Устройство для включения синхронных генераторов

 

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к устройствам, обеспечивающим включение генераторов на параллельную работу. В устройство для включения синхронных генераторов на параллельную работу введены один блок запираемых и один блок незапираемых тиристоров в цепь трехфазной обмотки статора генератора. Устройство позволяет включать генераторы на параллельную работу простым включением рубильника-автомата, ликвидирует уравнительные токи, изменения электромагнитных моментов, динамические удары в агрегатах, провалы напряжения в сети, снижает квалификацию обслуживающего персонала, т. е. обеспечивает простоту и безопасность включения несинхронизированных генераторов в сеть при одновременной защите обмоток генераторов от обратных токов. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройствам, обеспечивающим простое и безопасное включение несинхронизированных генераторов на параллельную работу (в сеть).

Известные устройства перед включением генератора в сеть требуют предварительной синхронизации. Например, в качестве прототипа можно назвать "устройство для включения синхронного генератора" а.с. 652651, H 02 J 3/42, 1979 (3 стр. ). Это устройство перед включением генератора требует предварительной синхронизации, кроме того, каждый генератор имеет блоки встречно-параллельно соединенных незапираемых тиристоров с цепями управления и реле времени. Значит устройство имеет относительно большую затрату времени на синхронизацию и значительную сложность схемы.

Целью настоящего изобретения является возможность прямого и безопасного поочередного включения нескольких синхронных генераторов на параллельную работу (или в сеть) при одновременной защите обмоток генераторов от уравнительных токов, возникающих из-за разности частот, фазовых углов ЭДС и разности величины ЭДС генераторов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство включения синхронных генераторов на параллельную работу, содержащее синхронные генераторы и автоматический выключатель для включения синхронных генераторов на параллельную работу, на каждый вывод обмотки статора синхронного генератора введены два встречно-параллельно соединенных запираемых тиристора с цепями управления, два встречно-параллельно соединенных незапираемых тиристора с цепями управления, переключатель и выключатель для шунтирования блоков незапираемых тиристоров, причем анод одного из незапираемых тиристоров с выводом от р-области присоединен к катоду второго незапираемого тиристора с выводом от n-области и через первый контакт переключателя - к выводу обмотки статора генератора, катод незапираемого тиристора с выводом от р-области присоединен к аноду незапираемого тиристора с выводом от n-области и через автоматический выключатель к сети, анод каждого из запираемых тиристоров с выводом от р-области присоединен к катоду второго запираемого тиристора с выводом от n-области и через автоматический выключатель к сети, дополнительно введен трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети, вторичная обмотка трансформатора представляет собой несвязанную гальванически трехфазную систему из трех отдельных однофазных цепей для питания цепей управления тиристорами, которые подключены к выводам вторичных обмоток трансформатора, при этом каждая цепь управления незапираемыми тиристорами содержит конденсатор, два последовательно включенных резистора и два диода, каждая цепь управления запираемыми тиристорами содержит конденсатор и два последовательно включенных резистора.

На фиг.1 представлена схема устройства для включения синхронных генераторов на параллельную работу; на фиг.2 - схема замыкания тиристоров при параллельном подключении синхронных генераторов; на фиг.3 - график изменения тока в нагрузке при подключении одного из генераторов при работающем другом генераторе.

Устройство содержит синхронные генераторы 1,2 (СГ-1 и СГ-2) (фиг.1), трехфазный трансформатор 3, сеть нагрузку 4, автоматический выключатель АВ, запираемые тиристоры с выводами от р-области 5, запираемые тиристоры с выводами от n-области 6 незапираемые тиристоры с выводами от р-области 7; незапираемые тиристоры с выводами от n-области 8.

Цепи управления запираемых тиристоров 9, 10 содержат резисторы 18, 19 (фиг.2) и конденсатор 20. Цепи управления незапираемых тиристоров 11, 12 содержат резисторы 15, 16, конденсатор 17 и разделительные диоды 13, 14. Устройство снабжено переключателем с контактами К11, К12 и выключателем с контактами К.

Цепи управления 9-12 незапираемых и запираемых тиристоров получают питание от трехфазного трансформатора 3, вторичная обмотка которого представляет собой несвязанную (гальванически) трехфазную систему из трех отдельных однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС, сдвинутые относительно друг друга во времени на 120 электрических градусов.

Первичная обмотка трехфазного трансформатора 3 подключается к сети (работающему генератору), поэтому цепи управления открывают запираемые тиристоры 5, 6 в силовой цепи подключаемого генератора только в те промежутки периода, когда напряжения сети и подключаемого генератора имеют одинаковую полярность (направление). В течение остальной части периода синусоидального тока, когда напряжение сети и подключаемого генератора противоположны по направлению, запираемые тиристоры закрыты и никакого тока через обмотки статора подключаемого генератора не проходит, соответственно нет изменений (качаний) электромагнитных моментов.

Защита работающих генераторов (СГ-2 и др. ) во время синхронизации подключаемого генератора СГ-1 осуществляется незапираемыми тиристорами 7, 8.

По окончании синхронизации подключаемого генератора СГ-1 контакты К12 переключателя размыкаются, а контакты К11 этого переключателя замыкаются. Замыкаются также контакты К выключателя, шунтируя незапираемые тиристоры. Нагрузка (сеть) получает питание от генераторов только через контактные выключатели, поэтому все тиристоры работают в кратковременном режиме (только во время синхронизации). Введение тиристоров позволяет осуществить практически автономный независимый режим работы генераторов во время синхронизации, ликвидирует возможность возникновения уравнительных токов через статорные обмотки генераторов, работающих на одну общую нагрузку, устраняют качания электромагнитных моментов (изменения электромагнитных моментов от нуля до двойной величины номинального момента), сокращается время включения генератора под нагрузку, т.к. совмещаются операции синхронизации и перераспределения нагрузки.

Перед включением генератора СГ-1 в сеть, как обычно производится проверка (при монтаже) правильности выводов трансформатора и генераторов (чередование фаз А, В, С и а, b, c). Скорость вращения первичного двигателя подключаемого генератора СГ-1 доводится до скорости, близкой к синхронной (номинальной); переключатель ставится в положение "синхронизация", т.е. контакты К12 переключателя замкнуты, а контакты К11 разомкнуты. При включении автоматического выключателя ток нагрузки i_г генератора СГ-1 (фиг.2) в первую половину периода синусоидального напряжения U_с сети проходит от начала фазы А обмотки статора СГ-1 через замкнутые контакты К12, открытый тиристор 5 к нагрузке 4 только в том случае, если напряжение генератора в эту половину периода имеет одинаковое направление с напряжением сети.

Если напряжение подключаемого генератора изменит свое направление раньше, чем изменится направление (полярность) напряжения сети, то ток в обмотке генератора станет равен нулю, т.к. открытый тиристор 5 не пропускает ток противоположного направления, а запираемый тиристор 6 в этот полупериод закрыт (ключ разомкнут).

Тиристоры выполняют роль полупроводниковых ключей, замыкающихся на время одного полупериода и размыкающихся на время второго полупериода синусоидального напряжения сети.

Таким образом, от генератора в нагрузку будет протекать ток i_г только в течение части периода синусоидального напряжения генератора, т.е. будет протекать несинусоидальный ток при синусоидальном напряжении U_с (часть синусоиды тока срезается) пока генератор не втянется в синхронизм, начала периодов напряжения сети и генератора не совпадут во времени (фиг.3).

Во вторую половину периода синусоидального напряжения сети ток проходит через открытый тиристор 6 к началу фазы А генератора, тиристор 5 закрыт (ключ разомкнут). Аналогично проходит ток в фазах В и С генератора СГ-1.

Ток генератора СГ-2 (работающий генератор) в первую половину периода проходит от начала фазы А через открытый незапираемый тиристор 7 (контакты К разомкнуты), автоматический выключатель АВ к нагрузке 4, во вторую половину периода ток проходит через открытый тиристор 8 к началу фазы А генератора СГ-2, тиристор 7 закрыт (ключ разомкнут).

Запираемые тиристоры 5 и 6 и незапираемые тиристоры 7 и 8 открываются соответственно в положительный и отрицательный полупериоды переменного напряжения сети с помощью трансформатора 3. Цепи управления тиристорами подключены непосредственно к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора. Поэтому состояние тиристоров (открыт или закрыт) не зависит от величины и направления синусоидального напряжения (тока) подключаемого генератора. Когда же напряжение генератора окажется синхронизировано с напряжением сети, то тиристоры переключаются из одного состояния в другое (закрыт или открыт) в нулевые значения напряжения сети (и генератора).

Тиристоры 5 и 6 открываются поочередно через резисторы 18, 19 с помощью напряжений вторичных обмоток трансформатора 3, т.е. имеют независимые цепи управления, когда тиристор 5 открыт, то тиристор 6 закрыт, т.к. в этот полупериод синусоидального напряжения сети напряжение на управляющем электроде тиристора 5 прямое и этот тиристор открывается, а это же напряжение для управляющего электрода тиристора 6 является обратным и тиристор 6 запирается (фиг.2).

В цепи управляющих электродов тиристоров включены конденсаторы 17, 20 для открытия тиристоров при наименьшем прямом анодном напряжении. Конденсатор 20 и резисторы 18, 19 образуют фазосдвигающую цепочку для запираемых тиристоров 5, 6. Аналогично конденсатор 17 и резисторы 15 16 образуют фазосдвигающую цепочку для незапираемых тиристоров 7, 8.

Поочередное включение тиристоров 7, 8 обеспечивается разделительными диодами 13, 14.

Резисторы 15, 18 ограничивают величину тока управляющего электрода.

При таком включении цепей управления тиристорами время включения тиристоров не зависит от характера нагрузки 4.

При реализации данного устройства каждая пара комплиментарных тиристоров (один с выводом от р-области, второй с выводом от n-области) может быть заменена симметричным тиристором-симистором с соответствующими выводами.

После включения автомата АВ производится перераспределение активной и реактивной нагрузки в соответствии с установленной мощностью генераторов, при этом генератор СГ-1 втягивается в синхронизм.

После окончания синхронизации переключатель генератора СГ-1 переводится в положение "нагрузка", т. е. контакты К12 переключателя размыкаются, а контакты К11 замыкаются; трансформатор 3 может быть отключен, а незапираемые тиристоры зашунтированы с помощью выключателя К.

Устройство позволяет просто и безопасно включать несинхронизированные генераторы на параллельную работу (простым включением контактных выключателей), производить синхронизацию подключаемого генератора непосредственно под нагрузкой, полностью ликвидирует уравнительные токи в процессе синхронизации, качания электромагнитных моментов, динамические удары в агрегатах и провалы напряжения в сети, возникающие при известных способах включения, снижают квалификацию обслуживающего электротехнического персонала.

Формула изобретения

Устройство для включения синхронных генераторов на параллельную работу, содержащее синхронные генераторы и автоматический выключатель для включения синхронных генераторов на параллельную работу, отличающееся тем, что на каждой вывод обмотки статора синхронного генератора введены два встречно-параллельно соединенных запираемых тиристора с цепями управления, два встречно-параллельно соединенных незапираемых тиристора с цепями управления, переключатель и выключатель для шунтирования блоков незапираемых тиристоров, причем анод одного из незапираемых тиристоров с выводом от р-области присоединен к катоду второго незапираемого тиристора с выводом от n-области и через первый контакт переключателя - к выводу обмотки статора генератора, катод незапираемого тиристора с выводом от р-области присоединен к аноду незапираемого тиристора с выводом от n-области и через автоматический выключатель к сети, анод каждого из запираемых тиристоров с выводом от р-области присоединен к катоду второго запираемого тиристора с выводом от n-области и через автоматический выключатель к сети, дополнительно введен трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети, вторичная обмотка трансформатора представляет собой несвязанную гальванически трехфазную систему из трех отдельных однофазных цепей для питания цепей управления тиристорами, которые подключены к выводам вторичных обмоток трансформатора, при этом каждая цепь управления незапираемыми тиристорами содержит конденсатор, два последовательно включенных резистора и два диода, а каждая цепь управления запираемыми тиристорами содержит конденсатор и два последовательно включенных резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3