Устройство электроснабжения с резервированием

СОЮЗ СООЕТСНИХсааддадию жРЕСПУБЛИК А 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯи двтвввиоии свидвтеввтви ГОСУДМСТВЕННЫЙ КОМИТЕТДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЬТИЯМПЮ ГННТ СССР(57) Изобретение относится к электротехнике) в частности к устройствамавтоматики в системах гарантированногоэлектроснабжения переменным током потребителей, не терпящих перерывов вэлектроснабжении. Цель изобретения)повыаение надежности в работе устрой 801705958Ю) Н 02 3 9/ОЬ 2 ства путем контроля синфазности источников переменного тока при включении их на параллельную работу. Устройство содержит два источника 1 и 2 переменного тока, два положительных трансформатора 3 и 4, вводные тиристорные выключатели 5 и 6 и секционный выключа" тель 11. Блок 7 управления каждым тиристором вводного выключателя 5 и 6 содержит не только элементы сравнения частот и напряжений первичных источников на шинах 9 и 1 О гарантированного питания, но и одновибраторы 35 и 39) формирующие короткие импульсы в моменты перехода через ноль этих напряжений. При несовпадении импульсов,на выходах одновибраторов 35 и 39 вклю" чение тиристорных выключателей не происходит. 1 ил.дмИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамавтоматики в системах гарантированного электроснабжения переменным токомпотребителей, не терпящих перерывовв электроснабжении,Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства путемконтроля синфазности источников пере 10менного тока при включении тиристороввводного выключателя.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит два источника 151 и 2 переменного тока, два понижающих трансформаторе 3 и 4, вводные выключатели 5 и 6, выполненные в видебиполярных групп тиристоров каждыйс блоками 7 и 8 управления, две секции шин 9 и 10, связанных секционнымвыключателем 11, Параллельно секционному выключателю 11 включена цепь, со",держащая последовательно соединенныетиристорный коммутатор 12, выполнен" 25ный в виде биполярных групптиристоров, и нелинейный реактор 13, а такжедатчики 14 и 15 тока в этой цепи. Ти"ристорный коммутатор, 12 связан с выходом блока 16 управления, вход которого соединен с датчиком 14 тока, Выход,датчика 15 тока связан с секционнымвыключателем 11. К секциям шин 9 и 10подключена с помощью выключателей 17,18 и 19 нагрузка.С блоками 7 и 8 управления связаны выходы блоков 20 и 21 сравнениянапряжений и частот, По стороне высшего напряжения трансформаторов 3 и 4подключены соответственно трансформа",40торы 22 и 23 напряжения а к шинам 9и 10 - трансшорматоры 24 и 25 напряжения, Кроме того, по стороне высшегонапряжения установлены трансформаторы26 и 27 тока, На фиг. 1 раскрыты блок 457 управления одним тиристором ввод"ного выключателя 5 и блок 20 сравнения напряжений и частот по стороне ис"точника 1. По стороне источника 2 схема аналогична. Так, трансформатор 22напряжения через диод 28 связан свходом порогового элемента 29, выходкоторого соединен с входом одновибра"тора 30 "широкого импульса", которыйчерез замыкающий ключ 31 связан свходом запуска 32 генератора 32 импульсов управления. Трансформатор 26тока через диод 33 связан с входом порогового элемента 34, выход которого соединен с входом останова 32 ц генератора 32 импульсов управления. Выход порогового элемента 29, крометого, соединен с входом одновибратора35 "узкого импульса", выход которогоподключен к первому входу элементаИ 36. К трансформатору 24 напряжениячерез диод 37 подключен вход порогового элемента 38, выход которого подключен к входу одновибратора 39 "узкого импульса", связанного своим выходом с вторым входом элемента И 36.К трансформаторам 22 и 24 напряженияподключены также по одному измерителю40 и 41 напряжения и измерителю 42и 43 частоты, связанным своими выходами с входами соответственно элементовсравнения напряжений 44 и частот 45.Выходы элементов 44 и 45 сравненияблока 20 сравнения связаны соответственно с третьим и четвертым входамиэлемента И 36, который своим выходомсоединен с управляющим входом замыкающего ключа 31.Устройство работает следующим образом.В нормальном режиме вводные выключатели 5 и 6, состоящие из биполярныхгрупп тиристоров, включены и получаютимпульсы от блоков 7 и 8 управлениятиристорами, обеспечивающими совместно с блоками 20 и 21 сравнения напряжений и частот однонаправленное протекание мощности от источника к потребителю электроэнергии,Блок 7 управления работает следующим образом,Пороговый элемент 29, связанныйс одной из фаз трансформатора 22 напряжения с помощью диода 28 формирует импульс, передний фронт которогосфазирован с моментом прохождения через нуль положительной полуволны фазного напряжения. Импульс пороговогоэлемента 29 запускает одновибратор30 "широкого импульса", который выдает команду на выключение генератора32 импульсов управления тиристором.При условии сфазированности двух источников, которое определяется бло"ком 20 сравнения напряжений и частот,пороговыми элементами 29 и 38 совме"стно с одновибратором "узких импульсов", на элемент И 36 поступают сигналы на все четыре входа, и он включает замыкающий ключ 31. Через включенный замыкающий ключ 31 одновибратор 30 подает "широкий импульс" на170595вход запуска 32 Г генератора 32 импульса управления. Ширина импульса одновибратора выбирается из условия наибольшего сдвига первой гармоники тока, потребляемого из сети нагрузкой5 секции 9 в нормальном режиме, чтобы обеспечить открытие тиристоров, В качестве замыкающего ключа используется тиристор, поэтому его отключение про исходит после прохождения "широкого импульса". Таким образом, одновибратор 30 запускает генератор 32 импульса управления на предельно возможное время, обеспечивающее прохожде ние тока через тиристоры в любом режиме от режима холостого хода до режима наибольшей нагрузки. К фазе трансформатора 26 тока через диод 33 подключен пороговый элемент 34, уставка которого выбирается большей тока удержания тиристоров 5 (например, 1 А для тиристоров Т 630).В случае, если по тиристорам стал протекать токболее тока удержания, 25 пороговый элемент 34 отключает генератор 32 импульса управления, обеспечивая укороцение ширины импульса, поступающего на тиристоры вводного выключателя 5. При переменной по 30 фазе нагрузке на тиристоры поступает переменный по ширине сигнал управления, но не шире предельно возможного угла сдвига тока, соответствующего нормальному эксплуатационному режиму.В целом блок управления биполярной группой содержит шесть цвбей, связанных с трансформаторами напряжения 22 и 24, типа диод 28 - пороговый элемент 29 - одновибратор 30 "широкого 40 импульса" - замыкающий ключ 31 - вход запуска 32 о генератора 32 импульсов управления; шесть цепей типа диод 28 пороговый элемент 29 - одновибратор 35 "узкого импульса" - элемент И 36 - 45 управляющий вход замыкающего ключа 31; шесть цепей типа диод 37 - пороговый элемент 38 - одновибратор 39 "узкого импульса" - элемент И 36- управляющий вход замыкающего ключа 31; шесть цепей типа диод 33, связанный с трансформатором 26 тока, - по роговый элемент 34 и вход останова 32 0 генератора 32 импульсов управления, Кроме того, каждый элемент И связан с выходами блока 20 сравнения частот и напряжений. Таким образом, в блоке управления имеется информация о каждом полупериоде напряжения источника и напряжения на секциях шинпотребителя,ОБсли фаза тока изменится на 180вследствие появления к.з. в сети состороны источника 1, то тиристорывводного выключателя 5 не включатся,так как импульсы управления окажутсярасфазированными с анодными напряжениями на тиристорах. При отключенииисточника 1 вообще не будут формиро"ваться импульсы на открытие тиристоров вводного выключателя 5,Таким образом, управление тиристоров вводного выключателя 5 "широкимиимпульсами" обеспечивает однонаправленное протекание мощности от источника к шинам. Дополнительное ограничение ширины импульса от пороговогоэлемента 34, связанного с трансформатором 26 тока, обеспечивает отсутствие подпитки током точки 46 к,э, и впереходных режимах и позволяет осуществлять управление тиристоров мини"мальными по ширине импульсами, цемобеспечивается повышение надежностиработы биполярной группы тиристороввводного выключателя 5,Блок управления тиристорами биполярной группы вводного выключателя 6работает аналогично.Секционный выключатель 11 в нормальном режиме отключен, Биполярнаягруппа тиристоров тиристорного коммутатора 12 получает непрерывную сериюимпульсов от блока 16 управления. Приэтом тиристоры тиристорного коммутатора 12 включены и обеспечивают про"текание уравнительных токов междусекциями 9 и 10. Выключатели 17 - 19включены и нагрузка получает питаниеот источников 1 и 2.В нормальном режиме разница напряжений по модулю и Фазе между секциями 9 и 10 невелика. В связи с этимнелинейный реактор 13, в качествекоторого наиболее целесообразно использовать катушку с железом, находит.ся в магнитном состоянии, при котороминдукция ниже индукции насыщения. Врезультате сопротивление нелинейногореактора велико и через тиристоры би"полярной группы тиристорного коммутатора 12 протекает незначительный уравнительный ток любого направления.Латчики 14 и 15 тока выполнены ввиде электронных быстродействующихреле и в нормальном режиме не работают, Уставка датчика 14 тока выбрана7 17059большей номинального тока нагрузкисекции 9, а уставка датчика 15 токавыбрана пропорциональной номинальномутоку минимальной нагрузки, возможнойна секции 9 шин (в случае отключениячасти потребителей секции 9).При исчезновении питания со стороны одного из вводов, например при к.з.в точке 46, возникает амплитудная ифазовая разность напряжений между секциями 9 и 10, при этом нелинейныйреактор 13 насыщается и секции 9 и 10параметрически объединяются вследствие того, что блок 16 управления обес-печивает включенное состояние тиристоров тиристорного коммутатора 12, Подключение секции 10 шин происходиФпрактически безынерционно и до момента отключения точки 46 к.з, обеспечивая непрерывность синусоиды напряжения на секции 9 шин. При этом реверсмощности и подпитка точки 46 к,з, непроисходят, так как биполярная группа тиристоров 5 пропускает мощность 25только от источника к нагрузке.Датчик 14 тока не срабатывает оттока нагрузки на секции 9 шин, Послеперехода нелинейного реактора в состояние с малым внутренним сопротивлением срабатывает датчик 15 тока, имеющий уставку, пропорциональную номинальному току минимально возможнойнагрузки секции 9, и включает секционный выключатель 11. Таким образом,обеспечивается безынерционное подключение нагрузки секции 9. При этомотсутствует подпитка точки 46 к.знесмотря на опережающее срабатываниемежсекцйонной связи до момента отключения точки 46,В случае, если к.з. имеет местосо стороны электроприемника секции 9,например в точке 47, или не секции 9,секция 10 также параметрически 45подключается через нелинейныйреактор 13, но датчик 14 тока срабатывает и отключает блок 16 управления, отключая связь секций 9 и 10,Отключение блока 16 управления Фикси- рруется. Вместе с датчиком 14 токасрабатывает датчик 15 тока, но таккак срабатывание секционного выключателя 11 происходит с задержкой, тосработавший датчик 14 тока успеваетотключить тиристорный коммутатор 12.При этом по цепи нелинейного реактора13 прекратится ток и сигнал на выходедатчика 15 тока, исчезнет, не успев включить секционный выключатель 11. Для повышения надежности работы межсекционной связи целесообразно применение датчика 15 тока с временем срабатывания большим времени срабатываниядатчика 14 тока, чтобы срабатывания датчика 15 тока вообще не происходило при появлении к.з, на секции 9.Устройство обеспечивает также автоматическое подключение восстановившегося источника, например источника 1, к секции шин следующим образом.Измерители 40 и 41 напряжения, подключенные к трансформаторам 22 и 24 напряжения, измеряют величины напряжения по всем трем фазам источника 1 и секции 9 шин. В элементе 44 сравнения эти величины сравниваются пофазно для обнаружения перекоса фаз, например, при однофазном к,з, с поо юмощью сумматоров, работающих на разность входных величин, С помощью элемента 44 сравнения определяется допустимая величина разности между действующими значениями напряжений и при достижении разности менее допустимой на выходе элемента 44 сравнения напряжений появляется сигнал, разрешающий работу блока 7 управления по "равенству" напряжений. Сигнал поступает на третий вход элемента И 36, Аналогично работают измерители 42 и 43частоты и элемент 45 сравнения частот,сигнал от которого поступает на четвертый вход элемента И, Но сравнение частот можно проводить по одной фазе ввиду их равенства по всем фазам. Кроме того, на первый и второй входы элемента И 36 подаются сигналы от одновибраторов 35 и 39 "узких импульсов". Совпадение этих импульсов означает, что напряжения источников 1 и 2 совпадают по фазе. Ширина "узких импульсов" одновибраторов 35 и 39 выбирается из условия допустимого несовпадения фаз напряжений двух источников. Совпадение сигналов от элемента 45 сравнения частот и сигналов от одновибраторов 35 и 39 "узких импуль" сов" означает выполнение всех условий сихронизации источников. При этом элемент И 36 выдает сигналы на включение замыкающего ключа 31, разрешающую работу блока 7 управления. В качестве замыкающего ключа 31 используется тиристор, открывание которого происходит выходным сигналом элемента И 36, а закрывание - по окончаниипрохождения импульса ь от одновибратора 30 "широкого импульса", Если приэтом анодное напряжение на тиристоревводного выключателя 5 окажется5положительным, происходит включениеэтого тиристора. Аналогично включаются все остальные тиристоры во всемтрем фазам.После подключения восстановившегося источника 1 к секции 9 шин черезвводный выключатель 5 секционный выключатель 11 отключают и устройствоработает в нормальном режиме, какбыло описано ранее. До отключения 15секционного выключателя 11 снимаютфиксацию отключения блока 16 управления.Аналогично устройство работает ипри восстановлении питания от источника 2 после его отказа,Необходимость контроля синфазности напряжений истоЧников и на секциях9 и 10 шин вызвана следующим. При рассинхронизации источников 1 и 2 из-заразрыва связей между ними по какимлибо причинам подключение источника1 на секцию 9 после его восстановления может произойти в момент, когдафазные напряжения источника 1 и насекции 9 будут сдвинуты примерно на180 , При этом, если не проводитьконтроля синфазности напряжений, возникает переток мощности между источниками следующим образом (рассмотрим 35на примере тиристора вводного выключателя 5, работающего по положительной полуволне напряжения источника1)". Расфазирование: источников 1 и 2приводит к синусоидальному анодному 40напряжению на тиристоре, действующеезначение которого примерно достигаетдвойного значения номинального напряжения, так как его мгновенное значение равно разности мгновенных значений 45напряжения после трансФорматора 3 инапряжения на секции 9. Причем положительная полуволна анодного напряжения будет совпадать с положительнойполуволной напряжения источника 1,Тиристор открывается широким импульсом, совпадающим с передним фронтомположительной лолуволны напряженияисточника 1. Поэтому сохранившийся(при отставании анодного напряжения) 55или появившийся (при опережении анодного напряжения относительно напряжения источника 1) "широкий импульс" на открывание тиристора обеспечит протекание тока через тиристор, вдвое боль шего тока кз, (так как анодное напряжение примерно равно двойному номинальному фазному напряжению), Такой ток будет протекать через каждый тиристор. Поэтому осуществляемый в устройстве контроль синфазности источников повышает его надежность.Использование изобретения обеспечивает повышение надежности устройства за счет контроля синфазности источников переменного тока при включении тиристоров вводного выключателя после восстановления отказавшего источника, который может оказаться работающим в противофазе с основным источником, учитывая, что при этом возникают условия для пропускания мощности вводным выключателем в обратном направлении, если контроля синфазности не проводить,Формула изобретенияУстройство электроснабжения с резервированием, содержащее два источника переменного тока, два понижающих трансформатора, трансформаторы напряжения и тока на стороне высшего напряжения понижающих трансформаторов, две секции шин, два вводных выключателя между выходами понижающих тран" сформаторов и секциями шин, выполйен ных в виде биполярных групп тиристоров, каждый из тиристоров соединен со своим блоком управления, последний включает в себя первый и второй пороговые элементы, первый связан через диод с соответствующей Фазой трансфор. матора напряжения, второй - с этой же фазой трансформатора тока, выход первого порогового элемента соединен с входом одновибратора "широких импуль" сов", а второго - с входом останова генератора импульсов управления тиристором вводного выключателя, секционный выключатель, параллельно которому подсоединен нелинейный реактор, соединенный последовательно с тиристорным коммутатором, выполненным в виде биполярной группы тиристоров, управляющие электроды которых связаны через блок управления с выходом первого датчика тока нелинейного реактора, выход второго датчика тока нелинейного реактора соединен с цепью включения секционного выключате1705 Ч 58 Составитель А. ЮустовРедактор А. Лежнина Техред О.Олийньщ Корректор А. Обручар Заказ о Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 3-35, Раушскал наб., д. Й/5 МПроизводственно"издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 ля, о т л и ч а ю В е е с я тем,что, с целью повышения надежности вработе устройства путем контроля синфазности источников переменного токапри включении их на параллельную работу, в него введены два дополнительных трансформатора напряжения, подключенные входами к первой и второйсекциям шин, два блока сравнения частот и напряжений, каждый из которыхсодержит два измерителя напряжения,подсоединенных один к трансформаторунапряжения, Подключенному по стороневысшего напряжения понижающего трансформатора, другойк дополнительномутрансформатору напряжения, два измерителя частоты, подключенные к Мтимже трансформаторам напряжения, элемент сравнения напряжений, к двум твходам которого присоединены выходыизмерителей напряжения, а также элемент сравнения частот, к двум входам которого присоединены выходы измерителей частоты, а в каждый блок управления тиристора вводного выключателя 5введены третий пороговый элемент, соединенный входом через диод с соответствующей фазой дополнительного трансформатора напряжения, по два одновибратора "узких импульсов", соединенных входами с выходами первого и третьего пороговых элементов, по одномуэлементу И, к первому и второму вхо"дам которого подсоединены выходы од"новибраторов "узких импульсов", атретий и четвертый входы элемента Исоединены с выходами элементов сравнения напряжений и частот, по одномузамыкающему ключу между выходом одновибратора "широких импульсов" и входом пуска генератора импульсов управления тиристорами вводных выключателей, управляющий вход ключа соединенс выходом элемента И.