Устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ Союз Советсинк Соцналнстнчасмнк Республик(5)М. Кл. Н 02 Х 3/42 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(7 ) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Устройство относится к областиэлектротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения различных объектов дляобеспечения подключения синхронныхгенераторов на параллельную работу,в частности в автономных системахэлектроснабжения, где в качестве источников используются дизель-генера"торы или газотурбогенераторы.Известно устройство автоматическойсинхронизации с постоянным временемопережения, содержащее датчики напряжения, подключенные к генераторуи общим шинам, к выходам которых.подключены входы элемента И, авыходэлемента И включен последовательнос йГ-фильтрами, связанными с выхода"ми управляемых, ключей, блок управления ключами, подключенный к общимшинам, причем к выходу управляемыхключей и НС-фильтра подключенныйнуль-орган, к выходу которого подклю"чен исполнительный элемент, связанныйс выключателем 111,Однако это устройство не являетсяокончательно разработанным, в нем поставлена задача о возможности использования метода дискретного дифферен- Зр цирования для синхронизации и высказано предположение о возможности практического осуществления, но не само осуществление.Наиболее близкнм к описываемому устройству, является устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов содержащее датчик разности частот и датчики напряения для подключения к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, модулятор, вход которого подключен через фильтр опережения к выходу датчика разности частот, а выход - ко входам элемента времени и дискриминатора амплитуды, выход которого подключен ко входу исполнительного элемента, а выход элемента времени подключен ко входу модулятора, выход исполнительного элемента подключен к выключателю, при этом выходы датчиков напряжения подключены к элементу контроля разности напряжений, выход которого связан с дискриминатором амплитуды, образуя элемент И 21 .К недостаткам относятся зависимость точности,от разности амплитуд напряжений синхронизируемых генератора и системы, а также возможностьсоздания аварийной ситуации в случаевыхода из строя некоторых элементовсхемы, контролирующих основные параметры при синхронизации и мгновенного исчезновения на одном из источников напряжения;Цель устройства - повышение надежности путем неявного посистемногодублирования и расширения Функциональных возможностей путем обеспечения лучшего втягивания в синхронизмза счет выдачи импульсов"Прибавить"в моменты выдачи команд разрешениена синхронизацию и на включение выключателя,Эта цель достигается тем, что уст- .ройство для автоматической синхронизациисинхронных генераторов, содер жащее датчик разности частот и датчик напряжения с зажимами дляподключения к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, элемент И, модулятор,датчиквремени, исполнительный эле" мейт выход которого подключен к выключателю, исполнительный элемент"уравнителя частот и расширитель импульсов регулятора скорости, дополнительно снабжены триггером, формчрователями импульсов и датчиком контроля ошибки, а датчик времени входомподключен к исполнительному элементууравнителя частот, а выходом к комМутирующему входу триг.ера, выходыкоторого подключекы ко входам датчика времени, элемента И, модулятора иисполнительного элемента уравни",теля частот, выход элемента И подключен к сбрасывающему входу триггераи соединен последовательно с .выходомдатчика контроля ошибки, вход которого подключен к датчику разности час-тот;а,выход - к исполнительному элементу, второй выход которого подключен ко второму входу модулятора, авыход модулятора подключен ко входу"Прибавить" расширителя импульсоврегулятора скорости, при этом двадругих входа элемента И подключенык датчикам напряжения через формирователи импульсов, а ко входам,"Прибавить" и "убавить" упомянутого Расширителя подключены, соответственно,счетный и сбрасывающий входы второготЪ 9 ггера, к счетному выходу которогоподключен вход модулятора, связанныйс выходом первого, триггера.На чертеже приведена блок-схемаустройства для автоматической синхронизаций синхронных генераторов.,К двум входам элементов 1 И, через Формирователи 2 и 3 импульсов,подключены датчики 4 и 5 напряжениягенератора и общих шин, а к третьемувходу элемента 1 И подключен коллутирующий выход триггера б, три другихкоммутирующих выхсца которого подключены к датчи;у 7 вре.леня, модулятору 8 и исполнительному элементу 9 уравнителя частот, Вход датчика 7 времени подключен к объединенному выходу исполнительных элементов 9 уравнителя частот, а выход датчика 7 времени подключен к коммутирующему входу триггера б,Выход элемента 1 И подключен ксбрасывающему входу триггера б и соединен последовательно с выходом дат-.чика 10 контроля ошибки, выход которого подключен ко входу исполнительного элеМента 11, Вход датчика 10 контроля ошибки подключен к датчику ,12 разности частот. Выходы исполнительного элемента 11 подключены ко входам выключателя 13 и модулятора 8.Выход модулятора 8 подключен ко входу "Прибавить" расширителя 14 импуль сов регулятора скорости. Датчик 12биения напряжений и датчики 4 и 5 2 О подключены к шинам генератора 15 иобщим шинам 16. Ко входам "Прибавить"и "Убавить" упомянутого расширителя14 подключены, соответственно, счетный я сбрасывающий входы триггера 17, 25 к счетному выходу которого подключенвход модулятора 8, связанный с выходом триггера 6, синхронизируемогогенератора 15 к общим шинам 16 системы электроснабжения производитсяв момент совпадения импульсов напряжения. Импульсы напряжения полученыпутем преобразования полуволны синусоиды напряжения в Формирователях 2и 3 импульсов, Формирование импульса производится. из положительной полуволны синусоиды напряжения, а.отрицательная полуволна срезается. Таким образом контроль осуществляетсяодин раз за период. Длительность импульса 0,6-0,8 мсек, что дает возмож ность получить относительно высокуюточность выбора угла опережения. Прискольжениях находящихся в пределах+0,3-0-0,3 гц, ошибка не выходит запределы 15 Эл. Датчик времени 7 осуществляет контроль скольжения и настроен на выдачу разрешений прискольжениях меньших 0,3 гц, Управляется датчик 7 времени от исполнительного элемента 9 уравнителя частот.Уравнитель частот выдает импульсыодин раз за период биения напряжений(скольжения) на согласование частоти одновременно шунтирует вход датчика 7 времени (не зависимо от знакаскольжения). Датчик 10 контроля ошибки осуществляет контроль скольжения иконтроль "совпадения импульсов - элемента 1 И.Иодулятор 8 осуществляет преобразование постоянного сигнала в импульс ЬО ;и передачу его в расширитель 14 импульсов регулятора скорости, Дляобеспечения лучших условий втягивания генератора 15 в синхронизм, модулятор 8 выдает два импульса "Приба вить", один после срабатывания датчи148658 10 5 2 О ка 7 времени, а другой - после включения исполнительного элемента 11 синхронизатора,Триггер б осуществляет запоминание и размножение сигнала от датчика 7 времени. Коммутирующие выходы триг гера б осуществляют шунтирование входа датчика 7 времени, отключение оперативного питания от уравнителя частот, управление третьим входом элемента 1 И и выдачу сигнала модулятору 8. При появлении сигнала на сбрасывающем входе триггера б с выходаэлемента 1 И происходит сброс накопленной информации на коммутирующемвыходе и датчик 7 времени начинаетснова контроль длительности периодаскольжения, если при этом не произошло включение исполнительного элемента 11, и выдается оперативное питание уравнителю частот 9. В случаесрабатывания исполнительного элемента 11, срабатывает выключатель 13 подкчючая генератор 15 к общим шинам 16 и одновременно отключая оперативное питание.Для обеспечения подключения гене ратора 15 к общим шинам 16 необходимо выдать оперативное питание всем блокам, участвующим в обеспечении синхронного подключения генератора.Если после получения оперативного ЗО питания пройдет время больше времени уставки датчика 7 времени, и при этом не поступит импульс от уравнителя 9частот, то срабатывает датчик 7 времени, сработает коммутирующий выход 35триггера б, сработает модулятор 8 ивццает импульсна рассогласованиечастот "Прибавить" в расширитель 14импульсов регулятора скорости, Еслипри этом фазы напряжений генератора 4 Ои шин совпадают, то элемент 1 И через выход датчика 10 контроля ошибки выдает команду исполнительному элементу 11 на включение .выключателя 13,одновременно элемент 1 И вццает команду на сброс информации триггеру бчерез сбрасывающий вход. При срабатывании исполнительного элемента 11выдается команда модулятору 8, который выдает второй импульс "Прибавить"в расширитель 14 импульсов. Снимается оперативное питание с уравнителя частот 9 и данного устройства синхронизации. На этом процесс синхронизации заканчивается,Если после сбрасывания датчик 7времени фазы напряжений не совпадает,то включение произойдетчерез какое-,то время, обусловленное величинойскольжения, в момент совпадения импульсов на входах элемента 1 И от , бОформирователей 2 и 3, что соответствует совпадению напряжений на фазе.Если после срабатывания датчика 7времени произойдет резкое изменение.скольжения, а его величина выйдет за 65 цопустимые пределы, то в момент совпадения импульсов напряжения элемент 1 И выдает команду на сброс информации триггеру б, а сигнал на включение исполнительногоэлемента 11 не пройдет, так как датчик 10 контроля ошибки выдает "Запрет" при недопустимых скольжениях. Далее уравнитель частот 9, уравнения частоты, доведет скольжение до допустимой величины, датчик 7 времени срабатывает и процесс контроля синхронизма повторится по аналогии.Если скольжение генератора 15 положительно, триггер 17 выдает команду "Запрет" модулятору 8 и импульс "Прибавить" в расширитель 14 не пройдет.Если скольжениегенератора 15 отрицательно, триггер 17 выдает команду "Сброс" и проходит импульс "Прибавить" в расширитель 14. Триггер 17 принимает участие в работе только в случае если уравнитель частот осуществляет уравнивание частот, Введение триггера 17 обусловлено необходимостью сокращения времени синхронизации за счет исключения воэможности появления процесса перерегулирования в случае положительного скольжения у генератора.Если в системе электроснабжения вместо генераторов могут быть установлены силовые трансформаторы, то они могут включаться на параллельную работу друг с другом с помощью данного устройства. Включение будет про- исходить после срабатывания датчика 7 времени.В автономных системах электроснабжения, в которых в качестве источни- ков используютсягазотурбинные установки, имеют место явления "зависанияф - сверхнизкие скольжения, обусловленные высокой стабильностью регуляторов скорости вращения при этом процесс синхронизации затягивается Для ускорения процесса синхронизации установлен модулятор 8, который после срабатывания датчика 7 времени выдает команду на рассогласование частот, т.е. на вывод из состояния "зависания". Если после срабатывания датчика 7.времени, при сверхнизких скольжениях - "зависаниях", фазы напряжений совпадают, то включение произойдет сразу после срабатывания датчика 7 времени, а если фазы напряжений не совпадают, то включение произойдет через какое-то время,.после которого фазы напряжений совпадут.В случае обрыва цепей, связывающих датчик 7 времени с исполнительным элементом 9 уравнителя частот, датчик 7 времени выдает ложный сигнал о допустимой величине скольжения и если .при этом скольжение будет выходить эа пределы допуска, то аварийной ситуации не будет, так как функции контроля скольжения возьмет на себя датчик 10 контроля ошибки, Датчик 10 не даст разрешение на исключение до тех пор пока скольжение не будет в пределах нормы, при этом включение произойдет по аналогии с вышеизложенными ситуациями.В случае пробоя выходного элемента датчика 7 времени, связанного со входом элемента 1 И, после включения 1 О оперативного питания, будет име .ьместо ложный сигнал о том, что скольжение в корме, при этом включение произойдет по аналсгии, как при обрыве цепей уравнителя частот 9. Аварийной ситуации не будет. Подобный режим произойдет при пробое одной или всех ячеек элемента 1 И.В случае пробоя выхода датчика 10 контроля ошибки, при исправном датчике 7 времени, включение произойдет по аналогии, как в случае нормальногорежима,Данное ус 1 ройство обеспечивает высокую точность определения моментавключения генератора на параллельнуюработу и лучшие условия втягиванияв синхронизм, при этом точность не зависит от разности и уравня амплитуд синхронизируемых напряжений. При относительно простом схемном исполнении обеспечивается дублирование элеЗО ментов, контролирующих основные параметры, что повышает надежность устройства синхронизации. С целью упрощения схемы синхронизатора в качестведатчика разности частот используетсядатчик, установленный в уравнителечастот. Использование модулятора по другому, назначению расширило функциональные возможности синхронизатора. Подключение датчика времени к исполнительному элементу уравнителя частот дает возможность более рационального использования элементов уже установленного оборудования. После срабатывания датчика времени снимаЕтся оперативное питание с уравнителя частот, причем это делается так же за счет более рационального использования выходных цепей триггера,без добавления элементов.Введение второго триггера обусловлено необходимостью сокращения времени синхронизации за счет исключения возможности появления процесса перррегулирования в случае положительнго скольжения у генератора.В схеме синхронизатора нет ни одного подстро.1 чного элемента, что значительно сокращает трудоемкость настройки после изготовления и ремонтов, не требуется специальных стендов. и приборов для настройки На нужные параметры, Если все элементы исправны и монтаж сделан правильно, то синхронизатор устанавливается непосредственно в изделие.Формула изобретенияУстройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов, содержащее датчик разности частот и датчики напряжения, подключенные к шинам синхронизируемого генератораи общим шинам системы электроснабжения, элемент И, модулятор, датчик времени, исполнительный .элемент, выход которого подключен к выключателю, исполнительный элемент уравнителя частот и расширитель импульсов регулятора скорости, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что с целью повышения надежности путем неявного посистемного дублирования и расширения функциональных возможностей путем повышения быстродействия втягивания в синхронизм генератора путем выдачи импульсов "Прибавить" в момент выдачи команды резрешение на синхронизацию и на включение выключателя,/ устройство снабжено триггерами, формирователями импульсов и датчиком контроля ошибки, а датчик времени входом подключен к исполнительному элементу уравнителя частот, а выходом - к коммутирующему входу первого триггера,выходы которого подключе-. ны ко входам датчика времени элемента И, модулятор и исполнительному элементу уравнителя частот, выход элемента И подключен к сбрасывающему входу первого триггера и соединен последовательно с выходом датчика конт" роля ошибки, вход которого подключен к датчику разности частот, а выход - к исполнительному элементу, второй выход которого подключен ко второму входу модулятора, а выход модулятора подключен ко входу "Прибавить" расширителя импульсов регулятора скорости, при этом два других входа элемента И подключены к датчикам напряжения через формирователи импульсов, а по входам "Прибавить" и "Убавить" упомянутого расширителя подключены, соответственно, счетный и сбрасывающий входы второго триггера, к счетному выходу которого подключен вход модулятора, связанный с выходом первого триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР9 156214, кл. Н 02 Т 3/42, 1961.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2139018/07,кл, Н 02 У 3/42, 1975.;.748658 Составитель К. Фотинаедактор Г, Волкова Техред Ж.Кастелевич Корректор В. Синицкаявщ г мф щт аказ 4379/1. ППП "Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 фи Тираж 783ЦНИИПИ Государственногопо делам изобретений035, Москва, Ж, Раушш т ев ешь ашиЮшюйюшшававшш Подписи комитета СС открытий кая наб.,