрузки по току и одновременно начинает отработку выдержки времени на отключение сигнализации.

В течение заданной выдержки времени нагрузка на подстанцию должна быть снижена. По истечении выдержки времени звуковая и световая сигнализация отключаются. При этом возможны два варианта дальнейшей работы подстанции:

- нагрузка на подстанцию снижена;

- нагрузка на подстанцию не снижается.

В первом случае нагрузка на подстанцию своевременно снижается. Происходит охлаждение активной части трансформатора до возврата в исходное состояние датчиков 17. Устройство тепловой защиты и сигнализации 18 совместно с датчиками 17 переходит в режим контроля теплового состояния активной части трансформатора 6.

Во втором случае подстанция работает в режиме с перегрузкой. При температуре активной части, равной уставке срабатывания датчиков 7, устройство тепловой защиты 18 подает сигналы на расцепитель минимального напряжения 12 и независимый расцепитель 13, что приведет к отключению автоматического выключателя 10. Сигнал от устройства тепловой защиты 18 подается также в устройство отключения 19 высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию. Подстанция отключается. Такой случай может быть при коротком замыкании в электрической сети, при быстром возрастании нагрузки или при длительной перегрузке, когда оператор не снизит по сигналу нагрузку подстанции.

Устройство тепловой защиты и сигнализации 18 воздействует на расцепитель минимального напряжения 12 и независимый расцепитель 13. Его сигнал подается также на введенный блок отключения 19 высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию. Подстанция при этом полностью обесточивается. В случае, если причиной ее отключения явится короткое замыкание, обмотка активной части трансформатора не повреждается.

В прототипе же, при воздействии тепловой защиты только на расцепитель минимального напряжения, активная часть трансформатора остается подключенной к сети высшего напряжения и при коротком замыкании обмотка трансформатора может быть повреждена, причем аварийная ситуация может получить дальнейшее развитие и привести к более опасным последствиям, связанным с особенностью эксплуатации взрывозащищенного электрооборудования.

Предложенная рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция позволяет практически избежать ее отключения по причине недопустимого превышения температуры. Это является важным условием безопасной эксплуатации подстанции с особо опасными условиями труда - наличием взрывоопасной атмосферы, стесненностью рабочего пространства и необходимостью бесперебойного электроснабжения некоторых электроприемников, таких, например, как вентиляторы местного проветривания.

Предложенная трансформаторная подстанция позволяет также избежать длительных простоев, что является одним из требований к электроснабжению высокопроизводительных угледобывающих участков.

Выполнение рудничной взрывобезопасной трансформаторной подстанции в соответствии с принятым техническим решением позволяет за счет исключения недопустимого перегрева активной части трансформатора продлить сроки службы изоляции активной части трансформатора и ее эксплуатации.

Предложенное техническое решение позволяет исключить снижение производительности труда за счет сокращения простоев, вызванных срабатыванием тепловой защиты.

Предложенное устройство не сложно в конструктивном исполнении, изготовлении и техническом обслуживании.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Подстанции трансформаторные взрывобезопасные серии ТСШВП. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОАШ. 140.324. Донецк, 1977, - 31 с. (с.11).

2. Справочник энергетика угольной шахты. Т. 2 (главы 22-44). Изд. 2-е дополненное и переработанное в двух томах. Донецк, Юго-Восток, 2001, 886 с. (рис.30.4 - с.634, рис.30.5 и 30.6, с.636, 637).

Использование: для электроснабжения взрывоопасных производств, в частности для участков угольных предприятий. Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности при эксплуатации. В трансформаторной подстанции на активной части силового трансформатора в месте расположения датчиков температуры размещены дополнительные дискретные датчики температуры, температура срабатывания которых меньше температуры упомянутых датчиков, соединенные с дополнительно введенным устройством тепловой защиты и сигнализации, исполнительные элементы которого введены в цепи питания расцепителя минимального напряжения и независимого расцепителя автоматического выключателя, блоков максимальной токовой защиты и защиты от утечки тока на землю, устройство тепловой защиты и сигнализации содержит элементы световой и звуковой сигнализации о тепловом состоянии активной части трансформатора подстанции, в кабельную коробку распределительного устройства высшего напряжения введен блок отключения высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция, содержащая размещенные во взрывонепроницаемых оболочках распределительные устройства высшего и низшего напряжений с кабельными коробками, распределительное устройство высшего напряжения включает в себя коммутационный аппарат высшего напряжения, силовой трансформатор, на активной части которого закреплены дискретные датчики температуры, распределительное устройство низшего напряжения включает в себя силовые шины, автоматический выключатель с силовыми контактами, расцепителем минимального напряжения и независимым расцепителем, блок питания цепей управления и защиты, блок максимальной токовой защиты и аппарат защиты от утечки на землю, напряжение на активную часть силового трансформатора из сети высшего напряжения подается при помощи коммутационного аппарата высшего напряжения, с вторичной обмотки трансформатора напряжение подается через силовые шины и силовые контакты автоматического выключателя в сеть низшего напряжения, отличающаяся тем, что на активной части силового трансформатора в месте расположения дискретных датчиков температуры размещены соединенные с ними дополнительные дискретные датчики температуры, температура срабатывания которых меньше температуры срабатывания упомянутых датчиков, датчики соединены с вновь введенным устройством тепловой защиты и сигнализации, содержащем элементы световой и звуковой сигнализации, исполнительные элементы которого введены в цепи питания расцепителя минимального напряжения, независимого расцепителя и блоков защиты от утечки тока на землю и максимальной токовой защиты, сигналы с устройства тепловой защиты и сигнализации также подаются на введенный в кабельную коробку распределительного устройства высшего напряжения блок отключения высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию.2. Рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что блок отключения высоковольтного коммутационного аппарата, питающего подстанцию, размещен в кабельной коробке распределительного устройства высшего напряжения.3. Рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные датчики температуры установлены в количестве, равном количеству упомянутых датчиков.4. Рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что температура срабатывания дополнительных датчиков меньше температуры срабатывания упомянутых датчиков на 5-20°С.5. Рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что элементы световой и звуковой сигнализации устройства тепловой защиты и сигнализации выполнены во взрывозащищенном исполнении и размещены за пределами корпуса подстанции.6. Рудничная взрывобезопасная трансформаторная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что устройство тепловой защиты и сигнализации содержит блок задержки светового и звукового сигналов, настроенные на заданный промежуток времени.