CC BY
28
УДК / UDC 621.3.06:621.3.072:621.316.542/.549
ЗАПРЕТ ВКЛЮЧЕНИЯ АВР ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ В КОЛЬЦЕВОЙ СЕТИ
SWITCH BANNING OF RAS CIRCUIT BREAKER IN THE RING NETWORK
Фомин И.Н., старший преподаватель Fomin I.N., Senior Teacher Беликов Р.П., кандидат технических наук, доцент Belikov R.P., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
E-mail: finigor@rambler.ru
Выключатели в линиях сельских электропередач с целью повышения надежности электроснабжения потребителей оборудуют устройствами автоматического включения резерва. Ущербов, возникающих при неуспешном включении таких выключателей на устойчивое короткое замыкание можно избежать, введя в подобных случаях запрет на включение устройства автоматического включения резерва. Новый способ запрета основан на дистанционном контроле работы выключателей, который осуществляется путем сравнения длительности протекания тока короткого замыкания с длительностью срабатывания защиты секционирующего выключателя линии электропередачи кольцевой сети. Для этого в начале линии контролируют ток короткого замыкания и с момента его появления начинают отсчет времени, которое устанавливается равным времени срабатывания защиты секционирующего выключателя, расположенного в линии основного источника питания. Далее контролируют появление второго броска тока короткого замыкания через время, равное времени бестоковой паузы автоматического повторного включения этого выключателя. С момента его появления отсчитывают время, равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя. Далее, в случае исчезновения второго броска тока короткого замыкания, устанавливают факт наличия в линии устойчивого короткого замыкания, после чего подают сигнал запрета на включение выключателя автоматического включения резерва, избегая возникновение ущербов от недоотпуска электроэнергии потребителям нормально питающихся от резервного трансформатора. Таким образом, при помощи дистанционного контроля работы выключателей, осуществляемого путем сравнения длительности протекания тока короткого замыкания с длительностью срабатывания защиты секционирующего выключателя линии кольцевой сети, способ позволяет ввести запрет включения на устойчивое короткое замыкание автоматического включения резерва выключателя в линиях с секционирующими пунктами, оборудованными устройствами однократного автоматического повторного включения выключателей. А внедрение алгоритма реализации способа позволит повысить эффективность функционирования систем электроснабжения и надежность электроснабжения потребителей за счет исключения срабатывания выключателя пункта автоматического включения резерва на устойчивые короткие замыкания. Ключевые слова: запрет, дистанционный контроль, короткое замыкание, автоматическое включение резерва, выдержка времени.
In order to improve power supply reliability of consumers, switches in rural power transmission lines are equipped with devices of reserve automatic switch (RAS). Damages occurring when such switches are unsuccessfully connected to a stable short-circuit can be avoided by introducing in such cases a ban to switch on devices of reserve automatic switch. A new method of banning is based on remote control of the operation of the switches, which is performed by comparing the duration of the short-circuit current flow with the duration of the protection operation of the sectionalizing switch of the ring network transmission line. For this purpose the short-circuit current is monitored at the beginning of the line, and from the
moment of its flowing the time is counted down which is set equal to the protection operation time of the sectionalizing switch located in the main power supply line. Further, the appearance of a second short-circuit current surge is monitored after a time equal to the dead time of the automatic reclosing of this switch. From the moment of its appearance, the time equal to the protection operation time of the sectionalizing switch is counted. Further, in case of the disappearance of the second short-circuit current surge, it is established that there is a stable short circuit in the line, and then a ban to switch on the reserve automatic switch is signaled, avoiding the occurrence of damage from electricity under-supply of consumers normally feeding from the backup transformer. Thus, by means of switch operation remote control by comparing the duration of the short-circuit current flow with the duration of the protection operation of the sectionalizing switch of the ring network transmission line, the method makes it possible to ban switching on a stable short-circuit of the reserve automatic switch in lines with sectionalizing points equipped with devices of a single automatic restart of the switches. And the introduction of the algorithm for method realization will increase the efficiency of the functioning of power supply systems and the reliability of consumers' power supply by eliminating the operation of the automatic switch of the reserve automatic switch for stable short circuits.
Key words: ban, remote control, short circuit, reserve automatic switch, time delay.
Введение. На сегодняшний день выключатели с устройствами автоматического включения резерва (АВР) спроектированы так, что при исчезновении напряжения, вызванном коротким замыканием (КЗ) в линии кольцевой сети устройство АВР срабатывает и его выключатель включается на КЗ, а затем с ускорением отключается. При этом даже кратковременное включение выключателя АВР на устойчивое КЗ приводит к весьма нежелательным ситуациям [1,2]. Выключатель АВР, резервный силовой трансформатор и другое электрооборудование резервной линии кольцевой сети подвергаются воздействию больших аварийных токов КЗ, которые оказывают на оборудование значительные динамическое и термическое воздействия, а потребители, подключенные через магнитные пускатели и нормально питающиеся от резервного трансформатора, отключаются. Ущербов, возникающих вследствие указанных обстоятельств, можно избежать, введя в подобных случаях запрет на включение выключателя АВР.
Целью исследования являлась разработка нового способа запрета и алгоритма реализации включения АВР выключателя в кольцевой сети на основе дистанционного контроля.
Результаты и обсуждение. Для предотвращения включения выключателя АВР на устойчивое КЗ в кольцевой сети разработан способ, позволяющий осуществить запрет включения АВР выключателя на устойчивое КЗ в кольцевой сети на основе дистанционного контроля работы выключателей [3, 4, 5], осуществляемого путем сравнения длительности протекания тока КЗ с длительностью срабатывания защиты секционирующего выключателя линии электропередачи кольцевой сети разработан способ, который позволяет определить место возникновения КЗ, и если оно произошло на участке линии смежном с выключателем автоматического включения резерва, осуществить запрет включения на устойчивое КЗ АВР выключателя в кольцевой сети [6, 7].
Для этого в начале линии, питающейся от шин основного источника питания, контролируют ток КЗ и с момента его появления начинают отсчет времени, которое устанавливают равным времени срабатывания защиты секционирующего выключателя, расположенного в линии основного источника питания смежно с пунктом сетевого АВР. И если в момент окончания отсчёта этого времени ток КЗ исчезнет, то далее через время, равное времени бестоковой паузы автоматического повторного включения (АПВ) этого выключателя, контролируют появление второго броска тока КЗ. С момента его появления отсчитывают время,
равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя с ускорением и если в момент окончания этого времени второй бросок тока КЗ исчезает, то устанавливают факт наличия в линии устойчивого КЗ и подают сигнал запрета на включение выключателя АВР [7].
Работу способа можно пояснить с помощью структурной схемы (рис. 1) которая содержит: устройство запрета АВР 1, трансформатор тока (ТТ) 2, датчик тока короткого замыкания (ДТКЗ) 3, элемент ПАМЯТЬ 4, элемент ЗАДЕРЖКА 5, элемент НЕ 6, элемент И 7, элемент ПАМЯТЬ 8, элемент ЗАДЕРЖКА 9, элемент И 10, элемент ПАМЯТЬ 11, элемент ЗАДЕРЖКА 12, элемент ОДНОВИБРАТОР 13, элемент И 14, силовой трансформатор основного источника питания 15, головной выключатель линии основного источника питания 16, секционирующий выключатель линии основного источника питания 17, точка КЗ 18, выключатель пункта АВР 19, секционирующий выключатель линии резервного источника питания 20, головной выключатель резервного источника питания 21, силовой трансформатор резервного источника питания 22.
Диаграммы сигналов на выходах элементов, показанных на рис. 1 при КЗ в точке 18 (рис. 1), имеют вид (рис. 2): 23-на выходе элемента 2; 24-на выходе элемента 3; 25- на выходе элемента 4; 26-на выходе элемента 5; 27-на выходе элемента 6; 28-на выходе элемента 7; 29-на выходе элемента 8; 30-на выходе элемента 9; 31- на выходе элемента 10; 32- на выходе элемента 11; 33- на выходе элемента 12; 34- на выходе элемента 13; 35- на выходе элемента 14; 36- на выходе элемента 1; Ь.з. - время срабатывания защиты секционирующего выключателя линии; 1апв - выдержка времени АПВ секционирующего выключателя линии; Ь.з.у -время срабатывания защиты секционирующего выключателя линии с ускорением.
Способ осуществляется следующим образом. В нормальном режиме секционирующий выключатель 17 включен, а выключатель пункта АВР 19 отключен. На выходе ТТ 2 есть некоторая величина выходного сигнала (рис. 2, диаграммы 23, момент времени ь), обусловленная рабочим током, но недостаточная для срабатывания ДТКЗ 3, поэтому присутствие выходного сигнала с элемента НЕ 6 на одном из входов элементов схемы И 7 и И 14 недостаточно для их срабатывания. Схема не запускается [8].
При КЗ в точке 18 (рис. 1) величина выходного сигнала ТТ 2 (рис. 2, диаграмма 23, момент времени достаточна для срабатывания ДТКЗ 3, поэтому на его выходе появляется сигнал (рис. 2, диаграмма 24). Сигнал элемента 3 запоминается элементом ПАМЯТЬ 4 (рис. 2, диаграмма 25) и поступает на вход элемента ЗАДЕРЖКА 5, с выхода которого сигнал появится через интервал времени, равный времени выдержки срабатывания защиты секционирующего выключателя 17 (рис. 2, диаграмма 26, момент времени t2) и поступит на второй вход элемента И 7. Сигнал, существовавший на выходе элемента НЕ 6 (рис. 2, диаграмма 27) в момент возникновения первого броска тока КЗ исчезнет, а в момент отключения этого броска тока КЗ вновь появится и поступит на первый вход элемента И 7. Наличие двух входных сигналов на элементе И 7 приведет к возникновению сигнала на его выходе (рис. 2, диаграмма 28), который поступит на вход элемента ПАМЯТЬ 8 (рис. 2, диаграмма 29), запомнится им и поступит на вход элемента ЗАДЕРЖКА 9. На выходе этого элемента сигнал появится через время, равное времени бестоковой паузы АПВ секционирующего выключателя 17 (рис. 2, диаграмма 30, момент времени tз) и поступит на второй вход элемента И 10. В этот момент времени в результате повторного включения секционирующего выключателя 17 вновь появляется ток КЗ, поэтому с ДТКЗ 3 также поступит сигнал на первый вход элемента И 10. Наличие двух входных сигналов на элементе И 10 приведет к появлению его выходного сигнала (рис. 2, диаграмма 31). Он поступит на вход элемента ПАМЯТЬ 11, запомнится им (рис. 2, диаграмма 32), и обеспечит наличие входного сигнала на элементе ЗАДЕРЖКА 12.
Рисунок 1 - Структурная схема способа запрета включения на устойчивое КЗ
АВР выключателя в кольцевой сети
С выхода этого элемента сигнал появится через время, равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя 17 с ускорением (рис. 2, диаграмма 33, момент времени 14) и появится он на входе элемента ОДНОВИБРАТОР 13. Элемент ОДНОВИБРАТОР 13 выдаст однократный импульс (рис. 2, диаграмма 34), который поступит на элементы ПАМЯТЬ 4, 8, 11, «сбросит» их и поступит на второй вход элемента И 14. И если в этот момент времени произойдет исчезновение второго броска тока КЗ, то устанавливают факт повторного отключения секционирующего выключателя и наличие в линии устойчивого КЗ, при этом на выходе элемента НЕ 6 вновь появится сигнал (рис. 2, диаграмма 27), он поступит на первый вход элемента И 14. На его выходе появится сигнал (рис. 2, диаграмма 35), который поступит на вход элемента 1 и обеспечит запрет включения на устойчивое КЗ АВР выключателя в кольцевой сети.
Для реализации способа запрета включения выключателя АВР разработан алгоритм. Он составлен на основе анализа диаграмм (рис. 2), отражающих различные варианты его работы. Начало алгоритма предусматривает наличие заложенных данных о величинах рабочего тока и минимального тока КЗ, времени выдержки АПВ выключателя [9-11]. Начало работы алгоритма (рис. 3) обеспечивает контроль появления тока КЗ в кольцевой сети.
_1АПВ_ ^С.з.у.
36 АВР 1
35 И 14
34 ОДНОВИБРАТОР 13
33 ЗАДЕРЖКА 12
32 ПАМЯТЬ 11
31 И 10
30 ЗАДЕРЖКА 9
29 ПАМЯТЬ 8
28 И 7
27 НЕ 6
26 ЗАДЕРЖКА 5
25 ПАМЯТЬ 4
24 ДТКЗ 3 п
23 ТТ 2 1 I п
1
to 11 Ь tз t4
Рисунок 2 - Диаграммы сигналов на выходах элементов
При выполнении условия, заложенного в блоке 4 алгоритма, делается вывод, что произошло КЗ и запускается счетчик времени, отсчитывая время равное времени срабатывания защиты секционирующего выключателя линии кольцевой сети. Это обеспечивается работой блоков 6 и 7. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 8 и 9 контролируется ток. При выполнении условия, заложенного в блоке 9 блоком 10, включаться счетчик времени блока 11, времени выдержки АПВ секционирующего выключателя. Это обеспечивается работой блоков 11 и 12. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 13 и 14 контролируется ток. При выполнении условия, заложенного в блоке 14 алгоритма, делается вывод, что произошло АПВ секционирующего выключателя на устойчивое КЗ [12, 13] и запускается счетчик времени блоком 15, отсчитывая время равное времени срабатывания защиты с ускорением секционирующего выключателя ЛЭП [14]. Это обеспечивается работой блоков 16 и 17. В момент окончания отсчета времени с помощью блоков 18 и 19 контролируется ток. При выполнении условия, заложенного в блоке 19 блоком 20, подаётся сигнал на запрет включения выключателя АВР в кольцевой сети.
1
начало
1кз, ТАПВ
-► 1 г
Контроль !л
Вкл. счетчик времени ^ сек 5
*
Считать 1=:сз сек 6
__ сек ___ 7
ч
Контроль 1л 8
1=0
9
14
15
16
17
18
19
20
21
Рисунок 3 - Алгоритм реализации способа запрета включения выключателя
АВР в кольцевой сети
2
3
4
Данный алгоритм может служить основой для создания средств реализации запрета включения выключателя сетевого АВР. При этом не важно, будет ли оно выполнено на релейных элементах или микросхемах. В данном алгоритме сигнал запрета может одновременно подаваться не только в схему АВР выключателя, но и на информационный пункт, например, компьютер [10]. Туда же должен будет быть подан и сигнал о снятии запрета при восстановлении нормального режима работы.
Выводы. Таким образом, при помощи дистанционного контроля работы выключателей, осуществляемого путем сравнения длительности протекания тока КЗ с длительностью срабатывания защиты секционирующего выключателя линии кольцевой сети способ позволяет ввести запрет включения на устойчивое КЗ АВР выключателя, как при двух-, так и при трехфазных устойчивых КЗ в линиях с секционирующими пунктами, оборудованными устройствами однократного АПВ выключателей. А созданные на основе алгоритма средства реализации способа позволят повысить эффективность функционирования систем электроснабжения и надежность электроснабжения потребителей за счет исключения срабатывания выключателя пункта АВР на устойчивые КЗ.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Фомин И.Н., Суров Л.Д. Дистанционный контроль над действиями выключателей в кольцевой сети // Вестник ОрелГАУ. 2012. № 5(38). С. 163-166.
2. Суров Л. Д., Фомин И.Н., Шумарин В.Ф. Контроль срабатывания выключателя сетевого пункта АВР на короткие замыкания в кольцевой сети // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. № 3(38). С. 18-20.
3. Пат. 2304339 РФ, МПК H02J 13/00. Способ контроля отказа отключения пункта автоматического включения резерва при включении его выключателя на устойчивое короткое замыкание в кольцевой сети / Васильев В. Г., Суров Л. Д., Виноградов A.B., Фомин И.Н., патентообладатель ФГОУ ВПО Орловский Государственный Аграрный Университет. № 2006113883/09; заявл. 24.04.2006; опубл. 10.08.2007, бюл. №22. 6 с.
4. Пат. 2371826 РФ, МПК H02J13/00. Способ контроля отключения секционирующего выключателя при отказе отключения выключателя пункта автоматического включения резерва, включившегося на устойчивое короткое замыкание в кольцевой сети / Суров Л.Д., Фомин И.Н., Греков В.В., патентообладатель ФГОУ ВПО Орловский Государственный Аграрный Университет. № 2008138127/09; заявл. 24.09.2008; опубл. 27.10.2009, бюл. № 30. 7 с.
5. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Схема контроля отказа отключения выключателя сетевого пункта автоматического включения резерва в кольцевой сети // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2008. № 4. С. 18-19.
6. Фомин И.Н. Запрет включения выключателя АВР при дистанционном контроле аварийных отключений в линии электропередачи // Науковий вюник Нацюнального унверситету бюресурсв i природокористування УкраТни. Сер1я "Технка та енергетика АПК'. 2015. Вип. 209. ч. 2. стр. 111-117.
7. Пат. 2421862 РФ, МПК H02J9/06H02J 13/00. Способ запрета сетевого автоматического включения резерва на короткое замыкание / Суров Л. Д., Фомин И.Н., Суров И.Л., Фомин Д.Н., патентообладатель ФГБОУ ВПО Орловский Государственный Аграрный Университет. №2010109117/07; заявл. 11.03. 2010; опубл. 20.06.2011, бюл. №17. 7 с.
8. Фомин И.Н., Суров Л.Д. Структурная схема запрета сетевого автоматического включения резерва // Агротехника и энергообеспечение. 2014. № 1 (1). С. 461-464.
9. Фомин И.Н., Беликов Р.П. Алгоритм дистанционного контроля головного выключателя линии электропередачи // Вестник ОрелГАУ, № 4(61), 2016. С. 72-77.
10. Кузнецов Ю.А, Суров Л.Д., Фомин И.Н. Дистанционный контроль автоматического повторного включения секционирующих выключателей // Техника и оборудование для села. 2015. № 7. С. 29-33.
11. Виноградов A.B., Бородин М.В., Волченков Ю.А, Пешехонова Ж.В. Совершенствование деятельности по энергосбережению и по осуществлению технологических присоединений филиала ОАО «МРСК Центра» - «Орелэнерго». Орел: Орел ГАУ, 2015. с. 195
12. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль успешного автоматического повторного включения секционирующих выключателей в линии кольцевой сети // Вестник ОрелГАУ. 2010. № 1. С. 23-25.
13. Пат. 2337454 РФ, МПК H02J 13/00. Способ контроля отключения и отказа автоматического повторного включения секционирующего выключателя в линии кольцевой сети / Суров Л. Д., Фомин И.Н., Греков В. В., патентообладатель ФГБОУ ВПО Орловский Государственный Аграрный Университет. № 2007142953/09; заявл. 20.11.2007; опубл. 27.10.2008, бюл. № 7. 8 с.
14. Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль неуспешного автоматического повторного включения секционирующего выключателя // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2009. № 6. С. 46-48.
