Устройство для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций 110 - 220 кВ. Устройство содержит дополнительный трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель, соединенный по выходу последовательно с управляемым, а по входам - с выводами дополнительных вторичных обмоток трех фаз трансформатора. Это позволяет снизить потребление им полной мощности из сети и повысить качество выходного напряжения. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для питания аппаратуры релейной защиты, автоматики и управления понижающих подстанций 110-220 кВ. Известно устройство для питания оперативных цепей защиты и автоматики [1] содержащее в качестве стабилизирующего элемента магнитный усилитель, рабочие обмотки которого включены в плечи выпрямителя, собранного по схеме Ларионова, а обмотки управления в диагональ моста, два плеча которого представляют собой нелинейные элементы, а два других резисторы.

Недостатками аналога являются низкий КПД, что обусловлено потерями в рабочих обмотках магнитного усилителя, а также низкий cos ϕ и значительный уровень пульсаций выходного напряжения в номинальном трехфазном режиме.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций [2] содержащее входной трехфазный трансформатор, диод, шесть тиристоров, блок управления с шестью входами и тремя выходами, первый и второй выходные зажимы и блок защиты от повышения выходного напряжения с двумя входами с семью выходами.

Недостатком прототипа является низкий cos ϕ обусловленный необходимостью глубокого фазового регулирования управляемого тиристорного моста в номинальном трехфазном режиме, что ведет к ухудшению энергетических показателей ввиду увеличения потребления полной мощности и уменьшения коэффициента использования входного трансформатора.

По указанной выше причине имеет место также низкое качество выходного напряжения из-за наличия в нем значительной пульсации (до 130%).

Другим недостатком прототипа является отсутствие контроля несимметричных режимов, обусловленных, например, повреждением одного из тиристоров или его цепи управления.

В этих случаях на выходе устройства схемой управления обеспечивается номинальное напряжение в длительном режиме. Однако, если при этом происходит снижение напряжения в сети вследствие короткого замыкания, то устройство не обеспечивает требуемого выходного напряжения, которое могло бы быть обеспечено при отсутствии повреждения в устройстве. Поэтому важным является своевременное выявление причин, вызвавших несимметричный режим работы устройства.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение качества выходного напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций, содержащее входной трехфазный трансформатор, диод, три резистора, шесть тиристоров, блок управления с шестью входами и тремя выходами, первый и второй выходные зажимы устройства, блок защиты от повышения напряжений с двумя входами и семью выходами, дополнительно введена вторая трехфазная обмотка в упомянутом входном трансформаторе, трехфазный выпрямительный мост и блок сигнализации несимметрии с двумя входами.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг.2 схема блока защиты от повышения напряжения; на фиг.3 схема блока сигнализации несимметричных режимов.

Устройство (фиг.1) содержит входной трехфазный трансформатор 1, первичные обмотки 2 которого предназначены для подключения к сети переменного тока, две вторичные обмотки 3 и 4, шесть тиристоров 5-10, диод 11, три резистора 12-14, первый 15 и второй 16 выходные выводы устройства, блок управления 17 с шестью входами 18-23 соответственно, из которых первые три входа 18,19,20 входы переменного напряжения, четвертый 21 и пятый 22 входы являются входами питания постоянным напряжением, шестой вход 23 вход блокирования, и тремя выходами 24,25,26, предназначенными для управления тиристорами 8-10, блок 27 защиты от повышения напряжения с двумя входами 28 и 29 постоянного напряжения, шестью выходами 30-35 на запирание тиристоров 5-7 и седьмым выходом 36 на блокирование работы блока управления 17, трехфазный выпрямленный мост 37 с тремя входами 38-40 для подключения к выводам вторичной обмотки 4 трансформатора 1 и двумя выходами катодной 41 группы и анодной 42 группы моста и блок сигнализации 43 несимметричных режимов с первым 44 и вторым 45 входами.

Аноды первого 5, второго 6 и третьего 7 тиристоров соединены между собой, с первыми выводами резисторов 12-14, с выходами 41 катодной группы выпрямительного моста 37 и с анодом диода 11, катод которого подключен к катодам четвертого 8, пятого 9 и шестого 10 тиристоров, к четвертому входу 21 блока управления 17, к второму выходному выводу 16 устройства, к первому входу 28 блока 27 защиты от повышения напряжения и к первому входу 44 блока 43 сигнализации несимметрии, вторые входы 29 и 45 которых соответственно соединены с первым выводом 15 устройства, с пятым входом 22 блока управления 17 и с выходом 42 анодной группы моста 37, три входа 38-40 которого соединены с выводами второй вторичной обмотки 4 трансформатора 1, первый, второй и третий фазные выводы первой вторичной обмотки 3 которого соединены с катодами соответственно первого 5, второго 6 и третьего 7 тиристоров, с входами соответственно четвертого 8, пятого 9 и шестого 10 тиристоров, с первым 18, вторым 19 и третьим 20 входами блока управления 17 и соответственно с четвертым 33,пятым 34 и шестым 35 выходами блока защиты 27 от повышения напряжения, первый 30, второй 31 и третий 32 выходы которого подключены к управляющим электродам соответственно первого 5, второго 6 и третьего 7 тиристоров, а также к вторым выводом соответственно первого 12, второго 13 и третьего 14 резисторов, а седьмой выход 36 к шестому входу 23 блока управления 17.

Блок защиты 27 от повышения напряжения (фиг.2) содержит последовательно соединенные элемент задержки 46, первый компаратор 47, триггер 48 и реле 49 с тремя замыкающими контактами 50,51 и 52.

Блок сигнализации несимметрии 43 выполняется по схеме на фиг.3, содержащей последовательно соединенные полоснопропускающий фильтр 46, первый компаратор 47, триггер 48 и реле 49 с тремя замыкающими контактами 50, 51 и 52.

Блок сигнализации несимметрии 43 выполняется по схеме на фиг.3, содержащей последовательно соединенные полоснопропускающий фильтр 53 второй гармоники питающей сети, второй компаратор 54, элемент времени 55 с задержкой на срабатывание и индикатор 56.

Входной трансформатор 1 служит для согласования входного и двух выходных напряжений, а также для гальванического разделения цепей первичного переменного и вторичного выпрямленного напряжений.

Стабилизация среднего значения выпрямленного напряжения обеспечивается блоком управления 17 путем импульсно-фазового управления тиристорами 8-10.

Неуправляемый выпрямительный мост 37 обеспечивает формирование выходного напряжения устройства с коэффициентом пульсации до 6% при номинальном напряжении на входе трансформатора 1. В этом режиме тиристоры 8-10 находятся в выключенном состоянии. При снижении входного напряжения выпрямительный мост на тиристорах 5-10 выполняет функцию вольтодобавки к выпрямительному мосту 37 по сигналу рассогласования с выхода устройства блоком управления 17. Диод 11 служит для обеспечения работы устройства от выпрямительного моста 37 при выключенных тиристорах 5-10.

Блок управления 17 может быть выполнен по любой из известных схем импульсно-фазового управления по сигналу рассогласования между выходным напряжением устройства и опорным, например, по [3] Блок защиты от повышения выходного напряжения 27 блокирует работу блока управления 17 и непосредственно запирает тиристоры 5.6,7 при повышении выходного напряжения устройства выше допустимого, например при повреждении тиристоров 8-10 или блока управления 17.

Блок сигнализации несимметричных режимов осуществляет индикацию нарушения симметрии как во входном напряжении, так и при повреждениях в схеме устройства по факту появления в выходном напряжении повышенного содержания второй гармоники (100 Гц).

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме при номинальном значении напряжения на входе трансформатора 1 в блоке 17 устанавливается такой угол управления, при котором тиристоры 8-10 находятся в выключенном состоянии. В этом режиме номинальное значение напряжения на выходе устройства обеспечивается с выхода неуправляемого выпрямительного моста 37 через диод 11. При этом cosϕ устройства близок к единице, в результате чего полная и активная мощности, потребляемые устройством, примерно равны и коэффициент использования входного трансформатора для данной схемы выпрямления соответствует максимальному. Уровень пульсаций в выходном напряжении в номинальном режиме не превышает 6% При включении устройства в сеть с номинальным трехфазным напряжением напряжение на его выходе устанавливается безынерционно, так как определяется напряжением на выходе выпрямительного моста 37.

При возникновении в питающей сети разного вида коротких замыканий (однофазных, двухфазных и трехфазных) напряжения на выходе трансформатора 1 в поврежденных фазах может кратковременно снижаться. Одновременно происходит пропорциональное снижение напряжения на выходе моста 37.

Стабилизация выходного напряжения устройства в некоторых заданных пределах изменения входного напряжения обеспечивается с помощью выпрямительного моста на тиристорах 5-10. При снижении входного напряжения происходит изменение фазы импульсов, формируемых блоком 17 на управление тиристорами 8-10. В результате этого суммарное напряжение последовательно включенных выпрямительных мостов 37 и на тиристорах 5-10 сохраняется равным номинальному выходному напряжению. Резисторы 12-14 выбраны таким образом, что тиристоры 5-7 включаются при небольшом положительном потенциале на аноде относительно катода, т.е. работают в режиме, близком к режиму работы диодов.

При повреждении одного из тиристоров катодной группы путем его управляемости или блока управления 17, приводящего к смещению фазы управляющих импульсов в сторону малых углов включения тиристоров 8-10, может происходить повышение выходного напряжения устройства выше допустимого значения.

Защита нагрузки в этом режиме обеспечивается блоком защиты 27 от повышения напряжения, работающим следующим образом.

Выходное напряжение устройства поступает на элемент задержки 46, предназначенный для подавления кратковременных (до 0,1 с) выбросов напряжения, обусловленных, например, переходными процессами в блоке управления 17 или повышенными пульсациями выходного напряжения при несимметричных режимах питающего напряжения. Если повышение выходного напряжения имеет длительный характер, происходит срабатывание первого компаратора 47, ввиду чего триггер 48 переходит в устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается сигнал высокого уровня, обеспечивающий срабатывание выходного реле 49. Одновременно сигнал высокого уровня с выхода триггера 48 через седьмой выход 36 поступает на шестой вход 23 блока управления 17 и блокирует его работу. Замыкающие контакты 50, 51 и 52 выходного реле 49 шунтирует управляющие переходы тиристоров анодной группы 5-7, обеспечивая их выключение.

Таким образом, обеспечивается выключение тиристорного моста 5-10 как при повреждении блока 17, так и при потере управляемости одного из тиристоров.

При нарушении симметрии входного напряжения, например, из-за обрыва фазы или повреждения (обрыв) цепи одного из диодов моста 37 номинальное выходное напряжение устройства обеспечивается дополнительным напряжением от выпрямительного моста на тиристорах 5-10 управляемых блоком 17.

При этом происходит изменение гармонического состава в выходном напряжении устройства за счет появления составляющей с удвоенной частотой питающей сети (второй гармоники).

В блоке 43 сигнализации несимметрии вторая гармоника из выходного напряжения устройства выделяется полосно-пропускающим фильтром 53. С выхода фильтра 53 напряжение поступает на второй компаратор 54, который срабатывает, если напряжение на его входе выше установленного порога. Сигнал высокого уровня с выхода 54 поступает на элемент времени 55. Если длительность несимметрии превысит время задержки в 55, то на выходе последнего появится сигнал высокого уровня, который приводит к срабатыванию индикатора 56.

Наличие сигнализации несимметричных режимов позволяет повысить надежность электропитания нагрузки путем своевременного устранения выявленных неисправностей.

Предлагаемое устройство предназначено для применения на понижающих подстанциях 10-220 кВ и распределительных пунктах 6-35 кВ для питания аппаратуры релейной защиты, автоматики, сигнализации и коммутационных аппаратов.

Применение изобретения позволяет снизить потребление полной мощности из сети при выполнении выпрямленного оперативного тока, а также повысить качество выходного напряжения за счет уменьшения пульсаций. Кроме того, при использовании изобретения для питания нагрузки через сглаживающие фильтры повышается надежность последних за счет более легких условий их работы, т.е. за счет низких пульсаций сглаживающего напряжения.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА ПОДСТАНЦИЙ, содержащее входной трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена к входным выводам, а первая вторичная обмотка, соединенная в звезду, подключена к выводам переменного тока управляемого выпрямителя, выполненного на тиристорах по трехфазной мостовой схеме, три резистора, включенные соответственно между анодами и управляющими электродами анодной группы тиристоров управляемого выпрямителя, диод, блок управления тиристорами, снабженный шестью входами и тремя выходами, из которых первый, второй и третий входы являются входами переменного напряжения и подключены к соответствующим выводам переменного тока управляемого выпрямителя, четвертый и пятый входы являются входами питания постоянным напряжением и подключены к соответствующим выходным выводам устройства, шестой вход является входом блокирования, первый, второй и третий выходы являются выходами для управления тиристорами, и подключены к управляющим электродам соответствующих тиристоров катодной группы управляемого выпрямителя, блок защиты от повышения выходного напряжения, снабженный двумя входами постоянного напряжения, подключенными к соответствующим выходным выводам устройства, шестью выходами запирания тиристоров, попарно подключенными к управляющим входам анодной группы тиристоров управляемого выпрямителя, и седьмым выходом блокирования работы блока управления, подключенным к его шестому входу, причем катоды катодной группы тиристоров управляемого выпрямителя подключены к положительному выходному выводу устройства, а аноды анодной группы тиристоров - к аноду диода, отличающееся тем, что введены трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель и блок сигнализации несимметричных режимов, входной трансформатор снабжен второй вторичной обмоткой, соединенной в звезду и подключенной к выводам переменного тока неуправляемого выпрямителя, причем управляемый и неуправляемый выпрямители включены последовательно и согласно между выходными выводами устройства, подключенными к входам блока сигнализации несимметричных режимов, а катод диода соединен с положительным выходным выводом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок защиты от повышения выходного напряжения выполнен в виде соединенных последовательно элемента задержки, входы которого являются входами постоянного напряжения, первого компаратора, триггера, выход которого является седьмым выходом блока, и реле с тремя замыкающими контактами, образующими соответственно первый и четвертый, второй и пятый, третий и шестой выходы блока.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок сигнализации несимметричных режимов выполнен в виде соединенных последовательно полосно-пропускающего фильтра второй гармоники питающей сети, входы которого являются входами блока, второй компаратор, элемент времени с задержкой на срабатывание и индикатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3