Контроль над изменениями состояний выключателей в условно-замкнутой кольцевой сети

Введение. Перерывы электроснабжения приводят к простою сельскохозяйственного производства, снижению объема выпускаемой продукции, порче основного технологического оборудования [1, 4]. Следует также учитывать, что существуют технологические процессы, не допускающие даже кратковременных перерывов электроснабжения. В связи с этим возникает потребность принимать обоснованные решения по выбору способов повышения надежности бесперебойного электроснабжения за счет резервирования различных элементов системы электроснабжения, совершенствования организации технического обслуживания, оперативной диагностики неисправных элементов.

Секционирование линий электропередач является одним из способов повышения надежности электроснабжения. Многие работы посвящены повышению надёжности электроснабжения [14, 15, 16, 17]. Секционированные линии могут быть соединены пунктом автоматического включения резерва (АВР) с образованием условнозамкнутой кольцевой сети [21, 24, 25]. Отключение выключателя в линии кольцевой сети, вызванное какой-либо его неисправностью или неселективным действием защиты принято считать ложным.

Основная часть. При возникновении аварийных ситуаций на отдельных участках такой сети происходит локализация поврежденного участка и подключение неповрежденного участка к резервному источнику питания [1, 3, 9]. Это сопровождается изменением состояния выключателей (включен, отключен). Так для кольцевой сети рисунок 1 в нормальном состоянии головные выключатели (ГВ) Q1, Q5 и секционирующие включатели Q2, Q4 включены, а выключатель пункта АВР Q3 отключен. Возникновение короткого замыкания (КЗ), например в точке К1, вызовет отключение выключателей Q1, Q2 и включение выключателя Q3. Короткое замыкание также может произойти не только в точке К1, но и в точке К2 и при правильном безотказном действии средств автоматики должен отключиться выключатель Q2 и не включиться выключатель Q3. Однако, по причине какой-либо неисправности, может произойти отказ отключения выключателя Q2, отключение выключателя Q1, включение выключателя Q3 на КЗ, отказ его отключения и т.д. При этом сетевые выключатели находятся на значительном расстоянии от районных трансформаторных подстанций, а о состоянии отдельных выключателей и всей кольцевой сети необходимо знать постоянно в режиме реального времени. Поэтому разработан способ [1, 2, 5] согласно которому можно дистанционно контролировать один из возможных вариантов развития ненормальных действий выключателей кольцевой сети.

Согласно этому способу с момента появления первого броска тока КЗ на шинах основного источника питания одновременно начинают отсчет времени выдержки срабатывания защиты секционирующего и головного выключателей линии основного источника питания, при этом контролируют момент отклонения тока КЗ [4, 5, 8, 9]. Если в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты СВ ток КЗ не отключился, а отключился в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты ГВ, то делают вывод об отказе отключения секционирующего и отключении головного выключателей линии основного источника питания. С момента отключения первого броска тока КЗ начинают отсчет времени выдержки включения выключателя сетевого пункта АВР и в момент окончания отсчета этого времени на шинах трансформатора резервного источника питания контролируют появление второго броска тока КЗ. Если он появляется, то делают вывод о включении этого выключателя на КЗ. С момента появления второго броска тока КЗ одновременно начинают отсчет времени выдержки срабатывания защиты с ускорением выключателя сетевого пункта АВР и времени выдержки срабатывания защиты СВ линии источника резервного источника питания. Если в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты с ускорением выключателя сетевого пункта АВР второй бросок тока КЗ не отключился, а отключился в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты СВ линии резервного питания, то делают вывод об отказе отключения выключателя сетевого пункта АВР и отключении СВ линии резервного источника питания.

Такой контроль можно осуществлять с помощью структурной схемы, изображенной на рисунке 1 [6, 7, 10].

Однако, недостатком этой структурной схемы является невозможность контроля за действиями ГВ Q5 при отказе отключения СВ Q4. Для исключения этого недостатка разработана структурная схема, изображенная на рисунке 1. Работа этой схемы происходит следующим образом.

В нормальном режиме работы кольцевой сети выключатели Q1, Q2, Q4 и Q5 включены, а выключатели Q3 и Q6 отключены, при этом в линиях W1 и W2 коротких замыканий нет, поэтому на выходах ДТКЗ 1 и ДТКЗ 2 сигналов нет (рисунок 2 диаграмма 1 и 8) и схема находится в режиме контроля.

Рисунок 1 – Упрощенная однолинейная схема двухтрансформаторной подстанции и структурная схема контроля: Т1 и Т2 – силовые трансформаторы; W1 и W2 - линии кольцевой сети; Q1 и Q5 – головные выключатели; Q2 и Q4 – секционные выключатели; Q3 и Q6 – выключатели сетевого и шинного пункта в АВР соответственно; К1 и К2 – точки короткого замыкания

Возникновение устойчивого короткого замыкания в точке К2 приведет к появлению тока КЗ, на выходе ДТКЗ 1 появится сигнал (рисунок 2, диаграмма 1, момент времени t1). Этот сигнал поступает в блок выдержки времени (БВВ) 1 и задержится в нем на время, равное времени выдержки срабатывания защиты СВ Q2.

По истечении этого времени сигнал появится на выходе БВВ 1 (рисунок 2, диаграмма 2) и поступит на первый вход элемента И1, при этом по какой-либо причине неисправности Q2 не отключится, ток КЗ не отключится и сигнал с ДТКЗ 1 как присутствовал на втором входе элемента И2, так и будет присутствовать, поэтому И1 сработает. Появится его входной сигнал (рисунок 2, диаграмма 3), который поступив в регистрирующее устройство (РУ), обеспечит появление в нем информации о том, что произошло КЗ в точке К2 и выключатель Q2 не отключился. Сигнал с ДТКЗ 1 также поступит на вход БВВ 2 и задержится в нем на время равное времени выдержки срабатывания защиты выключателя Q1. По истечении указанной выдержки времени сигнал появится на выходе БВВ 2 (рисунок 2, диаграмма 5) и поступит на второй вход элемента И2. В этот момент времени (t 3 ) произойдет отключение ГВ Q1, ток КЗ исчезнет и на выходе элемента НЕ 1 появится сигнал (рисунок 2, диаграмма 4).Этот сигнал поступит на первый вход элемента И2, он сработает и появится сигнал на его выходе (рисунок 2, диаграмма 6). Он поступит в РУ и там появится информация о том, что выключатель Q1 отключился. Этот же сигнал поступит на вход БВВ 3 и задержится в нем на время выдержки включения выключателя Q3.

По истечении этого времени произойдет включение выключателя Q3 и произойдет оно на устойчивое КЗ, поэтому появится сигнал на выходе ДТКЗ 2 (рисунок 2, диаграмма 8). Этот сигнал и сигнал с БВВ 3 поступят на второй и первый входы элемента И 3. Он сработает, появится его выходной сигнал (рисунок 2, диаграмма 9) и он поступит в РУ, а также на входы БВВ 4, 5 и 6. В РУ появится информация о том, что Q3 выключился на КЗ. Сигнал, поступивший в БВВ 4 задержится в нем и выйдет через время выдержки времени срабатывания защиты Q3. В этот момент времени (t ₅ ) Q3 должен отключиться, но по причине отказа это не произойдет, поэтому на входы элемента И 4 поступят два сигнала (один с БВВ 4, другой с ДТКЗ 2) и он сработает. Его выходной сигнал (рисунок 2, диаграмма 11) поступит в РУ и там появится информация «Q3 АВР не отключился» [11, 12, 18, 19].

Рисунок 2 – Диаграммы входных сигналов элементов структурной схемы: t ₁ – момент времени возникновения устойчивого КЗ в точке К2; t 2 – момент времени отключения СВ Q2; t 3 – момент времени отключения ГВ Q1; t 4 – момент времени включения выключателя Q3; t 5 – момент времени отключения выключателя Q3 после включения на КЗ в точке К2; t 6 – момент времени отключения Q4; t 7 – момент времени отключения ГВ Q5.

Сигнал, поступивший с элемента И 3 на вход БВВ 5 задержится в нем на время выдержки отключения выключателя Q 4 (момент времени t 6 ) и он в этот момент должен отключиться, но не отключится – он также, как и Q 3 откажет. При этом на первый и второй входы элемента И 5 поступят сигнал с ДТКЗ 2 и БВВ 5 соответственно. И 5 сработает, появится его выходной сигнал (рисунок 2, диаграмма 14), который поступив в РУ обеспечит появление в нем информации о том, что Q 4 не отключился.

И наконец сигнал, поступивший на вход БВВ 6 задержится в нем на время выдержки отключения ГВ Q5. В этот момент ГВ Q5 отключится, исчезнет ток КЗ, появится выходной сигнал на элементе НЕ 2 (рисунок 2, диаграмма 12), который поступит на первый вход элемента И6. При этом на его второй вход поступит сигнал с БВВ 6 (рисунок 2, диаграмма 15) и он сработает. Его выходной сигнал поступит в РУ и в нем появится информация об отключении Q5 (рисунок 2, диаграмма 16) [6, 20].

Выводы. Таким образом, при использовании разработанной структурной схемы можно дистанционно контролировать за действиями выключателей условно-замкнутой кольцевой сети при КЗ, возникшем на прилегающем к сетевому пункту АВР линии основного источника питания и одном из возможных вариантов развития аварийной ситуации, что приведет к увеличению надежности системы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. [4, 5, 11, 13, 22, 23].

CONTROL OVER CHANGES IN THE CONDITIONS OF SWITCHES IN THE CONDITIONALLY CLOSED RING NETWORK

FSBEI HE Orel State Agrarian University named after N.V. Parachin