EA044211B1

EA044211B1 - BUS SHORT CIRCUIT PROTECTION

Info

Publication number: EA044211B1
Application number: EA202192771
Authority: EA
Inventors: Бауыржан Ерболович Машрапов; Марк Яковлевич Клецель; Олжас Манарбекович Талипов
Original assignee: Некоммерческое Акционерное Общество "Торайгыров Университет"
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-07-31

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты шин электрических станций и подстанций от коротких замыканий.The invention relates to the electric power industry, namely to relay protection technology, and can be used to protect the buses of power stations and substations from short circuits.

Известна защита шин от коротких замыканий [Н.В. Чернобровов. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - С. 800], содержащая реле, подключенное к трансформаторам тока всех присоединений, и исполнительный орган.Protection of busbars from short circuits is known [N.V. Chernobrov. Relay protection of energy systems. - M.: Energoatomizdat, 1998. - P. 800], containing a relay connected to the current transformers of all connections, and an actuator.

Недостатком этой защиты является невозможность работы без металлоемких и громоздких трансформаторов тока.The disadvantage of this protection is the impossibility of working without metal-intensive and bulky current transformers.

Наиболее близкой к предлагаемой является защита шин от коротких замыканий [KZ 21963 МПК Н02Н 3/38, опубл. 15.12.2009], содержащая поляризованный геркон для каждой фазы отходящих от шин токопроводов, расположенный в зоне действия их магнитного поля, первые элемент ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ, причем вторые контакты герконов одноименных фаз подключены к вторым элементу ИЛИ-НЕ и элементу ИЛИ, выходы первого элемента ИЛИ-НЕ и второго элемента ИЛИ подключены к первому элементу И, выходы второго элемента ИЛИ-НЕ и первого элемента ИЛИ подключены к второму элементу И, выходы первого и второго элементов И подсоединены к исполнительному органу.The closest to the proposed one is the protection of busbars against short circuits [KZ 21963 IPC N02N 3/38, publ. 12/15/2009], containing a polarized reed switch for each phase of the current conductors extending from the busbars, located in the zone of action of their magnetic field, the first NOR element and the OR element, and the second contacts of the reed switches of the same phases are connected to the second NOR element and the OR element, the outputs of the first OR-NOT element and the second OR element are connected to the first AND element, the outputs of the second OR-NOT element and the first OR element are connected to the second AND element, the outputs of the first and second AND elements are connected to the actuator.

Недостатками этой защиты являются возможность несрабатывания или ложного срабатывания из-за своевременно не выявленных неисправностей его элементов.The disadvantages of this protection are the possibility of failure or false operation due to faults of its elements not detected in a timely manner.

Технический результат - исключение несрабатываний или ложных срабатываний защиты шин на герконах за счет выявления неисправностей ее элементов.The technical result is the elimination of failures or false alarms of busbar protection on reed switches by identifying malfunctions of its elements.

Технический результат достигается тем, что в защиту шин на герконах, содержащую поляризованный геркон для каждой фазы отходящих от шин токопроводов, расположенный в зоне действия их магнитного поля, первые элемент ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ, причем вторые контакты герконов одноименных фаз подключены к вторым элементу ИЛИ-НЕ и элементу ИЛИ, выходы первого элемента ИЛИ-НЕ и второго элемента ИЛИ подключены к первому элементу И, выходы второго элемента ИЛИ-НЕ и первого элемента ИЛИ подключены к второму элементу И, выходы первого и второго элементов И подсоединены к исполнительному органу, дополнительно введены первое, второе и третье промежуточные реле, обмотки управления, сигнальная лампа, первая и вторая кнопки, причем первые контакты герконов через нормально замкнутые контакты первого промежуточного реле подключены к входам первых элемента ИЛИ и элемента ИЛИ-НЕ, выход исполнительного органа через параллельно включенные нормально разомкнутые контакты второго и третьего промежуточных реле подключен к сигнальной лампе, а через последовательно включенные нормально замкнутые контакты второго и третьего промежуточных реле в цепь отключения выключателей присоединений подключенных к шинам, первое и третье промежуточные реле через первую кнопку подключены к плюсу источника оперативного тока, нормально разомкнутые контакты первого промежуточного реле подключены к тем же входам вторых элемента ИЛИ-НЕ и элемента ИЛИ, что и вторые контакты герконов, второе промежуточное реле через вторую кнопку подключено к плюсу источника оперативного тока, обмотки управления надеты на герконы и одним выводом подключены через вторую кнопку к плюсу источника оперативного тока, а другим выводом подключены к минусу источника оперативного тока.The technical result is achieved by the fact that in protecting the busbars on reed switches, containing a polarized reed switch for each phase of the current conductors extending from the busbars, located in the zone of action of their magnetic field, the first NOR element and the OR element, and the second contacts of the reed switches of the same phases are connected to the second element OR-NOT and the OR element, the outputs of the first OR-NOT element and the second OR element are connected to the first AND element, the outputs of the second OR-NOT element and the first OR element are connected to the second AND element, the outputs of the first and second AND elements are connected to the actuator, additionally, the first, second and third intermediate relays, control windings, signal lamp, first and second buttons are introduced, and the first contacts of the reed switches are connected through the normally closed contacts of the first intermediate relay to the inputs of the first OR element and the OR-NOT element, the output of the actuator through parallel connected the normally open contacts of the second and third intermediate relays are connected to the signal lamp, and through the sequentially connected normally closed contacts of the second and third intermediate relays into the shutdown circuit of the connection switches connected to the buses, the first and third intermediate relays through the first button are connected to the plus of the operating current source, normally the open contacts of the first intermediate relay are connected to the same inputs of the second NOR element and the OR element as the second contacts of the reed switches, the second intermediate relay is connected through the second button to the plus of the operating current source, the control windings are put on the reed switches and one output is connected through the second button to the plus of the operative current source, and the other terminal is connected to the minus of the operative current source.

На фигуре представлена структурная схема защиты шин на герконах.The figure shows a block diagram of busbar protection on reed switches.

Защита шин от коротких замыканий содержит герконы 1 с контактами 2 и 3. Г ерконы установлены в магнитном поле токопроводов одноименных фаз разного присоединения так, что в одну полуволну переменного тока, например отрицательную, замыкаются контакты 3, а в другую - контакты 2. Контакты 2 через нормально замкнутые контакты 4 промежуточного реле 5 подключены к входам элементов ИЛИ 6 и ИЛИ-НЕ 7, а контакты 3 - к входам элементов ИЛИ 8 и ИЛИ-НЕ 9. Выходы элементов ИЛИ 6 и ИЛИНЕ 9 подключены к элементу И 10. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 7 и ИЛИ 8 подключены к элементу И 11. Выходы элементов И 10 и 11 подключены к исполнительному органу 12. Выход исполнительного органа 12 через параллельно включенные нормально разомкнутые контакты 13 и 14 промежуточных реле 15 и 16 подключен к сигнальной лампе 17, а через последовательно включенные нормально замкнутые контакты 18 и 19 промежуточных реле 15 и 16 - в цепь отключения выключателей 20, 21, 22, 23 присоединений, подключенных к шинам 24. Промежуточные реле 5 и 16 через кнопку 25 подключены к плюсу источника оперативного тока. Нормально разомкнутые контакты 26 промежуточного реле 5 подключены к тем же входам элементов ИЛИ 8 и ИЛИ-НЕ 9, что и контакты 3 герконов 1. Промежуточное реле 15 через кнопку 27 подключено к плюсу источника оперативного тока. Обмотки 28 надеты на герконы 1 и одним выводом подключены через кнопку 27 к плюсу источника оперативного тока, а другим выводом подключены к минусу источника оперативного тока.Protection of busbars from short circuits contains reed switches 1 with contacts 2 and 3. The reed switches are installed in the magnetic field of conductors of the same phases of different connections so that contacts 3 are closed in one half-wave of alternating current, for example negative, and contacts 2 in the other. Contacts 2 through normally closed contacts 4 of the intermediate relay 5 are connected to the inputs of the elements OR 6 and NOR 7, and contacts 3 are connected to the inputs of the elements OR 8 and NOR 9. The outputs of the elements OR 6 and OR 9 are connected to the AND element 10. The outputs of the elements OR-NOT 7 and OR 8 are connected to element AND 11. The outputs of elements AND 10 and 11 are connected to the actuator 12. The output of the actuator 12 through parallel-connected normally open contacts 13 and 14 of the intermediate relays 15 and 16 is connected to the signal lamp 17, and through the series-connected normally closed contacts 18 and 19 of intermediate relays 15 and 16 - into the trip circuit of switches 20, 21, 22, 23 connections connected to buses 24. Intermediate relays 5 and 16 are connected through button 25 to the plus of the operating current source. The normally open contacts 26 of the intermediate relay 5 are connected to the same inputs of the OR 8 and NOR 9 elements as the contacts 3 of the reed switches 1. The intermediate relay 15 is connected through the button 27 to the plus of the operating current source. Windings 28 are put on reed switches 1 and one terminal is connected through button 27 to the plus of the operating current source, and the other terminal is connected to the minus of the operating current source.

Защита шин от коротких замыканий работает следующим образом. В нагрузочном режиме и при внешнем коротком замыкании полярность тока хотя бы в одном присоединении в любой полупериод не совпадает с полярностью токов в остальных присоединениях. Когда замкнут контакт 2 геркона 1, установленного вблизи шин этого присоединения, замкнуты контакты 3 герконов 1, закрепленных вблизи одноименных фаз других присоединений, а когда во второй полупериод тока замкнут его контакт 3, у других герконов замкнуты контакты 2. В результате в любой момент есть геркон 1 с замкнутым контактом 2 и геркон 1 с замкнутым контактом 3. Поэтому на выходах элементов ИЛИ-НЕ 7 и 9 сигналов нет и, как следствие, отсутствуют сигналы на выходах элементов И 10 и 11. Исполнительный орган 12 не сраBusbar short circuit protection works as follows. In load mode and during an external short circuit, the polarity of the current in at least one connection in any half-cycle does not coincide with the polarity of the currents in the remaining connections. When contact 2 of reed switch 1, installed near the busbars of this connection, is closed, contacts 3 of reed switches 1, fixed near the same phases of other connections, are closed, and when in the second half-cycle of the current its contact 3 is closed, contacts 2 of the other reed switches are closed. As a result, at any moment there is reed switch 1 with closed contact 2 and reed switch 1 with closed contact 3. Therefore, there are no signals at the outputs of OR-NOT elements 7 and 9 and, as a consequence, there are no signals at the outputs of AND elements 10 and 11. Actuator 12 is not connected

- 1 044211 батывает.- 1 044211 is fighting.

При коротком замыкании на шинах 24 в один полупериод замыкаются только контакты 2 на всех присоединениях (токи всех присоединений находятся в фазе), в другой - контакты 3. При замыкании контактов 2 и отсутствии замыкания контактов 3 на выходах элементов ИЛИ 6 и ИЛИ-НЕ 9 появляются сигналы. Исполнительный орган 12 срабатывает и подает сигнал на отключение выключателей 20-23. При замыкании контактов 3 и отсутствии замыкания контактов 2 сигналы появляются на выходах элементов ИЛИ-НЕ 7 и ИЛИ 8.In case of a short circuit on buses 24, in one half-cycle, only contacts 2 are closed on all connections (the currents of all connections are in phase), in the other - contacts 3. When contacts 2 are closed and contacts 3 are not closed, the outputs of elements OR 6 and NOR 9 signals appear. The actuator 12 is triggered and sends a signal to turn off the switches 20-23. When contacts 3 are closed and contacts 2 are not closed, signals appear at the outputs of NOR elements 7 and OR 8.

Тестовая диагностика защиты осуществляется нажатием кнопки 27. На обмотки 28 управления герконов 1 подается постоянный ток, который создает магнитное поле, с индукцией, превышающей индукцию поля от токов нагрузки в несколько раз. Последнее необходимо, чтобы при переходе тока нагрузки из одной полуволны в другую контакты геркона 1 не размыкались. Тогда у всех герконов 1 будет замкнут только один контакт 2. Одновременно срабатывает реле 15, разрывая цепь отключения выключателя электроустановки контактом 18 и подключая выход исполнительного органа 12 к сигнальной лампе 17 через контакт 13. Так как контакт 3 каждого геркона разомкнут, то через элементы ИЛИ 6 и ИЛИ-НЕ 9 и исполнительный орган 12 сигнал подается на лампу 17, которая, загораясь, сообщает об исправности рассмотренных элементов. Кнопка 27 отпускается. Затем нажимается кнопка 25, и подается питание на реле 5 и 16. Реле 16 размыкает контакт 19 и замыкает контакт 14, выполняя те же функции, что и реле 15. Реле 5, срабатывая, размыкает контакты 4 и замыкает контакты 26. В результате на входы элемента ИЛИ-НЕ 7 сигналы от всех герконов 1 не поступают, а на входы элемента ИЛИ 8 поступают сигналы через контакты 26, имитируя замыкание контактов 3. Если элементы ИЛИ-НЕ 7, ИЛИ 8 и И 11 исправны, то исполнительный орган 12 выдает сигнал на лампу 17. Защита исправна, кнопка 25 отпускается.Test diagnostics of protection is carried out by pressing button 27. A direct current is supplied to the control windings 28 of reed switches 1, which creates a magnetic field with an induction several times higher than the field induction from load currents. The latter is necessary so that when the load current transitions from one half-wave to another, the contacts of reed switch 1 do not open. Then all reed switches 1 will have only one contact 2 closed. At the same time, relay 15 is activated, breaking the circuit breaker of the electrical installation switch with contact 18 and connecting the output of the actuator 12 to the signal lamp 17 through contact 13. Since contact 3 of each reed switch is open, then through the OR elements 6 and OR-NOT 9 and the actuator 12, the signal is sent to the lamp 17, which, when lit, indicates the serviceability of the elements considered. Button 27 is released. Then button 25 is pressed and power is supplied to relays 5 and 16. Relay 16 opens contact 19 and closes contact 14, performing the same functions as relay 15. Relay 5, when activated, opens contacts 4 and closes contacts 26. As a result, The inputs of the OR-NOT element 7 do not receive signals from all reed switches 1, and the inputs of the OR-NOT element 8 receive signals through contacts 26, simulating the closure of contacts 3. If the OR-NOT elements 7, OR 8 and AND 11 are operational, then the actuator 12 outputs signal to lamp 17. The protection is operational, button 25 is released.

Экономический эффект - уменьшение себестоимости устройства за счет использования в качестве датчиков тока герконов вместо трансформаторов тока, а также снижение ущерба от несрабатывания защиты за счет своевременного выявления ее неисправности.The economic effect is a reduction in the cost of the device due to the use of reed switches instead of current transformers as current sensors, as well as a reduction in damage from protection failure due to timely detection of its malfunction.

Исследование финансируется Комитетом науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант № АР09058249).The research is funded by the Science Committee of the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan (grant No. AR09058249).

Claims

Busbar protection on reed switches, containing a polarized reed switch for each phase of the current conductors extending from the busbars, located in the area of action of their magnetic field, the first OR-NOT element and the OR element, and the second contacts of the reed switches of the same phases are connected to the second OR-NOT element and the OR element, the outputs of the first OR-NOT element and the second OR element are connected to the first AND element, the outputs of the second OR-NOT element and the first OR element are connected to the second AND element, the outputs of the first and second AND elements are connected to the actuator, characterized in that the first, the second and third intermediate relays, control windings, signal lamp, first and second buttons, and the first contacts of the reed switches are connected through the normally closed contacts of the first intermediate relay to the inputs of the first OR element and the NOR element, the output of the actuator is through the parallel-connected normally open contacts of the second and the third intermediate relay is connected to the signal lamp, and through the series-connected normally closed contacts of the second and third intermediate relays - into the shutdown circuit of the connection switches connected to the buses, the first and third intermediate relays are connected through the first button to the plus of the operating current source, normally open contacts the first intermediate relay is connected to the same inputs of the second NOR element and the OR element as the second contacts of the reed switches, the second intermediate relay is connected through the second button to the plus of the operating current source, the control windings are put on the reed switches and one output is connected through the second button to the plus source of operational current, and the other terminal is connected to the minus of the source of operational current.