Устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети

(51)5 Н 02 М НИ нический инстирожного транспкин, Л. А. во СССР14, 1980.во СССР3, 1981.во СССР, 1979.ТОМАТИЧЕСКОАПРЯЖЕНИЯ 4 ь 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Уральский электромехатут инженеров железнодопорта им. Я. М, Свердлова(56) Авторское свидетел ьстК 951255, кл. А 1 6 05 Е 1/Авторское свидетельстМ 1001056, А 1 О 05 Р 1/57Авторское свидетельстМ 838668, А 1 Н 02 М 5/22(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НКОНТАКТНОЙ СЕТИ 1744776 А 1(57) Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования напряжения в тяговой сети, используемым на электрофицированном железнодорожном транспорте. Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор 1 с секционированной обмоткой и двумя управляемыми реакторами 2, 3, В управляющие цепи управляемых реакторов 2, 3 включены датчик угла сдвига фаз 4, элемент сравнения 5, 7, задающее устройство 6, обеспечивающее изменение выходного напряжения трансформатора 1 в зависимости от нагрузки. При увеличении нагрузки на тяговую подстанцию выше предельного значения происходит понижение напряжения, и часть нагрузки перераспределяется на смежные тяговые подстанции. 3 ил,40 45 клонение сигнала от задающей переменной с элемента сравнения 7 поступает в цепь 5,0 Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования напряжения в тяговой сети,используемым на электрифицированномжелезнодорожном транспорте.Известны устройства для регулирования напряжения подстанции, содержащиетрансформатор и два управляемых реактора,Наиболее близким к предлагаемому повыполняемой функции является трансформаторный агрегат с автоматическим регулированием напряжения под нагрузкой. Этоустройство содержит трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемыхреактора, первый из которых соединен последовательно с крайним выводом секционированной обмотки трансформатора, авторой последовательно с промежуточнымвыводом, при этом другие выводы реакторов образуют общую точку. В цепь управления первого реактора включены датчиккоэффициента угла сдвига и элемент сравнения, а в цепь управления второго реактора включены датчик напряжения и второйэлемент сравнения. С помощью изменениясопротивления второго реактора осуществляется регулирование напряжения на выходе. тр.ансформаторного агрегата, аизменением сопротивления первого реактора достигается наибольшее значение коэффициента угла сдвига во всем диапазоневыходного напряжения,При использовании трансформаторныхагрегатов с регулированием напряжения натяговых подстанциях электрифицированных железных дорог при пропуске тяжеловесных и скоростных поездов вследствиеувеличения нагрузки возможна перегрузкаи выход из строя оборудования подстанции.Целью изобретения является исключение перегрузки оборудования подстанции итем самым повышение надежности электроснабжения при пропуске тяжеловесных искоростных поездов.Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для регулирования напряженияподстанции, содержащее трансформатор ссекционированной обмоткой, два управляемых реактора, задающее устройство, дваблока сравнения с датчиками напряжения иугла сдвига, дополняется датчиком нагрузкипо току, блоком ограничения напряжения иблоком формирования управляющего сигнал, которые включаются в цепь управления 5второго реактора.При достижении нагрузки трансформаторного агрегата предельного значения сигнал от датчика тока через блок сравнения иблок ограничения напряжения поступает в 5 10 15 20 25 30 35 цепь управления второго реактора, что приводит к понижению напряжения подстанции и соответственно уменьшению .нагрузки, при этом нагрузка перераспределяется на смежные тяговые подстанции, гдеподдерживается более высокое напряжение за счет системы автоматического регулирования.На фиг, 1 представлена структурная схема; на фиг. 2 - функциональная схема уст-.ройства; на фиг. 3 - временные диаграммыработы устройства для автоматического регулирования напряжения в контактной сети.Устройство состоит из трансформатора1 с секционированной обмоткой, двух управляемых реакторов 2 и 3, первый из которых подключен к крайнему выводу обмоткитрансформатора, второй - к ответвлениюобмотки трансформатора, при этом другиевыводы обоих реакторов образуют общуюточку. В цепь управления реактора 2 включены датчик угла сдвига фаз 4 и элементсравнения 5, второй вход которого подключен к задающему устройству б. В цепь управления реактора 3 включены элементсравнения 7, входы которого соединены сдатчиком напряжения 8 и задающим устройством б. Выход элемента сравнения 7 соединен с первым входом блока ограничениянапряжения 9, второй вход которого соединен с датчиком перегрузки по току 10. Сигнал с выхода блока ограничениянапряжения поступает на блок формирователя управляющего сигнала 11, который изменяет ток управления реактора 3,Работа трансформаторного агрегата савтоматическим регулированием напряжения осуществляется следующим образом,На элемент сравнения 7 поступает от датчика напряжения 8 сигнал основной регулируемой величины (напряжение на выходе преобразовательного агрегата),сравнивается с задающей переменной, поступающей с задающего устройства б, отуправления реактора 3, вызывая изменение его реактивного сопротивления, что в свою очередь вызывает перераспределение первич ого тока трансформатора 1 по ответвлениям его обмотки, изменение магнитного потока магнитопровода трансформатора 1 и, соответственно, вторичного напряжения таким образом, чтобы отклонение в процессе регулирования стремилось к нулю.Таким образом, автоматическое регулирование напрякения на уровне, определяемом заданным значением, осуществляется изменением тока управления реактора 3. При токе холостого хода трансформатора 110 50 55 ток управления реактора 3 равен минимальному значению и возрастает при увеличении тока нагрузки трансформатора 1.Датчик коэффициента угла сдвига 4 и элемент сравнения 5 обеспечивает изменение тока управления реактора 2 в зависимости от заданного уровня основной регулируемой переменной с получением наибольших значений коэффициента угла сдвига,При увеличении тока нагрузки преобразовательного агрегата выше заданного значения ар сигналом от датчика перегрузки 10 через блок ограничения напряжения 9 происходит изменение тока управления реактора 3 таким образом, что напряжение на выходе преобразовательного агрегата уменьшается до тех пор, пока ток нагрузки не станет меньше 1 пр. Следовательно, нагрузка преобразовательного агрегата тяговой подстанции не будет превышать заданного значения, а ток нагрузки от потребителя будет распределяться на смежные тяговые подстанции за счет того, что на них поддерживаться будет более высокое напряжение системой автоматической стабилизации напряжения.Функциональная схема устройства, представленная на фиг. 2, включает в себя блок сравнения 7, состоящий из генератора опорной частоты 13, счетного триггера 14, двух элементов И 15 и 16, двоичного счетчика 17 и схемы сравнения 19. При этом первым входом элемента сравнения 7 является вход счетного триггера 14, который подключен к выходу частотного датчика напряжения. Прямой выход счетного триггера 14 соединен с входом элемента И 15, на второй вход которого подается сигнал от генератора опорной частоты, а выход элемента И 15 соединен со счетным входом счетчика 17. Вход В счетчика соединен с выходом элемента И 16, первый вход которого соединен с инверсным выходом триггера 14, а второй инверсный вход соединен с выходом датчика напряжения. Выход счетчика 17 соединен с первым информационным входом схемы сравнения 19, второй информационный вход которой является вторым входом блока сравнения 7. Выходы схемы сравнения 19 на понижение или повышение напряжения являются выходом блока сравнения 7.Датчик перегрузки по току 12 представляет собой реле с магнитоуправляемыми контактами, которое размещается в магнитном полетоковедущей шины питающего фидера контактной сети,Блок ограничения напряжения 9 состоящий из двух схем И 20 и 22, схемы ИЛИ 21, генератора опорной частоты 13, реверсив 15 20 25 30 35 40 45 ного счетчика 23. Первый вход блока ограничения мощности формируется входами схемы И 20 и схемы ИЛИ 21; которые связаны с выходами на повышение и понижение напряжения схемы сравнения 19. Инвертирующий вход схемы ИЛИ 21 и третий вход схемы И 20 формируют второй вход блока ограничения напряжения, который подключен к выходу датчика перегрузки по току 12. Выходом блока ограничения напряжения является выход реверсивного счетчика 23.Блок фоомиоования управляющего сигнала 11 содержит блок синхронизации 24, двоичный счетчик 25, схему сравнения 26, генератор опорной частоты 13 и тиристорный мост 27. При этом входом блока формирования управляющего сигнала является второй информационный вход схемы сравнения 26, первый информационный вход которого соединен с выходом двоичного счетчика 25, счетный вход которого соединен с генератором опорной частоты. а вход - с выходом блока синхронизации 24. Выходом блока формирования управляющего сигнала является выход тиристорного моста, цепи управления которого соединены с выходом схемы сравнения 26.Временные диаграммы работы устройства представлены на фиг, 3. Датчик напряжения (ДН) преобразует измеряемое напряжение в электрические импульсы с:астотой, пропорциональной измеряемому напряжению. Импульсы сдатчика напряжения поступают на вход счетного триггера 14, который делит частоту следования импульсов пополам таким образом, длительность импульса на выходе триггера 14 будет соответствовать длительности периода импульсов датчика напряжения. Во время возбужденного состояния триггера 14 открывается схема И 15 для импульсов Е 1 оп генератора опорной частоты 13, Двоичный счетчик 17 отсчитывают импульсы с частотой Е 1 оп за время возбужденного состояния триггера 14, которые поступают на счетный вход с выхода схемы И 15. Таким образом,число импульсов, поступивших на вход. и двоичное число на выходе счетчика 17 будут соответствовать длительности периода импульсов датчика напряжения, Схема И 16 производит сброс счетчика 17 в нулевое положение перед началом каждого измерения. Временные диаграммы работы триггера 14 и схем И 15, 16 представлены на фиг. За.Двоичное число, полученное на выходе счетчика 17, которое соответствует измеренному напряжению (Об), сравнивается схемой сравнения 19 с двоичным числом, соответствующим заданному напряжению(Оз), Заданное напряжение определяется переключателем 18. В зависимости от величины измеренного напряжения Од на выходах схемы сравнения 19 формируется сигнал "Повысить напряжение" (О 1- ) или "Понизить напряжение" (О ),При поступлении со схемы сравнения 19 сигнала О 1 открывается схема И 20 для импульсов Е 2 л генератора опорной частоты 13. Реверсивный счетчик 23 переключается на вычитание и с приходом каждого импульса Е 2 л его состояние будет уменьшаться на единицу, что вызовет повышение напряжения на выходе преобразовательного агрегата. Значение кода на выходе счетчика будет уменьшаться до тех пор, пока присутствует сигнал О 1, т. е. значение напряжения на выходе преобразовательного агрегата меньше заданного, Сигнал Опроходит через элемент ИЛИ 21 и открывает схему И 22 для импульсов Е 2,при этом сигнал О т снимается, и импульсы Е 2 начинают поступать на вход +1 счетчика 23, Таким образом, в зависимости от изменения напряжения на выходе счетчика 23 устанавливается двоичный код, соответствующий заданному значению напряжения на выходе преобразовательного агрегата,Датчик перегрузки по току представляет собой реле с магнитоуправляемыми контактами, которое помещается в электромагнитном поле токоведущей шины питающего фидера контактной сети. При достижении током фидера уровня уставки за счет увеличения магнитного поля контакт реле замыкается. При замыкании контакта датчика перегрузки сигнал подается на второй вход схемы ИЛИ 21, сигналом с выхода которой открывается схема И 22, при этом схема И 20 блокируется по третьему входу. Таким образом, реверсивный счетчик 23 переключается на сложение, что вызовет понижение напряжения на выходе преобразовательного агрегата до тех пор, пока ток нагрузки не снизится ниже предельного значения. Временные диаграммы работы блока ограничения напряжения представлены на фиг. Зб,Блок формирования управляющего сигнала изменяет напряжение на выходе тиристорного моста 27 в соответствии с двоичным кодом на выходе реверсивного счетчика 23.Блок синхронизации 24 вырабатывает короткий импульс в момент перехода напряжения сети (О) через ноль. Импульсами с выхода блока синхронизации 24 в начале каждого полупериода напряжения питающей сети счетчик 25 устанавливается в нуле 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вое положение, а затем начинает отсчитывать импульсы с частотой ЕЗоп, поступающие с генератора опорной частоты на счетный вход. Частота ЕЗол выбрана такой,чтобы за время полупериода напряжения питающей сети происходило полное заполнение счетчика 25, Когда код на выходе счетчика 25 станет равным коду на выходе счетчика 23, на выходе схемы сравнения 26 формируется сигнал, который поступает на,управляющие выводы тиристоров выпрями- тельного моста, Таким образом, осуществляется фазовое управление напряжением на выходе тиристорного выпрямительного моста, Соответственно напряжение на выходе тиристорного моста и ток в обмотке управления реактора 3 будут определяться двоичным кодом на выходе счетчика 23, причем увеличение двоичного числа на выходе счетчика будет соответствовать уменьшению напряжения на выходе блока формирования управляющего сигнала. Временные диаграммы работы блока формирования управляющего сигнала представлены на фиг. Зв.Формула изобретения Устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети, содержащее трансформатор с промежуточным выводом в одной из обмоток, два управляемых реактора, первый из которых соединен последовательно с крайним выводом секционированной обмотки трансформатора, а второй - последовательно с промежуточным выводом, два блока сравнения, первый из которых выходом связан с управляющим входом первого управляемого реактора, первые входы первого и второго блоков сравнения подключены к выходам датчика коэффициента угла сдвига и датчика напряжения соответственно, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения перегрузки преобразовательного агрегата, введены датчик токовой перегрузки, блок ограничения напряжения и блок формирования управляющего сигнала, при этом выход второго блока сравнения соединен с первым входом блока ограничения напряжения, второй вход которог- соединен с выходом датчика токовой перегрузки, вход которого включен в цепь нагрузки, выход блока ограничения напряжения соединен через блок формирования управляющего сигнала с управляющим входом второго управляемого реактора, кроме того, датчик напряжения выполнен в виде преобразователя величины напряжения в частоту, второй блок сравнения содеркит счетный триггер, два элемента И, генератор опорной частоты, счетчик и схему сравнения, при этом вход счетного триггера формирует первый вход второго блока сравнения, прямой выход счетного триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выхо дом генератора опорной частоты, а его выход соединен со счетным входом счетчика, В-вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с инверсным выходом счетчика 10 триггера, а его второй вход выполнен инвертирующим и соединен с выходом датчика напряжения, выход счетчика соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход 15 которой является вторым входом блока сравнения, а два ее выхода на повышение и понижение напряжения формируют, выходные выводы второго блока сравнения, блок ограничения напряжения выполнен в виде 20 двух схем И, схемы ИЛИ, генератора опорной частоты и реверсивного счетчика, при этом выход генератора опорной частоты соединен с первыми входами схем И, второй вход первой схемы И соединен с выходом 25 на повышение напряжения схемы сравнения, третий вход первой схемы И и инвертирующий вход схемы ИЛИ формируют второй вход блока ограничения напряжения, другой вход схемы ИЛИ соединен с выходом на понижение напряжения схемы сравнения, а ее выход соединен со вторым входом второй схемы И, выход первой схемы.И соединен с входом " - 1" реверсивного счетчика, а выход второй схемы И соединен с входом "+1" реверсивного счетчика, блок формирования управляющего сигнала содержит блок синхронизации, двоичный счетчик, схему сравнения генератор опорной частоты и тиристорный мост, при этом выход блока синхронизации соединен с В-входом двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а его выход соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика, а ее выход - с входом цепи управления тиристорами тиристорного моста, выход которого является выходом блока формирования управляющего сигнала,1744776 14 1йцРЗ)ЯН Рюг(Ф) Жал ЬиРЯ фоп ЬиР Юы юыФ ь/И 11 Ьлй) лФ/ Составитель В,Сипк Техред М.Моргентал ктор Н,Горват Максимишинец рек аказ 2202 ВНИИПТираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101