Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Н 02 Т 3/4 ЕТЕНИЯ ТВ быхадь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕ(56) Авторское свидетельство СССРР 629590, кл. Н 02 Х 3/46, 1976,Авторское свидетельство СССРВ 773827, кл, Н 023/46, 1979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА С НАИБОЛЬШИМ АКТИВНЫМ И ГЕНЕРАТОРА С НАИБОЛЬШИМ РЕАКТИВНЫМ ТОКАМИ(57) Изобретение относится к устройствам для распределения нагрузокдвух параллельно работающ их электромашинных генераторов и может бытьиспользовано, в частности, при параллельной работе синхронных генераторов судовых электроэнергетическихустановок. Целью изобретения является возможность одновременного выявления генератора с наибольшим активными генератора с наибольшим реактивнымтоками нагрузки из двух параллельноработающих синхронных генераторов,повышение точности измерений и упро"щение. Устройство включает датчикитока 3 и 4, нуль-орган напряжения 5,1347119 бруч Заказ 5123 Тираж 617НИИПИ Государствпо делам изобре035, Москва, ЖПодписноеомитета ССС ного ний1347119 выявляющий момент перехода синусоидынапряжения через нуль. Новым является применение нуль-органов тока 7,выявляющих моменты перехода черезнуль синусоид токов генераторов, блоков измерения углов сдвига фаз междунапряжением и током первого генератора 10 и между напряжением и токомгенератора 11, блока 12 измеренияинтервала времени от момента переходасинусоиды тока первого генераторадо моментов равенства мгновенныхзначений токов, блока 13 измеренияинтервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нульдо момента равенства мгновенных значений токов, блока 14 задания граничных значений интервала времени отмомента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений 1Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления наибольших активных и реактивных токов параллельно работающих генераторов переменного тока, и может быть использовано, в частности, в судовых.5 электроэнергетических установках, управляемых современными автоматическими устройствами.Цель изобретения - одновременное1 Овыявление генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки, упрощение и повышение точности измерения.На фиг.1 изображены графики напряжения на шинах электростанции и токов нагрузки генераторов для случая параллельной работы двух синхронных генераторов; на фиг.2 - графики напряжения и токов нагрузки генераторов20 для случая, когда максимальное значение тока второго генератора больше максимального значения тока первого генератора; на фиг.3 - то же, когда максимальное значение тока первого генератора больше максимального значения тока второго генератора; на фиг.4 - блок-схема устройства для вытоков, блока 15 задания граничныхзначений интервала времени от момен-та перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов, блока 16 сравнения измеренных углов сдвига фазымежду напряжением и токами обоих генераторов, блока 17 сравнения интервала времени от моментов переходасинусоиды первого генератора черезнуль до момента равенства мгновенныхзначений токов с заданными граничнымизначениями,блока 18 сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями, блока 19 выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки. 7 ил. 2явления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшимреактивным токами; на фиг.5 - функциональная схема нуль-органов напряжения и токов, генератора импульсов, блока выявления момента равенства мгновенных значений токов, блока измерения угла сдвига фазы между напряжением и током первого генератора блока измерения угла сдвига фазы между напряжением и током второго генератора, блока измерения угла сдвига фазы между напряжением и то-., ком второго генератора, блока измерения интервала времени от момента перехода через нуль тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов, блока измерения времени от момента перехода через нуль синусоиды напряжения до момента равенства мгновенных значений токов, блока задания граничных значений интервала времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генеРатора до момента равенства мгновенных значений токов, блока задания граничных значений времени от момента переходасинусоиды напряжения через нупь до момента равенства мгновенных значений токов; на фиг6 - функциональные схемы блока сравнения углов сдвига фаз между напряжением и токами обоихгенераторов, блока сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора черезнуль до момента равенства мгновенныхзначений токов с заданными граничными значениями, блока сравнения интервала времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений . токов с заданными граничными значениями; на фиг.7 - функциональная схема блока выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивньм токами нагруэкиеНа фиг.1 - 3 приняты следующиеобозначения: 11 - напряжение на шинахэлектростанции;- токи нагрузки синхронных генераторов 1 и 2;, - углы сдвига фазы между напряжением,и током первого и второго генераторов соответственно; 1 ф - интервал времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов;- интервал времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до моментаравенства мгновенных значений токов;- угол сдвига фазы между токамигенераторов;- заданный граничный интервал времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений токов при равенстве амплитудных значений токов обоих генераторовБлок-схема устройства (фиг.4) содержит синхронные генераторы 1 и 2, датчики 3 и 4 тока (трансформаторытока), нуль-орган 5 напряжения, нульорганы 6 и 7 тока, блок 8 выявления моментов равенства мгновенных значений токов, генератор 9 импульсов, блок 1 О измерения угла сдвига фазы между напряжением и током первого генератора (узел измерения угла 4,), блок 11 измерения угла сдвига фазы между напряжением и током второго генератора (узел измерения угла Ч ), блок 12 измерения интервала времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов (узел измерения интервала Г), блок 13 измерения интервала времени от моментаперехода синусоиды напряжения черезнуль до момента равенства мгновенныхзначений токов (узел измерения интервала), блок 14 задания граничных значений интервала времени отмомента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до моментаравенства мгновенных значений токов(узел задания Г, ), блок 15 задания граничных значений интервала 15 времени от момента перехода синусоидынапряжения через нуль домомента равенства мгновенных значений токов(узел задания), блок 16 сравненияизмеренных углов сдвига фазы между 20 напряжением и токами обоих генераторов (блок сравнения углови),блок 17 сравнения интервала времениот моментов перехода синусоиды первого генератора через нуль до момен та равенства мгновенных значенийтоков с заданными граничными значениями (блок сравненияи "., ),блок 18 сравнения интервала времениот момента перехода синусоиды напряЗо жения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями (блоксравнения 1 и 1), блок 19 выявления генератора с наибольшим активным и генератора с.наибольшим реактивным токами нагрузки, шины 20электростанций. Устройство имеет (фиг.5) нуль-ор 4 О ган 21 напряжения, генератор 22 импульсов, нуль-органы 23 и 24 тока,блок 25 сравнения значений токов,двоичные счетчики 26 - 31, делитель32 частоты, логические схемы И 3345 37, логические схемы ИЛИ-НЕ 38 - 40,сумматоры 41 и 42 двоичных чисел,шины 43 - 49 выходов блоков измеренияи задания граничных значений,Кроме того, обозначены схемы 5050 53 сравнения двух двоичных чисел,логическая схема ИЛИ 54, шины 55 -57 выходов блоков сравнения (фиг.6),Блок выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивными токами нагрузки(фиг.7) выполнен в виде двоично-десятичного дешифратора 58, двух логических схем ИЛИ 59 и 60 и двух логических схем НЕ 61 и 62,13471 10 Граничное значение интервала времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значений,токов находится по следующей формуле (фиг,2); 40 а 7 + Мр м е 2) 11 1 максфИз соотношения углов сдвига фаз между напряжением и токами обоих генераторов можно сделать вывод о соотношении активных либо реактивных токов генераторов.Пусть р ), тогда соя Ч 2) ) ояи 1соя р 2, ъ 1 совам55Так как левая и правая части неравенства являются выражениями для активных токов генераторов, получаем, что активный ток второго генераУстройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивными токами нагрузки из двух параллельно5 работающих синхронных генераторов основано на способе выявления наибольших активных и реактивных токов генераторов е помощью фазных и временных соотношений.При индуктивно-активной нагрузке генераторов, что является наиболее частым случаем при работе генераторов судовых .электростанций, напряжение иа фазе опережает токи нагрузки (фиг.1). Цикл измерений начинается в момент, когда синусоида напряжения на шинах электростанции проходит через нуль. Интервал времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов соответствует (фиг.2). Для случая, когда амплитудные значения токов равны, данный интервал соответствует В, . При РС,р ампррлитудное значение тока второго генератора больше амплитуды тока первого генератора ( 1 г мас ) 1 у макс ) (фиг.2).30) С (фиг.3) 11,акс )" 12 макс19 6тора больше активного тока первогогенератора: 1 а 21Пусть р, , тогда 83.п281 П12 мас ЯП1 81 П2 мас 2 1 масТак как левая и правая, части неравенства являются выражениями дляреактивных токов генераторов, получают, что реактивный ток второгогенератора больше реактивного токапервого генератора: 1 р 2 ) 1 р, .Аналогично рассматривают случай,когда ) рр и 11Пусть р 1 , тогда яп ц,)) Япи 11 акс Яп1 Яп РПолучают, что 1,р, ) 1 рПустьч , тогда соя ц,сояц и 1, соя у 1 соя у,Получают, что 1, ) 1Для момента равенства мгновенныхзначений токов генераторов можно записать следующее выражение:( Бп фсоя рсоя .8 и ц 1 ) =12 акс(яп Ы т Соя- Соя И 11 Бп 2 );Выражения в скобках представляют разности, активных и реактивных составляющих токов генераторов,Следовательно яхп ы 1(1 , - 1 )=соя о 1,(1, 1, ).Преобразуя это йыражение, получаютБп оС 1 1 р 1 - 1 р 2соя ю 1 1- 1Обозначают разности активных и реактивных составляюших токов через ь 1 р и ь 1 аТак как левая часть равенства представляет 1 К ы 1, получают 1 д м 11В 1 рь 1Обозначают Ю 11 =, тогдаВ 1 рЯВ 1Из полученного выражения видно, что, если 1 дбольше нуля, то возможны два случая:В 1 р) О В 1 р, с ОВ 1,) ОилиВ 1 О,1 Кбольше нуля, когда уголлежитв границах от нуля до Т(/2 и от 7до 3/2 Х347119 50 55 Иэ этого следует, что, находяграницы нахождения для , можноокончательно сделать вывод о соотношении активных и реактивных токовгенераторов,К примеру, для случая 1, когда12 мб 11 С1 имскс У,получают, что активный ток второгогенератора больше активного токапервого генератора (11 , ). Допустим, что уголлежит в пределахот нуля до и/2, следовательно,) О и, так как для данногослучая разность активных токов генераторов 1- 1 с, меньше нуля(Л 1, ( О),делаем вывод о соотношении реактивных токов генераторов,т. е. Л 1О (реактивный ток второго генератора больше реактивноготока первого генератора). Таким образом, зная соотношение угловиинтервалови, а такжеграницы нахождения угла, однозначно определяют соотношения активныхи реактивных токов нагрузки парал"лельно работающих генераторов.Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивными токамииз двух параллельно работающих генераторов 1 и 2 ( фиг.4) работает следующим образом,В начальный момент времени, когдасинусоида напряжения на шинах 20электростанции проходит через нуль,сигнал с нуль-органа 5 напряженияпоступает на блоки измерения угла10, угла11, заданного гра 1Рничного значения14, интервалавремени С 15, соответствующего углуЭтот сигнал разрешает прохождение импульсов с генератора 9 импульсов в данные блоки для отсчета углови интервалов времени.В момент времени, когда синусоида тока первого генератора, подаваемая с датчика 3 тока проходит черезнуль, срабатывает нуль-орган 6 токапервого генератора, Сигнал с еговыхода поступает на вход блока 1 О измерения угла , где в этот моментзаканчивается отсчет данного угла.Этот же сигнал поступает на входблока 12 измерения интерваларазрешая прохождение импульсов с генератора 9 импульсов в данный блок.В момент, когда синусоида токавторого генератора, подаваемая с 10 15 20 25 30 35 40 45 8датчика 4 тока проходит через нуль,срабатывает. нуль-орган 7 тока, Сигнал с его выхода подается на блок11 измерения угла, запрещая прохождение импульсов с генератора 9импульсов,В момент, когда мгновенные значения токов , истановятся равными,блок 8 выявления этого момента подает сигнал, запрещающий прохождениеимпульсов с генератора 9 импульсов вблок 12 измерения интервала времениБлок 14 задания граничного значения интервала времениосущеГрствляет вычисление В, по формуле(1).Блок 15 задания граничных значений интервалов времени отсчитываетвремя, соответствующее углам Т(/2и л,Блох 13 измерения интервала времени 1 ф производит сложение числаимпульсов с блока 10 измерения углас и числа импульсов блока 12 измерения интервала времени с, так какинтервал времени 1 равен суммеэтих величин (фиг.).После цикла измерения информациив двоичном коде поступает на входыблока 16 сравнения углов М, и ц ,блока 18 сравнения интервалов времении, блока 17 сравнения интервалов времени 1 и 1, . В блоках16 - 18 сравнения двоичные. числа,соответствующие данным углам и интервалам времени, сравниваются междусобой и на их выходах появляется информация в двоичном коде в зависимости от соотношений этих чисел. Комбинация в двоичном коде поступает навходы блока выявления генератора снаибольшим активным и генератора 19с наибольшим реактивным токами, Вблоке 19 происходит анализ полученной комбинации, ее дешифрация, выявление наибольших активных и реактивных токов генераторов. Устройство для выявления генератора с наибольшим активным и реактивным токами нагрузки иэ двух параллельно работающих синхронных генераторов выполнено следующим образом (фиг.4 - 7).Датчики 3 и 4 тока представляют собой трансформаторы тока, с выхода которых снимаются синусоиды токов обоих генераторов, 1347119 10На выходе нуль-органа 21 напряжения появляется сигнал логической "1", когда синусоида напряжения проходит через нуль из отрицательного полупериода в положительный, и сигнал логического "0", когда синусоида напряжения проходит через нуль из положительного пвлупериода в отрицательный.Нуль-органы 23 и 24 тока также выполнены и работают аналогичным образом, т,е. когла синусоиды токов проходят через нуль в прямом и обратном направлениях.Блок 25 сравнения мгновенных значений токов выполнен аналогично. На его выходе появляется сигнал логической "1" в момент совпадения мгновенных значений токов.Генератор 22 импульсов реализован по схеме мультивибратора на базе операционного усилителя.Узел измерения углавыполнен следующим образом.Трехвходовая схема И 33, первый вход которой подключен к выходу нуль-органа 21 напряжения, второй - к выходу генератора 22 импульсов, третий - к выходу логической схемы ИЛИ-НЕ 38, коммутирует цепь прохождения импульсов с генератора 22 импульсов от момента срабатывания нуль- органа 21 до момента срабатывания нуль-органа 23 и появления логического "0" на выходе схемы ИЛИ 38, Двоичный счетчик 26, вход которого соединен с выходом схемы 38, отсчитывает число импульсов, соответствующее углуБлок задания 1 содержит логичегрскую схему И 34, первый вход которой соединен с выходом нуль-органа 21 напряжения, второй - с выходом генератора 22 импульсов, два двоичных счетчика 27 и 28, причем вход счетчика 27 соединен с выходом схемы И 34, а выход младшего разряда подключен к входу счетчика 28, Схема И 34 разрешает прохождение импульсов с генератора 22 импульсов в течение полупериода. Счетчик 27 отсчитывает число импульсов, соответствующее углу 7, а счетчик 28 - число импульсов, соответствующее углу 7/2.Блок задания 7, содержит логическую схему И 35, первый вход которой соединен с выходом нуль-органа 23 тока, второй - с выходом генера 50 5510 15 202530.35 40 45 тора 22 импульсов, третий - с выходом логической схемы 37, коммутируетцепь прохождения импульсов с моментасрабатывания нуль-органа 23 до момента появления логического 0 на выходе схемы И 37,Делитель 32 частоты, выполненныйна основе синхронного Р-триггера,делит число имлульсов, поступающихс выхода схемы И 35, на два. Двоичныйсчетчик 29, вход которого соединенс выходом делителя 32 частоты, отсчитывает число импульсов, соответствующее углу ц/2. Сумматор 41 двоичныхчисел, на входы которого поступаютсигналы с выходов счетчиков 28 и 29,осуществляет сложение двоичных чисел,соответствующих углам л/2 и у/2.Блок измерения угла ( содержит ло 2гическую схему И 36, первый входкоторой соединен с выходом нуль-органа 21 напряжения, второй - с выходомгенератора 22 импульсов, третий - свыходом логической схемы ИЛИ-НЕ 37, двоичный счетчик 30, вход которого соединен с выходом схемы И 36. Последняя разрешает прохождение импульсов с момента срабатывания нульоргана 21 напряжения до момента срабатывания нуль-органа 24, т.е. появления логического "О" на выходе схемы ИЛИ-НЕ 39.Двоичный счетчик 30 отсчитывает число .Импульсов, соответствующее углуБлок измерения интервала времени С имеет логическую схему И 37, первый вход которой подключен к выходу нуль-органа 23 тока, второй - к выходу генератора 22 импульсов, третий - к выходу логической схемы ИЛИНЕ 40, разрешает прохождение импульсов от момента срабатывания нуль-органа 23 до момента появления логического "0" на выходе схемы ИЛИ-НЕ 40. Двоичный счетчик 31, вход которого соединен с выходом схемы 37, отсчитывает число импульсов, соответствующее интервалу Блок измерения интервала времени выполнен на основе сумматора 42двоичных чисел, на входы которого поступают сигналы с выходов двоичных счетчиков 26 и 31. Сумматор осуществляет сложение двоичных чисел, соответствующих углуи интервалу1Сигналы в виде двоичных чисел с выходов блоков измерения по шинам43 - 49 поступают на входы блоковсравнения фиг.6),Блок сравнения углов ц исостоит из схемы 50 сравнения двух дво 5ичных чисел. Еслиц , т.е.1число В больше числа 1, на выходесхемы 55 появляется сигнал логической "1".Блок сравнения интервалови "выполнен аналогично (схема 51).Если ,, т.е, число А большечисла В, то на выходе схемы 56 появляется сигнал логической "1".Блок сравнения интервалов 1+ исостоит из двух схем 52 и 53сравнения двоичных чисел и логическойсхемы ИЛИ 54. Схема 52 сравнениясравнивает двоичные числа, соответствующие интервалу 1 и углу и/2.Если число, соответствующее Ф/2больше числа, соответствующего 1+,то на выходе схемы 52 появляется сигнал логической . Схема 53 сравнения сравнивает числа, соответствующие 25интервалу 1 ф и углу 7. Если число,соответствующее углу 1, больше числа, соответствующего интервалу 1+, то навыходе схемы 53 появляется сигнал .логической "1". На выходе 57 логичес- ЗОкой схемы ИЛИ 54, входы которой соединены с выходами схем 53 и 52 сравнения, появляется сигнал логической"1", если на выходе. любой из схемсравнения появляется этот же сигнал.С .выходов блоков 55 " 57 сравнения информация в виде комбинации изтрех двоичных чисел поступает навходы блока выявления генератора снаибольшим активным и генератора с 4 Онаибольшим реактивным током. фДешифратор 58 декодирует комбинацию двоичных чисел с выходов узлов 55 - 57 сравнения. В соот 45 ветствии с величиной двоичного числа на входах дешифратора на выходах 63 - 66 устройства появляются сигналы, показывающие соотношение активных и реактивных токов генераторов. 5 ОПоявление логической "1" на выходе 63 сигнализирует о том, что второй генератор имеет наибольший активный ток. Если сигнал логической" появляется на выходе 64, следовательно, первый генератор имеет наибольший активный ток, если сигнал на выходе 65, следовательно, пер" вый генератор имеет наибольший реактивный ток, Появление сигнала логической "1" на выходе 66 показывает,что второй генератор имеет наибольшийреактивный ток,Применение предлагаемого устройства благодаря использованию способавыявления наибольших активных и реактивных токов генераторов с помощьюфазных и временных соотношений позволяет одновременно выявлять генератор с наибольшим активным и генераторс наибольшим реактивным токами нагрузкииэ двух параллельно работающих синхронных генераторов. В устройстве не используются сложные и недостаточно точные датчики активноготока и механические измерительныесистемы. Для выявления как генераторас наибольшим активным, так и генератора с наибольшим реактивным токаминагрузки применяются одни и те жеблоки, осуществляющие цифровой методизмерения углов сдвига фазы и временных интервалов, Все это позволяетповысить точность измерений и упростить конструкцию. Кроме того, применение цифрового метода измеренийдает возможность использования дляобработки информации микропроцессорных наборов с таймерами.Формула изобретенияУстройство для выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузкй из двух параллельно работающих синхронных генераторов, содержащее датчики тока нагрузки, включенные между шинами электростанции и статорными обмотками генераторов, нуль-орган напряжения, вход которого подключен к шинам электростанции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью одновременноговыявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки, упрощения и повышения точности измерения, устройство снабжено нуль-органом тока и блоком выявления момента равенства мгновенных значений токов, входы которых соединены с выходами датчиков тока, блоком измерения углов сдвига фаз между напряжением и токами, блоками измерения времени от момента церехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства мгно 1347119 14венных значений токов блоком измерения времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до момента равенства мгновенных значений токов, блоком задания граничных значений времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора через нуль до момента равенства токов, блоком задания граничных значений времени от момента перехода си-. нусоиды напряжения через нульдо момента равенства мгновенных значений токов, блоком сравнения значений углов сдвига фаз, между напряжением и токами каждого генератора, блоком сравнения времени от момента перехода синусоиды напряжения через нуль до Момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями, блоком сравнения времени от момента перехода синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значений токов с заданными граничными значениями, а 25 блок выявления генератора с наибольшим активным и генератора с наибольшим реактивным токами нагрузки выполнен в виде схемы двоично-десятичного дешифратора, двух схем ИЛИ и двухсхем НК, причем первые входы блоковизмерения углов сдвига фаз междунапряжением и токами подключены к выходам нуль-органов токов, вторые -к выходу нуль-органа напряжения, третьи - к выходу генератора импульсов,первый вход блока измерения времениот момента перехода синусоиды токапервого генератора через нуль до момента равенства мгновенных значенийтоков соединен с выходом нуль-органатока, второй - с выходом блока выявления момента равенства мгновенныхзначений токов, третин " с выходомгенератора импульсов, первый входблока измерения времени от моментаперехода синусоиды напряжения черезнуль до момента равенства установленных значений токов подключенк выходу блока измерения угла сдвигафазы между напряжением и токомпервого генератора, второй - к выхо-,ду блока измерения времени от момента перехода через нуль синусоиды тока первого генератора до момента равенства мгновенных значенийтоков