Устройство токовой защиты Российский патент 2017 года по МПК H02J9/06 

Заявляемое техническое решение относится к токовой защите для кабельной линии, присоединенной к двухтрансформаторной подстанции с одной стороны и распределительной подстанции с - другой стороны, с использованием устройства мгновенного отключения неисправной линии и переключения нагрузки на другую исправную линию без критичных провалов напряжения на трансформаторах напряжения трехфазного переменного тока.

Для этих целей известны устройства различных конструкций.

Известно устройство токовой защиты и отключения кабельной линии, описанное в Типовой инструкции по переключениям в электроустановках. РД 153-34.0-20.505-2001 РАО «ЕЭС России», М., 2001 с. 105, рис. 17. Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции представляет собой первый и второй секционирующие выключатели, которые соединяют соответственно шины первой и второй секций шинного моста подстанции, причем одноименные шины секций соединены между собой через первый секционирующий выключатель и по меньшей мере один шинный мост потребителя. Первые и вторые линейные выключатели установлены между началом и концом кабельной линии и соответствующей секции шинного моста подстанции и шинного моста потребителя, в начале и конце каждой кабельной линии установлены по одному линейному выключателю, выполненному с возможностью блокировки срабатывания.

В обычном режиме работы секционные выключатели отключены, оборудование потребителя, подключенное к первой секции шинного моста потребителя, питается через первую кабельную линию и первую секцию шинного моста подстанции от первого понижающего трансформатора. Оборудование, подключенное ко второй секции шинного моста потребителя, питается соответственно через вторую кабельную линию и вторую секцию шинного моста подстанции от второго понижающего трансформатора. В случае аварии на одной из кабельных линий отключаются линейные выключатели этой кабельной линии, при этом обесточивается полностью секция шин потребителя. Затем включают второй секционный выключатель, обеспечивая питание всего оборудования потребителя через другую кабельную линию.

Недостатком конструкции является то, что при аварийном отключении оборудования потребителя этой схеме требуется время для переключения питания с отключенной линии - на другую кабельную линию.

Наиболее близким аналогом является техническое решение, включенное в систему электроснабжения, которая запатентована как (19) RU, (11) 100683, (13) U1, (51) МПК, H02J 3/00 (2006.01) под названием СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

В этом запатентованном решении токовую защиту системы электроснабжения выполняют дополнительно к устройству токовой защиты из двух секционирующих (первого и второго) выключателей и четырех линейных (по два на каждой из двух кабельных линий), выполненными согласно Типовой инструкции по переключениям е электроустановках. РД 153-34.0-20.505-2001. РАО «ЕЭС России», М., 2001 с. 105, рис. 17, добавлены четыре одинаковых узла обнаружения повреждения и аварийного отключения, соединенные с линейными выключателями и между собой.

Эти узлы попарно установлены на каждой кабельной линии в начале ее и в конце и подключены одним своим выходом к входу управления устройства токовой защиты другой кабельной линии этого потребителя, причем первый и второй секционные выключатели в нормальном режиме работы системы замкнуты.

Недостатком данного устройства является его сложность.

Техническим результатом от использования заявляемого технического решения является упрощение устройства токовой защиты кабельной линии, обеспечивающей мгновенное отключение линейными вакуумными выключателями неисправной кабельной линии при межфазных коротких замыканиях и переключение нагрузки на исправную кабельную линию без критичных провалов напряжения на исправной линии и на трансформаторах подстанции. При этом повышается надежность сети, где установлено это устройство.

Для этого в известное устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции на каждой из двух кабельных линий, выполненных из двух кабелей, между входами первого и второго линейного выключателей установлен блок контроля неисправности кабеля и связанный с ним блок аварийного отключения. Блок контроля неисправности кабеля выполнен в виде токового трансформатора, а блок аварийного отключения - в виде реле токового с быстродействующими контактами на замыкание.

Блоки контроля неисправности кабеля и аварийного отключения являются новыми в заявляемом устройстве токовой защиты кабельной линии. Эти блоки одинаковы для каждой из кабельных линий.

Описание заявляемого технического решения

Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции представляет собой первый и второй секционирующие выключатели, которые соединяют соответственно шины первой и второй секций шинного моста подстанции, причем одноименные шины секций соединены между собой через первый секционирующий выключатель, и по меньшей мере один шинный мост потребителя. Первые и вторые линейные выключатели установлены между началом и концом кабельной линии и соответствующей секции шинного моста подстанции и шинного моста потребителя в начале и конце каждой кабельной линии установлены по одному линейному выключателю, выполненному с возможностью блокировки срабатывания.

Новым в заявляемом в устройстве токовой защиты кабельной линии является то, что в нем использованы два блока для обнаружения повреждения и два блока аварийного отключения. Каждый блок обнаружения повреждения выполнен из одного токового трансформатора, установленного между узловыми точками кабельной линии, состоящей из двух одинаковых кабелей. Каждый блок аварийного отключения выполнен в виде реле токового с быстродействующими контактами на замыкание. Управляющий выход этого трансформатора соединен с управляющим входом блока аварийного отключения; выход которого соединен с управляющими входами первого и второго линейного выключателей на данном кабеле.

Первый и второй секционные выключатели в нормальном режиме работы системы замкнуты.

В качестве первого и второго секционирующих выключателей может быть применена любая релейная схема (например схема, разрешенная РД 153-34.0-20.505-2001. РАО «ЕЭС России», М., 2001), но предпочтительно их выполнять на основе вакуумного выключателя.

В качестве линейных выключателей могут быть использованы вакуумные выключатели.

Устройство токовой защиты встроено в систему электроснабжения, содержащую трансформаторную подстанцию, имеющую два понижающих трансформатора, выходные обмотки которых подключены соответственно к шинам первой и второй секций шинного моста подстанции, причем одноименные шины секций соединены между собой через первый секционирующий выключатель, и по меньшей мере один шинный мост потребителя, тоже состоящий из двух секций, причем одноименные шины этого шинного моста соединены между собой через второй секционирующий выключатель.

Сущность технического решения поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема системы электроснабжения с этим устройством защиты кабельной линии, где

1 - первый трансформатор,

2 - второй трансформатор,

3 - первая секция шинного моста,

4 - вторая секция шинного моста,

5 - первый секционирующий блок,

6 - первый линейный выключатель на первой кабельной линии,

7 - первый линейный выключатель на второй кабельной линии,

8 - первый кабель первой кабельной линии,

9 - второй кабель первой кабельной линии,

10 - первый кабель второй кабельной линии,

11 - второй кабель второй кабельной линии,

12 - второй линейный выключатель на первой кабельной линии,

13 - второй линейный выключатель на второй кабельной линии,

14 - первая секция шинного моста, связанная с потребителями,

15 - вторая секция шинного моста, связанная с потребителями,

16 - второй секционирующий блок,

17 - блок контроля неисправности первой кабельной линии,

18 - блок аварийного отключения первой кабельной линии,

19 - блок контроля неисправности второй кабельной линии,

20 - блок аварийного отключения второй кабельной линии,

21 - линия, соединяющая выход блока контроля неисправности со входом блока аварийного отключения на первой кабельной линии,

22 - линия, соединяющая выход блока контроля неисправности со входом блока аварийного отключения на второй кабельной линии,

23 - соединение управляющего выхода токового трансформатора с управляющими входами первого и второго линейного выключателей на первой кабельной линии,

24 - соединение управляющего выхода токового трансформатора с управляющими входами первого и второго линейного выключателей на второй кабельной линии.

На Фиг. 1 изображена система электроснабжения кабельной линии, присоединенной к двухтрансформаторной подстанции с одной стороны и распределительной подстанции - с другой стороны, включающая устройство токовой защиты кабельной линии. Данная система электроснабжения может быть реализована на любых участках сети отдельно, обеспечивая бесперебойность питания для потребителей именно этого участка, или последовательно на всех участках сети до конечного потребителя электроэнергии. Заявляемое устройство установлено на каждой из трех фаз кабеля кабельной линии, вторичные обмотки которых соединены между собой в разомкнутый треугольник и присоединены к заземляющему устройству.

В трансформаторной подстанции, например ПС 110/6 KB, установлены два понижающих трансформатора 1 и 2, к выходным обмоткам которых подключены соответственно шины первой и второй секции 3 и 4 шинного моста подстанции, соединенные между собой через первый секционный выключатель 5.

К секциям шинного моста подстанции 3 и 4 через первый и второй линейные выключатели 6 и 7 соответственно присоединены кабели 8 и 9 одной кабельной линии и кабели 10 и 11 другой кабельной линии.

Концы кабельных линий через вторые линейные выключатели 12 и 13 присоединены к шинам первой и второй секций 14 и 15 шинного моста потребителя, соединенные между собой через второй секционный выключатель 16. К этим секциям 14 и 15 присоединено оборудование потребителя.

В нормальном режиме секционные выключатели 5 и 16 включены, осуществляется параллельная работа двух трансформаторов на шинный мост подстанции и параллельное питание шинного моста потребителя по двум кабельным линиям. При возникновении межфазного замыкания (аварии) на одной из кабельных линий, например 8, срабатывает блок контроля неисправности первой кабельной линии 17, который включит блок аварийного отключения на первой кабельной линии 18, с которого сигналы управления отключат первый 6 и второй 12 линейные выключатели на первой кабельной линии. При срабатывании блоков 17 и 18 сигналами с его выходов отключается линейный выключатель 12. Протекание тока по кабелю 9 до секции 14 будет прервано в момент размыкания контактов вакуумных выключателей 6 и 12, поэтому желательно, чтобы отключение выключателя 12 произошло на несколько наносекунд раньше, чем выключателя 6. После отключения первой кабельной линии нагрузку на себя возьмет вторая кабельная линия. В результате этого первая неисправная кабельная линия (кабели 8 и 9) отключается от системы электроснабжения, а электроснабжение потребителя будет осуществляться по второй кабельной линии (кабели 10 и 11), работающей с удвоенной нагрузкой, т.е. у потребителя полного отключения электропитания при аварии не происходит вообще. Отключение секционного выключателя 5 производят только в случае необходимости выполнения планового обслуживания и ремонтных работ непосредственно на секции шинного моста подстанции. Питание оборудования потребителя в последнем случае будет происходить от другого трансформатора, работающего с удвоенной нагрузкой.

На Фиг. 2 изображена схема устройства токовой защиты кабельной линии.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение мгновенного отключения неисправной линии и переключения нагрузки на другую исправную линию без критичных провалов напряжения на трансформаторах напряжения трехфазного переменного тока. Устройство содержит первый и второй секционирующие выключатели, которые соединяют соответственно шины первой и второй секций шинного моста подстанции. Причем одноименные шины секций соединены между собой через первый секционирующий выключатель и по меньшей мере один шинный мост потребителя. Первый и второй секционирующие выключатели в нормальном режиме работы системы замкнуты. Первые и вторые линейные выключатели установлены между началом и концом кабельной линии и соответствующей секции шинного моста подстанции и шинного моста потребителя, в начале и конце каждой кабельной линии установлены по одному линейному выключателю. Новым в заявляемом устройстве токовой защиты кабельной линии является то, что в нем использованы два блока для обнаружения повреждения и два блока аварийного отключения. Каждый блок обнаружения повреждения выполнен из одного токового трансформатора, установленного между узловыми точками кабельной линии, состоящей из двух одинаковых кабелей. Каждый блок аварийного отключения выполнен в виде токового реле с быстродействующими контактами. Управляющий выход токового трансформатора соединен с управляющим входом блока аварийного отключения, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго линейных выключателей на данном кабеле. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции, представляющее собой первый и второй секционирующие выключатели, которые соединяют соответственно шины первой и второй секций шинного моста подстанции, причем одноименные шины секций соединены между собой через первый секционирующий выключатель и по меньшей мере один шинный мост потребителя; первые и вторые линейные выключатели, которые установлены между началом и концом кабельной линии соответствующей секции шинного моста подстанции и шинного моста потребителя, а также по одному линейному выключателю в начале и конце каждой кабельной линии, и блоки обнаружения повреждения и аварийного отключения, соединенные с линейными выключателями, отличающееся тем, что в нем использованы два блока для обнаружения повреждения и два блока аварийного отключения; каждый блок обнаружения повреждения выполнен из одного токового трансформатора, установленного между узловыми точками кабельной линии, состоящей из двух одинаковых кабелей, а выход этого трансформатора соединен с управляющим входом блока аварийного отключения, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго линейных выключателей на данном кабеле; при этом первый и второй секционирующие выключатели в нормальном режиме работы системы замкнуты.

2. Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции по п. 1, отличающееся тем, что блок аварийного отключения выполнен в виде токового реле с быстродействующими контактами.

3. Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции по п. 1, отличающееся тем, что линейный выключатель выполнен на основе вакуумного выключателя.

4. Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй секционирующие выключатели выполнены на основе вакуумного выключателя.

5. Устройство токовой защиты кабельной линии в системах электроснабжения потребителей трехфазного переменного тока от двухтрансформаторной подстанции по п. 1, отличающееся тем, что оно установлено на каждой из трех фаз кабеля кабельной линии, вторичные обмотки которых соединены между собой в разомкнутый треугольник и присоединены к заземляющему устройству.