Пункт секционирования и резервирования, совмещенный с пунктом учета электроэнергии и контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения Российский патент 2022 года по МПК H02B13/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам секционирования и резервирования линий электропередачи, и предназначено для коммутации, защиты электрической сети от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных электрических сетях трехфазного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пункт секционирования до 1 кВ, совмещенный с пунктом учета электроэнергии и контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения, предназначенный для коммутации, защиты электрической сети, учета электроэнергии, учета качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока, включающая в себя вводной коммутационный элемент ручного управления, вакуумный коммутационный элемент дистанционного управления, выводной коммутационный элемент ручного управления, блок управления вакуумным коммутационным элементом дистанционного управления, блок дистанционного управления пунктом секционирования по силовой сети, блок дистанционного управления пунктом секционирования по каналам связи, блок местного управления пунктом секционирования, блок контроля тока, блок передачи данных, блок контроля положения коммутационных элементов, блок учета потребления электроэнергии и контроля качества электрической энергии, блок контроля количества и продолжительности отключений напряжения. (Патент №2731874 Российская Федерация, МПК Н02В 7/06, СПК Н02В 7/06. Пункт секционирования до 1 кВ, совмещенный с пунктом учета электроэнергии и контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения / Виноградов А.В., Виноградова А.В., Псарев А.И., Большев В.Е., Хархардин А.Н. // Заявитель и патентообладатель ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. - Заявка 2020105407, заявлено 05.02.2020; опубл. 08.09.2020, Бюл. №25.).

Недостатком известного является пункт секционирования до 1 кВ является невозможность защиты элементов пункта секционирования, установленных и подключенных силовой цепи, от коммутационных и атмосферных перенапряжений, непредназначенность для резервирования сети, а также отсутствие блока бесперебойного питания, позволяющего обеспечить питание пункта секционирования в случае отключения линии электропередачи 0,4 кВ и сложность схемы, содержащей отдельные блоки учета электроэнергии, контроля тока и напряжения, контроля показателей качества электроэнергии и других.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей и области его использования за счет применения для коммутации, защиты электрической сети и элементов пункта секционирования и резервирования от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления силовым контактом для осуществления секционирования и резервирования силовой цепи, с обеспечением бесперебойного питания узлов пункта секционирования и резервирования путем включения в ее схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счет выполнения большинства функций одним блоком управления пунктом секционирования и резервирования.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности осуществлять функции коммутации, защиты электрической сети и элементов мультиконтактной коммутационной системы от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учета электроэнергии, контроля качества электроэнергии, контроля напряжения в распределительных сетях трехфазного тока с возможностью независимого управления силовым контактом для осуществления секционирования и резервирования силовой цепи, обеспечения бесперебойного питания узлов пункта секционирования от блока бесперебойного питания при отключении линий электропередачи 0,4 кВ. Это достигается за счет независимого управления контактной группой пункта секционирования и резервирования и контроля режимов его работы и режимов сети, в которой он установлен, за счет установки ограничителей перенапряжения и блока бесперебойного питания. Применение изобретения позволяет повысить надежность пункта секционирования и резервирования, уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый пункт секционирования и резервирования, совмещенный с пунктом учета электроэнергии и контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения, включающий в себя коммутационный элемент и блок управления и защиты, согласно изобретению, содержит вводной коммутационный элемент ручного управления, установленный в силовой цепи и предназначенный для ее ручной коммутации на вводе пункта секционирования и резервирования, коммутационный элемент дистанционного управления, установленный в силовую цепь после вводного коммутационного элемента ручного управления и предназначенный для ее коммутации с использованием дистанционных средств управления, выполнения алгоритмов автоматического повторного включения и автоматического включения резерва, выводной коммутационный элемент ручного управления, подключенный к силовой цепи после коммутационного элемента дистанционного управления и предназначенный для ее ручной коммутации на выводе пункта секционирования и резервирования, блок управления коммутационным элементом дистанционного управления, соединенный с коммутационным элементом дистанционного управления и передающий на него команды включения и отключения с учетом выполнения алгоритмов автоматического повторного включения и автоматического включения резерва, также соединенный с блоком управления пунктом секционирования и резервирования, блок приема и передачи данных соединен с блоком управления пунктом секционирования и резервирования и блоком бесперебойного питания, осуществляющий передачу информации о работе пункта секционирования и резервирования диспетчеру компании, обслуживающей электрическую сеть, в которой установлен пункт секционирования и резервирования, блок управления пунктом секционирования и резервирования соединен с вводным коммутационным элементом ручного управления, выводным коммутационным элементом ручного управления, коммутационным элементом дистанционного управления контролирует их положение, соединен с блоком управления коммутационным элементом дистанционного управления и осуществляет передачу команд на него включения и отключения коммутационного элемента дистанционного управления, соединен с силовой цепью пункта секционирования и резервирования между коммутационным элементом дистанционного управления и вводным и выводным коммутационными элементами ручного управления и контролирует ток и напряжение в данной силовой цепи, осуществляет учет потребления электроэнергии в данной цепи и контроль качества электроэнергии в ней, соединен с блоком передачи данных и осуществляет передачу в него данных о работе пункта секционирования и резервирования и получает с него команды управления коммутационным элементом дистанционного управления, соединен с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания соединен с блоком управления пункта секционирования и резервирования и блоком приема и передачи данных для обеспечения их питания, два ограничителя перенапряжения, соединенных с силовой цепью на вводе и выводе пункта секционирования и резервирования и осуществляющих ее защиту от перенапряжений.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема пункта секционирования и резервирования.

Пункт секционирования и резервирования, совмещенный с пунктом учета электроэнергии и контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения содержит: вводной коммутационный элемент ручного управления (ВКЭРУ 1), коммутационный элемент дистанционного управления (КЭДУ 2), выводной коммутационный элемент ручного управления (ВыКЭРУ 3), блок управления коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 4), блок управления пунктом секционирования и резервирования (БУПС 5), блок приема и передачи данных (БПД 6), блок бесперебойного питания (ББП 7), первый ограничитель перенапряжения (ОПН 8), второй ограничитель перенапряжения (ОПН 9).

ВКЭРУ 1 установлен в силовой цепи. КЭДУ 2 установлен в силовую цепь после ВКЭРУ 1. ВыКЭРУ 3 установлен в силовой цепи после ВКЭДУ 2. БУКЭДУ 4 соединен с КЭДУ 2. БУПС 5 соединен с ВКЭРУ 1, КЭДУ 2, ВыКЭРУ 3, БУКЭДУ 4, соединен с силовыми цепями пункта секционирования и резервирования между коммутационным элементом дистанционного и коммутационными элементами ручного управления, соединен с БПД 6, соединен с ББП 7. ББП 7 соединен с БУПС 5 и с БПД 6, а также с силовыми цепями до пункта секционирования и резервирования. ОПН 8 соединен с силовой цепью до ВКЭРУ 1 на вводе пункта секционирования и резервирования. ОПН 9 соединен с силовой цепью до ВыКЭРУ 3 на выводе пункта секционирования и резервирования.

Устройство работает следующим образом.

Подача напряжения на силовую цепь пункта секционирования и резервирования осуществляется с помощью вводного коммутационного элемента ручного управления (ВКЭРУ 1), установленного в силовой цепи. При этом питание подается на блок управления пунктом секционирования и резервирования (БУПС 5), в результате чего им автоматически подается команда на блок управления вакуумным коммутационным элементом дистанционного управления (БУКЭДУ 4) на коммутационного элемента дистанционного управления (КЭДУ 2). КЭДУ 2 включается и подает питание на силовую цепь за ним. При включении выводного коммутационного элемента ручного управления (ВыКЭРУ 3) напряжение будет подано на силовую цепь за пунктом секционирования и резервирования. При местном управлении пунктом секционирования и резервирования команда на его отключение подается также с помощью БУПС 5. При этом команда отключения пункта секционирования и резервирования подается от БУПС 5 на БУКЭДУ 4, который, в свою очередь, отключает КЭДУ 2 за счет прекращения подачи питания на катушку КЭДУ. При этом в цепи за КЭДУ 2 исчезает напряжение. Также отключение пункта секционирования и резервирования можно осуществить с помощью команд, поданных на БУКЭДУ 4 от блока приема и передачи данных (БПД 6), обработаннных с помощью БУПС 5. С помощью данного блока можно осуществить и дистанционное включение пункта секционирования и резервирования. БПД 6 получает команды на включение или отключение пункта секционирования и резервирования с помощью кодированного сигнала, передаваемого по силовой сети с применением существующих технологий передачи сигналов по ней или с помощью кодированной последовательности включения и отключения напряжения в ней. БПД 6 получает команды на включение или отключение пункта секционирования и резервирования с помощью сигнала, получаемого через канал связи, например JPS, JPRS, Глонасс, радио или другой канал. При возникновении в силовой цепи за пунктом секционирования и резервирования, или внутри него после ВКЭДУ 2, тока перегрузки или тока короткого замыкания, то БУПС 5 подаст сигнал на БУКЭДУ 4 на отключение КЭДУ 2. В этом случае, если в логике работы БУКЭДУ 4 заложен алгоритм осуществления автоматического повторного включения (АПВ) КЭДУ 2, то после выдержки времени будет осуществлено АПВ КЭДУ 2 и если оно будет неуспешным, то есть в силовой сети за пунктом секционирования, или внутри него после КЭДУ 2, повторно появится ток перегрузки или ток короткого замыкания, то БУПС 5 повторно подаст сигнал на БУКЭДУ 4 на отключение КЭДУ 2, при этом будет заблокирована возможность дистанционного включения пункта секционирования и резервирования до устранения повреждений в силовой цепи за КЭДУ 2. Также при этом будет отправлено сообщение о повреждении за КЭДУ 2. Если АПВ будет успешным, то пункт секционирования и резервирования продолжит работу в нормальном режиме. Положение коммутационных элементов пункта секционирования и резервирования контролируется с помощью блока управления пунктом секционирования (БУПС 5), который при изменении положения коммутационных элементов КЭДУ 2, ВКЭРУ 1, ВыКЭРУ 3 передает соответствующие данные в блок приема и передачи данных (БПД 6). Блок управления пунктом секционирования и резервирования (БУПС 5) также осуществляет учет электроэнергии, переданный через пункт секционирования и резервирования, а также контролирует показатели качества электрической энергии в точке установки пункта секционирования и резервирования. Данные о потреблении электроэнергии и о качестве электрической энергии передаются в блок передачи данных и через него диспетчеру энергокомпании или компании, на чьем балансе находится оборудование пункта секционирования и резервирования. Блок управления пунктом секционирования и резервирования (БУПС 5) контролирует напряжение до и после пункта секционирования и ток в данных точках. При исчезновении напряжения до или после пункта секционирования начинается отсчет времени отсутствия напряжения в соответствующей точке, а также передается информация в БПД 6 об отключении напряжения в ней. Контроль тока с помощью БУПС 5 позволяет определять наличие повреждений в пункте секционирования и резервирования или за ним и передавать эту информацию в БПД 6. БУПС 5 также осуществляет управление КЭДУ 2, передавая на него команды через БУКЭДУ 4 на включение при исчезновении напряжения с одной из сторон от пункта секционирования и резервирования в соответствии с алгоритмом выполнения автоматического включения резерва. Блок бесперебойного питания ББП 7 осуществляет питание БУПС 5 и БПД 6 как от силовых сетей, так и от содержащегося в нем независимого источника питания, например, аккумулятора, конденсатора или другого источника. При возникновении в силовой цепи на вводе пункта секционирования коммутационных или атмосферных перенапряжений первый ограничитель перенапряжения ОПН 8 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования пункта секционирования. При возникновении в силовой цепи на выводе пункта секционирования коммутационных или грозовых перенапряжений второй ограничитель перенапряжения ОПН 9 обеспечивает снижение перенапряжения до уровня, безопасного для защищаемой линии электропередачи 0,4 кВ и оборудования пункта секционирования и резервирования.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить коммутацию и защиту линий электропередачи и оборудования пункта секционирования и резервирования от аварийных режимов работы и коммутационных и атмосферных перенапряжений, учет электроэнергии, контроль качества электроэнергии, контроль напряжения в силовых цепи. При исчезновении напряжения на вводе или выводе пункта секционирования и резервирования устройство позволяет осуществлять функции автоматического повторного включения и автоматического включения резерва. Также устройство позволяет секционировать электрическую сеть посредством ее деления на участки путем отключения соответствующего силового контакта при повреждениях в силовых сетях, подключенных к пункту секционирования и резервирования. Его применение предотвращает развитие аварийной ситуации и позволяет уменьшить недоотпуск электроэнергии потребителям, сократить убытки энергоснабжающих организаций и, таким образом, повысить надежность и эффективность систем электроснабжения потребителей. При этом надежность и функциональность устройства выше, чем у прототипа за счет обеспечения бесперебойного питания узлов пункта секционирования путем включения в ее схему блока бесперебойного питания, а также упрощения схемы устройства за счет выполнения большинства функций одним блоком управления пункта секционирования и резервирования, за счет защиты от перенапряжений.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности и функциональности за счет обеспечения бесперебойного питания и защиты от перенапряжений. Пункт секционирования содержит вводной и выводной коммутационные элементы ручного управления, коммутационный элемент дистанционного управления, блок управления коммутационным элементом дистанционного управления, блок приема и передачи данных, блок управления пунктом секционирования, блок бесперебойного питания, два ограничителя перенапряжения. При исчезновении напряжения на вводе или выводе пункта секционирования и резервирования устройство осуществляет функции автоматического повторного включения и автоматического включения резерва и позволяет секционировать электрическую сеть посредством ее деления на участки путем отключения соответствующего силового контакта при повреждениях в силовых сетях, подключенных к пункту секционирования и резервирования. 1 ил.

Пункт секционирования и резервирования, совмещенный с пунктом учета электроэнергии и контроля качества электроэнергии, контроля количества и времени отключения напряжения, включающий в себя коммутационный элемент и блок управления и защиты, отличающийся тем, что содержит вводной коммутационный элемент ручного управления, установленный в силовой цепи и предназначенный для ее ручной коммутации на вводе пункта секционирования и резервирования, коммутационный элемент дистанционного управления, установленный в силовую цепь после вводного коммутационного элемента ручного управления и предназначенный для ее коммутации с использованием дистанционных средств управления, выполнения алгоритмов автоматического повторного включения и автоматического включения резерва, выводной коммутационный элемент ручного управления, подключенный к силовой цепи после коммутационного элемента дистанционного управления и предназначенный для ее ручной коммутации на выводе пункта секционирования и резервирования, блок управления коммутационным элементом дистанционного управления, соединенный с коммутационным элементом дистанционного управления и передающий на него команды включения и отключения с учетом выполнения алгоритмов автоматического повторного включения и автоматического включения резерва, также соединенный с блоком управления пунктом секционирования и резервирования, блок приема и передачи данных соединен с блоком управления пунктом секционирования и резервирования и блоком бесперебойного питания, осуществляющий передачу информации о работе пункта секционирования и резервирования диспетчеру компании, обслуживающей электрическую сеть, в которой установлен пункт секционирования и резервирования, блок управления пунктом секционирования и резервирования соединен с вводным коммутационным элементом ручного управления, выводным коммутационным элементом ручного управления, коммутационным элементом дистанционного управления контролирует их положение, соединен с блоком управления коммутационным элементом дистанционного управления и осуществляет передачу команд на него включения и отключения коммутационного элемента дистанционного управления, соединен с силовой цепью пункта секционирования и резервирования между коммутационным элементом дистанционного управления и вводным и выводным коммутационными элементами ручного управления и контролирует ток и напряжение в данной силовой цепи, осуществляет учет потребления электроэнергии в данной цепи и контроль качества электроэнергии в ней, соединен с блоком передачи данных и осуществляет передачу в него данных о работе пункта секционирования и резервирования и получает с него команды управления коммутационным элементом дистанционного управления, соединен с блоком бесперебойного питания для получения питания при отключении напряжения во всех силовых цепях, блок бесперебойного питания соединен с блоком управления пункта секционирования и резервирования и блоком приема и передачи данных для обеспечения их питания, два ограничителя перенапряжения, соединенных с силовой цепью на вводе и выводе пункта секционирования и резервирования и осуществляющих ее защиту от перенапряжений.