способ запрета автоматического повторного включения на короткое замыкание на шинах основного источника питания и близкое короткое замыкание в отходящей линии при отказе ее выключателя

Формула изобретения

Способ запрета автоматического повторного включения (АПВ) на короткое замыкание на шинах источника питания и близкое короткое замыкание в отходящей линии при отказе ее выключателя, заключающийся в фиксации появления тока короткого замыкания на вводе источника питания и контроле напряжения на шинах источника питания, отличающийся тем, что контролируют ток на вводе источника питания между вводным выключателем и шинами источника питания, фиксируют появление тока короткого замыкания между вводным выключателем и шинами источника питания, в это же время контролируют значения линейных напряжений на шинах со стороны источника питания, после отключения тока короткого замыкания, обусловленного срабатыванием защиты, контролируют значение линейных напряжений на шинах со стороны источника питания и, если во время протекания тока короткого замыкания линейные напряжения на шинах ниже значения, при котором нарушаются технологические процессы у потребителей, питаемых от источника питания, а после отключения тока короткого замыкания линейные напряжения на шинах отсутствуют, то делают вывод, что произошло короткое замыкание на шинах источника питания или близкое короткое замыкание в отходящей линии, причем отказал ее выключатель, и в этом случае подают сигнал запрета АПВ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и предназначено для предотвращения автоматического повторного включения (АПВ) выключателя на короткое замыкание на шинах основного источника питания и на близкое короткое замыкание в отходящей линии при отказе ее выключателя.

Известен способ запрета АПВ вводного выключателя на короткое замыкание на шинах двухтрансформаторной подстанции, заключающийся в фиксации появления тока короткого замыкания на вводе питающего трансформатора и в отходящих линиях, в котором фиксируют ток короткого замыкания на вводе питающего трансформатора между вводным выключателем и секцией шин питающего трансформатора, в этот же момент времени контролируют ток короткого замыкания в отходящих линиях, контролируют напряжение на секции шин питающего трансформатора и, если ток короткого замыкания присутствует на вводе питающего трансформатора, но отсутствует в отходящих линиях, а после его отключения защитой отсутствует напряжение на секции шин питающего трансформатора, то делают вывод, что короткое замыкание произошло на шинах двухтрансформаторной подстанции, и в этом случае подают сигнал запрета АПВ вводного выключателя [Патент РФ №2292620, кл. Н02J 9/06, 13/00, опубл. 27.01.2007, Бюл. №3].

Недостатком известного способа является то, что он применяется только для двухтрансформаторных подстанций и не применим для осуществления запрета АПВ при использовании других источников питания. Кроме этого, указанный способ не применим для осуществления запрета АПВ при близком коротком замыкании в отходящей линии в случае отказа ее выключателя. Так же он не позволяет учитывать значение снижения линейных напряжений на шинах источника питания в случае короткого замыкания на них или в отходящей линии, что уменьшает его функциональность.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения и функциональных возможностей способа путем использования его для запрета АПВ на устойчивое двух- или трехфазное короткое замыкание на шинах основного источника питания и на близкое короткое замыкание в отходящей линии при отказе ее выключателя вне зависимости от типа источника питания.

Для решения указанной задачи в известном способе, заключающемся в фиксации появления тока короткого замыкания на вводе питающего трансформатора и в отходящих линиях, в котором фиксируют ток короткого замыкания на вводе питающего трансформатора между вводным выключателем и секцией шин питающего трансформатора, в этот же момент времени контролируют ток короткого замыкания в отходящих линиях, контролируют напряжение на секции шин питающего трансформатора и, если ток короткого замыкания присутствует на вводе питающего трансформатора, но отсутствует в отходящих линиях, а после его отключения защитой отсутствует напряжение на секции шин питающего трансформатора, то делают вывод, что короткое замыкание произошло на шинах двухтрансформаторной подстанции, и в этом случае подают сигнал запрета АПВ вводного выключателя, согласно изобретению контролируют ток на вводе источника питания между вводным выключателем и шинами источника питания, фиксируют появление тока короткого замыкания между вводным выключателем и шинами источника питания, в это же время контролируют значения линейных напряжений на шинах со стороны источника питания, после отключения тока короткого замыкания, обусловленного срабатыванием защиты, контролируют значение линейных напряжений на шинах со стороны источника питания и, если во время протекания тока короткого замыкания линейные напряжения на шинах ниже значения, при котором нарушаются технологические процессы у потребителей, питаемых от источника питания, а после отключения тока короткого замыкания линейные напряжения на шинах отсутствуют, то делают вывод, что произошло короткое замыкание на шинах источника питания или близкое короткое замыкание в отходящей линии, причем отказал ее выключатель, и в этом случае подают сигнал запрета АПВ.

Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующего способ,

на фиг.2 показаны диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на фигуре 1 при коротком замыкании в точке 25 (см. фиг.1),

на фиг.3 показаны диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на фигуре 1 при коротком замыкании в точке 27 (см. фиг.1),

на фиг.4 показаны диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на фигуре 1 при коротком замыкании в точке 28 (см. фиг.1).

Схема (см. фиг.1) содержит источник питания ИП 1, вводной выключатель Q 2, снабженный устройством АПВ, датчик тока ДТ 3, датчик тока короткого замыкания ДТКЗ 4, элемент НЕ 5, датчик напряжения ДН 6, датчик напряжения ДН 7, датчик напряжения ДН 8, датчик номинального напряжения ДНН 9, датчик номинального напряжения ДНН 10, датчик номинального напряжения ДНН 11, датчик уровня напряжения ДУН 12, датчик уровня напряжения ДУН 13, датчик уровня напряжения ДУН 14, элемент НЕ 15, элемент НЕ 16, элемент НЕ 17, элемент ИЛИ 18, элемент И 19, элемент ПАМЯТЬ 20, элемент И 21, элемент НЕ 22, элемент И 23, элемент ПАМЯТЬ 24, точка короткого замыкания 25, выключатель в линии Q 26, точка короткого замыкания 27, точка короткого замыкания 28.

При коротком замыкании в точке 25 (см. фиг.1) диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на фиг.1 имеют вид (см. фиг.2): 29 - на выходе элемента 3; 30 - на выходе элемента 4; 31 - на выходе элемента 5; 32 - на выходе элемента 6; 33 - на выходе элемента 7; 34 - на выходе элемента 8; 35 - на выходе элемента 9; 36 - на выходе элемента 10; 37 - на выходе элемента 11; 38 - на выходе элемента 12; 39 - на выходе элемента 13; 40 - на выходе элемента 14; 41 - на выходе элемента 15; 42 - на выходе элемента 16; 43 - на выходе элемента 17; 44 - на выходе элемента 18; 45 - на выходе элемента 19; 46 - на выходе элемента 20; 47 - на выходе элемента 21; 48 - на выходе элемента 22; 49 - на выходе элемента 23; 50 - на выходе элемента 24.

При коротком замыкании в точке 27 (см. фиг.1) диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на фиг.1 имеют вид (см. фиг.3): 51 - на выходе элемента 3; 52 - на выходе элемента 4; 53 - на выходе элемента 5; 54 - на выходе элемента 6; 55 - на выходе элемента 7; 56 - на выходе элемента 8; 57 - на выходе элемента 9; 58 - на выходе элемента 10; 59 - на выходе элемента 11; 60 - на выходе элемента 12; 61 - на выходе элемента 13; 62 - на выходе элемента 14; 63 - на выходе элемента 15; 64 - на выходе элемента 16; 65 - на выходе элемента 17; 66 - на выходе элемента 18; 67 - на выходе элемента 19; 68 - на выходе элемента 20; 69 - на выходе элемента 21; 70 - на выходе элемента 22; 71 - на выходе элемента 23; 72 - на выходе элемента 24.

При коротком замыкании в точке 28 (см. фиг.1) диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на фиг.1 имеют вид (см. фиг.4): 73 - на выходе элемента 3; 74 - на выходе элемента 4; 75 - на выходе элемента 5; 76 - на выходе элемента 6; 77 - на выходе элемента 7; 78 - на выходе элемента 8; 79 - на выходе элемента 9; 80 - на выходе элемента 10; 81 - на выходе элемента 11; 82 - на выходе элемента 12; 83 - на выходе элемента 13; 84 - на выходе элемента 14; 85 - на выходе элемента 15; 86 - на выходе элемента 16; 87 - на выходе элемента 17; 88 - на выходе элемента 18; 89 - на выходе элемента 19; 90 - на выходе элемента 20; 91 - на выходе элемента 21; 92 - на выходе элемента 22; 93 - на выходе элемента 23; 94 - на выходе элемента 24.

Схема работает следующим образом.

В нормальном режиме работы течет рабочий ток какой-либо величины, контролируемый датчиком тока ДТ 3. Так как ток не равен и не больше минимального значения тока короткого замыкания, то нет сигнала на выходе ДТКЗ 4, на выходе элемента НЕ 5 присутствует сигнал, нет сигнала на выходах элементов НЕ 15, НЕ 16 и НЕ 17, так как присутствуют все линейные напряжения на шинах. А значит, нет сигнала на выходе элемента ИЛИ 18 и, соответственно, элементов И 19, И 23, ПАМЯТЬ 24. Схема не запускается.

При двух- или трехфазном коротком замыкании (на диаграмме, фиг.2, представлен случай трехфазного замыкания в точке 25) на участке шин источника питания, находящемся между вводным выключателем и выключателем Q 26, появляется ток короткого замыкания, который фиксируется датчиком ДТКЗ 4, на выходе ДТКЗ 4 появляется сигнал (см. фиг.2, диаграмма 30), который подается на один из входов элемента И 19. Поскольку трехфазное короткое замыкание произошло на шинах, все линейные напряжения на них станут равными нулю, поэтому исчезнут сигналы с выходов датчиков напряжения ДН 6, ДН 7 и ДН 8 (см. фиг.2, диаграммы 32, 33, 34). Соответственно исчезнут сигналы и с выходов датчиков номинального напряжения ДНН 9, ДНН 10, ДНН 11 (см. фиг.2, диаграммы 35, 36, 37), а также датчиков уровня напряжения ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 (см. фиг.2, диаграммы 38, 39, 40). Датчики ДУН работают таким образом, что сигнал на их выходе присутствует только при значении напряжения выше отмеченного горизонтальными пунктирными линиями на диаграммах 32, 33, 34 (см. фиг.2). То есть при снижении напряжения ниже значения, при котором нарушаются технологические процессы у потребителей, питаемых от отходящей линии, коммутируемой выключателем Q 26, и от других отходящих линий (на фиг.1 не показаны), сигнал с выходов датчиков ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 исчезает. Это значение уровня напряжения задается в зависимости от того, какие потребители питаются от отходящих линий. При исчезновении сигналов на выходах датчиков ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 появляются сигналы на выходах элементов НЕ 15, НЕ 16 и НЕ 17 (см. фиг.2, диаграммы 41, 42, 43). Появляется сигнал с выхода элемента ИЛИ 18 (см. фиг.2, диаграмма 44), который подается на второй вход элемента И 19. Поскольку во время протекания тока короткого замыкания присутствуют сигналы на обоих входах элемента И 19, на его выходе также появляется сигнал (см. фиг.2, диаграмма 45), который запоминается элементом ПАМЯТЬ 20 (см. фиг.2, диаграмма 46). Вследствие отсутствия сигнала на выходе элемента И 21 (см. фиг.2, диаграмма 47) присутствует сигнал на выходе элемента НЕ 22 (см. фиг.2, диаграмма 48), этот сигнал подается на один из входов элемента И 23. На второй вход этого элемента подается сигнал с выхода элемента ПАМЯТЬ 20. При отключении тока короткого замыкания (отключается выключатель Q2) исчезает сигнал с выхода датчика ДТКЗ 4 и, следовательно, появляется сигнал на выходе элемента НЕ 5 (см. фиг.2, диаграмма 31). Этот сигнал подается на третий вход элемента И 23. На выходе элемента И 23 появляется сигнал (см. фиг.2, диаграмма 49), который запоминается элементом ПАМЯТЬ 24 (см. фиг.2, диаграмма 50). Сигнал с выхода элемента ПАМЯТЬ 24 является сигналом запрета АПВ вводного выключателя. Сброс сигнала запрета, а также сигнала с выхода элемента ПАМЯТЬ 20 происходит при восстановлении нормального режима, то есть при появлении всех линейных напряжений номинального значения на шинах источника питания.

При двухфазном коротком замыкании в точке 25 (см. фиг.1) одно линейное напряжение исчезнет в момент короткого замыкания, два других линейных напряжения снизятся до определенного значения, то есть сигналы с элементов ДНН 9, ДНН 10, ДНН 11 исчезнут одновременно, при возникновении тока короткого замыкания. Сигналы с элементов ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 изменятся следующим образом: сигнал с выхода одного из этих элементов исчезнет в момент короткого замыкания, с двух других - в момент отключения тока короткого замыкания. Тем не менее будет присутствовать сигнал на одном из входов элемента ИЛИ 18, что приведет к работе схемы в остальном так же, как и при трехфазном коротком замыкании в точке 25 (см. фиг.1).

При двух- или трехфазном коротком замыкании (на диаграмме, фиг.3, представлен случай трехфазного замыкания в точке 27) в отходящей линии (см. фиг.1, точка 27), вблизи от шин источника питания, появляется ток короткого замыкания, который фиксируется датчиком ДТКЗ 4, на выходе ДТКЗ 4 появляется сигнал (см. фиг.3, диаграмма 52), который подается на один из входов элемента И 19. Так как трехфазное короткое замыкание произошло в отходящей линии, то линейные напряжения на шинах источника питания не станут равными нулю, но снизятся до определенного значения. Поскольку короткое замыкание произошло вблизи от шин источника питания, снижение величины линейных напряжений на шинах будет значительным, значения их будут ниже того, при котором нарушается технологический процесс у потребителей, питаемых от отходящих линий (см. фиг.3, диаграммы 54, 55, 56). Соответственно исчезнут сигналы с выходов датчиков номинального напряжения ДНН 9, ДНН 10, ДНН 11 (см. фиг.3, диаграммы 57, 58, 59), а также датчиков уровня напряжения ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 (см. фиг.3, диаграммы 60, 61, 62). Датчики ДУН работают таким образом, что сигнал на их выходе присутствует только при уровне напряжения выше отмеченного горизонтальными пунктирными линиями на диаграммах 54, 55, 56 (см. фиг.3). При исчезновении сигналов на выходах датчиков ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 появляются сигналы на выходах элементов НЕ 15, НЕ 16 и НЕ 17 (см. фиг.3, диаграммы 63, 64, 65). Появляется сигнал с выхода элемента ИЛИ 18 (см. фиг.3, диаграмма 66), который подается на второй вход элемента И 19. Поскольку во время протекания тока короткого замыкания присутствуют сигналы на обоих входах элемента И 19, на его выходе также появляется сигнал (см. фиг.3, диаграмма 67), который запоминается элементом ПАМЯТЬ 20 (см. фиг.3, диаграмма 68). Вследствие отсутствия сигнала на выходе элемента И 21 (см. фиг.3, диаграмма 69) присутствует сигнал на выходе элемента НЕ 22 (см. фиг.3, диаграмма 70), этот сигнал подается на один из входов элемента И 23. На второй вход этого элемента подается сигнал с выхода элемента ПАМЯТЬ 20. Если произойдет отказ выключателя Q 26 в линии, то для отключения тока короткого замыкания отключается выключатель Q 2. При этом исчезает сигнал с выхода датчика ДТКЗ 6 и, следовательно, появляется сигнал на выходе элемента НЕ 5 (см. фиг.3, диаграмма 53). Этот сигнал подается на третий вход элемента И 23. На выходе элемента И 23 появляется сигнал (см. фиг.3, диаграмма 71), который запоминается элементом ПАМЯТЬ 24 (см. фиг.3, диаграмма 72). Сигнал с выхода элемента ПАМЯТЬ 24 является сигналом запрета АПВ. Сброс сигнала запрета, а также сигнала с выхода элемента ПАМЯТЬ 20 происходит при восстановлении нормального режима, то есть при появлении всех линейных напряжений номинального значения на шинах источника питания.

При двухфазном коротком замыкании в точке 27 (см. фиг.1) одно линейное напряжение значительно снизится в момент короткого замыкания, два других линейных напряжения также снизятся, хотя и в меньшей степени, то есть сигналы с элементов ДИН 9, ДНН 10, ДНН 11 исчезнут одновременно, при возникновении тока короткого замыкания. Сигналы с элементов ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 изменятся следующим образом: сигнал с выхода одного из этих элементов исчезнет в момент короткого замыкания, с двух других - в момент отключения тока короткого замыкания. Тем не менее, будет присутствовать сигнал на одном из входов элемента ИЛИ 18, что при условии отказа выключателя Q 26 в линии, приведет к работе схемы в остальном так же, как и при трехфазном коротком замыкании в точке 27 (см. фиг.1).

Если короткое замыкание происходит в точке 27 (см. фиг.1) и не происходит отказа выключателя Q 26 в линии, то отключение тока короткого замыкания происходит с помощью этого выключателя. При этом сразу после отключения тока короткого замыкания, линейные напряжения на шинах основного источника питания станут номинальными и, таким образом, в этот момент появится сигнал на выходе элемента И 21, который «сбросит» элемент ПАМЯТЬ 20 и приведет к исчезновению сигнала на выходе элемента НЕ 22. Вследствие этого на соответствующих входах элемента И 23 будут отсутствовать сигналы, на его выходе сигнал не появится и, значит, сигнал запрета АПВ выдан не будет. Схема вернется в исходное состояние.

При двух- или трехфазном коротком замыкании (на диаграмме, фиг.4, представлен случай трехфазного замыкания в точке 28) в отходящей линии (см. фиг.1, точка 28), в значительном удалении от шин источника питания, появляется ток короткого замыкания, который фиксируется датчиком ДТКЗ 4, на выходе ДТКЗ 4 появляется сигнал (см. фиг.4, диаграмма 74), который подается на один из входов элемента И 19. Так как трехфазное короткое замыкание произошло в отходящей линии, то линейные напряжения на шинах источника питания не станут равными нулю, но снизятся до определенного значения. Поскольку короткое замыкание произошло на значительном удалении от источника питания, снижение величины линейных напряжений на шинах будет не большим, то есть значения линейных напряжений будут выше уровня, при котором нарушается технологический процесс у потребителей, питаемых от отходящих линий (см. фиг.4, диаграммы 76, 77, 78). Сигналы с выходов датчиков номинального напряжения ДНН 9, ДНН 10, ДНН 11 исчезнут (см. фиг.4, диаграммы 79, 80, 81), поскольку снижение напряжения все же произошло. Сигналы с выходов датчиков уровня напряжения ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 (см. фиг.4, диаграммы 82, 83, 84) не исчезнут, так как сигнал на их выходе присутствует при уровне напряжения выше значения, при котором происходит нарушение технологических процессов у потребителей, то есть выше уровня, отмеченного горизонтальными пунктирными линиями на диаграммах 76, 77, 78 (см. фиг.4). Так как не произойдет исчезновения сигналов с выходов элементов ДУН 12, ДУН 13 и ДУН 14 во время протекания тока короткого замыкания, то в это время не появляются сигналы на выходах элементов НЕ 15, НЕ 16 и НЕ 17 (см. фиг.4, диаграммы 85, 86, 87), не появляется в это время сигнал с выхода элемента ИЛИ 18 (см. фиг.4, диаграмма 88). Сигнал на второй вход элемента И 19 (во время присутствия на его первом входе сигнала с элемента ДТКЗ 4) подан не будет. Поскольку во время протекания тока короткого замыкания отсутствует сигнал на одном из входов элемента И 19, то на его выходе также отсутствует сигнал (см. фиг.4, диаграмма 89), отсутствует сигнал на входе элемента ПАМЯТЬ 20 и, следовательно на его выходе (см. фиг.4, диаграмма 90). Вследствие отсутствия сигнала на выходе элемента И 21 (см. фиг.4, диаграмма 91) присутствует сигнал на выходе элемента НЕ 22 (см. фиг.4, диаграмма 92), этот сигнал подается на один из входов элемента И 23. Но на втором входе этого элемента отсутствует сигнал с выхода элемента ПАМЯТЬ 20. Если произойдет отказ выключателя Q 26 в линии, то для отключения тока короткого замыкания отключается выключатель Q 2. При этом исчезает сигнал с выхода датчика ДТКЗ 4 и, следовательно, появляется сигнал на выходе элемента НЕ 5 (см. фиг.4, диаграмма 75). Этот сигнал подается на третий вход элемента И 23. Но, поскольку на одном из входов данного элемента отсутствует сигнал, не появляется сигнал на его выходе (см. фиг.4, диаграмма 93). Нет сигнала, соответственно, и на выходе элемента ПАМЯТЬ 24 (см. фиг.4, диаграмма 94). То есть сигнал запрета АПВ в этом случае не выдается. АПВ в этом случае включается.

Включение АПВ при удаленном коротком замыкании в отходящей линии не вызывает таких отрицательных последствий, как включение на короткое замыкание на шинах источника питания или на близкое короткое замыкание в отходящей линии, поскольку при этом не происходит снижения напряжения на шинах источника питания и на шинах резервного источника питания до значения, при котором нарушается технологический процесс у потребителей. Кроме того, при включении АПВ, если короткое замыкание в отходящей линии устойчивое, повторное протекание тока короткого замыкания может вызвать отключение выключателя Q 26 в линии. В этом случае питание потребителей, питаемых через другие отходящие линии, будет восстановлено за счет включения выключателя Q 2. Если при включении АПВ, в случае устойчивого короткого замыкания в точке 28 (см. фиг.1), выключатель Q 26 вновь не отключится, то отключится выключатель Q 2.

При двухфазном коротком замыкании в точке 28 (см. фиг.1) одно линейное напряжение незначительно снизится в момент короткого замыкания, два других линейных напряжения также снизятся, хотя и в меньшей степени. То есть сигналы с элементов ДНН 9, ДНН 10 и ДНН 11 исчезнут одновременно при возникновении тока короткого замыкания. Сигналы с элементов ДУН 12, ДУН 13, ДУН 14 не исчезнут, поскольку линейные напряжения не снизятся до значения, при котором нарушается технологический процесс у потребителей, питаемых от отходящих линий. Следовательно, будут отсутствовать сигналы на всех входах элемента ИЛИ 18 и сигнал на его выходе. Схема не запустится. Сигнал запрета АПВ выдан не будет.

Если короткое замыкание происходит в точке 27 (см. фиг.1) и не происходит отказа выключателя Q 26 в линии, то отключение тока короткого замыкания происходит с помощью этого выключателя. При этом сразу после отключения тока короткого замыкания линейные напряжения на шинах основного источника питания станут номинальными. Схема не запустится, сигнал запрета АПВ выдан не будет.

Если же линейные напряжения на шинах основного источника питания исчезнут вследствие других причин (например, оперативные переключения, выход из строя основного источника питания и т.п.), то не будет сигнала с элемента ДТКЗ 4, схема не запустится, следовательно, не будет выдан сигнал запрета АПВ.

Таким образом, сигнал запрета АПВ подается только в случае короткого замыкания на шинах источника питания и близкого короткого замыкания в отходящей линии, при отказе ее выключателя, не зависимо от вида короткого замыкания (двух- или трехфазное). Это расширяет область применения и функциональные возможности способа, что увеличивает срок службы вводного выключателя, оснащенного устройством АПВ, сокращает затраты на его ремонт и обслуживание.