Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей

 

Устройство для автоматического включения резерва (АВР) потребителей относится к электротехнике и может быть использовано на подстанциях, питающих синхронную нагрузку от двух независимых источников. Целью изобретения является повышение надежности питания потребителей . Устройство содержит две секции 3 и 4 шин, линейные включатели 13 и 14 на входе каждой секции, блок 7 контроля сдвига фаз, узел 10 блокировки включения секционного включателя 16 при включенных линейных,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 J 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4651180/07 (22) 06.01.89 (46) 30.10.91. Бюл. М 40 (71) Краснодарский политехнический институт и Производственное строительно-монтажное объединение "Союзэлектрогаз" (72) Б.А. Коробейников. А..И. Ищенко, Е.А. Беседин и А.И. Тимчук (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1330701, кл. Н 02 J 9/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1359854, кл. Н 02 J 9/06, 1987.

„„SU ÄÄ 1688349 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ

ПОТРЕБИТЕЛЕЙ . (57) Устройство для автоматического включения резерва (АВР) потребителей относится к электротехнике и может быть использовано на подстанциях, питающих синхронную нагрузку от двух независимых источников. Целью изобретения является повышение надежности питания потребителей. Устройство содержит две секции 3 и 4 шин, линейные включатели 13 и 14 на входе каждой секции, блок 7 контроля сдвига фаэ, узел 10 блокировки включения секционного включателя 16 при включенных линейных, д-;з пусковых орган а 5 l4 6, подключе IHHx через измерительные трансформаторы 1 и 2 к секциям 3 и 4. При потере питания какойлибо секцией соответствующий пусковой орган срабатывает, посылает сигнал на отключение линейного включателя аварийной секции и через блок 7 — на включение тиристорного коммутатора 15 и секционного включателя 16, Последние срабатывают после отключения вводных включателей, Данное устройство эффективно защищают по требители при перерывах питания, так как за время срабатывания угол между ЭДС синхронных двигателей 17 или 18 и напряжением сети изменится незначительно, что позволяет не производить предварительную синхронизацию при включении секционного включателя 16, 6 ил.

5 I0

20 5

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на подстанциях, питающих синхронную нагрузку от двух независимых исто ников.

Цель изобретения — повышение надежности питания потребителей, На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для автоматическоro включения резерва (АВР) потребителей; на фиг. 2 — функциональная схема блока контроля сдвига фаз; на фиг, 3 — временные диаграммы сигналов пускового органа первой секции шин в нормальном режиме при наличии питания; на фиг, 4 — временные диаграммы сигналов пускового органа первой секции шин в, аварийном режиме при потере питания; на фиг, 5 — временные диаграммы сигналов устройства ИВР при потере питания на первой секции шин; на фиг.

6 — структурная схема и временные диаграммы сигналов инте ратора устройства.

Устройство дл я а атом атичес кого вкл ючения резерва потребителей (см. фиг. 1} содержит измерительные трансформаторы 1 и

2 напряжения, подключенные к первой и второй секциям 3 и 4 шин соответственно, пусковой орган 5, присоединенный к Bblxoäó измерительного трансформатора 1 напряжения первой секции шин, пусковой орган

6, присоединенный к выходу измерительного трансформатора 2 напряжения второй секции шин, блок7контроля сдвига фаз, логический элемент 8 И, первый логический -еемент 9 ИЛИ, узел 10 блокировки включения секционного включения, выполненный в виде параллельно ссединенных размыкающими блок-контактов 11 и 12 линейных включателей 13 и 14 соответственно, Секции 3 и 4 шин связаны параллельно включенными тиристорным коммутатором 15 и секционным включателем 16. К первой секции 3 шин подключены синхронные двигатели 17, à ко второй секции 4 шин подключены синхронные двигатели 18, Пусковой орган 5 первой секции Э шин имеет один вход и два выхода и содержит блок 19 формирования импульса в мсмент максимума контролируемого сигнала, дифференцирующий блок 20, пропорциональный блок 21, нуль-орган 22 разности входных сигналов, а также RS-триггер 23, интегрирующий блок 24 и пороговый элемент 25 пускового органа 5. Причем входы блоков 19, 20 и 21 объединены и образуют вход пускового органа, Выходы блоков 20 и

21 подсоединены к входам нуль-органа 22, выход которого подключен к входу S триггера 23 и через последний, интегрирующий блок 24 и пороговый элемент 25 связан с первым выходом пускового органа 5, подсоединенный к первому управляющему входу

26 блока 7. Выход блока 19 подсоединен к входу R тоиггера 23 и образует второй выход органа 5, подсоединенный к первому информационному входу 27 блока 7.

Пусковой орган 6 второй секции 4 шин по конструкции соответствует пусковому органу 5 первой секции 3 шин и содержит соответствующие блок 28 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, дифференцирующий блок

29, пропорциональный блок 30, нуль-орган

31 разности входных сигналов, а также RSтриггер 32, интегрирующий блок 33 и пороговый элемент 34. Первый выход органа 6 подсоединен к второму управляющему входу 35 блока 7, а второй выход органа 6 — к второму информационному входу 36 блока 7.

Блок 7 контроля сдвига фаз содержит (фиг. 2) электронный переключатель 37, второй логический элемент 38 ИЛИ, третий логический элемент 39 ИЛ И, соответствующие

RS-триггер 40, интегрирующий блок 41 и пороговый элемент 42. При этом электронный переключатель 37 состоит из двух переключающих элементов. Первый переключающий элемент 43 имев информационные выходы 44 и 45, информационный вход 46 и вход 47 управления. Второй переключающий элемент 48 имеет информационные выходы 49 и 50, информационный вход 51i и вход 52 управления. Выходы

44 и 49 связаны через элемент 38 ИЛИ с

1688349

5

45 входом R триггера 40. Выходы 45 и 50— через элемент 39 ИЛИ с входом S триггера 40.

При этом вход 47 первого переключающего элемента 43 образует первый управляющий вход 26 блока 7 контроля сдвига фаэ, а вход 46 образует второй информационный вход 36 блока 7 контроля сдвига фаэ. Вход

52 второго переключающего элемента 48 образует второй управляющий вход 35 блока 7 контроля сдвига фаз, а вход 51 образует первый информационный вход 27 блока 7 контроля сдвига фаз. Выход триггера 40 через интегрирующий блок 41 связан с входом порогового элемента 42, выход которого является выходом блока 7 контроля сдвига фаз и подключен к второму входу логического элемента 8 И, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента 9 ИЛИ, а выход через узел 10 блокировки включения секционного выключателя связан с цепями включения тиристорного коммутатора 15 и секционного включателя 16.

Устройство работает следующим образом.

Вначале рассмотрим работу устройства в нормальном режиме работы, когда на первую и вторую секции 3 и 4 шин поступает напряжение сети, линейные включатели 13 и 14 замкнуты, а секционный включатель 16 разомкнут. Сигнал напряжения 01(с), снимаемый с измерительного трансформатора 1 напряжения первой секции 3 шин, поступает на вход пускового органа 5, где он разветвляется в блок 19 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, дифференцирующий блок 20 и пропорциональный блок 21. В пропорциональном блока 21 сигнал U>(t) изменяется по амплитуде в К-раз (величина К определяется настройкой устройства). В дифференцирующем блоке 20 сигнал дифференцируется. Полученные таким образом сигналы 53 и 54 соответственно ut(t)p и Ut(t) К (фиг. 3) (р — оператор дифференцирования) поступают на входы нуль-органа 22 равности входных сигналов, В момент времени t< совпадения сигналов

Ut(t)p и U>(t)K поамплитуде, на выходе нульоргана 22 формируется короткий импульс

V1, который поступает на первый R-вход RSтриггера 23 пускового органа 5. В блоке 19 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала в момент времени т, когда сигнал U<(t) достигает своего максимума, формируется короткий импульс

Чг, который затем поступает на второй Sвход RS-триггера 23 пускового органа 5 и на вход 27 блока 7 контроля сдвига фаэ. На выходе RS-триггера 23 пускового органа 5 формируется прямоугольный импульс V<-z, ширина которого определяется разностью моментов времени t) и tz Для нормального режима работы указанная разность при помощи коэффициента К устанавливается минимальной, в связи с чем ширина импульса

V -z также минимальна (фиг. Зб). С выхода

RS-триггера 23 пускового органа 5 импульс

V>-z поступает на вход интегрирующего блока 24, где интегрируется. Полученный в результате интегрирования сигнал 55 сравнивается в пороговом элементе 25 с пороговым сигналом 56 Ч 1, причем в нормальном режиме работы ширина импульса

V>-z мала, величина сигнала 55 также мала и сигнал Vnz на выходе порогового элемента

25 не формируется (фиг. Зв). Таким образом, на управляющем входе 26 блока 7 контроля сдвига фаз, на входах второго логического элемента 38 ИЛИ, на первом входе первого логического элемента 9 ИЛ И сигнал отсутствует и отключение линейного включателя 13 не происходит.

Пусковой орган 6 при наличии напряжения сети на секции 4 шин действует аналогично, Сигнал напряжения Uz(t) (аналог сигнала Uq(t)), снимаемый с измерительного трансформатора 2 напряжения, поступает на вход пускового органа 6, где он разветвляется в блок 28 формирования импульса, дифференцирующий блок 29 и пропорциональный блок 30, В пропорциональном блоке 30 сигнал Uz(t) изменяется по амплитуде в К-раз. В дифференцирующем блоке 29 сигнал дифференцируется. Полученные таким образом сигналы Uz(t)p и Uz(t)K поступают на первый и второй входы нуль-органа 31. В момент времени тз(аналог момента времени

tt) совпадения сигналов.Uz(t)p и Uz(t)K по амплитуде, на выходе нуль-органа 31 разности входных сигналов формируется короткий импульс Чз (аналог импульса Ч1), который поступает на первый R-вход RSтриггера 32 пускового органа 6. В блоке 28 формирования импульса в момент времени

t4 (аналог момента времени tz), когда сигнал

Uz(t) достигает своего максимума, формируется короткий импульс V4 (аналог импульса

Vz), который затем поступает на второй Sвход RS-триггера 32 пускового органа 6 и на информационный вход 36 блока 7 контроля сдвига фаз. На выходе RS-триггера 32 пускового органа 6 формируется прямоугольный импульс V3-4 (аналог импульса V>-21, ширина которого определяется разностью моментов времени 1з и т4. В нормальном режиме работы ширина импульса Чз-4 мала, величина сигнала на выходе интегрирующего блока 33 также мала и не превышает

1688349 порогового сигнала Члз(аналог сигнала Vr >).

Сигнал Ч«на выходе порогового элемента

34 не формируется. Таким образом, на управляющем входе 35 блока 7 контроля сдвига фаз, на входах второго логического 5 элемента 38 ИЛИ, на втором входе первого логического элемента 9 ИЛИ сигнал отсутствует и отключения линейного включателя 14 не происходит. Временные диаграммы работы пускового органа 6 полностью соответ- 10 ствуют временным диаграммам работы пускового органа 5.

В нормальном режиме работы сигналы с информационных входов 27 и 36 (фиг. 2) не поступают на входы второго логического 15 элемента 38 ИЛИ, в связи с чем H8 R-входе триггера 40 также нет сигнала. Сигналы с информационных входов 27 и 36 поступают на входы третьего логического элемента 39

ИЛИ, На выходе последнего формируется 20 сигнал, поступающий на S-вход триггера, и триггер находится в нулевом состоянии.

Следовательно, отсутствует сигнал и на выходе блока 7 контроля сдвига фаз, значит не сработает и логический элемент 8 И, дейст- 25 вующий при наличии сигнала от одного из пусковых органов и от блока 7 контроля сдвига фаз.

При исчезновении напряжения сети на первой секции 3 шин, ввиду подпитки от 30 синхронных двигателей 17, имеет место напряжение на данной секции, частота которого уменьшается. В связи с этим разность моментов времени tg — t1 увеличивается (фиг.

4 и 5, где изображены зависимости измене- 35 ния сигналов во времени при исчезновении напряжения сети на первой секции 3:57— напряжения PU>(t); 58 — величина 0 (1)К;

59 — напряжение на выходе блока 24; 60— напряжения на выходе триггера 23; 61 — 40 напряжения на управляющем входе 26; 62— напряжения на выходе триггера 40; 63— величины Uz(t)K; 64- напряжения на выходе элемента 42; 65 — напряжения на выходе блока 19; 66 — предельный уровень интегри- 45 рованного сигнала; 67 — пороговое напряжение элемента 42; 68 — напряжения на выходе блока 41.

Ширина импульса 60 — V>-г также увеличивается (фиг, 4б, 5б), сигнал 59 возрастает 50 и становится больше порогового сигнала 56

V4> (фиг. 4в, 5в) и с выхода порогового элемента 25 сигнал 61 — 4; в момент времени

tg (фиг. 5г) поступает на первый управляющий вход 26 блока 7 контроля сдвига фаз. В 55 момент времени т6 на информационный вход 36 блока 7 поступает импульс V4, на управляющем входе 35 сигнал отсутствует, поскольку вторая секци» 4 шин питается от сети, а на информациснный вход 27 блока 7 контроля сдвига фаз в момент времени тя поступает импульс Vz, Если при наличии напряжения сети на обоих секциях шин временные диаграммы величин U>(t) и U2(t) близки к совпадению по амплитуде и фазе, то при исчезновении напряжения сети на первой секции 3 временные диаграммы указанных величин сдвинуты относительно друг друга по фазе и в частном случае могут иметь близкие амплитуды (фиг. 5а). С управляющего входа 26 электронного переключателя 37 напряжения 61 — V>g поступает на управляющий вход 47 первого переключающего элемента 43 (фиг. 2). В этом случает импульс Vp с информационного входа 36 электронного переключателя 37 поступает на вход второго логического элемента 38

ИЛИ, а сигнал с его входа поступает на

R-вход триггера 40 блока 7. Триггер запускается и на его выходе формируется в момент времени ts импульсное напряжение 62 — Vs.

В момент времени ta на информационный вход 27 электронного переключателя 37 поступает импульс Чъ который проходит на вход третьего логического элемента 39

ИЛИ, в результате чего сигнал с выхода третьего логического элемента 39 ИЛИ в момент времени ta поступает Hà S-вход RSтриггера 40 блока 7 и переводит его в нулевое состояние, ограничивая ширину импульсов Ч интервалом времени ts — ts (фиг, 5д), Импульс Vp интегрируется в блоке

41 (фиг, 5е). Сигнал с выхода блока 41 поступает в пороговый элемент 42, где сравнивается с пороговым напряжением 67 — Чл .

Если напряжение 68 не превышает пороговое напряжение 67 — Vr g, то сигнал на выходе порогового элемента 42 отсутствует, и будет анализироваться очередной сигнал с выхода триггера.40. Когда сигнал 68 превысит пороговый сигнал 67, на выходе элемента 42 формируется в момент времени tg напряжение 64 — Чдл (рис. 5ж), которое поступает на второй вход логического элемента 8 И, запускающийся при наличии сигнала

V

При наличии сигналов на обоих его входах на выходе формируется сигнал, который через замкнувшийся после отключения линейного выключателя 13 его размыкающийся блок-контакт 11 поступает на вход цепей управления тиристорного коммутатора 15 и секционного включателя 16. При этом пороговый элемент 42 разрешает работу АВР при снижении частоты на одной из секций шин и блокирует его работу при одновременном снижении частоты на обоих секциях шин. Первым срабатывает тиристорный коммутатор 15, а затем, после включения

161 1Б 10 аждой секции шин и секционн и f>fit gv) : ель между ними, измерительные трансфор аторы напряжения каждой секции, блок контроля сдвига фаз и узел блокировки включения секционного включателя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности питания потребителей, оно включает в себя два пусковых органа с одним входом и двумя выходами на каждой секции шин, логический элемент И, тиристорный коммутатор, включенный параллельно секционному включателю, причем выход логического элемента И через узел блокировки, выполненный в виде параллельно соединенных размыкающих блокконтактов линейных включателей, связан с цепями управления коммутатором и секционным включателем, на первый вход элемента И подключен выход первого элемента

ИЛИ, входы которого соединены с первыми выходами пусковых органов, блок контроля сдвига фаз содержит электронный переключатель, второй и третий логические элементы ИЛИ, а также соответствующие

RS-триггер, интегрирующий блок и пороговый элемент, при этом электронный переключатель состоит из двух переключающих элементов, каждый из которых имеет информационные два выхода и вход, а также вход управления, информационные выходы, соединенные с замь:кающими контактами переключающих элементов, связаны через второй элемент ИЛИ с R — выходом триггера блока контроля сдвига фаз, а другие выходы переключающих элементов, соединенные с размыкающими контактами переключающих элементов, связаны через третий элемент ИЛИ с S-входом этого же триггера, информационные входы первого и второго переключающих элементов соединены с вторыми выходами пусковых органов, пер-ъ вые выходы которых подключены к управляющим входам второго и первого переключающих элементов соответственно, выход RS-триггера блока контроля через интегрирующий блок связан с входом порогового элемента, выход которого образует выход блока контроля сдвига фаз и подсоединен к второму входу элемента И, пусковой . орган каждой секции выполнен в виде частотного дискриминатора, содержащего блок формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, дифференцирующий блок, пропорциональный блок, куль-орган разности входных сигналов, а также соответствующие RS-триггер, интегрирующий блок и пороговый элемент, причем входы блоков формирования импульса, дифференцирующего и пропорционального объединены и образуют вход секционного включателя 16, тиристорный к коммутатор отключается. т

При потере питания на второй секции 4 м шин устройство действует аналогично. 5

В вышеперечисленных режимах работ

7 интегрирующих блоков рассмотрим на примере блока 24 (фиг. 6), Сигнал Vi-2 (фиг. бб) складывается с сигналом смещения. В интервале времени ti t2 на выходе блока 24 10 сигнал будет линейно нарастать от нуля до некоторого значения (см. фиг, бв). Скорость нарастания сигнала характеризуется постоянной времени прямого интегрирования

Тпр, равной 15

Tnp = R3C, 1 1 где

ЙЭ R1 R2 где Ri и R2 — величины резисторов 69 и 70, В интервале времени t2-ti сигнал Vi-2 20 (фиг, бг) меньше по величине сигнала смещения. При этом начинает протекать процесс линейного снижения напряжения 55 во времени (фиг. бв), Скорость этого процесса характеризуется постоянной времени об- 25 ратного интегрирования с постоянной времени Тов, равной

Тоб = R2C.

В нормальном режиме в момент времени t11 напряжение 55 достигает нулевого значе- 30 ния и стремится перейти в отрицательную область, однако из-за диода 71 этого не происходит, и сигнал практически остается на нулевом уровне на интервале времени т11t7. В аварийном режиме интервал времени 35

11 — t2 увеличивается, а тг — t7 — уменьшается.

При этом напряжение на выходе блока 24 не успевает к моменту времени t7 снизиться до нуля (см. фиг, бд). С каждым последующим. импульсом напряжения 60, напряжения 59 40 будет нарастать дальше, пока не достигнет предельного значения 66.

Аналогично работают блоки ЗЗ, 41.

Таким образом, данное устройство эффективно защищает электропотребители 45 при перерывах питания, Так как время срабатывания данного устройства определяется только временем отключения линейного выключателя, которое значительно меньше времени включения секционного выключэ-, 50 теля, то за это время срабатывания устройства угол между ЭДС синхронных . двигателей и напряжением сети изменяется мало, что позволяет не производить предварительную синхронизацию включения ABP. 55

Формула изобретения

Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей, содержащее две секции шин с синхронным двигателем, линейный включатели на вводе

1688349 пускового органа, котОрый через измерительный трансформатор связан с соответствующей секцией вин, выход блока формирования импульса подсоединен к Rвходу триггера пускового органа и образует второй выход последнего, выходы дифференцирующего и пропорционального блоков подсоединены к входам нуль-органа, выход которого подключен к S-входу этого же триггера и через последний, ингегриру5 ющий блок и пороговый элемент пускового органа связан с его первым выходом.

1688349 г в

Фиг, 3 йу

Фиг,4

16138349

1-2

Составитель А. Шустов

Редактор М. Бандура Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 3714 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101