СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ С ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ ПО ЦЕПЯМ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам противоаварийной автоматики подстанций напряжением 6-35 кВ.

Предлагаемый способ может быть использован для фиксирования нарушений электроснабжения при любых видах повреждений в питающей сети распределительного устройства непосредственно после их возникновения и осуществления быстродействующего переключения на резервный источник питания всех потребителей, подключенных к подстанции.

Известен способ включения резервного питания потребителей (авт. св. СССР №1262627, кл. H02J 9/06, 1986), содержащих нагрузку в виде синхронных двигателей, в котором измерением интегрального значения разности фактически потребляемой нагрузкой активной мощности и мощности, необходимой для ее устойчивой работы в условиях нарушения нормального электроснабжения, определяют режим устойчивой работы двигателей и при превышении полученным интегральным значением разности заданного значения производят переключение источников.

Указанный способ включения резервного питания потребителей обладает низким быстродействием ввиду необходимости определения за большой промежуток времени фактически потребляемой активной мощности. При неисправности в измерительных цепях напряжения на основном или резервном вводе из-за неправильного вычисления мощности нарушается работоспособность метода.

Известно пусковое устройство автоматического включения резервного электропитания потребителей (авт. св. №1304126, кл. H02J 9/06, 1987), содержащее формирователи импульсов, подключенные к выводам как разноименных фаз трансформаторов напряжения первого и второго источников, так и одноименных фаз трансформаторов напряжения первого и второго источников, вводные выключатели основного и резервного источников питания, секционный выключатель, трансформаторы тока на вводах основного и резервного источников, аналого-цифровые преобразователи тока и напряжения, средство определения направления мощности прямой последовательности на вводах, реагирующий орган, выход которого подключен через блок управления к вводным и секционному выключателям, пороговые элементы, входы которых подключены к выходам формирователей импульсов, органы блокировки, формирователи токовых сигналов, логические схемы И, элементы ЗАПРЕТ, элементы памяти, логические схемы ИЛИ, устройства ускорения включения секционного выключателя конденсаторного типа, накладки.

Известное устройство обладает следующими недостатками, влияющими на надежность: нестабильность параметров формирователей импульсов, пороговых элементов в эксплуатационных условиях; параметры пороговых элементов регулируются ступенчато; имеет место большое потребление активной мощности и большое время возврата устройства. При неисправности цепей измерения напряжения основного или резервного ввода нарушается правильная работа устройства.

Известен способ автоматического включения резервного электропитания потребителей (АВР) (авт. св. СССР №1728927, кл. H02J 9/06, 1990), заключающийся в измерении напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, определении направления активной мощности на вводе шин основного источника питания, переключении шин основного источника на резервный источник питания при снижении напряжения прямой последовательности шин основного источника ниже заданного или превышении угла между векторами напряжений прямой последовательности больше заданного и при направлении активной мощности от шин к основному источнику питания, дополнительно определяют направление и значение реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин основного источника, значение напряжения обратной последовательности шин основного источника и при направлении реактивной составляющей тока прямой последовательности от шин к основному источнику и превышении последней и напряжением обратной последовательности шин основного источника заданных значений также производят переключение шин основного источника на резервный источник питания, причем одновременно с переключением во всех случаях осуществляют форсировку возбуждения синхронных двигателей.

Способ обладает следующими недостатками: невозможность обнаружения однофазных, двухфазных и двухфазных на землю коротких замыканий в цепи питания потребителей ввиду того, что в этих режимах не меняется направление активной мощности на вводах подстанции и продолжается ее потребление двигательной нагрузкой. Данный способ обладает следующими недостатками, влияющими на его надежность: при неисправности в измерительных цепях напряжения на резервном вводе возможно несрабатывание устройства при потере питания на основном вводе (несрабатывание).

Известен способ автоматического включения резервного (АВР) электропитания потребителей и устройство для его осуществления (авт. св. №2326481, кл. H02J 9/06, 2006), при котором измеряют напряжение прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, измеряют угол между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, определяют направление активной мощности на вводе шин основного источника питания, переключают шины основного источника питания на резервный: при уменьшении напряжения прямой последовательности шин основного источника питания менее заданного уровня или при увеличении угла между вектором напряжения прямой последовательности выше заданного уровня и при направлении активной мощности от шин к основному источнику питания; дополнительно измеряют минимальный ток ввода каждой секции, сравнивают его с заданным значением тока ввода и при превышении заданного значения тока также осуществляют переключение на резервный источник питания.

При неисправности в измерительных цепях напряжения (обрыв фаз, замыкании фаз на землю или междуфазных замыканиях) на основном вводе возможна ложная работа АВР (излишнее срабатывание). При неисправности в измерительных цепях напряжения на резервном вводе возможно несрабатывание АВР при потере питания на основном вводе (несрабатывание).

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности автоматического включения резервного электропитания потребителей путем определения неисправности цепей измерительных трансформаторов напряжения (ТН) основного и резервного источников питания, определении поврежденных фаз ТН и определении напряжения прямой последовательности с учетом поврежденных фаз.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе автоматического включения резервного электропитания потребителей, при котором измеряют напряжение прямой последовательности шин основного и резервного источника питания; угол между вектором напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания; определяют направление активной мощности на вводе шин основного источника питания; переключают шины основного источника питания на резервный источник питания при уменьшении напряжения прямой последовательности основного источника питания ниже заданного уровня или при увеличении угла между вектором напряжения прямой последовательности больше заданного и при направлении активной мощности от шин к основному источнику питания, согласно изобретению для определения исправности измерительного трансформатора напряжения (ТН) дополнительно измеряют ток (I₂) и напряжение (U₂) обратной последовательности; напряжение нулевой последовательности (U_0Δ) на обмотках ТН, соединенных в разомкнутый треугольник, и напряжение нулевой последовательности (U_0Y) на обмотках ТН, соединенных в звезду; сравнивают ток I₂ и напряжение U₂ с заданными значениями, если ток I₂ ниже, а напряжение U₂ выше - заданных значений, фиксируют первое условие наличия неисправности цепей измерительного ТН; сравнивают напряжения U_0Δ и U_0Y, если их значения не совпадают, фиксируют второе условие наличия неисправности цепей измерительного ТН; при наличии любого из условий неисправности определяют поврежденную фазу ТН и определяют напряжение прямой последовательности по напряжению исправных фаз источника питания.

Для АВР требуется контролировать напряжение прямой последовательности основного и резервного источников питания. Расчет напряжения прямой последовательности (U ₁) выполняется по классический формуле

где U _a, U _b, U _c - соответственно напряжения фаз А, В и С источника питания,

Измеряются эти напряжения с помощью трехфазного измерительного трансформатора напряжения ТН. При неисправностях в цепях ТН расчет напряжения U ₁ будет выполнен не верно, что может привести к отказу или ложной работе АВР. Поэтому, для повышения надежности АВР, неисправности цепей измерительных ТН должны выявляться, а АВР, при таких неисправностях должно блокироваться. Однако, если хотя бы одна фаза напряжения источника измеряется правильно, ее достаточно для правильного определения прямой последовательности напряжения.

Например, если неисправна фаза С, напряжения прямой последовательности можно рассчитать как

если неисправны две фазы, например А и В, то

Измерительные ТН, применяющиеся в сетях 6…35 кВ, имеют две вторичные обмотки. Первая обмотка служит непосредственно для измерения напряжения соответствующей фазы и соединяется в звезду с соответствующими обмотками других фаз. Вторая - соединяется в разомкнутый треугольник с соответствующими обмотками других фаз, образуя фильтр напряжения нулевой последовательности 3U₀.

Все неисправности ТН, с точки зрения их выявления, можно разделить на три типа:

первый - междуфазные замыкания и обрывы фаз обмоток, соединенных в звезду;

второй - замыкания на землю или нейтральный провод в цепях обмоток, соединенных в звезду,

третий - обрыв или замыкания в цепях обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник.

Первый тип неисправностей выявляется по факту появления напряжения обратной последовательности U₂, измеряемого на выводах обмоток ТН, соединенных в звезду. Однако это напряжение может появляться и при несимметрии в источнике питания. Чтобы различить причины появления U₂, привлекается ток обратной последовательности I₂, который появляется только при несимметрии в источнике питания и отсутствует при неисправностях ТН.

Второй тип неисправностей выявляется по факту появления напряжения нулевой последовательности U₀. Это напряжение может измеряться как на выводах обмоток ТН, соединенных в звезду - U_0Y, так и на выводах обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник - U_0Δ. Если причиной появления напряжения U₀ является не источник питания, а неисправности ТН, то напряжения U_0Y и U_0Δ не равны между собой.

Третий тип неисправностей выявляется по факту пропадания в напряжении U_0Δ третий гармоники напряжения источника питания. При исправном ТН и симметрии фаз источника питания напряжение U_0Δ мало и, в основном, состоит из напряжения третьей гармоники источника питания.

Если выявлено, что измерительный ТН неисправен, но исправны его обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, то измерив три линейных напряжения обмоток, соединенных в звезду, и напряжение U_0Δ, определяются поврежденные фазы ТН.

При повреждении одной или двух фаз ТН они исключаются из определения напряжения прямой последовательности. Однако АВР продолжает функционировать правильно. В случае неисправности всех трех фаз измерительного трансформатора АВР блокируется.

Аналогичные действия выполняются для резервного источника питания.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1262627, кл. H02J 9/06, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР №1728927, кл. H02J 9/06, 1990.

3. Авторское свидетельство СССР №13041-26, кл. H02J 9/06, 1987.

4. Авторское свидетельство №2326481, кл. H02J 9/06, 2006.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности при неисправностях в цепях измерительных трансформаторов напряжения основного или резервного источников питания. Способ заключается в измерении, для контроля целостности цепей, тока и напряжения обратной последовательности, напряжения нулевой последовательности на обмотках измерительных трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник, и на обмотках измерительных трансформаторов напряжения, соединенных в звезду, фиксации поврежденных фаз измерительного трансформатора при неисправности и определении напряжения прямой последовательности по напряжениям исправных фаз.

Способ автоматического включения резервного электропитания потребителей, при котором измеряют напряжение прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, угол между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, определяют направление активной мощности на вводе шин основного источника питания, сравнивают напряжение прямой последовательности основного источника питания и угол между векторами напряжений прямой последовательности основного и резервного источников питания с заданными значениями, переключают шины основного источника питания на резервный источник питания при уменьшении напряжения прямой последовательности ниже заданного значения или при увеличении угла выше заданного значения и при направлении активной мощности от шин к основному источнику питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, при неисправностях в цепях измерительных трансформаторах напряжения основного или резервного источников питания дополнительно измеряют ток и напряжение обратной последовательности, напряжение нулевой последовательности на обмотках измерительных трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник, и на обмотках измерительных трансформаторов напряжения, соединенных в звезду, сравнивают ток обратной последовательности и напряжение обратной последовательности с заданными значениями, если ток обратной последовательности ниже, а напряжение обратной последовательности выше заданных значений, фиксируют первое условие неисправности цепей измерительного трансформатора, сравнивают напряжения нулевой последовательности на обмотках измерительных трансформаторов, соединенных в разомкнутый треугольник, и на обмотках измерительных трансформаторов, соединенных в звезду, и том случае если их значения не совпадают, фиксируют второе условие неисправности цепей измерительного трансформатора, определяют поврежденные фазы измерительного трансформатора при любом из условий неисправности и определяют напряжение прямой последовательности по напряжениям исправных фаз источника питания.