Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом
Полезная модель может быть использована в технике релейной защиты на подстанциях с частотно-регулируемым электроприводом. Технический результат - повышение надежности и сохранение устойчивости технологических процессов при перерывах электроснабжения за счет управления процессом торможения электродвигателя в зависимости от положения обратного клапана в обвязке насоса. Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом содержит: блок контроля направления мощности, блок минимальной частоты, блок контроля минимального напряжения, первое реле времени, первый логический блок И, второе реле времени, третье реле времени, второй логический блок И, первый исполнительный блок, логический блок ИЛИ, четвертое реле времени, второй исполнительный блок, блок контроля давления в трубопроводе на выходе, блок вычисления дифференциального давления, блок контроля давления в трубопроводе на входе, блок сравнения, третий исполнительный блок. Первый исполнительный блок является выходом первой ступени защиты от потери питания и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства напряжением 6 (10) кВ и на гашение поля синхронного электродвигателя. Второй исполнительный блок является выходом второй ступени защиты и действует на отключение синхронных электродвигателей на секции шин, потерявшей питание. Третий исполнительный блок является выходом защиты от отключения по дифференциальному давлению и действует на включение тормозного сопротивления. Предложенное устройство предназначено для повышения надежности и сохранения устойчивости технологических процессов при перерывах электроснабжения и предназначено для установки в ячейках распределительных устройств трансформаторных подстанций питающих крупные частотно-регулируемые синхронные электродвигатели.
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты на подстанциях с частотно-регулируемым электроприводом.
Известно 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 блок ИЛИ, подключенный к выходам первого и третьего таймеров, подает сигнал на первый исполнительный блок, второй исполнительный блок подключен к выходу второго таймера. 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. /Патент на изобретение 
2342755 «Устройство зашиты от потери питания./
Недостатком этого устройства является недостаточная надежность при использовании его на подстанциях с частотно-регулируемым электроприводом насосов по перекачке жидкости по трубопроводам.
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, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, выход которого подключен к входам второго и третьего таймеров и к первому входу второго логического блока И, логический блок ИЛИ, подключенный к выходам первого, третьего и четвертого таймеров, подает сигнал на первый исполнительный блок, второй исполнительный блок подключен к выходу второго таймера, блок контроля давления в трубопроводе, выход которого подключен к второму входу второго логического блока И, выход которого подключен к входу четвертого таймера. Входы блока контроля направления мощности подключены к напряжению секции шин распределительного устройства и току ввода секции шин распределительного устройства, вход блока минимальной частоты подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, вход блока контроля минимального напряжения подключен к напряжению секции шин распределительного устройства, блока контроля давления контролирует давление на приеме насосного агрегата, приводимого во вращение двигателем, потерявшим питание. /Патент на изобретение 2421860 «Устройство зашиты от потери питания./
Недостатком этого устройства является недостаточная надежность при использовании его на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом насосов по перекачке жидкости по трубопроводам. При этом возможна потеря устойчивости и нарушение технологических процессов при перерывах электроснабжения. Обусловлен этот недостаток тем, что, при использовании известного устройства на подстанциях с частотно-регулируемым электроприводом действие защиты от потери питания не зависит от положения обратного клапана в обвязке насоса. При использовании защиты от потери питания на подстанциях нефтеперекачивающих станций это может привести к опасному повышению давления в трубопроводе из-за образования волн давления, что в свою очередь может привести к порыву трубопровода или отключению по давлению других насосных станций трубопровода с полным прекращением технологического процесса перекачки.
Задачей полезной модели является повышение надежности защиты от потери питания с целью сохранения устойчивости технологических процессов при перерывах электроснабжения за счет введения в схему устройства функции управления процессом торможения электродвигателя в зависимости от положения обратного клапана в обвязке насоса.
Задача решается тем, что устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом, 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, выход которого подключен к первому таймеру, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, выход которого подключен к входам второго и третьего таймеров и к первому входу второго логического блока И, первый исполнительный блок подключен к выходу второго таймера, логический блок ИЛИ, подключенный к выходам первого, третьего и четвертого таймеров, подает сигнал на второй исполнительный блок, блок контроля давления в трубопроводе на выходе подключен к второму входу второго логического блока И, выход которого подключен к входу четвертого таймера, согласно полезной модели дополнительно содержит блок вычисления дифференциального давления, входы которого подключены к блоку контроля давления в трубопроводе на выходе и блоку контроля давления в трубопроводе на входе, выход которого подключен к входу блока сравнения, подает сигнал на третий исполнительный блок.
На фиг.1 приведено устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом; на фиг.2 - схема преобразователя частоты, через который синхронный двигатель подключается к питающей сети; на фиг.3 - схема включения обратного клапана в обвязке насоса, для привода которого используется защищаемый синхронный двигатель.
Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом содержит: блок 1 контроля направления мощности, пусковой блок 2 минимальной частоты, блок 3 контроля минимального напряжения, первый таймер 4, первый логический блок И 5, второй таймер 6, третий таймер 7, второй логический блок И 8, первый исполнительный блок 9, логический блок ИЛИ 10, четвертый таймер 11, второй исполнительный блок 12, блок 13 контроля давления в трубопроводе на выходе, блок 14 вычисления дифференциального давления, блок 15 контроля давления в трубопроводе на входе, блок 16 сравнения, третий исполнительный блок 17.
Преобразователь частоты состоит из трехфазного силового выпрямителя 18, трехфазного автономного инвертора 19, системы 20 управления широтно-импульсной модуляцией, конденсатора 21 фильтра в звене постоянного тока. К выходу преобразователя частоты подключены электродвигатель 22 с насосом 23. К звену постоянного тока подключены тормозное сопротивление 24 и ключ 25 для включения/отключения тормозного сопротивления 24. Входы преобразователя частоты подключены к питающей сети напряжением U.
Устройство работает следующим образом.
При потере питания от внешнего источника электроснабжения синхронные двигатели переходят в генераторный режим. При этом начинается снижение частоты вращения электродвигателя и насосного агрегата, а также снижение частоты и напряжения на секции шин и изменяется направление активной мощности, которое контролируется блоком 1 на фиг.1. Снижение частоты на секции шин контролируется блоком 2. Снижение напряжения на секции шин контролируется блоком 3. При снижении частоты вращения насосного агрегата происходит повышение давления на его приеме, которое контролируется блоком 13.
При достижении уставки по частоте срабатывает блок минимальной частоты 2. Логический блок 5, подключенный к выходам блоков 1 и 2, выдает сигнал на таймеры 6 и 7. Начинается отсчет времени t2 и t3. При прохождении времени t2 срабатывает таймер 6 и исполнительный блок 9 действует на отключение вводного выключателя секции шин и на гашение поля синхронных электродвигателей. С выдержкой времени 13 таймер 7 через логический блок ИЛИ 10 подает сигнал на исполнительный блок 12, который действует на отключение потерявших питание синхронных электродвигателей. По факту отключения синхронных электродвигателей запускается схема автоматики и включает электродвигатель резервного технологического агрегата. Технологический процесс восстанавливается.
В случае успешного гашения поля синхронного электродвигателя происходит снижение напряжения на секции шин, и блок 2 контроля частоты или блок 1 контроля направления мощности могут вернуться в исходное (несработанное) состояние и таймер 7 может вернуться в исходное состояние до истечения времени t3. В этом случае, вследствие снижения напряжения на шинах, запускается блок 3 контроля минимального напряжения и выдает сигнал на таймер 4. Таймер 4 с выдержкой времени t1 через логический блок ИЛИ 10 подает сигнал на исполнительный блок 12, который действует на отключение работающих синхронных электродвигателей. По факту отключения синхронных электродвигателей запускается схема автоматики и включает электродвигатель резервного технологического агрегата. Технологический процесс восстанавливается.
В случае, если давление в трубопроводе превысит максимально допустимое значение, сработает блок 13 контроля давления и через логический блок И 8 запустит таймер 11. Таймер 11 с выдержкой времени t 4 через логический блок ИЛИ 10 подает сигнал на исполнительный блок 12, который действует на отключение потерявших питание синхронных электродвигателей. По факту отключения синхронных электродвигателей запускается схема автоматики и включает электродвигатель резервного технологического агрегата. Давление в трубопроводе снижается и технологический процесс восстанавливается. Выдержка времени t4 таймера 11 принимается меньше уставки времени, с которой защита трубопровода по максимальному давлению действует на отключение насосной станции.
На подстанциях с частотно-регулируемым электроприводом при потере питания в схеме преобразователь частоты включается ключ 25 (фиг.2) и к преобразователю частоты подключается тормозное сопротивление 24. Это приводит к быстрому торможению двигателя 22 и соединенного с ним насоса 23. Если насос 23 используется для перекачки нефти по трубопроводам, то его ускоренное торможение приводит к образованию крутого фронта волны давления в трубопроводе. При этом повышается вероятность срабатывания защиты по давлению и отключению магистрального насосного агрегата по максимальному давлению. Кроме того, крутой фронт волны давления, перемещаясь по нефтепроводу, накладывается на имеющееся в трубопроводе давление и может превысить максимально допустимое давление по механической прочности трубопровода. В результате может произойти порыв трубопровода или отключение по давлению других насосных станций трубопровода с полным прекращением технологического процесса перекачки.
В предлагаемом устройстве, в отличие от известного, присутствуют блоки 14, 15, 16, 17. Вход блока 13 подключен к датчику давления на выходе магистрального насоса, а вход блока 15 - к датчику давления на входе насоса. При этом на выходе блока 14 формируется разность давлений на входе и выходе насоса, называемая дифференциальным давлением. При снижении дифференциального давления до нуля появляется сигнал на выходе блока 16 сравнений и формируется сигнал, подаваемый на третий исполнительный блок 17, на включение ключа 25 в схеме преобразователя частоты, и происходит включение тормозного сопротивления 24. То есть, в предлагаемом устройстве включение тормозного сопротивления 24 ключом 25 производится не сразу после потери питания, а только после снижения дифференциального давления до нуля.
Такая последовательность работы предлагаемого устройства обеспечивает снижение волны давления в трубопроводе и повышает надежность защиты от потери питания. Объясняется это следующим.
В магистральном нефтепроводе параллельно магистральному насосу 23 между входной 26 и выходной 27 задвижками устанавливается обратный клапан 28 (фиг.3). В рабочем режиме обратный клапан 28 закрыт дифференциальным давлением, развиваемым насосом 23. При потере питания электродвигатель 22 тормозится, и развиваемое насосом 23 дифференциальное давление снижается. При некоторой скорости вращения насоса дифференциальное давление снизится настолько, что оно не может удержать обратный клапан 28 в закрытом положении. Обратный клапан открывается. При потере питания волна давления формируется в трубопроводе только при закрытом обратном клапане. Как только обратный клапан откроется, вся жидкость Q в трубопроводе пойдет через открытый обратный клапан 28, минуя насос, и насос перестает влиять на процесс формирования волны давления. Поэтому до открытия обратного клапана 28 нежелательно включение тормозного сопротивления 24. Его целесообразно включать только после открытия обратного клапана 28.
Таким образом, использование предложенного устройства на подстанциях с частотно-регулируемым электроприводом насосов по перекачке жидкости снижает волны давления в трубопроводе, что приводит к повышению надежности защиты от потери питания и обеспечивает сохранение устойчивости технологических процессов при перерывах электроснабжения за счет управления процессом торможения частотно-регулируемого электродвигателя в зависимости от положения обратного клапана в обвязке насоса.
Устройство защиты от потери питания на подстанциях с частотно-регулируемым синхронным электроприводом, 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, выход которого подключен к первому таймеру, выходы блока контроля направления мощности и пускового блока минимальной частоты подключены к входам первого логического блока И, выход которого подключен к входам второго и третьего таймеров и к первому входу второго логического блока И, первый исполнительный блок подключен к выходу второго таймера, логический блок ИЛИ, подключенный к выходам первого, третьего и четвертого таймеров, подает сигнал на второй исполнительный блок, блок контроля давления в трубопроводе на выходе подключен к второму входу второго логического блока И, выход которого подключен к входу четвертого таймера, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок вычисления дифференциального давления, входы которого подключены к блоку контроля давления в трубопроводе на выходе и блоку контроля давления в трубопроводе на входе, выход которого подключен к входу блока сравнения, подает сигнал на третий исполнительный блок.
