СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ЗАПРЕТА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА НА УСТОЙЧИВЫЕ КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ И ПРОВАЛЫ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H02J9/06 H02J13/00 

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и направлено на комбинированный запрет срабатывания автоматического включения резерва (АВР) на устойчивые короткие замыкания (КЗ) и провалы напряжения (ПН) на секциях шин двухтрансформаторных понизительных подстанций для предотвращения распространения неустранившегося короткого замыкания в распределительных сетях с двусторонним питанием и ограничения частоты возникновения провалов напряжения.

В существующих системах электроснабжения оборудование и токоведущие элементы обычно рассчитаны только на номинальные значения токов. При исчезновении напряжения, вызванном коротким замыканием на шинах подстанции, действует АВР. Его выключатель срабатывает на короткое замыкание и отключается с ускорением. Однако включение аппарата на неустранившееся КЗ приводит к нежелательным последствиям. В этом случае секционный выключатель, силовой трансформатор и остальное электрооборудование резервной системы подвергаются значительным термическим и динамическим воздействиям. Кроме того, подключение нагрузки может сопровождаться значительными бросками мощности, если резервная система не обладает достаточными ее запасами, что обязательно вызовет провал питающего напряжения и лавинное развитие аварий.

Известен способ запрета подстанционного автоматического включения резерва на устойчивое короткое замыкание, заключающийся в том, что фиксируют ток короткого замыкания на вводе питающего трансформатора между вводным выключателем и выключателем АВР, после его исчезновения отсчитывают время бестоковой паузы автоматического повторного включения (АПВ) вводного выключателя и, если в момент окончания отсчета ток короткого замыкания не пропадает, подают сигнал на запрет срабатывания секционного выключателя АВР [1].

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает возможные аварийные режимы, вызванные недопустимыми бросками нагрузки системы шин, подключаемой к резервному вводу, при которых возникают провалы напряжения в системе как на стороне аварийного участка сети, так и на резервной секции, что приводит к нарушениям в электроснабжении. Предлагаемый способ предусматривает ограничение частоты провалов напряжения и их динамики в сочетании с предотвращением распространения устойчивого короткого замыкания на неповрежденные участки сети. Реализация способа не требует структурных изменений в топологии действующих систем электроснабжения и замены оборудования.

Задачей заявляемого изобретения является расширение области применения и функциональных возможностей способа посредством использования его для запрета автоматического включения резервного питания на провалы напряжения на шинах понизительных подстанций при наличии АПВ вводного выключателя, а также минимизация частоты, ограничение динамики развития провалов напряжения в системе электроснабжения.

Способ комбинированного запрета автоматического включения резерва (АВР) на устойчивые короткие замыкания (КЗ) и провалы напряжения (ПН) заключается в сравнении четырех параметров, характеризующих режимы работы электрооборудования. Способ отличается тем, что одним из них является время бестоковой паузы до автоматического повторного включения (АПВ) вводного выключателя. В качестве второго параметра принимают время между появлением тока короткого замыкания на вводе питающего трансформатора со стороны низкого напряжения до вводного выключателя двухтрансформаторной подстанции. Его сравнивают с первым параметром, для чего в момент исчезновения напряжения на секции фиксируют наличие тока короткого замыкания на вводе питающего трансформатора. После его отключения фиксируют отсутствие линейного напряжения, обусловленное отключением вводного выключателя, отсчитывают время бестоковой паузы до АПВ. Если в момент прекращения отсчета снова появится ток короткого замыкания, то делают вывод о том, что произошло устойчивое короткое замыкание на шинах подстанции между вводным выключателем и выключателем АВР. В этом случае подают сигнал запрета АВР. В противном случае, когда ток короткого замыкания отсутствует в момент прекращения отсчета, производят сравнение следующих двух параметров состояния, одним из которых принимают мощность подключаемой аварийной нагрузки, а другим - мощность резервной системы. После этого делают вывод о достаточности дополнительной нагрузочной способности резервного ввода для подключения аварийного участка сети основного источника без провала напряжения и, когда резерва недостаточно, подают сигнал на запрет АВР.

На чертеже приведена схема комбинированного запрета АВР на устойчивые короткие замыкания и провалы напряжения.

Схема запрета содержит два независимых ввода №1 и №2, работающих параллельно (элементы 1 и 2), питающие трансформаторы 1T и 2Т (элементы 3 и 4), вводной выключатель ввода №1 Q₂ (элемент 5), вводной выключатель ввода №2 Q₄ (элемент 6), секции шин I и II (элементы 7 и 8), секционный выключатель АВР Q₇ (элемент 9), выключатели нагрузки на отходящих линиях (элементы 10, 11, 12, 13), блоки контроля напряжения секций шин (БКН1 и БКН2, элементы 14 и 15), блоки контроля тока для каждого ввода (БКТ1 и БКТ2, элементы 16 и 17), блоки контроля мощностей выделенной нагрузки для каждого ввода (БКМ1 и БКМ2, элементы 18 и 19), блоки контроля резервов мощности подключаемого источника секций шин (БКР1 и БКР2, элементы 20 и 21), звено сравнения данных (ЗСД, элемент 22), устройство обработки параметров (УОП, элемент 23).

Схема работает следующим образом. В нормальном режиме на вводах трансформаторов 1T, 2T (элементы 3, 4) и секциях шин I, II (элементы 7, 8) протекает рабочий ток. Так как токи на секциях шин не равны току короткого замыкания (КЗ), то вся система блоков контроля не подвергается сигналам от релейной защиты вводных выключателей Q₂ или Q₄ (элементы 5 и 6), которые снабжены устройством автоматического повторного включения (АПВ), в результате чего схема не запускается.

При коротком замыкании на участке секции шин I за выключателем Q₂ (элемент 5) защита выводит его из работы. В этот момент времени БКТ1 (элемент 14) фиксирует значительное увеличение тока в системе основного источника, а затем выдает сигнал вида I_с.ш.I→∞ на УОП (элемент 23). Одновременно с ним БКН1 фиксирует исчезновение (или многократное снижение) линейных напряжений на I секции (элемент 7) и подает на УОП (элемент 23) сигнал вида U_с.ш.I→0. Через заданную выдержку времени защита отключает аппарат Q₂ (элемент 5), оснащенный устройством автоматического повторного включения (АПВ). Исчезают ток короткого замыкания и линейные напряжения на шинах I секции. Эти события регистрируются соответствующими блоками БКН1 и БКТ1 (элементы 14 и 16), которые формируют команды вида I_с.ш.I→0 и U_с.ш.I→0 на УОП (элемент 23), где проводится вторичный анализ поступающей с блоков информации. Затем срабатывает автоматическое повторное включение выключателя (элемент 5) с заданной выдержкой t_АПВ(Q2). УОП (элемент 23) производит задержку по времени t_УОП, равную бестоковой паузе АПВ: t_УОП=t_АПВ(Q2), которое совпадает с моментом поступления вторичных сигналов с блоков БКН1 и БКТ1 (элементы 14 и 16). В силу чего УОП формирует и подает команду на запрет АВР и срабатывания Q₇ (элемент 9). При восстановлении нормального режима работы на секции шин I появится напряжение, что будет зафиксировано исполнительными органами и логической частью АВР, и схема вернется в исходное состояние.

При неустойчивом коротком замыкании вторичных сигналов с блоков БКН1 и БКТ1 (элементы 14 и 16) не поступает на УОП (элемент 23), поэтому вынужденной задержки времени не производится. В этот момент блок БКМ1 (элемент 18) фиксирует величину мощности на выделенной нагрузке и выдает это значение на ЗСД (элемент 22) в виде Р_{раб.с.ш.I}=m_I. Одновременно с этим блок БКР2 (элемент 21) определяет запас мощности в резервной системе и затем подает команду Р_{рез.с.ш.II}=n_II на звено сравнения данных (элемент 22), где реализуется проверка требования о соблюдении уровней мощности в узлах нагрузки: m_I≈n_II. Когда резерва недостаточно для подключения аварийного участка сети без посадки напряжения, ЗСД подаст команду на устройство обработки параметров в виде сигнала: m₁>>n_II, что свидетельствует об опасности возникновения провала напряжения.

Затем УОП (элемент 23) производит задержку по времени t_УОП, равную бестоковой паузе АПВ: t_УОП=t_АПВ(Q2), которое совпадает с моментом поступления сигнала со звена сравнения данных. В силу чего устройство обработки параметров формирует и подает команду на запрет АВР и срабатывания Q₇ (элемент 9). При восстановлении нормального режима на секции шин I (элемент 7) появится напряжение, и схема вернется в исходное состояние.

Предлагаемый способ комбинированного запрета АВР на устойчивые короткие замыкания и провалы напряжения был проверен в производственных условиях на понизительной подстанции 110/10/6 кВ ОАО «Липецкэнерго». Эксперимент подтвердил правильность способа и актуальность его внедрения и позволил определить величину провалов в зависимости от удаленности узлов нагрузки от источника питания.

Таким образом, запрет на включение секционного выключателя АВР на двухтрансформаторной подстанции подается только при устойчивом коротком замыкании на одной из секций шин и в случае, когда оно носит проходящий характер, но резервная система не обладает достаточными запасами мощности для покрытия бросков мощности подключаемых в аварийном режиме узлов нагрузки, что предотвращает включение АВР на провалы напряжения. Способ запрета применим для средств АВР как одно-, так и двустороннего действия, причем принцип работы блоков контроля не изменяется.

Литература

1. Пат. 2173017 Российская Федерация, МПК Н02J 9/06, 13/00. Способ запрета автоматического включения резерва на устойчивое трехфазное короткое замыкание на шинах подстанции [Текст] / Васильев В.Г.; заявитель и патентообладатель Орловский государственный аграрный университет. - №2000105132/09; заявл. 01.03.2000. - 6 с.

Использование: в автоматике электрических сетей. Технический результат заключается в расширении области применения и функциональных возможностей. Способ заключается в том, что в момент исчезновения напряжения на секции фиксируют наличие ТКЗ на вводе питающего трансформатора, и после его отключения фиксируют отсутствие линейного напряжения, обусловленное отключением вводного выключателя, отсчитывают время бестоковой паузы до АПВ и, если в момент прекращения отсчета снова появится ТКЗ, делают вывод об устойчивом коротком замыкании на шинах подстанции между вводным выключателем и выключателем АВР, подают сигнал запрета АВР, в противном случае производят сравнение мощности подключаемой аварийной нагрузки и мощности резервной системы, после чего делают вывод о достаточности дополнительной нагрузочной способности резервного источника для подключения аварийного участка сети основного источника без провала напряжения и, когда резерва недостаточно, подают сигнал на запрет АВР. 1 ил.

Способ комбинированного запрета автоматического включения резерва (АВР) на устойчивые короткие замыкания (КЗ) и провалы напряжения (ПН), заключающийся в сравнении четырех параметров, характеризующих режимы работы электрооборудования, отличающийся тем, что одним из них является время бестоковой паузы до автоматического повторного включения (АПВ) у вводного выключателя, в качестве второго параметра принимают время между появлением тока короткого замыкания на вводе питающего трансформатора со стороны низкого напряжения до вводного выключателя двухтрансформаторной подстанции и сравнивают его с первым параметром, для чего в момент исчезновения напряжения на секции фиксируют наличие тока короткого замыкания на вводе питающего трансформатора, и после его отключения фиксируют отсутствие линейного напряжения, обусловленное отключением вводного выключателя, отсчитывают время бестоковой паузы до АПВ, и если в момент прекращения отсчета снова появится ток короткого замыкания, то делают вывод о том, что произошло устойчивое короткое замыкание на шинах подстанции между вводным выключателем и выключателем АВР, и в этом случае подают сигнал запрета АВР, в противном случае, когда ток короткого замыкания отсутствует в момент прекращения отсчета, производят сравнение следующих двух параметров состояния, одним из которых принимают мощность подключаемой аварийной нагрузки, а другим - мощность резервной системы, после чего делают вывод о достаточности дополнительной нагрузочной способности резервного ввода для подключения аварийного участка сети основного источника без провала напряжения и, когда резерва недостаточно, подают сигнал на запрет АВР.