УСТРОЙСТВО БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА Российский патент 2023 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам противоаварийной автоматики систем электроснабжения, что может быть использовано для автоматического включения резерва.

Известно устройство автоматического включения резерва [Андреев В.А., Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 2006. - С. 359], содержащее ввод питания, выключатель ввода с первым реле положения "Включено" и первым реле положения "Отключено", секционный выключатель со вторым реле положения "Отключено", шины основного источника питания потребителей и шины резервного источника, трансформатор напряжения первичной обмоткой подключенный к шинам питания потребителей, а вторичной - к реле минимального напряжения, элемент И входами подключенный к выходу реле минимального напряжения и выходу первого реле положения "Включено" выключателя ввода, выход элемента И через реле времени подключен к входу первого промежуточного реле, вход второго промежуточного реле подключен к выходу первого реле положения "Отключено" выключателя ввода, трансформатор тока первичной обмоткой подключен к токоведущим фазам секционного выключателя, а вторичной - к реле тока, которое через блок измерения времени подключено к входу третьего промежуточного реле, выход первого промежуточного реле подключен к цепям отключения выключателя ввода, выход второго промежуточного реле - к цепям включения секционного выключателя, выход третьего промежуточного реле - к цепям отключения первого секционного выключателя.

Недостатками данного устройства являются: 1. недостаточное быстродействие в тех случаях, когда при потере питания напряжение на шинах снижается медленно, например, из-за наличия синхронных компенсаторов; 2. недостаточная надежность из-за возможного отказа выключателя во включении, а также отказа самого устройства автоматического включения резерва.

Известно устройство быстродействующего включения резервного электропитания [KZ 36145 В, H02J 9/06, опубл. 31.03.2023], выбранное в качестве прототипа, содержащее первый выключатель основного ввода питания, два секционных выключателя, шины основного источника питания и шины резервного источника питания и измерительные трансформаторы. Релейный блок с токовыми реле, реле максимального и минимального напряжения, реле направления мощности, подключенный к промежуточным реле положения выключателей «Отключено» и измерительным трансформаторам и к блоку логики с элементами (И29-И35, ИЛИ23-ИЛИ28), и элементы выдержки времени, подключенные к исполнительному блоку с выходными промежуточными реле.

Недостатком данного устройства является невозможность работы автоматического включения резерва при отказе выключателя ввода.

Техническим результатом изобретения является возможность включения секционного выключателя устройства автоматического включения резерва при отказе выключателя ввода.

Предложенное устройство быстродействующего автоматического включения резерва также, как и в прототипе, содержит первый выключатель основного ввода питания, два секционных выключателя, шины основного источника питания и шины резервного источника питания и измерительные трансформаторы. Ре лейный блок с токовыми реле, реле максимального и минимального напряжения, реле направления мощности, подключенный к промежуточным реле положения выключателей «Отключено» и измерительным трансформаторам и к блоку логики с элементами (И29-И35, ИЛИ23-ИЛИ28), и элементы выдержки времени, подключенные к исполнительному блоку с выходными промежуточными реле.

Согласно изобретению, введены последовательно с первым выключателем основного источника питания введен второй выключатель с ключом управления, вторым промежуточным реле и двумя реле его положения «Отключено», которые подключены к входам второго элемента ИЛИ, причем введенное промежуточное реле входом подключено к выходу первого элемента ИЛИ, ключ управления - к входу второго элемента И.

Введение второго выключателя с ключом управления, второго промежуточного реле и двух реле его положения «Отключено», второго ключа управления, позволяет, по сравнению с прототипом, обеспечивает срабатывание устройства автоматики включения резерва при неисправной работе основного выключателя ввода питания.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство быстродействующего автоматического включения резерва (фиг. 1) содержит ввод 1 питания, выключатель 2 ввода основного источника питания, первое реле 3 положения «Отключено» выключателя 2 ввода. Первый секционный выключатель 4 основного источника питания, второе реле 5 положения «Отключено» и первое реле 6 положения "Включено" первого секционного выключателя 4. Третье реле 7 положения «Отключено» выключателя 2 ввода, шины 8 основного источника питания и шины 9 резервного источника питания. Второй секционный выключатель 10 резервного источника питания и второе реле 11 положения "Включено" второго секционного выключателя 10. Релейный блок 12 максимального напряжения, вход которого подключен к выходу измерительного трансформатора 13 напряжения резервного источника питания, релейный блок 14 минимального напряжения, вход которого подключен к выходу измерительного трансформатора 15 напряжения основного источника питания, блок 16 определения направления мощности, к входам которого подключены вторичные обмотки трансформатора 15 напряжения основного источника питания и первого трансформатора 17 тока, первичная обмотка которого подключена в рассечку токоведущих фаз выключателя 2 ввода. Первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 и пятый 22 элементы выдержки времени, первый 23, второй 24, третий 25, четвертый 26, пятый 27 и шестой 28 элементы ИЛИ. Первый 29, второй 30, третий 31, четвертый 32, пятый 33, шестой 34 и седьмой 35 элементы И. Реле 36 понижения частоты, входом подключенное к вторичной обмотке трансформатора 15 напряжения основного источника питания. Второй 37 и третий 38 трансформаторы тока, первичные обмотки которых подключены в рассечку токоведущих фаз первого 4 и второго 10 секционных выключателей, соответственно. Первое 39 и второе 40 реле тока, входа которых подключены к вторичной обмотке второго 37 и третьего 38 трансформаторов тока, соответственно. Первое 41 и второе 42 реле измерения сопротивления, первые входа которых подключены к вторичной обмотке трансформатора 15 напряжения, а вторые к вторичной обмотке второго 37 и третьего 38 трансформаторов тока, соответственно. Причем к входам первого элемента ИЛИ 23 подключены выходы первого 18 и второго 19 элементов выдержки времени, входами подключенные к выходам релейного блока 14 понижения напряжения и первого элемента И 29, соответственно. Выход первого элемента ИЛИ 23 подключен к входу первого промежуточного реле 43, при этом его выход подключен к цепям отключения выключателя 2 ввода. К входам первого элемента И 29 подключены выходы блока 16 и реле 36. Входы второго элемента ИЛИ 24 подключены к выходам первого 3 и третьего 7 реле положения «Отключено» выключателя 2 ввода. К первому 44 входу второго элемента И 30 подключен выход второго элемента ИЛИ 24, к второму 45 - выход релейного блока 12, к третьему 46 - выход второго промежуточного реле 47 первого секционного выключателя 4, а к его инверсному входу 48 -выход ключа управления (КУ) выключателем 2 ввода. Выход второго элемента И 30 подключен к входу третьего промежуточного реле 49. К первому входу третьего элемента И 31 подключен выход второго элемента И 30, к второму - выход второго реле 5 положения «Отключено» первого секционного выключателя 4, к третьему - выход четвертого промежуточного реле 50 второго секционного включателя 10. Выход третьего элемента И 31 через третий элемент 20 выдержки времени подключен к входу пятого промежуточного реле 51. Выходы третьего 49 и пятого 51 промежуточных реле подключены к цепям включения первого 4 и второго 10 секционных выключателей, соответственно. Выходы первого реле 39 тока и первого реле 41 измерения сопротивления подключены к входам третьего элемента ИЛИ 25, выход которого подключен к первым входам четвертого 32 и пятого 33 элементов И, к вторым входам которых подключен выход первого реле 6 положения "Включено" первого секционного выключателя 4.

К третьему входу четвертого 32 и к третьему инверсному входу пятого 33 элементов И подключен выход второго промежуточного реле 47 первого секционного выключателя 4. Выход четвертого элемента И 32 подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ 27, к второму входу которого через четвертый элемент 21 выдержки времени подключен выход пятого элемента И 33. Выход пятого элемента ИЛИ 27 подключен к шестому промежуточному реле 52. Выходы второго реле 40 тока и второго реле 42 измерения сопротивления подключены к входам четвертого элемента ИЛИ 26, выход которого подключен к первым входам шестого 34 и седьмого 35 элементов И, к вторым входам которых подключен выход второго реле 11 положения "Включено" второго секционного выключателя 10. К третьему входу шестого 34 и к третьему инверсному входу седьмого 35 элементов И подключен выход четвертого промежуточного реле 50 второго секционного выключателя 10. Выход шестого элемента И 34 подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ 28, к второму входу которого через пятый элемент 22 выдержки времени подключен выход седьмого элемента И 35. Выход шестого элемента ИЛИ 28 подключен к седьмому промежуточному реле 53. Выходы шестого 52 и седьмого 53 промежуточных реле подключены к цепям отключения первого 4 и второго 10 секционных выключателей, соответственно. Второй выключатель 57 ввода основного источника питания, первое 55 и второе 56 реле положения «Отключено» подключенные к входам второго элемента ИЛИ 24, промежуточное реле 54 второго вводного выключателя 57 подключенное к выходу первого элемента ИЛИ 23.

Устройство быстродействующего автоматического включения резерва работает следующим образом. В нормальном режиме питание шин 8 осуществляется от ввода 1 питания, через выключатель 2 ввода и второй выключатель 57 ввода, при этом выключатели 2 ввода и 57 ввода включены, а первый 4 и второй 10 секционные выключатели отключены. Напряжение на шинах 8 равно U_ном (где U_ном - номинальное напряжение электроустановки),

а частота f равна 50 Гц, активная мощность направлена от ввода 1 к шинам 8. Релейный блок 14 минимального напряжения получает информацию от трансформатора 15 напряжения, сигнал на его выходе отсутствует, т.к. напряжение на шинах 8 равно U_ном, а напряжение U_ср срабатывания релейного блока 14 равно U_ср≤U_ном⋅(0,65÷0,75). Релейный блок 12 максимального напряжения, контролирующий наличие напряжения на шинах 8 резервного источника питания, получает информацию от трансформатора 13 напряжения. Блок 16 определения направления мощности получает информацию от трансформатора 15 напряжения и от первого трансформатора 17 тока, сигнал на его выходе отсутствует, т.к. направление активной мощности не поменялось. Реле 36 понижения частоты получает информацию от трансформатора 15, и срабатывает только при понижении частоты до f=48÷48,5 Гц. Следовательно, на выходе релейного блока 14 и на выходе первого элемента И 29 сигналы отсутствуют, первый 18 и второй 19 элементы выдержки времени не запускаются. Устройство автоматического включения резерва не работает.

При исчезновении напряжения на шинах 8 по любой причине срабатывает релейный блок 14, т.к. U_cp≤U_ном⋅(0,65÷0,75) и запускает первый элемент 18 выдержки времени. В это же время срабатывает реле 36, т.к. происходит понижение частоты до f=48÷48,5 Гц, и если, направление активной мощности меняется от шин 8 к вводу 1, то срабатывает блок 16. С выхода блока 16 сигнал поступает на первый вход первого элемента И 29, на второй его вход сигнал поступает с выхода реле 36. Сигнал с выхода первого элемента И 29 запускает второй элемент 19 выдержки времени. Первый 18 и второй 19 элементы имеют одинаковую выдержку времени t_ВВ1=0,5 сек.

Если за время t_ВВ1 напряжение на шинах 8 не восстановилось, то после окончания отсчета времени t_ВВ1 первый 18 и второй 19 элементы посылают сигналы на входы первого элемента ИЛИ 23. С выхода первого элемента ИЛИ 23 сигнал поступает на вход первого промежуточного реле 43 и на вход промежуточного реле 54. Первое промежуточное реле 43 посылает сигнал на отключение выключателя 2 ввода, а реле 54 посылает сигнал на отключение второго выключателя 57 ввода

После отключения выключателя 2 ввода и второго выключателя 57 ввода с выходов первого 3 и третьего 7 реле положения "Отключено", первого 55 и второго 56 реле положения «Отключено» второго выключателя 57 ввода сигналы поступают на входы второго элемента ИЛИ 24, с его выхода сигнал поступает на первый 44 вход второго элемента И 30. На второй 45 вход второго элемента И 30 сигнал поступает с релейного блока 12 максимального напряжения, а на его третий 46 вход сигнал поступает с выхода второго промежуточного реле 47 первого секционного выключателя 4, т.к. при отключенном положении первого секционного выключателя 4 второе промежуточное реле 47 обтекается током и его контакты замкнуты (эти контакты имеют выдержку времени t₁=0,5 сек. на размыкание [Беркович М.А. Автоматика энергосистем. - Энергоатомиздат, 1991. - 238 с.: ил.]). На инверсный 48 вход второго элемента И 30 сигнал с выхода ключа управления (КУ) выключателем 2 ввода не поступает. Следовательно, на выходе второго элемента И 30 есть сигнал который поступает на вход третьего промежуточного реле 49. Сигнал с выхода третьего промежуточного реле 49 поступает на вход третьего элемента И 31 и в цепи включения первого секционного выключателя 4.

Если после отключения выключателя 2 ввода первое реле 3 откажет в срабатывании, то срабатывает третье реле 7 и наоборот, по аналогии если после отключения второго выключателя 57 ввода первое реле 55 откажет в срабатывании, то срабатывает второе реле 56 и наоборот таким образом, сигнал поступает в цепи включения первого секционного выключателя 4.

В случае отключения выключателя 2 ввода и выключателя 57 ввода от КУ на инверсный вход 48 второго элемента И 30 поступает сигнал с выхода КУ. Следовательно, на выходе второго элемента И 30 сигнал отсутствует, сигнала на включение первого секционного выключателя 4 не будет.

После того как первый секционный выключатель 4 включился второе промежуточное реле 47 током обтекается, и его контакты разомкнутся через некоторое время t₁, т.е. после истечения времени t₁=0,5 сек. на выходе второго промежуточного реле 47 сигнал будет отсутствовать. Следовательно, на выходе второго элемента И 30 сигнала не будет, тем самым выполняется однократность включения первого секционного выключателя 4.

После включения первого секционного выключателя 4 на вход первого реле 39 тока и на второй вход первого реле 41 измерения сопротивления от второго 37 трансформатора тока поступает информация о токе I_Ф1 в его фазах, а на первый вход реле 41 информация поступает от трансформатора 15 - о напряжении U_Ш на шинах 8. Первое реле 39 сравнивает I_Ф1 с заданной эталонной величиной тока I_Э, а первое реле 41 определяет отношение Z₁=U_Ш /I_ф1 и сравнивает Z₁ с эталонной величиной Z_Э.

Если I_Ф1>*I_Э или Z₁≤Z_Э, например, при включении на короткое замыкание (КЗ) на шинах, то на входы третьего элемента ИЛИ 25 поступают сигналы с выхода первого реле 39 или с выхода первого реле 41. С выхода третьего элемента ИЛИ 25 сигнал поступает на первые входы четвертого 32 и пятого 33 элементов И, на вторые входы которых сигнал поступает с выхода первого реле 6 положения "Включено". На третий вход четвертого 32 и на третий инверсный вход пятого 33 элементов И сигнал поступает с выхода второго промежуточного реле 47 (его контакты еще замкнуты). Следовательно, на выходе четвертого элемента И 32 есть сигнал который поступает на вход пятого элемента ИЛИ 27, а на выходе пятого элемента И 33 сигнал будет отсутствовать. С выхода пятого элемента ИЛИ 27 сигнал поступает на вход шестого промежуточного реле 52. С выхода последнего сигнал поступает в цепь отключения первого секционного выключателя 4. Если в течение выдержки времени t₁ ток I_Ф1, меньше I_Э, а отношение

Z₁ больше Z_Э, то на выходе третьего элемента ИЛИ 25 сигнал будет отсутствовать. Следовательно, не будет сигнала на отключение первого секционного выключателя 4. Первое реле 39 продолжает сравнивать ток I_Ф1 с эталонной величиной тока I_Э, а первое реле 41 продолжает сравнивать Z₁ с эталонной величиной Z_Э.

Если через время t₀ после включения первого секционного выключателя 4 окажется, что I_ф1>I_э или Z₁<Z₃, например, произойдет КЗ через время t₂=1 час, то на входы третьего элемента ИЛИ 25 поступают сигналы с выхода первого реле 39 или с выхода первого реле 41. С выхода третьего элемента ИЛИ 25 сигнал поступает на первые входы четвертого 32 и пятого 33 элементов И, на вторые входы которых поступает сигнал с выхода первого реле 6 положения "Включено". На третий вход четвертого 32 и на третий инверсный вход пятого 33 элементов И сигнал с выхода второго промежуточного реле 47 (его контакты разомкнуты) не поступает. Следовательно, на выходе пятого элемента И 33 есть сигнал который запускает четвертый элемент 21 выдержки времени, а на выходе четвертого элемента И 32 сигнал будет отсутствовать. Выдержка времени четвертого элемента 21 выдержки времени находится в пределах t_BB4=0,5÷1 с. После окончания отсчета времени t_BB4 четвертый элемент 21 посылает сигнал на вход пятого элемента ИЛИ 27, с его выхода сигнал поступает на вход шестого промежуточного реле 52. С выхода последнего сигнал поступает в цепь отключения первого секционного выключателя 4.

Если первый секционный выключатель 4 не включился после подачи сигнала на включение, то на первый, второй и третий входы третьего элемента И 31 поступают сигналы с выхода второго элемента И 30, с выхода второго реле 5 положения "Отключено" и с выхода четвертого промежуточного реле 50 (это реле обтекается током тогда, когда второй секционный выключатель 10 отключен, и контакты промежуточного реле 50 размыкаются с некоторой выдержкой времени t_l=0,5 сек. после включения второго секционного выключателя 10), соответственно. Сигнал с выхода третьего элемента И 31 запускает третий элемент 20 выдержки времени, который имеет выдержку времени t_BB3=0,2 с. Если за время t_BB3 первый секционный выключатель 4 включился, то третий элемент 20 прекращает отсчет времени, сигнал на вход пятого промежуточного реле 51 не поступает. Если за время t_BB3 первый секционный выключатель 4 не включился, то с выхода третьего элемента 20 сигнал поступает на вход пятого промежуточного реле 51, которое посылает сигнал на включение второго секционного выключателя 10.

После того как второй секционный выключатель 10 включился, четвертое промежуточное реле 50 током обтекаться не будет, и его контакты разомкнутся через некоторое время t₁, т.е. после истечения времени t₁=0,5 сек. на выходе четвертого промежуточного реле 50 сигнал будет отсутствовать. Следовательно, на выходе третьего элемента И 31 сигнала не будет, тем самым выполняется однократность включения второго секционного выключателя 10.

После включения второго секционного выключателя 10 на вход второго реле 40 тока и на второй вход второго реле 42 измерения сопротивления от третьего трансформатора 38 тока поступает информация о токе I_Ф2 в его фазах, на первый вход второго реле 42 информация поступает от трансформатора 15 о напряжении U_Ш на шинах 8. Второе реле 40 сравнивает I_Ф2 с заданной эталонной величиной тока I_Э, а второе реле 42 определяет отношение Z₂=U_Ш/I_ф2 и сравнивает Z₂ с эталонной величиной Z₃.

Если I_Ф2>*I_Э или Z₂≤Z_Э, например, при включении на КЗ на шинах, то на входы четвертого элемента ИЛИ 26 поступают сигналы с выхода второго реле 40 или с выхода второго реле 42. С выхода четвертого элемента ИЛИ 26 сигнал поступает на первые входы шестого 34 и седьмого 35 элементов И, на вторые входы которых сигнал поступает с выхода второго реле 11 положения "Включено". На третий вход шестого 34 и на третий инверсный вход седьмого 35 элементов ИЛИ сигнал поступает с выхода четвертого промежуточного реле 50 (его контакты еще замкнуты). Следовательно, на выходе шестого элемента И 34 есть сигнал, а на выходе седьмого элемента ИЛИ 35 сигнал будет отсутствовать. Сигнал с выхода шестого элемента И 34 поступает на вход седьмого промежуточного реле 53. С выхода последнего сигнал поступает в цепь отключения второго секционного выключателя 10.

Если в течение выдержки времени t₁ ток I_Ф2 меньше I_Э, а отношение Z₂ больше Z_Э, то на выходе четвертого элемента ИЛИ 26 сигнал будет отсутствовать. Следовательно, не будет сигнала на отключение второго секционного выключателя 10. Второе реле 40 продолжает сравнивать ток I_Ф2 с эталонной величиной тока I_Э, а второе реле 42 продолжает сравнивать Z₂ с эталонной величиной Z_Э.

Если через время t₂ после включения второго секционного выключателя 10 окажется, что I_Ф2*>I_Э или Z₂≤Z_Э, например, произойдет КЗ через время t₂=1 час, то на входы четвертого элемента ИЛИ 26 поступают сигналы с выхода второго реле 40 или с выхода второго реле 42. С выхода четвертого элемента ИЛИ 26 сигнал поступает на первые входы шестого 34 и седьмого 35 элементов И, на вторые входы которых сигнал поступает с выхода второго реле 11 положения "Включено". На третий вход шестого 34 и на третий инверсный вход седьмого 35 элементов ИЛИ сигнал с выхода четвертого промежуточного реле 50 (его контакты разомкнуты) не поступает. Следовательно, на выходе седьмого элемента И 35 есть сигнал который запускает пятый элемент 22 выдержки времени, а на выходе шестого элемента И 34 сигнал будет отсутствовать. Выдержка времени пятого элемента 22 находится в пределах t_BB5=0,5÷1 с. После окончания отсчета времени t_BB5 седьмой элемент 22 посылает сигнал на вход шестого элемента ИЛИ 28, с его выхода сигнал поступает на вход седьмого промежуточного реле 53. С выхода последнего сигнал поступает в цепь отключения второго секционного выключателя 10.

Экономический эффект - устройство позволяет снизить ущерб от ненадежности элементов схемы, за счет повышения надежности отключения ввода питания.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам противоаварийной автоматики систем электроснабжения, и может быть использовано для автоматического включения резерва. Технический результат - возможность включения секционного выключателя устройства автоматического включения резерва при отказе выключателя ввода. Устройство быстродействующего автоматического включения резерва содержит выключатель основного ввода питания, с двумя секционными выключателями, шинами основного источника питания и шинами резервного источника питания, и измерительными трансформаторами, релейный блок с токовыми реле, реле максимального и минимального напряжения, реле направления мощности, подключенный к промежуточным реле положения выключателей и измерительным трансформаторам, и к логическому блоку с элементами (И, ИЛИ), и элементы выдержки времени, подключенными к исполнительному блоку с выходными промежуточными реле, второй выключатель ввода, первое реле положения «Отключено» и второе реле положения «Отключено» введенного выключателя, к входам второго элемента ИЛИ подключены выходы первого и второго реле положения «Отключено» выключателя, промежуточное реле второго выключателя ввода, входом подключенное к выходу первого элемента ИЛИ, ключ управления введенного выключателя, подключенный к входу второго элемента И. Таким образом, в случае отказа вводного выключателя в отключении или реле положения «Включено» выключателя ввода введенный второй выключатель ввода и введенное дополнительное реле положения «Отключено» этого выключателя обеспечат возможность работы автоматического включения резерва. 1 ил.

Устройство быстродействующего автоматического включения резерва, содержащее первый выключатель основного ввода питания, два секционных выключателя, шины основного источника питания и шины резервного источника питания и измерительные трансформаторы, релейный блок с токовыми реле, реле максимального и минимального напряжения, реле направления мощности, подключенный к промежуточным реле положения выключателей «Отключено», измерительным трансформаторам и к блоку логики с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым элементами ИЛИ, подключенными через элементы выдержки времени к выходным промежуточным реле, отличающееся тем, что последовательно с первым выключателем основного источника питания введен второй выключатель с ключом управления, вторым промежуточным реле и двумя реле положения «Отключено» второго выключателя, которые подключены к входам второго элемента ИЛИ, причем введенное промежуточное реле входом подключено к выходу первого элемента ИЛИ, ключ управления подключен к входу второго элемента И.