Способ автоматического включения резерва Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, к способам автоматического включения резервного питания потребителей, содержащих синхронные двигатели (СД).

Известен способ включения резервного питания потребителей, содержащих преимущественно стабильную нагрузку в виде синхронных двигателей, в котором путем измерения интегрального значения разности фактически потребляемой нагрузкой активной мощности и моа ности, необходимой для продолжения ее устойчивой работы в условиях нестабильности параметров сети, определяют режим устойчивой работы СД, а при превышении полученным интегральным значением разности наперед заданного значения, соответствующего допустимому уровню устойчивой работы синхронной нагрузки, производят переключение источников.

го XI

,

«vrj-еЛ

Данный способ включения резервного питания потребителей обладает низким быстродействием вследствие долгого сравнения (за определенный промежуток времени) фактически потребляемой активной мощно- сти с ее заданным значением. Недостатком данного способа является также невозмож- ность определения удаленных однофазных КЗ в цепях питания 110 кВ и выше вследствие незначительного изменения потребле- ния активной мощности. Однако при этом у СД существенно увеличивается внутренний угол д, приближаясь к критическому значению, и после отключения КЗ в цепи питания СД почти сразу же могут выпасть из синхро- низма.

Известен способ автоматического включения резервного питания потребителей, в котором путем измерения напряжения основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений основного и резервного источников, направления активной мощности основного истрчника питания и определения превышения угла между указанными векторами и направления активной мощности от шин потребителя к основному источнику больше заданного производят переключение потребителя на резервный источник. Данное решение повышает быстродействие авто- матического включения резерва (АВР) за счет быстрого обнаружения потери питания при ложных отключениях в цепи питания и при трехфазных КЗ в цепи питания.

Недостатком данного способа является невозможность обнаружения несимметричных КЗ (однофазных, двухфазных, двухфазных на землю) в цепи питания потребителей, вследствие того, что в этих режимах не меняется направление актив- ной мощности на вводе шин подстанции и продолжается ее потребление двигательной нагрузкой. Как известно, несимметричные КЗ составляют до 90 % от всех видов нарушения электроснабжения потребите- лей. Следовательно, в этих режимах фиксация повреждения и переключение потребителей на резервный источник происходит только после отключения несимметричного КЗ штатной релейной защитой. За это время СД или выпадают из синхронизма, или их внутренний угол 5 возрастает до критического значения так, что даже быстрое переключение может привести к про- тивовключению СД. По причине необходимости гашения поля у двигателей время АВР увеличивается до с, а ресинхронизация СД во многих случаях оказывается невозможной. Это приводит к

существенным экономическим потерям, особенно на производствах с непрерывным технологическим циклом.

Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия способа автоматического включения резерва.

Цель достигается тем, что в известном способе автоматического включения резерва, заключающемся 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, согласно изобретению 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 заданных значений также производят переключение шин основного .источника на резервный источник питания, причем одновременно с переключением во всех случаях осуществляют форсировку возбуждения синхронных двигателей.

В предлагаемом способе АВР за счет определения направления и значения реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе и напряжения обратной последовательности шин основного источника питания и определения превышения этими параметрами заданных значений удается повысить чувствительность к однофазным, двухфазным и двухфазным на землю коротким замыканиям в цепи питания шин за счет того, что эти параметры контроля изменяются одновременно и существенно именно при указанных видах КЗ в сети . Напряжение обратной последовательности в указанных режимах может возрасти от нуля (в нормальном режиме работы подстанции) до 0,5 UH при близком металлическом двухфазном КЗ в цепи питания шин подстанций.

Реактивная составляющая тока прямой последовательности Ир на вводе, направленная в нормальном режиме работы СД от шин к источнику питания (по причине перевозбуждения СД), может изменяться при несимметричных КЗ от 0,44, Ј. н.сд (СД с cos ,9, ) до (3-4) 2. |н.сд (где п - число СД, н.сд - номинальный ток СД). Подобрав определенные уставки в блоках контролянапряженияобратнойпоследовательности ,10 UH и реактивной составляющей тока прямой последовательности ,5 j 1н,сд, МОЖНО

быстро определить возникновение несимметричных КЗ в цепи питания потребителей, подать сигнал на форсировку СД для повышения их устойчивой работы и одно-, временно переключить шины основного источника питания на резервный источник питания. При этом одновременная форси- ровка возбуждения СД и переключение их на резервный источник питания существенно уменьшает ток включения секции и время переходного процесса на подстанции.

При условии возникновения несимметричных КЗ на шинах основного источника питания или на отходящих линиях реактивная составляющая тока прямой последова- тельности Нр, как и активная мощность, направлена на вводе от источника к шинам, что позволяет блокировать АВ Р.

. Таким образом, реактивная составляющая тока прямой последовательности Нр блокируют АВР при направлении ее от источника питания к шинам, а также oj шин к источнику при значениях jip 0,5 i. )н,сд. При значениях Нр 0,5 5 1и.Сд, что возникает при всех видах КЗ в цепи питания, автоматическое включение резерва разрешено..

В режиме замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ даже в цепи питания шин СД остаются в синхронизме без увеличения внутреннего угла 5 и нет необходимости переключения их на резервный источник питания. При этом реак-. тивная составляющая тока прямой последовательности Нр не изменяется от. нормального значения, а напряжение обратной последовательности U2 ШИН ОСНОВт. ного источника питания при этом равно нулю и, следовательно, нет сигнала на АВР.

При пусках мощных СД на электрически связанных соседних подстанциях 6-10 кВ может произойти существенная посадка напряжения (до 0,7-0,8 UH) и возрасти.реактивная составляющая тока прямой последовательности на вводе шин основного источника питания выше величины уставки ,5 Sf н,сд. Но при этом напряжение обратной последовательности U2 равно нулю за счет симметричного снижения напряжения во всей цепи питания и сигнал на 5 АВР не проходит.

На чертеже приведена блок-схема способа автоматического включения резерва.

Блок-схема включает вводные выключатели 1 и 2, секционный выключатель 3,

10 трансформаторы 4 и 5 напряжения, блок 6 контроля уровня напряжения шин основного и резервного источников и направления активной мощности на вводе шин основного источника, блок 7 контроля напряжения об15 ратной последовательности шин основного

источника, блок 8 контроля реактивной составляющей тока прямой последовательности, логический элемент 2-И 9; логический элемент 2-Й Л И 10, возбудительное устрой0 ствоСД 11; СД 12, трансформатор 13 возбудительного устройства, блок 14 . автоматического включения резерва, трансформатор 15 тока.

Основной источник питания через вы5 ключатель 1 подключен к первой секции шин потребителя, имеющего синхронные двигатели. Резервный источник через выключатель 2 подключен .к другой секции шин, которая также может иметь в качестве

0 нагрузки синхронные двигатели. Секционный выключатель 3 нормально отключен. Блок 6 контроля уровня напряжения шин основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений шин

5 основного и резервного источников и направления активной мощности на вводе шин основного источника подключен к напряжениям шин основного и резервного источников питания через трансформаторы 4

0 и 5 напряжения, к трансформатору 15 тока основного источника питания, а выход блока 6 подключен к первому входу логического элемента 2-ИЛИ 10. Блок 7 контроля напряжения обратной последовательности под5 ключей к трансформатору 4 напряжения шин основного источника питания, а вывод блока 7 соединен с первым входом логического элемента 2-Й 9.

Входы блока 8 контроля направления и

0 значения реактивной составляющей тока прямой последовательности соединены с выходом трансформатора 4 напряжения и трансформатора 15 тока шин основного источника питания, а выход- с вторым входом

5 логического элемента 2-Й 9.

Выход логического элемента 2-Й 9 соединен с вторым входом логического элемента 2-ИЛИ 10, а выход последнего подключен к цепи форсировки возбудительного устройства 1.1 и блоку 14 автоматического включения резерва. Возбудительное устройство 11 питается.от трансформатора 13 и подключено к обмотке возбуждения СД 12.

В нормальном режиме питание потребителей каждой секции шин осуществляется от своего источника питания, при этом вводные выключатели 1 и 2 включены, а секционный выключатель 3 отключен. Входные сигналы блоков 6-8 соответствуют нормальному режиму работы и на выходе у этих блоков сигнал равен нулю. На выходе логического элемента 2-Й 9, логического элемента 2-ИЛИ 10 сигнал также равен нулю, и поэтому не работает цепь форсировки возбудительного устройства 11 и блок автоматического включения резерва.

При потере питания секции шин основного источника за счет трехфазного КЗ или ложного отключения выключателей в цепи питания начинается выбег синхронных двигателей. Активная мощность в этом режиме меняет свой знак и направлена от шин к источнику питания. Это приводит к срабатыванию блока 6 или по уровню напряжения, или по углу между векторами напряжений двух секций. На выходе логического элемента 2-ИЛИ 10 появляется сигнал уровня логической единицы и происходит форсировка СД и переключение секции шин основного источника питания на резервный источник.

При несимметричных КЗ (КЗ1, КЗ2, КЗ1 1) в цепи питания активная мощность на вводе шин не меняет свой знак и происходит потребление СД активной мощности. В связи с этим блок 6 не работает. Однако в указанных режимах нарушения электроснабжения напряжение обратной последовательности Угна шинах основного источника резко возрастает от нуля до уставки ,1 UH и выше. На выходе блока 7 контроля напряжения обратной последовательности появляется сигнал уровня логической единицы. Реактивная составляющая тока прямой последовательности, направленная от шин к источнику питания, также резко возрастает и превышает заданную уставку .5 5U 1н.сд. При этом на выходе блока 8 также появляется сигнал уровня логической единицы. Это приводит к появлению на выходе логического элемента 2-Й 9 и 2гИЛИ 10 сигнала уровня логической единицы и, соответственно, к форсировке возбуждения СД12, срабатыванию блока 14 АВР и переключению шин основного источника питания на резервный источник питания.

При очень удаленных несимметричных КЗ в цепу питания, когда U2 0,1 UH и I.IP 0,5 S 1н.сд нормальная работа синхронных двигателей не нарушается. Внутренний угол д у СД находится в рабочих пределах и после отключения КЗ остается резерв времени для быстрого переключения СД на резервный источник питания без

выхода их из синхронизма. Очевидно, что для сохранения СД в синхронизме при указанных выше нарушениях электроснабжения вводные выключатели 1,2 и секционный выключатель 3 должны быть быстродействующими с временем включения и отключения не более 0,03 с. При отсутствии таких выключателей предлагаемый способ АВР позволяет путем быстрого обнаружения трехфазных и несимметричных КЗ в цепи

питания отключить вводный выключатель 1 основного источника и исключить подпитку места КЗ от синхронных двигателей, что положительно сказывается на работе не только электрооборудования, но и СД.

Предлагаемый способ АВР применим и для двухстороннего действия. Для этого необходима установка дополнительных блоков 7-9, подключенных к трансформатору напряжения и трансформатору тока резервного источника питания. При этом на шинах резервного источника должны быть синхронные двигатели.

Функциональные блоки 6-8 могут быть получены на существующей элементной базе с использованием операционных усилителей в режиме сумматоров, пороговых элементов, формирователей импульсов несовпадения и реагирующих органов, фазо- поворотных и интегрирующих R-C цепочек,

триггеров Шмитта.

Использование предлагаемого способа АВР обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение чувствительности АВР к несимметричным

КЗ в цепи питания шин подстанции за счет определения направления и значения реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин и напряжения обратной последовательности шин основного источника питания, являющихся наиболее информативными параметрами контроля при указанных видах КЗ; повышение быстродействия АВР за счет непосредственного реагирования на

изменение значения напряжения обратной последовательности и направления и значения реактивной составляющей тока прямой последовательности, одновременной выдачи сигнала на форсировку СД и переключение шин основного источника на резервный и достижения в результате этого скорейшего наступления установившегося режима; уменьшение случаев нарушения технологического процесса, отключение ответственных потребителей вследствие повышения эффективности работы АВР.

Формула изобретения

Способ автоматического включения ре- зерва, 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 ак-

тивной мощности от шин. к основному источнику питания, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, 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 ос- новному источнику и превышении последней и напряжением обратной последовательности шин основного источника за- данных значений также производят переключение шин основного источника на резервный источник питания, причем одновременно с переключением во всех случаях осуществляют форсировку возбуждения синхронных двигателей. .

Использование: фиксирование нагруже- ния электроснабжения при любых видах повреждений в сети питания непосредственно после их возникновения, осуществление быстродействующего переключения не резервный источник питания-потребителей, содержащих синхронные двигатели. Сущность изобретения: в качестве контролируемых параметров режима подстанции с синхронной нагрузкой использованы напряжение прямой последовательности и угол между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, направление активной мощности, значение и направление реактивной составляющей тока прямой последовательности на вводе шин основного источника питания и напряжение обратной последовательности шин основного источника. При изменении направления активной мощности от шин к источнику питания одновременно со снижением напряжения прямой последовательности шин основного источника питания ниже заданного уровня или с повышением угла между векторами напряжений прямой последовательности больше заданного, а также при направлении реактивной составляющей тока прямой последовательности от шин к основному источнику одновременно с превышением заданных значений реак- тивной составляющей тока прямой последовательности и напряжения обратной последовательности шин основного источника переключают шины основного источника на резервный источник, одновременно проводя фо рсировку синхронных двигателей. 1 ил. сл -ч ю