УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОТЕРИ ПИТАНИЯ НА ПОДСТАНЦИЯХ С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМИ СИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ Российский патент 2012 года по МПК H02H7/08 H02J9/06 

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. На подстанциях промышленных предприятий к каждой секции шин распределительного устройства напряжением 6 кВ или 10 кВ в рабочем режиме подключены один или несколько высоковольтных частотно-регулируемых синхронных электродвигателей. 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 в данном режиме регулирование частоты вращения двигателя не требуется. При потере питания от одного из внешних источников первая ступень защиты от потери питания действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин. По факту отключения выключателя ввода происходит пуск устройства автоматического включения резерва (АВР). Однако действие АВР на включение секционного выключателя и восстановление электроснабжения происходят только при снижении напряжения на потерявшей питание секции шин до такого значения, которое при включении секционного выключателя не может создать опасных для двигателей токов включения. Такие устройства АВР, называемые АВР с ожиданием снижения остаточного напряжения, широко применяются на подстанциях промышленных предприятий, в том числе и на нефтеперекачивающих станциях магистральных нефтепроводов. Однако напряжение на потерявшей питание секции шин может поддерживаться продолжительное время. Это обусловлено тем, что синхронные двигатели, потерявшие питание, переходят в генераторный режим. Те синхронные двигатели, которые подключены к питающим шинам через преобразователь частоты, вследствие односторонней проводимости преобразователя частоты не создают напряжения на шинах, потерявших питание. Однако, те синхронные двигатели, которые подключены к шинам подстанции непосредственно, без преобразователя частоты, могут длительно поддерживать на шинах напряжение, обусловленное генерируемой двигателями ЭДС. В результате время действия устройства АВР на включение секционного выключателя, а следовательно, и время перерыва электроснабжения может увеличиться настолько, что длительный простой потерявших питание технологических агрегатов приведет к потере устойчивости и расстройству технологического режима потребителя в целом.

Задачей изобретения является повышение быстродействия отключения электродвигателей, потерявших питание, что повышает быстродействие включения резервного источника электроснабжения и восстановления электроснабжения терявших питание электродвигателей.

Задача решается тем, что предложено устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемыми синхронными электродвигателями, включающее блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, а выход к первому входу логического блока И, к вышеуказанному напряжению подключены также входы пускового блока минимальной частоты, выход которого подключен к второму входу логического блока И, выход которого подключен к первому и второму таймерам, причем выход первого таймера подключен к входу первого исполнительного блока, действующего на отключение выключателя ввода секции шин распределительного устройства, а также к входам блоков контроля подключения синхронных двигателей, количество которых соответствует числу синхронных двигателей, выходы блоков контроля подключения синхронных двигателей подключены к соответствующим исполнительным блокам, действующим на отключение синхронных двигателей; выход второго таймера подключен к исполнительному блоку, действующему на отключение синхронных двигателей, потерявших питание.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства при двух синхронных двигателях на одной секции шин распределительного устройства. Устройство содержит: 1 - блок контроля направления мощности; 2 - пусковой блок минимальной частоты; 3 - логический блок И; 4, 5 - первый, второй таймеры с выдержками времени t1 и t2; 6, 7 - первый, второй блоки контроля подключения синхронных двигателей непосредственно к секции шин распределительного устройства соответственно; 8 - исполнительный блок, действующий на отключение выключателя ввода секции шин распределительного устройства; 9, 10 - исполнительные блоки, действующие на отключение синхронных двигателей; 11 - исполнительный блок, действующий на отключение синхронных двигателей, потерявших питание. Число блоков контроля подключения синхронных двигателей равно числу синхронных двигателей. Так, при трех двигателях на одной секции шин число блоков контроля подключения синхронных двигателей равно трем; при четырех двигателях на одной секции шин число блоков контроля подключения синхронных двигателей равно четырем и т.д.

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 в данном режиме регулирование частоты вращения двигателя не требуется. При потере питания от внешнего источника электроснабжения синхронные двигатели переходят в генераторный режим. При этом 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 3, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймер 4. Начинается отсчет времени t₁. При прохождении времени t₁ исполнительный блок 8 действует на отключение вводного выключателя секции шин и через блоки 6, 7 контроля подключения синхронных двигателей на отключение выключателей тех синхронных двигателей, которые работают без преобразователя частоты и которые были непосредственно подключены к шинам распределительного устройства. Синхронные двигатели, которые работали в режиме регулирования частоты вращения и которые были подключены к преобразователям частоты, остаются включенными. Однако вследствие односторонней проводимости преобразователя частоты эти двигатели не создают напряжения на шинах, потерявших питание.

По факту отключения выключателя ввода происходит пуск устройства АВР. Однако действие АВР на включение секционного выключателя и восстановление электроснабжения происходят только при снижении напряжения на потерявшей питание секции шин до такого значения, которое при включении секционного выключателя не может создать опасных для двигателей токов включения. Обычно это значение напряжения составляет не более 40% от номинального напряжения. Синхронные двигатели, которые подключены к шинам подстанции непосредственно, без преобразователя частоты, могут длительно поддерживать на шинах напряжение, обусловленное генерируемой двигателями ЭДС. В известном устройстве такие двигатели отключаются второй ступенью защиты от потери питания исполнительным блоком со значительной выдержкой времени t2 таймера, которая на нефтеперекачивающих станциях составляет от 5 до 7 секунд. В результате время действия пускового органа АВР по минимальному напряжению может увеличиться настолько, что длительный перерыв электроснабжения и простой потерявших питание технологических агрегатов может привести к потере устойчивости и расстройству технологического режима потребителя в целом.

В предлагаемом устройстве при непосредственном подключении синхронных двигателей к секции шин блоки 6, 7 контроля подключения синхронных двигателей непосредственно к секции шин распределительного устройства будут в сработанном состоянии. При этом синхронные двигатели, которые подключены к шинам подстанции непосредственно, отключаются исполнительными блоками 9, 10 с выдержкой времени t₁ таймера 4 первой ступени защиты от потери питания, то есть одновременно с отключением ввода. Вследствие отключения таких синхронных двигателей от шин распределительного устройства напряжение на шинах снижается до нуля, срабатывает пусковой орган минимального напряжения АВР и устройство АВР действует на включение секционного выключателя.

В случае отказа устройства АВР или отказа секционного выключателя напряжения питание не восстанавливается. При этом с выдержкой времени t2 таймера 5 срабатывает исполнительный блок 11 второй ступени защиты от потери питания и отключает синхронные двигатели, потерявшие питание. По факту отключения СД от исполнительного блока 11 запускается схема автоматики и включает электродвигатель резервного технологического агрегата. Технологический процесс восстанавливается. При отключении выключателя электродвигателя от первой ступени защиты от потери питания от исполнительных блоков 9 или 10 пуск технологического АВР не требуется.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство повышает быстродействие отключения электродвигателей, потерявших 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 автоматики.

Использование в технике релейной защиты и автоматики. Технический результат заключается в повышении надежности и устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов. Устройство содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, первый таймер, первый исполнительный блок, первый блок контроля подключения синхронного двигателя, второй исполнительный блок, второй блок контроля подключения синхронного двигателя, третий исполнительный блок, второй таймер и четвертый исполнительный блок. Первый исполнительный блок является выходом первой ступени защиты от потери питания и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства напряжением 6 (10) кВ. Второй и третий исполнительные блоки действуют на отключение первого и второго синхронных двигателей, в случае, если они подключены к секции шин непосредственно, без преобразователя частоты. Четвертый исполнительный блок является выходом второй ступени защиты и действует на отключение всех синхронных электродвигателей на секции шин, потерявших питание. 1 ил.

Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемыми синхронными электродвигателями, включающее блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, а выход к первому входу логического блока И, к вышеуказанному напряжению подключены также входы пускового блока минимальной частоты, выход которого подключен к второму входу логического блока И, выход которого подключен к первому и второму таймерам, причем выход первого таймера подключен к входу первого исполнительного блока, действующего на отключение выключателя ввода секции шин распределительного устройства, а также к входам блоков контроля подключения синхронных двигателей, количество которых соответствует числу синхронных двигателей, выходы блоков контроля подключения синхронных двигателей подключены к соответствующим исполнительным блокам, действующим на отключение синхронных двигателей; выход второго таймера подключен к исполнительному блоку, действующему на отключение синхронных двигателей, потерявших питание.