Устройство продольно-поперечного регулирования напряжения сети

(54) УСТРОИСТВО ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ(57) Изобретение относится к электротехнике,в частности к устройствам для продольно-поперечной компенсации потерь напряжения иреактивной мощности в протяженных электрических сетях напряжением 0,4 - 0,69 - 12 кВ, питающих мощные асинхронные двигатели.Цель изобретения - повышение надежности Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для продольно-поперечной компенсации потерь напряжения и реактивной мощности в протяженных электрических сетях напряжением 0,4-0,69 - 12 кВ, питающих мощные асинхронные двигатели,Цель изобретения - повышение надежности и эффективности использования устройства,На фиг. 1 представлена схема устройства продольно-поперечного регулирования напряжения; на фиг. 2 - схема формироваГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИ и эффективности использования устроиства. Это достигается за счет введения регулируемого резистора, датчика короткого замыкания, формирователя сигналов уровня напряжения на нагрузке, что позволяет обеспечить защиту конденсаторной батареи от перенапряжений при резонансных явлениях и субгармонических колебаниях, которые могут иметь место при нестандартных режимах работы сети, например при коротких замыканиях. Эффективность использования конденсаторной батареи и последовательного трансформатора достигается путем автоматизации процесса переключения их с режима продольной компенсации при пусках асинхронных двигателей и недопустимых откло- Я нениях напряжения в сторону уменьшения, на режим поперечного включения конденсаторов и последовательного трансформатора в режимах работы сети, допускающих эффективную компенсацию реактивной мощности нагрузки. 4 ил. теля сигналов уровня напряжения на нагрузке; на фиг. 3 - схема датчика короткого замыкания; на фиг. 4 - схема возможной реализации устройства в трехфазной цепи,Устройство содержит последовательный трансформатор (ПТ) 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками с первыми и вторыми выводами 4, 5 и 6, 7 соответственно батарею конденсаторов (БК) 8 с выводами 9, 10, блок 11 управления с входами 12, 13 и выходом 14, первый 15 и второй 16 ключи с выводами 17, 18 и 19, 20 соответственно, нагрузку 21 с входом 22, Кроме того, устрой 1677774ство снабжено формирователем сигналов уровня напряжения на нагрузке (ФСУНН) 23 с входом 24 и выходом 25, датчиком 26 короткого замыкания с входами 27, 28 и выходом.29 и регулируемым резистором 30 с выводами 31, 32, а первый ключ 15 выполнен управляющим с выводом 33 управления.ФСУН Н 23 (фиг. 2).содержит трансформатор напряжения (ТН) 34 с входом 24 и выходом 35, преобразователь синусоидального напряжения в сигнал постоянного тока (ПН) 36 с входом 37 и выходом 38, ветвь сравнения реальных напряжений с заданными уровнями (ВС) 39 со входом х 1 40 и выходами х 41 и х 1 42, реализатор функции О=(х 1 х 1), например логический элемент И 43 с входами 44, 45 и выходом 46, который соединен с выходом 25 ФСУНН 23, вход 24 которого является входом ТН 34, выход 35 которого соединен с входом 37 ПН 36, выход 38 которого соединен с входом х 1 40, выходы х 1 41 и х 142 В С 39 соединены с входами 44, 45 логического элемента И 43, выход 46 которого соединен с выходом 25 ФСУНН 23,Датчик 26 короткого замыкания содержит фильтр 47 пятой гармоники с выводами 48, 49, которые являются входами запуска релаксатора 50, входы питания которого соединены с входами 27, 28 датчика 26, выход 29 которого соединен с первым выходом 51 релаксатора 50 и первым выводом 52 тиристорного ключа 53, второй вывод 54 которого соединен с вторым выходом 55 релаксатора 50, третий 56 и четвертый 57 выходы которого соединены с управляющими электродами 58 тиристоров и с входами 59, 60 управления тиристорного ключа 53,Блок 11 управления в общем виде должен обеспечивать реализацию функции управления у=(хих)лх 2, подаваемую на вход 33 управления первого ключа 15. В общемслучае для предлагаемой на фиг, 1 схемыреализация функции у=т(х 1;х 2) возможна с помощью представленной на фиг. 4 схемы, состоящей из логического элемента ИЛИ 61 с входами 62, 63 и выходом 64 и устройства 65 временной задержки с входом 66 и выходом 67, который соединен с первым входом 62 элемента ИЛИ 61, второй вход 63 которого соединен с входом 13 блока 11 управления, выход 14 которого соединен с выходом 64 элемента ИЛИ 61, а вход 12 блока управления 11 соединен с входом 66 устройства 65 временной задержки.Следует отметить, что элементная базаФСУНН 23, датчика 26 короткого замыкания, управляемого ключа 15 и т.д, может быть сколь угодно разнообразной, но удовлетворяющей требованию, чтобы сигнал на10 15 Ф выходе 25 ФСУНН 23 был равен .=(хл х ), где х 1, х - первый и второй заданные уровни напряжения на нагрузке, а сигнал на выходе 29 датчика 26 был равен "0", при отсутствии КЗ на нагрузке и" 1" при его наличииПри описании работы устройства, второстепенные, но необходимые для его работы элементы опущены для упрощения, ноналичие их подразумевается,Кроме того, подразумевается, что устройство работает в условиях, при которых повышение напряжения тем или иным образом (предусмотренным устройством) является необходимым на протяжении всего периода работы нагрузки, Предполагается, что второй заданный уровень напряжения на нагрузке х 1 равен номинальному напряжению нагрузки минус вольтодобавка, обес 20 печиваемая предлагаемым устройством, т,е,х 1=1 при Ор0 н - Ь 01, где Онагр реальное напряжение на нагрузке; О - номинальное напряжение нагрузки; Ь О - повышениенапряжения на нагрузке при поперечном25 включении БК 8 и ПН 1.ПН 1 в предлагаемом устройстве выполняет две функции в зависимости от состоянияуправляемого ключа 15. При пусках нагрузкии значительных отклонениях напряжения30 на нагрузке, например при перегрузкеили режимах, близких к опрокидываниюдвигателя, ключ 15 должен быть разомкнут и БК 8 осуществляет продольнуюкомпенсацию потерь напряжения через35 согласующий трансформатор, роль которого выполняет ПТ 1. При напряжениях нанагрузке ОрО - Ь 01 применениепродольной емкостной компенсации теряетсмысл, поэтому осуществляется автомати 40 ческий перевод БК 8 и вторичной обмотки 2ПТ 1 на поперечное включение, при этом БК8 осуществляет компенсацию реактивноймощности нагрузки, а ПК 1 выполняет рольвольтдобавочного трансформатора, у кото 45 рого для создания 5-6;-ной добавки напряжения коэффициент трансформатораКт=15-20,Резистор 30, величина которого равна(5 - 10)Х, играет роль демпфирующего со 50 противления, которое предназначено для гашения феррорезонанса, явление которогоможет возникнуть, например, в пусковых режимах. Демпфирующее сопротивление автоматически шунтируется управляемым ключом55 15 при переходе устройства из режима продольной компенсации потерь напряжения врежим поперечной компенсации реактивноймощности нагрузки. Защита конденсаторов8 от аварийных режимов (КЗ) как в режимепродольной, так и в режиме поперечной компенсации осуществляется управляемым ключом 15, т.е, последний кроме функций коммутирующего обладает функциями элемента защиты БК 8 от короткого замыкания во вторичной обмотке ПТ 1.Устройство работает следующим образом.1. Исходное состояние при отсутствии напряжения в линии представлено на фиг, 1. При этом следует заметить, что для упрощения фаза батареи конденсаторов, которая реально соединена треугольником, представлена фазой эквивалентной звезды.2. Напряжение в линии имеется, но ключ 16 разомкнут, т.е, нагрузка 21 отключена, предлагаемое устройство р 1 ботает в режиме холостого хода. При этом сигнал х 2 на выходе датчика 26 равен "0", так как короткие замыкания отсутствуют, следовательно сигнал "0" и на выходе 13 блока управления, на выходе 12 которого сигнал также "0", так как ключ 16 разомкнут. На выходе 25 ФСУНН (фиг. 1), на входе 24 и выходе 35 ТН 34, на входах и выходах соответственно 37 и 38 ПН 36, 40 и 41, 42 ВС 39, 44, 45, и 46 элемента И 43 сигналы равны "0", следовательно на выходе 25 ФСУНН 23 функция О=Ол 0=0, иэ чего следует, что сигнал на выходе блока 11 управления у=О М х 2=0+0=0. Поскольку этот сигнал подан на вход 33 управляемого ключа 15, последний находится в разомкнутом состоянии, т,е. напряжение линии через резистор 30 подается на вывод 9 БК 8 и вывод 4 первичной обмотки 2 ПК 1. При этом происходит увеличение напряжения на выходном выводе 7 ПК 1 на величину, пропорциональную току холостого хода (ХХ) трансформатора, который в данном случае является согласующим для компенсации реактивной составляющей потерь напряжения в линии.3, Пуск нагрузки.Ключ 16 замкнут, на нагрузку 21 подано напряжение сети, которое также подается на вход ТН 34 (фиг. 2), с выхода 35 которого синусоидальное напряжение подается на вход 37 ПН 36, с выхода 38 которого сигнал постоянного тока, пропорциональный уровню напряжения питающей сети, поступает на вход 40 ВС 39, на выходах 41, 42 которой в первоначальный момент сигналы х 1 и х 1 могут быть "1", "1" или "1", "0", что формирует на выходе 46 элемента И 43 сигнал "1" или "0", который с выхода 25 ФСУНН 23 подается на вход 12 блока 11 управления, откуда сигнал "1" или "0" подается на вход 66 устройства 65 временной задержки, с выходе 67 которого (фиг. 4) сигнал подается5 10 15 20 на вход 62 логического элемента 61, на вход 63 которого с входа 13 блока 11 управления поступает сигнал "0", значение которого определяется тем, что отсутствуют аварийные режимы (КЗ) в цепи нагрузки и на выходе 29 датчика 26 короткого замыкания сигнал "0".Таким образом, при любом значении сигнала на выходе 25 ФСУНН 23, входе 12 блока 11 управления и на входе 66 устройства 65 временной задержки в течение времени, обусловленном его характеристикой (например, параметрами В, С цепи) и на его выходе 67 сигнал будет "0", что определит сигнал "0" и на входе 62 элемента ИЛИ 61 и на его выходе 64, с которого сигнал "0" поступает на выход 14 блока 11 управления, а оттуда на вход 33 управляемого ключа 15, что обеспечит разомкнутое состояние последнего, которое будет поддерживать в течение всего периода пуска нагрузки. Действительно, при пуске асинхронногодвигателя происходит снижение напряжения на входе 22 нагрузки 21, причем снижение напряжения происходит довольно 25 интенсивно, причем интенсивность в большой степени зависит от параметров системы электроснабжения рассматриваемого узла, Период временной задержки, обеспечиваемой устройством 65, достаточен для 30 того, чтобы уровень напряжения на нагрузке снизился до значения ниже второго заданного уровня ВС 39, Онагр 10 н ЬОн Это обеспечит комбинацию сигналов "1", "0" на выходах 41, 42 ВС 39 и соединенных с ними 35 входах 44, 45 логического элемента И 43, навыходе 46 которого при этом формируется сигнал 0=1 0=0, который подается на выход 25 ФУСНН 23, откуда он подается на вход 12 блока 11 управления, а с входа 12 сигнал "0" 40 подается на вход 66 устройства 65 временнойзадержки, на выходе которого сигнал "0" не изменяется и режим работы устройства остается неизменным, т,е, продольная компенсация потерь напряжения в линии.45 3. Работа устройства в установившемсярежиме.Возможны два режима: уровень напряжения на нагрузке ниже первого заданного уровня ВС 39,т.е. ОнагрОн ЬО,иуровень 50 напряжения на нагрузке выше первогозаданного уровня ВС 39, т.е. Онагр 10 н Ь О .Рассмотрим работу устройства в этихрежимаха) ОнагрОн- ЛО 155 Если после окончания периода пусканапряжение на нагрузке не превысило второго заданного уровня напряжения, то режим работы устройства не изменится и будет соответствовать режиму продольной5 10 15 20 30 35 40 45 50 компенсации реактивной составляющей потерь напряжения.б) Онагр Он ЬО.Поскольку рассматривается нормальный (неаварийный) режим работы, то сигнал на выходе 29 датчика 26 будет равен "0", как и в предыдущих случаях, а на выходе 25 ФСУНН 23 сигнал станет равным "1", так как на выходах 41, 42 ВС 39 и на входах 44, 45 логического элемента И 43 сигналы будут"1", что сформирует на его выходе 46 сигнал "1", который с выхода 25 ФУСН Н 23 подается на вход 12 блока 11 управления, откуда через устройство 65 временной задержки поступает на вход 62 логического элемента ИЛИ 61, на выходе 64 которого формируется сигнал "1", который через выход 14 блока 11 управления поступает на вход 33 управляемого ключа 15, что приведет последний в замкнутое состояние. Это приведет к тому, что демпфирующее сопротивление 30 шунтируется, что приводит к переводу на компенсацию реактивной мощности узла нагрузки БК 8 и работу ПК 1 в качестве вольтодобавочного, что определяется параллельным по отношению к нагрузке включением БК 8 и первичной обмотки 2 ПК 1,4. В нагрузке произошло короткое замыкание (аварийный режим) при работе устройства в режиме продольной компенсации потерь чапряжения, При этом режиме напряжение, снимаемое с зажимов 4, 5 первичной 2 обмотки ПК 1, содержит высшие составляющие, которые подаются с входов 27, 28 датчика 26 короткого замыкания на фильтр 47 и зажимы 48, 49 запуска релаксаторов 50.Предположим, что БК 8 соединена треугольником, тогда при КЗ на нагрузке фильтр 47 настроен на пропускание пятой гармонической составляющей, для всех остальных его сопротивление велико. Прохождение через фильтр 47 пятой гармоники приводит к появлению напряжения на зажимах запуска 48, 49 релаксатора 50, на выхо,цах 51, 55, 56, 57 которого появляются сигналы, которые соответственно подаются на входы 52, 54 и на выводы 59, 60 управления тиристорного ключа 53, с выхода 52 которого и соединенного с ним выхода 29 датчика 26 сигнал "1" поступает на вход 13 (фиг. 1,4) блока 11 управления и соединенный с ним вход 61 элемента ИЛИ 51, что формирует на выходе 64 последнего сигнал "1", который подается на выход 14 блока 11 управления, с которого сигнал "1" поступает на вход 33 управляемого ключа 15, что приводит последний в замкнутое состояние,а это приводит к шунтированию ключом 15 БК 8 и прохождению токов КЗ не через БК 8, а через ключ 15.Ф о р мул а изобретения Устройство продольно-поперечного регулирования напряжения сети, содержащее последовательный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, батарею конденсаторов, блок управления, два ключа, вывод первого ключа соединен с первым выводом первичной обмотки последовательного трансформатора, вторичная обмотка которого включена между выводами для подключения к сети и подключения к нагрузке, второй вывод первого ключа соединен с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и эффективности использования, оно снабжена формирователем сигналов уровня напряжения на нагрузке, датчиком короткого замыкания и регулируемым резистором, первый ключ выполнен управляемым,управляющий вход которого соединен с блоком управления, на котором реализована функция управленияу=(х 1 л х) гхоз,где х 1 и х 1 - сигналы первого и второго заданных уровней напряжения на нагрузке;х 2 - сигнал с выхода датчика короткого замыкания, причем регулируемый резистор включен параллельно первому ключу, первый вывод которого соединен с первым выводом батареи конденсаторов, второй вывод которой соединен с общей точкой и вторым выводом первичной обмотки последовательного трансформатора, второй вывод вторичной обмотки которого соединен с первым выводом второго ключа, второй вывод которого соединен с выводом для подключения к нагрузке и входом формирователя сигналов уровня напряжения на нагрузке, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с датчиком короткого замыкания, подключенным параллельно первичной обмотке последовательного трансформатора, Ь 677114Составитель О, Накаэнаяктор Т. Хлюкина Техред М,Моргентал Корректор О. Циплкаэ 3118 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5