устройство защиты от потери питания на подстанциях предприятий с технологическим резервированием

Формула изобретения

Устройство защиты от потери питания на подстанциях предприятий с технологическим резервированием, включающее блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключены также входы пускового блока минимальной частоты и блока контроля минимального напряжения, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического элемента И, выход которого подключен к входам первого и третьего таймеров, выход первого таймера подключен к входу исполнительного блока отключения ввода, а выход третьего таймера подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, к второму входу которого через второй таймер подключен выход блока контроля минимального напряжения, а выход первого логического элемента ИЛИ подключен к блоку отключения всех электродвигателей, отличающееся тем, что дополнительно содержит два блока контроля положения выключателей электродвигателей, второй логический элемент И, исполнительный блок отключения одного из электродвигателей, причем к первому и второму входам второго логического элемента И подключены выходы первого и второго блоков контроля положения выключателей, к третьему входу второго логического элемента И подключен выход первого таймера, а выход второго логического элемента И подключен к входу исполнительного блока отключения одного из электродвигателей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты и автоматики на подстанциях промышленных предприятий с технологическим резервированием.

Известна двухступенчатая защита минимального напряжения, содержащая: пусковые блоки (реле напряжения), реле времени и выходное (промежуточное) реле. Первая ступень с выдержкой времени первой ступени действует либо на отключение неответственных электродвигателей, либо на отключение ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Вторая ступень действует на отключение электродвигателей потерявшей питание секции шин с последующим включением электродвигателей резервных технологических агрегатов и предназначена для сохранения технологического режима при длительном перерыве электроснабжения /Чернобровов Н.Н., Семенов В.А. "Релейная защита энергетических систем", 1998 г., стр.715, рис.19.12/.

Известно устройство защиты от потери питания, которое содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, блок контроля минимального напряжения, первый таймер, первый исполнительный блок, второй таймер, второй исполнительный блок /Шабад М.А. «Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели», Библиотека электромонтера, вып.565. Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр.53-54, рис.19/.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство защиты от потери питания, которое содержит: блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключены также входы пускового блока минимальной частоты и блока контроля минимального напряжения, выход которого подключен к первому таймеру, выхода блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам логического блока, который выдает сигнал на второй и третий таймеры, логический элемент ИЛИ, подключенный к выходам первого и третьего таймеров, подает сигнал на первый исполнительный блок, второй исполнительный блок подключен к выходу второго таймера /Патент на изобретение № 2342755 «Устройство зашиты от потери питания/.

Выход первого выходного блока является выходом защиты минимальной частоты от потери питания с контролем направления активной мощности и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Выход второго выходного блока является выходом двух защит: защиты минимального напряжения и второй ступени защиты минимальной частоты и действует на отключение синхронных электродвигателей, потерявших питание.

Недостатком этих устройств является ограниченное быстродействие включения резервного электродвигателя при потере питания от основного источника, в случае, если в работе было два синхронных электродвигателя, питающихся от одной секции шин, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.

Обусловлен этот недостаток следующим. На предприятиях с крупными электродвигателями, например на нефтеперекачивающих станциях, широкое распространение получила схема подстанции с четырьмя электродвигателями, подключенными по два на каждой секции шин. При потере питания секции шин с двумя подключенными к ней электродвигателями, время самозапуска электродвигателей при восстановлении электроснабжения, а следовательно, и восстановления технологического процесса, может существенно увеличиться по сравнению с самозапуском одного двигателя. Объясняется это тем, что одновременный самозапуск двух крупных электродвигателей приводит к значительному увеличению тока в элементах питающей сети, глубокой посадке напряжения на шинах подстанции и снижению вращающего момента электродвигателей. При этом одновременный самозапуск двух крупных электродвигателей может оказаться невозможным и происходит отключение обоих электродвигателей токовыми защитами от затянувшегося самозапуска (пуска). По факту отключения одного из электродвигателей от токовой защиты срабатывает устройство автоматического включения технологического резерва и запускается электродвигатель резервного насосного агрегата. При этом в технологическом процессе вместо двух электродвигателей будут участвовать только один. Второй электродвигатель запускается персоналом вручную после проверки причин отключения его от токовых защит. При этом восстановление технологического процесса затягивается.

Задачей изобретения является увеличение быстродействия пуска резервного насосного агрегата и обеспечение самозапуска электродвигателя, потерявшего питание, и, как следствие, повышение быстродействия полного восстановления технологического режима в случае, когда на одной секции шин работают два электродвигателя.

Задача решается тем, что устройство, включающее блок контроля направления мощности, входы которого подключены к току ввода секции шин распределительного устройства и напряжению секции шин распределительного устройства, к вышеуказанному напряжению подключены также входы пускового блока минимальной частоты и блока контроля минимального напряжения, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического элемента И, выход которого подключен к входам первого и третьего таймеров, выход первого таймера подключен к входу исполнительного блока отключения ввода, а выход третьего таймера подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, к второму входу которого через второй таймер подключен выход блока контроля минимального напряжения, а выход первого логического элемента ИЛИ подключен к блоку отключения всех электродвигателей, согласно изобретению дополнительно содержит два блока контроля положения выключателей электродвигателей, второй логический элемент И, исполнительный блок отключения одного из электродвигателей, причем к первому и второму входам второго логического элемента И подключены выходы первого и второго блоков контроля положения выключателей, к третьему входу второго логического элемента И подключен выход первого таймера, а выход второго логического элемента И подключен к входу исполнительного блока отключения одного из электродвигателей.

На фигуре представлена блок схема предлагаемого устройства. Устройство содержит: блок 1 контроля направления мощности; блок 2 минимальной частоты; блок 3 контроля минимального напряжения; 4 - первый логический элемент И; первый таймер 5 с выдержкой времени t1; второй таймер 6 с выдержкой времени t2; третий таймер 7 с выдержкой времени t3; логический элемент ИЛИ 8; исполнительный блок 9 отключения ввода; блок 10 отключения выключателей электродвигателей; блоки 11, 12 контроля состояния выключателей электродвигателей; 13 - второй логический элемент И; исполнительный блок 14 отключения одного электродвигателя.

Входы блока 1 контроля направления мощности подключены к напряжению секции шин распределительного устройства и току ввода секции шин распределительного устройства, вход блока 2 минимальной частоты подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, вход блока 3 контроля минимального напряжения подключен к напряжению секции шин распределительного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние схемы следующее. К секции шин распределительного устройства подключены два электродвигателя, и на выходах блоков 11 и 12 контроля состояния выключателей электродвигателей формируются сигналы, которые поступают на первый и второй входы второго логического элемента И 13.

При потере питания от внешнего источника электроснабжения синхронные электродвигатели переходят в генераторный режим и создают напряжение на секции шин, потерявшей питание. При этом изменяется направление активной мощности, которое контролируется блоком 1, и вследствие самоторможения и снижения скорости вращения электродвигателей начинается снижение частоты и напряжения на потерявшей питание секции шин. При достижении уставки по частоте срабатывает блок 2 минимальной частоты. Первый логический элемент И 4, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймеры 5 и 7. Начинается отсчет времени t ₁ и t₃. При прохождении времени t₁ подается сигнал на исполнительный блок 9 и на второй логический элемент И 13. Исполнительный блок 9 действует на отключение вводного выключателя секции шин. Одновременно, так как на всех входах второго логического элемента И 13 появляются логические сигналы, срабатывает второй логический элемент И 13 и происходит отключение одного из двух электродвигателей, потерявших питание. Выбор одного из двух электродвигателей, который следует отключить, производится автоматикой, либо предустановлен вручную. По факту отключения выключателя этого электродвигателя запускается схема технологического резервирования, которая без выдержки времени запускает электродвигатель резервного агрегата.

Выключатель другого из двух электродвигателей не отключается, и электродвигатель остается подключенным к секции шин, потерявшей питание.

По факту отключения выключателя ввода от исполнительного блока 9 запускается устройство автоматического включения резерва (АВР). При снижении напряжения на потерявшей питание секции шин до допустимого значения схема АВР срабатывает и с выдержкой времени действует на включение секционного выключателя. При включении секционного выключателя напряжение питания на потерявшей питание секции шин восстанавливается и не отключенный электродвигатель оказывается в режиме самозапуска. Самозапуск одного электродвигателя, как правило, происходит успешно, и технологический режим приводимого им насоса восстанавливается. Таким образом, технологический процесс перекачки восстанавливается.

В случае отказа секционного выключателя или гашения поля не отключенного синхронного электродвигателя, от таймеров 6 или 7 через логический блок ИЛИ 8 подается сигнал на блок 10, действующий на отключение этого электродвигателя.

Время простоя технологических агрегатов при двух электродвигателях на одной секции шин определяется выдержкой времени таймера 5, а также временем снижения напряжения на потерявшей питание секции шин до допустимого для АВР значения и временем срабатывания АВР.

В известном устройстве таймер 5 через исполнительный блок 9 действует на отключение только вводного выключателя секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей, но ввиду отсутствия второго логического элемента И 13 и исполнительного блока 14 не действует на отключение выключателя потерявшего питание электродвигателя. При снижении напряжения на потерявшей питание секции шин до допустимого значения схема АВР срабатывает и действует на включение секционного выключателя. При включении секционного выключателя напряжение питания на потерявшей питание секции шин восстанавливается и оба терявших питание электродвигателя оказываются в режиме самозапуска. Одновременный самозапуск двух крупных электродвигателей приводит к значительному увеличению тока в элементах питающей сети, глубокой посадке напряжения на шинах подстанции и снижению вращающего момента электродвигателей. Во многих случаях одновременный самозапуск двух крупных электродвигателей оказывается невозможным или затянутым по времени. При этом повышенные токи длительно протекают по обмоткам статора и может сработать защита электродвигателей от затянувшегося пуска (самозапуска). После срабатывания защиты от затянувшегося самозапуска оба электродвигателя отключаются от сети.

По факту отключения одного из электродвигателей от токовой защиты срабатывает устройство технологического резервирования и запускается электродвигатель резервного агрегата. Второй отключенный электродвигатель запускается персоналом вручную после проверки причин отключения его от токовых защит. При этом восстановление технологического процесса затягивается на неопределенное время.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство увеличивает быстродействие включения резервного агрегата и обеспечивает успешность самозапуска электродвигателя, потерявшего питание, и, как следствие, снижается время полного восстановления технологического процесса в случае, когда на одной секции шин распределительного устройства подстанции работают два электродвигателя.

Данное изобретение позволяет повысить устойчивость технологических систем и может найти широкое применение в технике релейной защиты и автоматики.