Устройство электроснабжения с резервированием

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам автоматики в системах гарантированного электроснабжения переменным током потребителей , не терпящих перерывов в электроснабжении. Цель изобретения - «повышение надежности в работе устройства путем контроля синфазности источников переменного тока при включении их на параллельную работу„ Устройство содержит два источника 1 и 2 переменного тока, два положительных трансформатора 3 и 4, вводные тиристорные выключатели 5 и 6 и секционный выключатель 11„ Блок 7 управления каждым тиристором вводного выключателя 5 и 6 содержит не только элементы сравнения частот и напряжений первичных источников на шинах 9 и 10 гарантированного питания, но и одновибраторы 35 и 39 формирующие короткие импульсы в моменты перехода через ноль этих напряжений . При несовпадении импульсов,на выходах одновибраторов 35 и 39 включение тиристорных выключателей не происходит „ 1 ил. г (Л

СОЮЗ OXIETCHHX

И

РЕСПУБЛИК

А1, SU„„1705958 (SI)$ " 02 3 9/ОЬ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСИОМУ ИИИДИТИЪСТИУ

ГОСУДМ СТВЕННЫЙ HOMHTET

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРМТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4760580/07 (22) 02.08.89 (46) 15.01.92. Бюл. 11 2 (72) А.В. Випунов и Н.С. Чернов (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1064374, кл. Н 02 J 9/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 1176414, кл. Н 02 J 9/06, 1982. (54) УСТРОИСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

С РЕЗЕРВИРОВАНИЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматики в системах гарантированного электроснабжения переменным током потребителей, не терпящих перерывов в электроснабжении. Цель изобретения повышение надежности в работе устрой2 ства путем контроля синфазности источников переменного тока при включении их на параллельную работу. Устройство содержит два источника 1 и 2 переменного тока, два положительных трансформатора 3 и 4, вводные тиристорные выключатели 5 и 6 и секционный выключатель 11. Блок 7 управления каждым тиристором вводного выключателя 5 и 6 содержит не только элементы сравнения частот и напряжений первичных источников на шинах 9 и 10 гарантированного питания, но и одновибраторы 35 и 39, формирующие короткие импульсы в моменты перехода через ноль этих напряжений. При несовпадении импульсов,на выходах одновибраторов 35 и 39 вклю" чение тиристорных выключателей не происходит. 1 ил.

ИМ

1705958

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматики в системах гарантированноrv электроснабжения переменным током потребителей, ме терпящих перерывов в электроснабжении.

Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства путем контроля синфаэности источников пере lp менного тока при включении тиристоров вводного выключателя.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит два источника 15

1 и 2 переменного тока, два понижающих трансформаторе 3 и 4, вводные вы ключатели 5 и 6, выполненные в вИде биполярных групп тиристоров каждый с блоками 7 и 8 управления, две сек- 20 ции шин 9 и 10, связанных секционным выключателеи 11. Параллельно секционному выключателю 11 включена цепь, со", держащая последовательно соединенные тиристорный коммутатор 12, выполнен- 25 ный в виде биполярных групп тиристоров, и нелинейный реактор 13, а также датчики 14 и 15 тока в этой цепи. Тиристорный коммутатор. 12 связан с выхо дом блока 16 управления, вход которо З го соединен с датчиком 14 тока. Выход, датчика 15 тока связан с секционным выключателем 11. К секциям шин 9 и 1О подключена с помощью выключателей 17, 18 и 19 нагрузка.

С блоками 7 и 8 управления связаны выходы блоков 20 и 21 сравнения напряжений и частот. По стороне высшего напряжения трансформаторов 3 и 4 подключены соответственно трансформа-,40 торы 22 и 23 напряжения а к шинам 9 и 10 - трансшорматоры 24 и 25 напряжения. Кроие того, по стороне высшего напряжения установлены трансформаторы

26 и 27 тока. На фиг. 1 раскрыты блок 4>

7 управления однии тиристором вводного выключателя 5 и блок 20 сравнения напряжений и частот по стороне источника 1. По стороне источника 2 схема аналогична. Так, трансформатор 22 напряжения через диод 28 связан с входом порогового элеиента 29, выход которого соединен с входом одновибратора 30 "широкого импульса", который через замыкающий ключ 31 связан с входои запуска 32в генератора 32 импульсов управления. Трансформатор 26 тока через диод 33 связан с входом порогового элемента 34, выход которого соединен с входом останова 320 генератора 32 импульсов управления. Выход порогового элемента 29, кроме того, соединен с входом одновибратора

35 "узкого импульса", выход которого подключен к первому входу элемента

И 36. К трансформатору 24 напряжения через диод 37 подключен вход порогового элемента 38, выход которого подключен к входу одновибратора 39 "узкого импульса", связанного своим выходои с вторым входом элемента И 36.

К трансфориаторам 22 и 24 напряжения подключены также по одному измерителю

40 и 41 напряжения и измерителю 42 и 43 частоты, связанным своими выхода ми с входаии соответственно элементов сравнения напряжений 44 и частот 45, Выходы элементов 44 и 45 сравнения блока 20 сравнения связаны соответственно с третьим и четвертым входами элеиента И 36, который своим выходом. соединен с управляющим входом замыкающего ключа 31.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиие вводные выключатели 5 и 6, состоящие из биполярных групп тиристоров, включены и получают импульсы от блоков 7 и 8 управления тиристорами, обеспечивающими совместно с блоками 20 и 21 сравнения напряжений и частот однонаправленное протекание мощности от источника к потребителю электроэнергии.

Блок 7 управления работает следующим образом.

Пороговый элемент 29, связанный с одной из фаз трансформатора 22 напряжения с помощью диода 28> форми« рует импульс, передний фронт которого сфазирован с моментом прохождения через нуль положительной полуволны фазного напряжения. Импульс порогового элемента 29 запускает одновибратор

30 "широкого импульса", который выдает команду на выключение генератора

32 иипульсов управления тиристором.

При условии сфазированности двух источников, которое определяется блоком 20 сравнения напряжений и частот, пороговыми элементами 29 и 38 совместно с одновибратором "узких импульсов", ма элеиент И 36 поступают сигналы на все четыре входа, и он включает замыкающий ключ 31. 4ерез включенный замыкающий ключ 31 одновибратор 30 подает "широкий импульс" на

17059

5 вход запуска 328 генератора 32 импульса управления. Ширина импульса одновибратора выбирается из условия наибольшего сдвига первой гармоники тока, потребляемого из сети нагрузкой

5 секции 9 в нормальном режиме, чтобы обеспечить открытие тиристоров. В качестве замыкающего ключа используется тиристор, поэтому его отключение про- !0 исходит после прохождения "широкого импульса". Таким образом, одновибратор 30 запускает генератор 32 импульса управления на предельно возможное время, обеспечивающее прохождение тока через тиристоры в любом режиме от режима холостого хода до режима наибольшей нагрузки. К фазе трансформатора 26 тока через диод 33 подключен пороговый элемент 34, уставка которого выбирается большей тока удержания тиристоров 5 (например, 1А для тиристоров Т 630).

В случае, если по тиристорам стал протекать ток более тока удержания, пороговый элемент 34 отключает генератор 32 импульса управления, обеспечивая укорочение ширины импульса, поступающего на тиристоры вводного выключателя 5. При переменной по 30 фазе нагрузке на тиристоры поступает переменный по ширине сигнал управления, но не шире предельно возможного угла сдвига тока, соответствующего нормальному эксплуатационному режиму.

В целом блок управления биполярной группой содержит шесть цвНей, связанных с трансформаторами напряжения 22 и 24, типа диод 28 - пороговый элемент 29 - одновибратор 30 "широкого 4р импульса" - замыкающий ключ 31 - вход запуска 32 8 генератора 32 импульсов управления; шесть цепей типа диод 28 пороговый элемент 29 - одновибратор

35 "узкого импульса" - элемент И 36 - 45 управляющий вход замыкающего ключа

31; шесть цепей типа диод 37 - пороговый элемент 38 - одновибратор 39

"узкого импульса" - элемент И 36управляющий вход замыкающего ключа

31; шесть цепей типа диод 33, связанный с трансформатором 26 тока, — по роговый элемент 34 и вход останова

32 0 генератора 32 импульсов управления. Кроме того, каждый элемент И связан с выходами блока 20 сравнения частот и напряжений. Таким образом, в блоке управления имеется информация о каждом полупериоде напряжения источника и напряжения на секциях шин потребителя.

О

Если фаза тока изменится на 180 вследствие появления к.з. в сети со стороны источника 1, то тиристоры вводного выключателя 5 не включатся, так как импульсы управления окажутся расфазированными с анодными напряжениями на тиристорах. При отключении источника 1 вообще не будут формироваться импульсы на открытие тиристоров вводного выключателя 5.

Таким образом, управление тиристоров вводного выключателя 5 "широкими импульсами" обеспечивает однонаправленное протекание мощности от источника к шинам. Дополнительное ограничение ширины импульса от порогового элемента 34, связанного с трансформатором 26 тока, обеспечивает отсутствие подпитки током точки 46 к.э. и в переходных режимах и позволяет осуществлять управление тиристоров минимальными по ширине импульсами, чем обеспечивается повышение надежности работы биполярной группы тиристоров вводного выключателя 5.

Блок управления тиристорами биполярной группы вводного выключателя 6 работает аналогично.

Секционный выключатель 11 в нормальном режиме отключен, Биполярная группа тиристоров тиристорного коммутатора 12 получает непрерывную серию импульсов от блока 16 управления. При этом тиристоры тиристорного коммутатора 12 включены и обеспечивают протекание уравнительных токов между секциями 9 и 10. Выключатели 17 - 19 включены и нагрузка получает питание от источников 1 и 2.

В нормальном режиме разница напряжений по модулю и Фазе между секциями 9 и 10 невелика. В связи с этим нелинейный реактор 13, в качестве которого наиболее целесообразно использовать катушку с железом, находится в магнитном состоянии, при котором индукция ниже индукции насыщения. В результате сопротивление нелинейного реактора велико и через тиристоры биполярной группы тиристорного коммутатора 12 протекает незначительный уравнительный ток любого направления.

Датчики 14 и 15 тока выполнены в виде электронных быстродействующих реле и в нормальном режиме не работают. Уставка датчика 14 тока выбрана

7 17059 большей номинального тока нагрузки секции 9, а уставка датчика 15 тока выбрана пропорциональной номинальному току минимальной нагрузки, возможной на секции 9 шин (в случае отключения части потребителей секции 9).

При исчезновении питания со стороны одного из вводов, например при к.з. в точке 46, возникает амплитудная и фазовая разность напряжений между секциями 9 и 10, при этом нелинейный реактор 13 насыщается и секции 9 и 10 параметрически объединяются вследствие того, что блок 16 управления обес- печивает включенное состояние тиристоров тиристорного коммутатора 12. Подключение секции 10 шин происходиФ практически безынерционно и до момента отключения точки 46 к.з. обеспечи- 20 вая непрерывность синусоиды напряжения на секции 9 шин. При этом реверс мощности и подпитка точки 46 к.з. не происходят, так как биполярная группа тиристоров 5 пропускает мощность только от источника к нагрузке.

Датчик 14 тока не срабатывает от тока нагрузки на секции 9 шин, После перехода нелинейного реактора в состояние с малым внутренним сопротивле- 30 нием срабатывает датчик 15 тока, имеющий уставку, пропорциональную номинальному току минимально возможной нагрузки секции 9, и включает секционный выключатель 11. Таким образом, обеспечивается безынерционное подключение нагрузки секции 9. При этом отсутствует подпитка точки 46 к.з„ несмотря на опережающее срабатывание межсекцйонной связи до момента от- 40 ключения точки 46.

В случае, если к.з. имеет место со стороны электроприемника секции 9, например в точке 47, или не секции 9, секция 10 также параметрически 45 подключается через нелинейный реактор 13, но датчик 14 тока срабатывает и отключает блок 16 управления, отключая связь секций 9 и 10, Отключение блока 16 управления фикси- g0 руется. Вместе с дат иком 14 тока срабатывает датчик 15 тока, но так как срабатывание секционного выключателя 11 происходит с задержкой, то сработавший датчик 14 тока успевает отключить тиристорный коммутатор 12.

При этом по цепи нелинейного реактора

13 прекратится ток и сигнал на выходе датчика 15 тока, исчезнет, не успев включить секционный выключатель 11.

Для повышения надежности работы межсекционной связи целесообразно применение датчика 15 тока с временем срабатывания большим времени срабатывания датчика 14 тока, чтобы срабатывания датчика 15 тока вообще не происходило при появлении к.з. на секции 9.

Устройство обеспечивает также автоматическое подключение восстановившегося источника, например источника

1, к секции шин следующим образом.

Измерители 40 и 41 напряжения, подключенные к трансформаторам 22 и

24 напряжения, измеряют величины напряжения по всем трем фазам источника

1 и секции 9 шин. В элементе 44 сравнения эти величины сравниваются пофазно для обнаружения перекоса фаз, например, при однофазном к.з. с по У мощью сумматоров, работающих на разность входных величин. С помощью элемента 44 сравнения определяется допустимая величина разности между действующими значениями напряжений и при достижении разности менее допустимой на выходе элемента 44 сравнения напряжений появляется сигнал, разрешающий работу блока 7 управления по "равенству" напряжений. Сигнал поступает на третий вход элемента И 36, Аналогично работают измерители 42 и 43 частоты и элемент 45 сравнения частот, сигнал от которого поступает на четвертый вход элемента И. Но сравнение частот можно проводить по одной фазе ввиду их равенства по всем фазам.

Кроме того, на первый и второй входы элемента И 36 подаются сигналы от одновибраторов 35 и 39 "узких импульсов". Совпадение этих импульсов означает, что напряжения источников 1 и 2 совпадают по фазе. Ширина "узких импульсов" одновибраторов 35 и 39 выбирается из условия допустимого несовпадения фаз напряжений двух источников. Совпадение сигналов от элемента

45 сравнения частот и сигналов от одновибраторов 35 и 39 "узких импуль" сов" означает выполнение всех условий сихронизации источников. При этом элемент И 36 выдает сигналы на включение замыкающего ключа 31, разрешающую работу блока 7 управления. В качестве замыкающего ключа 31 используется тиристор, открывание которого происходит выходным сигналом элемента И 36, а закрывание - по окончании!

705958 прохождения импульса ь от одновибратора 30 "широкого импульса", Если при этом анодное напряжение на тиристоре вводного выключателя 5 окажется

5 положительным, происходит включение этого тиристора. Аналогично включаются все остальные тиристоры во всем трем фазам.

После подключения восстановившего- 10 ся источника 1 к секции 9 шин через вводный выключатель 5 секционный выключатель 11 отключают и устройство работает в нормальном режиме, как было описано ранее. До отключения 15 секционного выключателя 11 снимают фиксацию отключения блока 16 управления.

Аналогично устройство работает и при восстановлении питания от источ- 20 ника 2 после его отказа.

Необходимость контроля синфазности напряжений исто 4ников и на секциях

9 и 10 шин вызвана следующим. При рассинхронизации источников 1 и 2 из-за разрыва связей между ними по какимлибо причинам подключение источника

1 на секцию 9 после его восстановления может произойти в момент, когда фазные напряжения источника 1 и на секции 9 будут сдвинуты примерно на

180 . При этом, если не проводить контроля синфазности напряжений, возникает переток мощности между источниками следующим образом (рассмотрим 35 на примере тиристора вводного выключателя 5, работающего по положительной полуволне напряжения источника

1)". Расфазирование- источников 1 и 2 приводит к синусоидальному анодному 40 напряжению на тиристоре, действующее значение которого примерно достигает двойного значения номинального напряжения, так как его мгновенное значение равно разности мгновенных значений45 напряжения после трансформатора 3 и напряжения на секции 9. Причем положительная полуволна анодного напряжения будет совпадать с положительной полуволной напряжения источника 1.

Тиристор открывается широким импульсом, совпадающим с передним фронтом положительной лолуволны напряжения источника 1. Поэтому сохранившийся (при отставании анодного напряжения) 55 или появившийся (при опережении анодного напряжения относительно напряжения источника 1) "широкий импульс" на открывание тиристора обеспечит протекание тока через тиристор, вдвое боль шего тока к„з. (так как анодное напряжение примерно равно двойному номинальному фазному напряжению). Такой ток будет протекать через каждый тиристор. Поэтому осуществляемый в устройстве контроль синфазности источников повышает его надежность.

Использование изобретения обеспечивает повышение надежности устройства за счет контроля синфазности источников переменного тока при включении тиристоров вводного выключателя после восстановления отказавшего источника, который может оказаться работающим в противофазе с основным источником, учитывая, что при этом возникают условия для пропускания мощности вводным выключателем в обратном направлении, если контроля синфазности не проводить. формула изобретения

Устройство электроснабжения с резервированием, содержащее два источника переменного тока, два понижающих трансформатора, трансформаторы напряжения и тока на стороне высшего напряжения понижающих трансформаторов, две секции шин, два вводных выключателя между выходами понижающих трансформаторов и секциями шин, выполйен ных в виде биполярных групп тиристоров, каждый из тиристоров соединен со своим блоком управления, последний включает в себя первый и второй I1opoговые элементы, первый связан через диод с соответствующей Фазой трансформатора напряжения, второй - с этой же фазой трансформатора тока, выход первого порогового элемента соединен с входом одновибратора "широких импульсов", а второго — с входом останова генератора импульсов управления тиристором вводного выключателя, секционный выключатель, параллельно которому подсоединен нелинейный реактор, соединенный последовательно с тиристорным коммутатором, выполненным в виде биполярной группы тиристоров, управляющие электроды которых связаны через блок управления с выходом первого датчика тока нелинейного реактора, выход второго датчика тока нелинейного реактора соединен с цепью включения секционного выключате1705Ч58

Составитель А. Юустов

Редактор А. Лежнина Техаед p,oëèéíûê КорректоР А. Обручар

Заказ о Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, N-35, Раушскал наб., д. 4/5

Производственно"издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 ля,отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства путем контроля синфазности источников переменного тока при включении их на параллельную работу, в него введены два дополнительных трансформатора напряжения, подключенные входами к первой и второй секциям шин, два блока сравнения частот и напряжений, каждый из которых содержит два измерителя напряжения, подсоединенных один к трансформатору напряжения, Подключенному по стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, другой - к дополнительному трансформатору напряжения, два измерителя частоты, подключенные к Мтим же трансформаторам напряжения, элемент сравнения напряжений, к двум r входам которого присоединены выходы измерителей напряжения, а также элемент сравнения частот, к двум входам

l которого присоединены выходы измерителей частоты, а в каждый блок управления тиристора вводного выключателя

5 введены третий пороговый элемент, соединенный входом через диод с соответствуоп1ей фазой дополйительного трансформатора напряжения, по два одновибратора "узких импульсов", соединенных входами с выходами первого и третьего пороговых элементов, по одному элементу И, к первому и второму входам которого подсоединены выходы одновибраторов "узких импульсов", а третий и четвертый входы элемента И соединены с выходами элементов сравнения напряжений и частот, по одному замыкающему ключу между выходом одновибратора "широких импульсов" и входом пуска генератора импульсов управления тиристорами вводных выключателей, управляющий вход ключа соединен с выходом элемента И.