Устройство для аварийного электроснабжения ответственного потребителя

 

Сущность изобретения: решение задачи регулирования напряжения в процессе выбега осуществляется подключением дополнительных батарей конденсаторов с помощью тиристорных ключей, для чего в устройство введены нуль-органы, трансформатор напряжения, фазосдвигающие блоки, одновибраторы и логические элементы И. Каждая фаза батареи дополнительных конденсаторов разделена на секции, а каждая секция конденсаторов снабжена логическим элементом И и тиристорным ключом. Это обеспечивает отсутствие коммутационных перенапряжений при подключении секций дополнительных конденсаторов. Использование предлагаемого устройства обеспечивает улучшение качества рекуперируемой электроэнергии; улучшаются режимы работы конденсаторов и тиристорных ключей, что в конечном итоге позволяет повысить надежность работы оборудования АЭС, а значиь и увеличить безопасность работы станции в аварийных режимах. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для аварийного электроснабжения особо ответственных потребителей большой мощности, в частности собственных нужд (СН) атомной электростанции (АЭС).

Известно устройство для аварийного электроснабжения, в состав которого входит блок выбега генератора, а выбегающий генератор используется в качестве генератора электрической энергии [1] .

Напряжение на выводах генератора регулируется по заданному закону изменением тока возбуждения. Недостаток данного технического решения состоит в том, что при совместном выбеге с механизмами СН асинхронизированного генератора (АСГ) при его работе в асинхронном режиме или синхронного генератора (СГ) при переходе в асинхронный режим напряжение на выводах генератора, обусловленное вращающимся магнитным полем, нерегулируемо и затухает с некоторой постоянной времени, зависящей от параметров генератора. Это ухудшает качественные характеристики рекуперируемой электроэнергии настолько, что совместный выбег может продолжаться не более нескольких периодов промышленной частоты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению (прототип) является устройство для аварийного электроснабжения механизмов СН АЭС, содержащее подключенные к фазам генератора основную и дополнительные батареи конденсаторов, датчик модуля напряжения, блоки задания напряжения и сравнения, систему управления, тиристорные ключи в цепи дополнительных батарей конденсаторов, включенные последовательно с конденсаторами [2] .

Данное устройство обеспечивает совместный выбег и питание потребителей СН при наличии на АЭС АСГ, работающего в асинхронном режиме, а также при переходе в асинхронный режим СГ.

Однако в момент подключения дополнительных батарей конденсаторов возникают коммутационные перенапряжения, что ухудшает качество рекуперируемой электроэнергии в процессе выбега и режимы работы конденсаторов, а также тиристорных ключей.

Целью изобретения является улучшение качества рекуперируемой электрической энергии в процессе совместного выбега с механизмами собственных нужд АСГ при его работе в асинхронном режиме или СГ при переходе в асинхронный режим, а также улучшение режимов работы конденсаторов за счет устранения коммутационных перенапряжений на конденсаторах и зажимах ответственного потребителя.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее подключенные к фазам генератора основную и дополнительные батареи конденсаторов, датчик модуля напряжения, блоки задания напряжения и сравнения, систему управления, тиристорные ключи в цепи дополнительных батарей конденсаторов, включенные последовательно с конденсаторами, согласно изобретению введены нуль-органы, трансформатор напряжения, фазосдвигающие блоки, одновибраторы и логические элементы И, причем каждая фаза батареи дополнительных конденсаторов разделена на секции, а каждая секция конденсаторов снабжена логическим элементом И и тиристорным ключом, управляющие входы которого подключены к выходам логического элемента И, один вход которого соединен с аналогичными входами элементов И в секциях других фаз конденсаторов и подключен к соответствующему выходу системы управления с числом выходов, равным количеству секций, вход системы управления соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого подключен к блоку задания напряжения, второй вход блока сравнения подключен через датчик модуля напряжения к выводам вторичной обмотки трансформатора напряжения, выводы первичной обмотки которого подключены к фазам генератора, а другие входы элементов И внутри каждой фазы дополнительных конденсаторов - к выходу одновибратора, вход которого подключен к выходу соответствующего нуль-органа, подключенного через фазосдвигающий блок также к вторичной обмотке трансформатора напряжения, при этом количество нуль-органов, одновибраторов и фазосдвигающих блоков выбрано равным количеству фаз генератора.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит выключатель 1, с помощью которого на зажимы генератора 2 подключается основная батарея 3 конденсаторов и дополнительные батареи 4-6 конденсаторов, включаемых в работу с помощью тиристорных ключей 7, нелинейные элементы 8, систему управления 9, трансформатор 10 напряжения, датчик 11 модуля напряжения, блок 12 сравнения, блок 13 задания напряжения, фазосдвигающие блоки 14, нуль-органы 15, одновибраторы 16.

Нагрузкой 17 являются ответственные потребители электрической энергии, бесперебойное питание которых должно быть обеспечено в течение заданного интервала времени, определяемого временем запуска дизель-генераторов или временем перехода реактора на естественную циркуляцию теплоносителя. При этом уровень напряжения на зажимах потребителя должен находиться в пределах, определяемых техническими условиями на их эксплуатацию. Нагрузка 17 подключена к генератору через трансформатор 18 СН, а шины 19 энергосистемы - через трансформатор 20 и выключатель 21.

Количество секций тиристорных ключей 7, логических элементов И 8 и выходов системы управления 9 определяется по количеству секций дополнительных конденсаторов 4-6. На чертеже первая секция дополнительных конденсаторов обозначена 1А, 1В, 1С, вторая секция - 2А, 2В, 2С и третья секция - 3А, 3В, 3С. В общем случае количество секций дополнительных конденсаторов зависит от конкретных условий.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме функционирования систем электропитания ответственные потребители 17 подключены к фазам генератора и получают от него питание.

При полном обесточивании АЭС по любой причине и работе АСГ в асинхронном режиме необходимо в течение некоторого времени обеспечить бесперебойное питание ответственных потребителей СН. Для этой цели используют энергию вращающихся масс АСГ. Мощность потребителей СН выбирают из условия обеспечения энергией в течение определенного интервала времени. Для этого включают выключатель 1 и при подключении основной батареи конденсаторов 3 на зажимы АСГ происходит его конденсаторное возбуждение. Для установления номинального значения напряжения подбирают величину емкости батареи конденсаторов 3.

По мере совместного выбега АСГ с механизмами СН напряжение уменьшается из-за снижения величины электродвижущей силы и изменения эквивалентной индуктивности АСГ. Решение задачи регулирования напряжения в процессе выбега осуществляется подключением дополнительных батарей конденсаторов 4-6 с помощью тиристорных ключей 7. Выходной сигнал датчика 11 модуля напряжения, пропорциональный величине напряжения на выводах АСГ, подается на вход блока сравнения, где он сравнивается с выходным сигналом блока 13 задания напряжения.

Выходной сигнал блока 12 сравнения подается на вход системы управления 9, которая формирует дискретные сигналы на выходе. Количество вступающих в работу выходов зависит от величины напряжения на выводах АСГ и от заложенного в блок 13 закона изменения напряжения в процессе выбега. Эти сигналы подаются на входы логических элементов И 8. Выходные сигналы логических элементов возникают с опозданием на 30 эл. град. относительно момента прохождения линейных напряжений генератора через нулевое значение. Это обеспечивается с помощью фазосдвигающих блоков 14, нуль-органов 15 и одновибраторов 16, выходные импульсы которых подаются на вторые входы логических элементов 8.

Выходные сигналы логических элементов И 8 включают такое количество секций тиристорных ключей 7, которое равно количеству выходных сигналов системы управления 9. В работу вступает такое же количество секций дополнительных конденсаторов 4-6 в момент прохождения фазных напряжений генератора через нуль, т. е. соответствующие секции конденсаторов подключаются к генератору фазовыми группами тиристорных ключей 7 с интервалом, равным 120 эл. град. для трехфазной системы.

Этим обеспечивается регулирование напряжения в процессе выбега и включение конденсаторов без перенапряжений на них и соответственно без ухудшения качества напряжения генератора в момент включения конденсаторов. Трансформатор 10 напряжения предназначен для разделения цепей высшего напряжения генератора и низшего напряжения системы регулирования. Нуль-органы подключены на линейное напряжение, а секции дополнительных конденсаторов соединены в звезду, т. е. подключаются на фазное напряжение. Чтобы обеспечить подачу сигнала с одновибратора на логический элемент И в момент прохождения фазным напряжением через нуль, необходимо сдвинуть подаваемое линейное напряжение на нуль-орган на 30 эл. град. Для этого введены фазосдвигающие блоки 14.

При наличии на АЭС СГ, перешедшего в асинхронный режим, принцип работы устройства аналогичен, как и при наличии АСГ.

Таким образом, введение в устройство нуль-органов, одновибраторов, логических элементов, трансформатора напряжения, фазосдвигающих блоков и тиристорных ключей в секциях дополнительной батареи конденсаторов, а также предложенное подключение элементов устройства позволяет улучшить качество рекуперируемой электроэнергии при переходных процессах, а также форму напряжения на зажимах ответственного потребителя за счет полного устранения коммутационных перенапряжений на конденсаторах и нагрузке. Кроме этого, улучшаются режимы работы конденсаторов и тиристорных ключей.

Использование предлагаемого устройства для аварийного электроснабжения ответственных потребителей СН позволяет повысить надежность работы оборудования АЭС, а значит и увеличить безопасность работы станции в аварийных режимах.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАРИЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ, содержащее подключенные к фазам генератора основную и дополнительные батареи конденсаторов, датчик модуля напряжения, блоки задания напряжения и сравнения, систему управления, тиристорные ключи в цепи дополнительных батарей конденсаторов, включенные последовательно с конденсаторами, отличающееся тем, что оно снабжено нуль-органами, фазосдвигающими блоками и одновибраторами, количество которых выбрано равным количеству фаз генератора, логическими элементами и трансформатором напряжения, причем каждая фаза батареи дополнительных конденсаторов разделена на секции, а каждая секция конденсаторов снабжена логическим элементом И и тиристорным ключом, управляющие входы которого подключены к выходам логического элемента И, один вход которого соединен с аналогичными входами элементов И в секциях других фаз конденсаторов и подключен к соответствующему выходу системы управления с числом выходов, равным количеству секций, вход системы управления соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого подключен к блоку задания напряжения, второй вход блока сравнения через датчик модуля напряжения подключен к выводам вторичной обмотки трансформатора напряжения, выводы первичной обмотки которого подключены к фазам генератора, а другие входы элементов И внутри каждой фазы дополнительных конденсаторов подключены к выходу одновибратора, вход которого подключен к выходу соответствующего нуль-органа, подключенного через фазосдвигающий блок также к вторичной обмотке трансформатора напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1