RU2035110C1

RU2035110C1 - Device for protection of power supply users of substation with motor load

Info

Publication number: RU2035110C1
Authority: RU
Inventors: Э.К. Федоров
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1995-05-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device is designed for emergency power supply systems. It includes unit for detection of immediate necessity of operation based on flip-flop/arbiter connected to outputs of inhibition unit and time delay element. First output of unit for detection of immediate necessity of operation is linked to input of second actuating unit and second output - to input of control, unit of automatic reclosure which improved selectivity at high speed of response of device. EFFECT: improved selectivity at high speed of response of device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от потери питания потребителей с синхронными двигателями. The invention relates to electrical engineering, namely, devices for protection against power loss of consumers with synchronous motors.

Известны устройства для защиты от потери питания потребителей с синхронными двигателями, содержащие блок контроля направления мощности основного источника, подключенный через последовательно включенные блок запрета и блок управления к выключателю основного ввода и к секционному выключателю, блок контроля угла между напряжениями секций шин основного и резервного источников, выход которого подключен к входу блока запрета [1] Эти устройства имеют повышенное быстродействие при потере питания. Однако они не могут селективно выявлять как КЗ в питающей линии, так и КЗ на секции шин. Known devices for protection against power loss of consumers with synchronous motors, containing a control unit for the direction of power of the main source, connected through series-connected block prohibition and control unit to the main input switch and the section switch, the angle control unit between the voltage sections of the bus sections of the main and backup sources, the output of which is connected to the input of the prohibition block [1] These devices have increased performance in case of loss of power. However, they cannot selectively detect both short circuit in the supply line and short circuit in the busbar section.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство защиты от потери питания потребителей для подстанции с двигательной нагрузкой, содержащее блок контроля направления мощности основного источника, подключенный через последовательно включенные блок запрета, один элемент выдержки времени, промежуточное и исполнительное реле и блок управления при АПВ к выключателю основного ввода и к секционному выключателю, блок контроля частоты (реле частоты) напряжения секции шин основного источника, блок контроля минимального напряжения секции шин основного источника, подключенный через промежуточные реле, другой элемент выдержки времени и элемент ИЛИ к исполнительному реле [2] Это устройство может выявлять не только потерю питания, но и трехфазные КЗ. Однако оно имеет при этом ограниченное быстродействие, т.к. при выбеге синхронных двигателей частота напряжения изменяется сравнительно медленно. Так как защита по минимальному напряжению является не направленной, то она имеет ограниченную избирательность и быстродействие. Все это вызывает необходимость гашения поля у синхронных двигателей и замедленное АВР или АПВ для исключения их противофазного включения, что существенно увеличивает ущерб у потребителей с двигательной нагрузкой. Closest to the technical nature of the proposed device is a consumer power loss protection device for a substation with a motor load, comprising a power direction control unit for the main source, connected via a series-inhibit block, one time delay element, an intermediate and an executive relay, and a control unit for automatic reclosure to the main input switch and to the sectional switch, the frequency control unit (frequency relay) of the voltage section of the main busbar section, the minimum control unit Foot section main source voltage busbar, connected through interposing relays, another time delay element and an OR gate to the actuator switch [2] This device can detect not only power loss, but three phase faults. However, it has at the same time limited performance, since when synchronous motors run out, the voltage frequency changes relatively slowly. Since the undervoltage protection is not directional, it has limited selectivity and speed. All this makes it necessary to dampen the field for synchronous motors and a slowed-down automatic transfer switch or automatic reclosure to exclude their antiphase switching, which significantly increases the damage for consumers with motor load.

Целью изобретения является повышение избирательности при высоком быстродействии устройства. The aim of the invention is to increase the selectivity with high speed device.

Достигается это тем, что в известном устройстве, содержащем блок контроля направления мощности основного источника, подключенный к блоку запрета, выход которого подключен к первому исполнительному блоку, предназначенному для отключения выключателя основного ввода, блок контроля угла между одноименными напряжениями секций шин основного и резервного источников, блок контроля минимального напряжения секции шин основного источника, к выходу которого подключен элемент выдержки времени, логический элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам блока контроля угла и блока контроля минимального напряжения, а выход к входу блока запрета, второй исполнительный блок, предназначенный для включения секционного выключателя, блок управления при АПВ (или замедленном АВР), предназначенный для отключения выключателя основного ввода с последующим его АПВ (или замедленном АВР), дополнительно введен блок выявления первоочередности срабатывания на основе триггера абитра, причем первый и второй входы блока выявления первоочередности срабатывания подключены к выходам блока запрета и элемента выдержки времени соответственно, первый выход блока выявления первоочередности срабатывания подключен к входу второго исполнительного блока, а второй выход к входу блока управления при АПВ (или замедленном АВР). This is achieved by the fact that in the known device containing the power direction control unit of the main source connected to the prohibition unit, the output of which is connected to the first actuating unit designed to turn off the main input switch, the angle control unit between the same voltage sections of the bus sections of the main and backup sources, the undervoltage control unit of the busbar section of the main source, to the output of which a time delay element is connected, an OR logical element, the inputs of which are connected to the outputs of the angle control unit and the undervoltage control unit, and the output to the input of the prohibition unit, the second executive unit, designed to turn on the sectional switch, the control unit for automatic reclosure (or delayed automatic shutdown), designed to open the main input breaker and then reclose it (or slowed down ATS), an additional unit for identifying the priority of operation on the basis of an abiter trigger is introduced, the first and second inputs of the unit for identifying the priority of operation connected to the outputs of the prohibition unit time delay element, respectively, the first priority switching output detecting unit is connected to the input of the second actuating unit, and the second output to the input of the control unit when reclosure (or slow ABP).

Сущность предложения заключается в том, что за счет введения блока выявления первоочередности срабатывания на основе триггера арбитра и включения его определенным образом, достигается избирательность при высоком быстродействии устройства. The essence of the proposal lies in the fact that by introducing a priority detection unit based on the trigger of the arbiter and turning it on in a certain way, selectivity is achieved with a high speed device.

На чертеже приведена структурная схема. The drawing shows a structural diagram.

Она содержит: 1- источник питания на высокой стороне питающего напряжения; 2, 3 первый и второй головные выключатели на питающих линиях; 4, 5- первая и вторая питающие линии; 6, 7 первый и второй рабочие трансформаторы напряжения; 8 измерительный трансформатор тока; 9, 10 выключатели основного и резервного вводов 11 секционный выключатель; 12, 13 секции шин основного и резервного источников; 14, 15 первый и второй измерительные трансформаторы напряжения; 16 блок контроля направления мощности основного источника; 17 блок контроля минимального напряжения секции шин основного источника; 18 блок контроля угла между одноименными напряжениями секций шин основного и резервного источников 19 логический элемент ИЛИ 20 блок запрета 21 элемент выдержки времени; 22 блок выявления первоочередности срабатывания на основе триггера-арбитра (выполненный, например, из четырех логических элементов 2И-НЕ, причем первые два элемента образуют собственно триггер-арбитр с инвертированием выходного сигнала, а другие два являются инверторами сигналов); 23, 24- первый и второй исполнительные блоки (выполненные, например на тиристорах), предназначенные для отключения выключателя основного завода и включения секционного выключателя, соответственно; 25- блок управления при АПВ (или замедленном АВР, выполненный с использованием реле автоматического повторного включения);26- потребители (синхронные и асинхронные двигатели). It contains: 1- a power source on the high side of the supply voltage; 2, 3 first and second head switches on the supply lines; 4, 5 - the first and second supply lines; 6, 7, the first and second working voltage transformers; 8 measuring current transformer; 9, 10 switches of the main and backup inputs; 11 sectional switch; 12, 13 sections of tires of the main and reserve sources; 14, 15 first and second measuring voltage transformers; 16 power direction control unit of the main source; 17 unit for monitoring the minimum voltage of the busbar section of the main source; 18 block controlling the angle between the same voltage sections of the bus main and backup sources 19 logical element OR 20 block prohibition 21 element time delay; 22 unit for identifying the priority of operation on the basis of an arbiter trigger (made, for example, of four logical elements 2I-NOT, the first two elements form the actual arbiter trigger with inverting the output signal, and the other two are signal inverters); 23, 24 - the first and second actuating units (made, for example, on thyristors), designed to turn off the circuit breaker of the main plant and turn on the section switch, respectively; 25- control unit with automatic reclosure (or slow-motion automatic shutdown, made using an automatic restart relay); 26- consumers (synchronous and asynchronous motors).

Входы блока контроля направления мощности 16 подключены к напряжению секции шин 12 основного источника и току основного ввода, вход блока контроля минимального напряжения 17 подключен к напряжению секции шин 12 основного источника, входы блока контроля угла 18 подключены к одноименным напряжениям секций шин основного и резервного источников, входы элемента ИЛИ 19 подключены к выходам блока контроля угла 18 и блока контроля минимального напряжения 17, входы блока запрета 20 подключены к выходам элемента ИЛИ 19 и блока контроля направления мощности 16, а выход к входу первого исполнительного блока 23, предназначенного для отключения выключателя основного ввода 9, первый вход блока выявления первоочередности срабатывания 22 подключен непосредственно к выходу блока запрета 20, а второй вход через элемент выдержки времени 21 к выходу блока контроля минимального напряжения 17, первый выход блока выявления первоочередности срабатывания 22 подключен к входу второго исполнительного блока 24, предназначенного для включения секционного выключателя 11, а второй выход к входу блока управления при АПВ 25 (или замедленном АВР). The inputs of the power direction control unit 16 are connected to the voltage of the bus section 12 of the main source and the current of the main input, the input of the minimum voltage control unit 17 is connected to the voltage of the bus section 12 of the main source, the inputs of the angle control unit 18 are connected to the same voltage of the bus sections of the main and backup sources, the inputs of the OR element 19 are connected to the outputs of the angle control unit 18 and the minimum voltage control unit 17, the inputs of the prohibition block 20 are connected to the outputs of the OR element 19 and the power direction control unit and 16, and the output to the input of the first executive unit 23, designed to turn off the main input switch 9, the first input of the priority detection unit 22 is connected directly to the output of the prohibition unit 20, and the second input through the time delay element 21 to the output of the undervoltage control unit 17 , the first output of the priority detection unit 22 is connected to the input of the second actuating unit 24, designed to turn on the sectional switch 11, and the second output to the input of the control unit when AR 25 (or delayed ATS).

В нормальном режиме выключатели 2, 3, 9 10 включены, а выключатель 11 отключен. При этом (при включенной нагрузке 26) блок 16 находится в сработанном состоянии (так как мощность направлена к шинам), а блоки 17-25 в несработанном состоянии. In normal mode, switches 2, 3, 9 10 are turned on, and switch 11 is turned off. At the same time (when the load 26 is on), the block 16 is in the activated state (since the power is directed to the tires), and the blocks 17-25 are in the unused state.

При потере питания первой секции шин 12 (например, из-за ошибочного отключения выключателей 9 или 2) блок 16 возвращается в исходное состояние, синхронные двигатели 26, подключенные к этой секции, переходят в генераторный режим, частота генерируемого напряжения уменьшается, а угол между одноименными напряжениями первой и второй секции шин увеличивается (например, становится больше 10^о). При этом срабатывает блок контроля угла 18, и через блоки 19, 20 и 23 обеспечивается отключение первого ввода выключателем 9, а через блоки 22 и 24 включение резервного питания выключателем 11 в режиме быстродействующего АВР. При этом возможно одновременное АВР (по приведенной параллельной схеме), или же последовательно АВР (с дополнительным контролем от блок-контактов "Отключено" выключателя 9). При наличии быстродействующих (например, вакуумных или тиристорных) выключателей обеспечивается быстрое включение резервного питания, а синхронные двигатели 26 не теряют устойчивости. В случае необходимости работа блока 24 может также контролироваться от внешнего блока контроля синфазного включения, что исключает противофазное включение синхронных двигателей. После включения резервного питания блок 18 возвращается в исходное состояние, поэтому блоки 19, 20, 22-24 также возвращаются в исходное состояние.In case of loss of power to the first section of buses 12 (for example, due to an erroneous shutdown of switches 9 or 2), block 16 returns to its original state, synchronous motors 26 connected to this section go into generator mode, the frequency of the generated voltage decreases, and the angle between the same voltages of the first and second section of tires increases (for example, becomes more than 10 ^about ). In this case, the angle control unit 18 is activated, and through the blocks 19, 20 and 23, the first input is turned off by the switch 9, and through the blocks 22 and 24, the backup power is turned on by the switch 11 in the high-speed automatic transfer mode. In this case, simultaneous automatic transfer switch (according to the given parallel circuit) is possible, or alternatively automatic transfer switch (with additional control from the “disconnected” switch contacts of switch 9). In the presence of high-speed (for example, vacuum or thyristor) switches, fast backup power is provided, and synchronous motors 26 do not lose stability. If necessary, the operation of block 24 can also be controlled from an external common-mode control unit, which eliminates the in-phase switching of synchronous motors. After the backup power is turned on, block 18 returns to its original state; therefore, blocks 19, 20, 22-24 also return to its original state.

При возникновении К. 3. в питающей линии (например, в точке 1) блок 16 возвращается в исходное состояние (так как мощность направлена от шин в сторону повреждения). При этом из-за снижения напряжения срабатывает блок 17 и через блоки 19, 20, 22-24 обеспечивается быстродействующее АВР, аналогично описанному выше. Так как в этом режиме рабочий сигнал (высокого уровня) приходит на первый вход блока выявления первоочередности срабатывания 22 раньше, чем на его второй вход, то первый элемент триггера-арбитра в блоке 22 переключается раньше его второго элемента, и в дальнейшем блокирует его возможное переключение из-за возможного появления сигнала на выходе элемента времени 21 с заданной выдержкой времени. При этом работа блока 22 по второму выходу запрещается. После включения резервного питания блок 17 возвращается в исходное состояние, поэтому блоки 19 24 также возвращаются в исходное состояние. When K. 3. occurs in the supply line (for example, at point 1), the unit 16 returns to its original state (since the power is directed from the buses to the side of damage). In this case, due to a decrease in voltage, block 17 is triggered and through blocks 19, 20, 22-24, a high-speed automatic transfer switch is provided, as described above. Since in this mode a working signal (high level) arrives at the first input of the detection priority block 22 rather than its second input, the first element of the arbiter trigger in block 22 switches earlier than its second element, and subsequently blocks its possible switching due to the possible appearance of a signal at the output of the time element 21 with a given time delay. In this case, the operation of block 22 on the second output is prohibited. After turning on the backup power, the unit 17 is returned to its original state, therefore, the blocks 19 24 are also returned to their original state.

При возникновении К. 3. на секции шин 12 (например, в точке 2) блок 16 остается в сработанном состоянии (так как мощность направлена к шинам). При этом работа блока 20 запрещается, а сигнал на первом входе блока 22 первое время отсутствует. При этом из-за снижения напряжения срабатывает блок 17 и с выдержкой времени элемента 21 обеспечивается работа блока 22 по второму выходу и через блок 25 обеспечивается отключение выключателя 9 и его последующее включение в режиме АПВ. Если АВП ввода (например, на упрощенных подстанциях) не применяется, то может быть выполнено замедленное АВР с обязательным отключением выключателя 9. Выдержка времени элемента 21 должна выбираться из условия отстройки от К.3. на отходящих линиях, подключенных к секции шин 12. В случае необходимости работа блока 25 может также контролироваться с запретом от внешних реле защит отходящих линий или же с разрешением ее основной защиты вводного выключателя 9. При этом возможно существенное уменьшение выдержки времени элемента 21. Так как в этом режиме К.3. рабочий сигнал (высокого уровня) приходит на второй вход блока выявления первоочередности срабатывания 22 раньше, чем на его первый вход, то второй элемент триггера-арбитра в блок 22 переключается раньше его первого элемента, и в дальнейшем блокирует его возможное переключение из-за появления сигнала на выходе элемента запрета 20, после отключения выключателя 9 и возврата в исходное состояние блока контроля направления мощности 16. При этом работа блока 22 по первому выходу запрещается. Рабочий сигнал со второго выхода блока 22 может использоваться также для гашения поля у синхронных двигателей и для отключения менее ответственных потребителей. Указанное уменьшает токи подпитки К. 3. что благоприятно сказывается на успешном АПВ или замедленном АВР, а также исключает противофазное включение возбужденных синхронных двигателей при восстановлении их питания. When K. 3. occurs on the tire section 12 (for example, at point 2), the block 16 remains in the activated state (since the power is directed to the tires). In this case, the operation of block 20 is prohibited, and the signal at the first input of block 22 is absent for the first time. In this case, due to a decrease in voltage, block 17 is triggered and, with a time delay of element 21, the operation of block 22 for the second output is ensured and, through block 25, the circuit breaker 9 is turned off and then turned on again in the automatic reclosure mode. If the input WUA (for example, at simplified substations) is not used, then a delayed automatic transfer switch can be performed with the circuit breaker 9 mandatory. The time delay of element 21 should be selected from the detuning condition from K.3. on the outgoing lines connected to the bus section 12. If necessary, the operation of unit 25 can also be controlled by prohibiting the protection of the outgoing lines from external relays or by permitting its main protection of the input switch 9. In this case, a significant reduction in the time delay of element 21 is possible. in this mode K.3. a working signal (high level) arrives at the second input of the priority detection unit of the actuation 22 earlier than at its first input, then the second element of the arbiter trigger in block 22 switches earlier than its first element, and subsequently blocks its possible switching due to the appearance of the signal at the output of the inhibit element 20, after the circuit breaker 9 is turned off and the power direction control unit 16 is returned to its initial state. In this case, the operation of the block 22 on the first output is prohibited. The working signal from the second output of block 22 can also be used to suppress the field of synchronous motors and to turn off less critical consumers. The indicated decreases the feed currents of K. 3. which favorably affects the successful automatic reclosure or delayed automatic shutdown, and also eliminates the out-of-phase switching on of excited synchronous motors when their power is restored.

Таким образом предложение повышает избирательность защиты от потери питания при высоком быстродействии. Thus, the proposal increases the selectivity of protection against power loss at high speed.

Все это повышает надежность электроснабжения синхронных электродвигателей и уменьшает технологический ущерб у ответственных потребителей. All this increases the reliability of power supply of synchronous electric motors and reduces technological damage among responsible consumers.

Claims

CONSUMER POWER LOSS PROTECTION DEVICE FOR MOTOR LOAD SUBSTATIONS, comprising a main source power direction control unit connected to a prohibition unit, the output of which is connected to the first actuating unit designed to turn off the main input breaker, an angle control unit between the main section bus voltages of the same name and backup sources, the unit for monitoring the minimum voltage of the busbar section of the main source, to the output of which a time delay element is connected, logically OR element, the inputs of which are connected to the outputs of the angle control unit and the undervoltage control unit, and the output to the input of the prohibition unit, the second executive unit, designed to turn on the sectional switch, the control unit for automatic reclosure (or slowed-down automatic shutdown), designed to turn off the main circuit breaker input followed by its automatic reclosure (or delayed ATS), characterized in that it is equipped with a priority detection unit, based on an arbiter trigger, the first and second inputs of the unit being detected Priority triggering events are connected to the outputs of the inhibit block and the time delay element, respectively, the first output of the priority priority detecting unit is connected to the input of the second executive unit, and the second output to the input of the control unit during automatic reclosure (or slowed-down automatic shutdown).