Устройство для синхронизации генераторного агрегата

 

Использование: автоматическое включение синхронных генераторов с повышенными маховыми массами на параллельную работу с сетью. Сущность изобретения: в устройстве для синхронизации генераторного агрегата, содержащем трансформатор напряжения, трансформатор тока, два выпрямителя, реле частоты, датчик минимума огибающей напряжения биений, элемент И, блок управления быстродействующим выключателем, два источника опорного напряжения, сумматор, интегратор с интегрирующим конденсатором, реле сброса и кнопку сброса интегратора и компаратор, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь статора генератора. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для автоматического включения синхронных генераторов с повышенными маховыми массами на параллельную работу с сетью и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N 1319165.

Недостатком известного устройства является то, что оно определяет запас устойчивости синхронного генератора с большой ошибкой, которая может привести к задержке в отключении выключателя связи с внешним источником электроэнергии. В результате этого генератор может потерять устойчивость и перейти в асинхронный режим, сопровождающийся недопустимым для электроприемников снижением качества электроэнергии.

Указанная ошибка обусловлена тем, что известное устройство в системе трех токов - тока сети I_с, тока генератора I_г и тока нагрузки I_н - опирается на ток сети I_с, который дает искаженную информацию о запасе устойчивости генератора. Действительно, по первому закону Кирхгофа имеем I_с+I_г=I_н, откуда I_с= I_н-I_г≠I_г Это значит, что вполне реальной может оказаться ситуация, когда генератор загружен номинальным током и находится на пределе устойчивости, а на вход устройства поступает сигнал, близкий к нулю. При этом быстродействующий выключатель будет оставаться включенным как непосредственно в момент выпадения генератора из синхронизма, так и в начальной фазе асинхронного хода, т.е. известное устройство обеспечивает синхронизацию генератора с сетью с низкой надежностью.

Для устранения этого недостатка в устройстве, содержащем трансформатор напряжения, трансформатор тока, два выпрямителя, реле частоты, датчик минимума огибающей напряжения биений, элемент И, блок упpавления быстродействующим выключателем с разрешающим (первым) и запрещающим (вторым) включенное состояние выключателя входами, два источника опорного напряжения, сумматор, интегратор с интегрирующим конденсатором, реле сброса и кнопку сброса интегратора и компаратор, причем первичная обмотка трансформатора напряжения включена параллельно полюсу быстродействующего выключателя, а вторичная включена на вход первого выпрямителя, к выходу которого подключены реле частоты и датчика минимума огибающей напряжения биений, выходы которых подключены к входам элемента И, выход которого подключен к первому входу блока управления выключателем, вторичная обмотка трансформатора тока включена на вход второго выпрямителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к первому источнику опорного напряжения, а выход - к входу интегратора, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к второму источнику опорного напряжения, а выход - к реле сброса и второму входу блока управления выключателем, контакты реле сброса и кнопка сброса включены параллельно конденсатору интегратора, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь статора генератора.

На фиг.1 дана функциональная схема устройства для синхронизации генераторного агрегата; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство 1 для синхронизации показано для примера в составе системы гарантированного питания, содержащей внешний источник 2 энергии (сеть), понижающий трансформатор 3, шины 4 гарантированного питания, дизель-генераторную установку 5 в составе дизеля 6, маховика 7, генератора 8 и генераторного выключателя 9. К шинам гарантированного питания подключена нагрузка 10. Подключение шин гарантированного питания к сети осуществляется с помощью быстродействующего, например, тиристорного выключателя 11.

Устройство 1 для синхронизации содержит трансформаторы тока 12 и напряжения 13, первый 14 и второй 19 выпрямители, реле 15 частоты, датчик 16 минимума огибающей напряжения биений, элемент И 17 на два входа, блок 18 управления быстродействующим выключателем 11 с разрешающим (первым) и запрещающим (вторым) включенное состояние выключателя входами, первый 21 и второй 25 источники опорного напряжения, сумматор 20, интегратор 22 с интегрирующим конденсатором 23, компаратор 24, реле 26 сброса интегратора с контактами 27, кнопку 28 сброса интегратора.

Первичная обмотка трансформатора напряжения 13 подключена параллельно полюсу быстродействующего выключателя 11, а вторичная - к входу первого выпрямителя 14, к выходу которого подключены реле 15 частоты и датчик 16 минимума огибающей напряжения биений. Выходы реле 5 и датчика 16 подключены к первому и второму входам элемента И 17 соответственно, выход которого подключен к первому входу блока 18 управления выключателем 11.

Первичная обмотка трансформатора тока 12 включена последовательно в цепь статора генератора, а вторичная подключена к входу второго выпрямителя 19, выход которого подключен к первому входу сумматора 20, к второму входу которого подключен первый источник 21 опорного напряжения. Выход сумматора 20 подключен к входу интегратора 22, выход которого подключен к первому входу компаратора 24, второй вход которого подключен к второмоу источнику 25 опорного напряжения. Параллельно интегрирующему конденсатору 23 включены замыкающие контакты 27 реле 26 сброса и кнопка 28 сброса интегратора. Выход компаратора 24 подключен к реле 26 сброса интегратора и к второму входу блока 18 управления выключателем 11.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом синхронизации осуществляется вручную сброс заряда конденсатора 23 интегратора 22 с помощью кнопки 28. Устройство готово к синхронизации. При появлении напряжения сети на вторичной обмотке трансформатора напряжения 13 появляется напряжение биений, которое выпрямляется выпрямителем 14. Огибающая напряжения биений изменяется с частотой, которая равна разности частот генератора и сети. Если эта разность частот лежит в допустимых пределах, на выходе реле 15 появляется сигнал, поступающий на первый вход элемента И 17. К моменту прохождения огибающей напряжения биений минимума появляется сигнал на выходе датчика 16, поступающий на второй вход элемента И 17. В результате появления сигналов на обоих входах элемента И появляется сигнал на его выходе, которым разрешается работа блока 18 включения выключателя 11. На выходе блока 18 появляются управляющие импульсы, выключатель 11 включается и подключает генератор 8 с его нагрузкой 10 на параллельную работу с сетью.

Это подключение сопровождается изменением тока в статоре генератора 8 и в первичной обмотке трансформатора тока 12. В связи с тем, что к моменту включения выключателя 11 генератор всегда имеет некоторый запас кинетической энергии за счет разности частот, после включения выключателя 11 происходит увеличение тока статора генератора тем большее, чем с большей разностью частот производилось включение. Увеличивается ток во вторичной обмотке трансформатора тока 12 и на выходе выпрямителя 19. Этот ток сравнивается с задаваемым первым источником 21 опорного напряжения уровнем при помощи сумматора 20. При большом токе сигнал на выходе сумматора становится положительным. Интегратор 22, реагирующий только на положительное значение своего входного сигнала, начинает заряжать конденсатор 23. При этом напряжение U₂₂ на выходе интегратора 22 увеличивается. Данное напряжение в компараторе 24 сравнивается с опорным U₂₅, подаваемым от второго источника 25 опорного напряжения. После наступления неравенства U₂₂>U₂₅ компаратор 24 срабатывает и запрещает подачу управляющих импульсов с выхода блока 18 на выключатель 11. Сеть отключается от шин 4 с тем, чтобы предотвратить выпадение генератора из синхронизма и последующий асинхронный ход. Одновременно по сигналу от компаратора 24 срабатывает реле 26 сброса, которое своими замыкающими контактами 27 разряжает интегрирующий конденсатор 23. Устройство 1 оказывается подготовленным к новому циклу синхронизации. Если частота сети и нагрузка 10 в процессе рассмотренного цикла не изменились, то последующий цикл будет протекать успешнее - с меньшими токами генератора за счет уже состоявшегося "подтягивания" частоты генератора к частоте сети. Отключение выключателя 11 произойдет с большей задержкой. После нескольких циклов работы устройства 1 выключатель 11 останется включенным. Процесс синхронизации считается оконченным.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность синхронизации и избежать снижения качества напряжения на шинах гарантированного питания.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА, связанного с питающей сетью через быстродействующий выключатель, содержащее промежуточный трансформатор с зажимами для подключения параллельно быстродействующему выключателю, к вторичным обмоткам которого через выпрямители подключены реле частоты и датчик минимума огибающей напряжения биений, схему совпадения, входы которой подключены к выходам реле частоты и датчика минимума огибающей напряжения биений, блок управления быстродействующим выключателем, включенный на выход схемы совпадения, трансформатор тока, второй выпрямитель, сумматор, источники опорного напряжения, интегратор с конденсатором в цепи обратной связи, компаратор и реле сброса, при этом выход трансформатора тока соединен с входом второго выпрямителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к первому источнику опорного напряжения, выход сумматора соединен с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом компаратора, к второму входу которого подключен второй источник опорного напряжения, блок управления быстродействующим выключателем выполнен с возможностью подачи команды на отключение, причем выход компаратора подключен к входу отключения блока управления и к реле сброса, контакт которого подключен параллельно конденсатору интегратора, отличающееся тем, что первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь статора генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2