Устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

Союз Советсинк

Соцналнстнчасмнк

Республик

<1748658 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 200378 (2I) 2591264/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.80.Бюллетень ¹ 26

{5!)М. Кл.

Н 02 Х 3/42

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытн и (53) УДК 621. 316. .729(088.8) Дата опубликования описания 180780. (72) Автор изобретения

И.И. Скачков (7! ) Заявитель

I (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения различных объектов для обеспечения подключения синхронных генераторов на параллельную работу, в частности в автономных системах электроснабжения, где в качестве источников используются дизель-генера- торы или газотурбогенераторы.

Известно устройство автоматической синхронизации с постоянным временем опережения, содержащее датчики напряжения, подключенные к генератору и общим шинам, к выходам которых .подключены входы элемента И, а выход элемента И включен последовательно с RC-фильтрами, связанными с выходами управляемых, ключей, блок управления ключами, подключенный к общим шинам, причем к выходу управляемых ключей и RC-фильтра подключенный нуль-орган, к выходу которого подключен исполнительный элемент, связанный с выключателем 1) .

Однако это устройство не является окончательно разработанным, в нем поставлена задача о возможности использования метода дискретного дифферен- 30 цирования для синхронизации и высказано предположение о возможности практического осуществления, но не само осуществление.

Наиболее близкнм к описываемому устройству, является устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов содержащее датчик разности частот и датчики напря..ения для подключения к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, модулятор, вход которого подключен через фильтр опережения -к выходу датчика разности частот, а выход — ко входам элемента времени и дискриминатора амплитуды, выход которого подключен ко входу исполнительного элемента, а выход элемента времени подключен ко входу модулятора, выход исполнительного элемента подключен к выключателю, при этом выходы датчиков напряжения подключены к элементу контроля разности напряжений, выход которого связан с дискриминатором амплитуды, образуя элемент И (2) .

К недостаткам относятся зависимость точности,от разности амплитуд напряжений синхронизируемых генерато748658 ра и системы, а также возможность создания аварийной ситуации в сАучае выхода из строя некоторых элементов схемы, контролирующих основные параметры при синхронизации и мгновенного -исчезновения на одном из источников напряжения;

Цель устройства — повышение надежности путем неявного посистемного дублирования и расширения функциональных возможностей путем обеспечения лучшего втягивания в синхронизм за счет выдачи импульсов"Прибавить" в моменты выдачи команд разрешение "на синхронизацию и на включение выключателя.

Эта цель достигается тем, что уст- . ройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов, содер"" жай ее датчик разности частот и датчик напряжения с зажимами для подключения к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, элемент И, модулятор, датчик времени, исполнительный эле" мейт выход которого подключен к выключателю, исполнительный элемент - уравнителя частот и расширитель импульсов регулятора скорости, дополнительно снабжены триггером, формчрователями импульсов и датчиком контроля ошибки, а датчик времени входом подключен к исполнительному элементу уравнителя частот, а выходом к комМутирующему входу триг ера, выходы которого подключекы ко входам датчика времени, элемента И, модулято ра и исполнительного элемента уравни",теля частот, выход элемента И подключен к сбрасывающему входу триггера

"" и соединен последовательно с .выходом датчика контроля бшибки, вход которого подключен к датчику разности час- тот; а выход — к исполнительному элементу, второй выход которого подключен ко второму входу модулятора, а выход модулятора подключен ко входу

"Прибавить" расширителя импульсов регулятора скорости, при этом два других входа элемента И подключены к датчикам напряжения через формирователи импульсов, а ко входам,"Прибавить" и "Убавить" упомянутого расширителя подключены, соответственно, счетный и сбрасывающий входы второго

"т фггера, к счетному выходу которого подключен вход модулятора, связанный с выходом первого, триггера. Ha чертеже приведена блок-схема устройства для автоматической синхро низаций синхронных генераторов. ,К двум входам элементов 1 И, через формирователи 2 и 3 импульсов, подключены датчики 4 и 5 напряжения генератора и «бщих шин, а к третьему входу элемента 1 И подключен комчути рующий выход триггера 6, три других коммутирующих выхсца которого подключены к датчи ;J 7 времени, модулятору

8 и исполнительному элементу 9 уравнителя частот. Вход датчика 7 времени подключен к объединенному выходу исполнительных элементов 9 уравнителя частот, а выход датчика 7 времени подключ н к коммутирующему входу триггера 6.

Выход элемента 1 И подключен к сбрасывающему входу триггера 6 и соединен последовательно с выходом дат-. чика 10 контроля ошибки, выход которого подключен ко входу исполнительного элеМента 11. Вход датчика 10 контроля ошибки подключен к датчику

12 разности частот. Выходы исполнительного элемента 11 подключены ко входам выключателя 13 и модулятора 8.

Выход модулятора 8 подключен ко входу "Прибавить" расширителя 14 импуль сов регулятора скорости. Датчик 12 биения напряжений и датчики 4 и 5

2О подключены к шинам генератора 15 и общим шинам 16. Ко входам "Прибавить" и "Убавить" упомянутого расширителя

14 подключены, соответственно, счетный я сбрасывающий входы триггера 17, 25 к счетному выходу которого подключен вход модулятора 8, связанный с выходом триггера 6, синхронизируемого генератора 15 к общим шинам 16 системы электроснабжения производится в момент совпадения импульсов напряжения. Импульсы напряжения получены путем преобразования полуволны синусоиды напряжения в формирователях 2 и 3 импульсов. Формирование импульса производится. из положительной по луволны синусоиды напряжения, а отрицательная полуволна срезается. ТаKHM образом контроль осуществляется один раз за период. Длительность импульса 0,6-0,8 мсек, что дает возмож40 ность получить относительно высокую точность выбора угла опережения. При скольжениях находящихся в пределах

+0,3-0-0,3 гц, ошибка не выходит за пределы 45 Эл. Датчик времени 7 осуществляет контроль скольжения и настроен на выдачу разрешений при скольжениях меньших 0,3 гц. Управляется датчик 7 времени от исполнительного элемента 9 уравнителя частот.

Уравнитель частот выдает импульсы один раз за период биения напряжений (скольжения) на согласование частот и одновременно шунтирует вход датчи"а 7 времени (не зависимо от знака скольжения). Датчик 10 контроля ошибки осуществляет контроль скольжения и контроль совпадения импульсов — элемента 1 И.

Иодулятор 8 осуществляет преобразование постоянного сигнала в импульс

Ьо ;и передачу его в расширитель 14 импульсов регулятора скорости. Для обеспечения лучших условий втягивания генератора 15 в синхронизм, модулятор 8 выдает два импульса "Приба вить", один после срабатывания датчи)48658

10 !

20 ка 7 времени, а другой — после включения исполнительного элемента 11 синхронизатора.

Триггер б осуществляет запоминание и размножение сигнала от датчика

7 времени. Коммутирующие выходы триг- 5 гера б осуществляют шунтирование входа датчика 7 времени, отключение оперативного питания от уравнителя частот, управление третьим входом элемента 1 И и выдачу сигнала модулятору 8. При появлении сигнала на сбрасывающем входе триггера б с выхода элемента 1 И происходит сброс накопленной информации на коммутирующем выходе и датчик 7 времени начинает снова контроль длительности периода скольжения, если при этом не произошло включение исполнительного элемента 11, и выдается оперативное питание уравнителю частот 9. В случае срабатывания исполнительного элемента 11, срабатывает выключатель 13„ подкчючая генератор 15 к общим шинам

16 и одновременно отключая оператив-. ное питание.

Для обеспечения подключения генератора 15 к общим шинам 16 необходимо выдать оперативное питание всем блокам, участвующим в обеспечении синхронного подключения генератора.

Если после получения оперативного 30 питания пройдет время больше времени уставки датчика 7 времени, и при этом не поступит импульс от уравнителя 9 частот, то срабатывает датчик 7 времени, сработает коммутирующий выход Я5 триггера б, сработает модулятор 8 и выдает импульс на рассогласование частот "Прибавить" в расширитель 14 импульсов регулятора скорости. Если при этом фазы напряжений генератора 40 и шин совпадают, то элемент 1 И через выход датчика 10 контроля ошибки выдает команду исполнительному элементу 11 на включение .выключателя 13, одновременно элемент 1 И выдает команду на сброс информации триггеру б через сбрасывающий вход. При срабатывании исполнительного элемента 11 выдается команда модулятору 8, который выдает второй импульс "Прибавить" в расширитель 14 импульсов. Снимается оперативное питание с уравнителя частот 9 и данного устройства синхронизации. На этом процесс синхронизации заканчивается.

Если после сбрасывания датчик 7 времени фазы напряжений не совпадает, то включение произойдет через какое-, то время, обусловленное величиной скольжения, в момент совпадения импульсов на входах элемента 1 И от . 60 формирователей 2 и 3, что соответствует совпадению напряжений на фазе.

Если после срабатывания датчика 7 времени произойдет резкое изменение . скольжения, а его величина выйдет за 65 цопустимые пределы, то в момент совпадения импульсов напряжения элемент

1 И выдает команду на сброс информации триггеру б, а сигнал на включение исполнительного элемента 11 не пройдет, так как датчик 10 контроля ошибки выдает "Запрет" при недопустимых скольжениях. Далее уравнитель частот 9, уравнения частоты, доведет скольжение до допустимой величины, датчик 7 времени срабатывает и процесс контроля синхронизма повторится по аналогии.

Если скольжение генератора 15 положительно, триггер 17 выдает команду "Запрет" модулятору 8 и импульс

"Прибавить" в расширитель 14 не пройдет.

Если скольжение генератора 15 отрицательно, триггер 17 выдает команду "Сброс" и проходит импульс

"Прибавить" в расширитель 14. Триггер

17 принимает участие в работе только в случае если уравнитель частот осуществляет уравнивание частот, Введение триггера 17 обусловлено необходимостью сокращения времени синхронизации за счет исключения воэможности появления процесса перерегулирования в случае положительного скольжения у генератора.

Если в системе электроснабжения вместо генераторов могут быть установлены силовые трансформаторы, то они могут включаться на параллельную работу друг с другом с помощью данного устройства. Включение будет про- исходить после срабатывания датчика

7 времени.

В автономных системах электроснабжения, в которых в качестве источни- ков используются газотурбинные установки, имеют место явления "зависания" — сверхнизкие скольжения, обусловленные высокой стабильностью регуляторов скорости вращения при этом процесс синхронизации затягивается>

Для ускорения процесса синхронизации установлен модулятор 8, который после срабатывания датчика 7 времени выдает команду на рассогласование частот, т.е. на вывод из состояния "зависания". Если после срабатывания датчика 7 времени, при сверхнизких скольжениях — "зависаниях", фазы напряжений совпадают, то включение произойдет сразу после срабатывания датчика 7 времени, а если фазы напряжений не совпадают, то включение произойдет через какое-то время,.после

Ko1îðîãî фазы напряжений совпадут.

В случае обрыва цепей, связывающих датчик 7 времени с исполнительным элементом 9 уравнителя частот, датчик 7 времени выдает ложный сигнал о допустимой величине скольжения и если .при этом скольжение будет выходить эа пределы допуска, то аварий748658 ной ситуации не будет, так как функции контроля скольжения возьмет на себя датчик 10 контроля ошибки. Датчик 10 не даст разрешение на исклю чение до тех пор пока скольжение не будет в пределах нормы, при этом включение произойдет по аналогии с вышеизложенными ситуациями.

В случае пробоя выходного элемента датчика 7 времени, связанного со входом элемента 1 И, после включения оперативного питания, будет име ь место ложный сигнал о том, что скольжение в корме, при этом включение произойдет по аналсгии, как при обрыве цепей уравнителя частот 9. Аварий-45 ной ситуации не будет. Подобный режим произойдет при пробое одной или всех ячеек элемента 1 И..

В случае пробоя выхода датчика 10 контроля ошибки, при исправном датчике 7 времени, включение произойдет по аналогии, как в случае нормального режима.

Данное ус1ройство обеспечивает высокую точность определения момента включения генератора на параллельную работу и лучшие условия втягивания в синхронизм, при этом точность не зависит от разности и уравня амплитуд синхронизируемых напряжений. При относительно простом схемном исполнении обеспечивается дублирование элементов, контролирующих основные параметры, что повышает надежность ус..гройства синхронизации. С целью упрощения схемы синхронизатора в качестве датчика разности частот используется датчик, установленный B уравнителе частот. Использование модулятора по другому, назначению расширило функциональные возможности синхронизатора.

Подключение датчика времени к исполнительному элементу уравнителя частот дает возможность более рационального использования элементов уже установленного оборудования. После сра-4 батывания датчика времени снимаЕтся оперативное питание с уравнителя частот, причем это делается так же за счет более рационального использования выходных цепей триггера,без добавления элементов. Введение второго триггера обусловлено необходимостью сокращения времени синхронизации за счет исключения возможности появления процесса перррегулирования в случае положительного скольжения у генератора.

В схеме синхронизатора нет ни одного подстро.1чного элемента, что значительно сокращает трудоемкость настройки после изготовления и ремонтов, не требуется специальных стендов. и приборов для настройки На нужные параметры. Если все элементы исправны и монтаж сделан правильно, то синхронизатор устанавливается непосредственно в изделие.

Формула изобретения

Устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов, содержащее датчик разности частот и датчики напряжения, подключенные к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, элемент И, модулятор, датчик времени, исполнительный .элемент, выход которого подключен к выключателю, исполнительный элемент уравнителя частот и расширитель импульсов регулятора скорости, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что,, с целью повышения надежности путем неявного посистемного дублирования и расширения функциональных возможностей путем повышения быстродействия втягивания в синхронизм генератора путем выдачи импульсов "Прибавить" в момент выдачи команды резрешение на синхронизацию и на включение выключателя, / устройство снабжено триггерами, формирователями импульсов и датчиком контроля ошибки, а датчик времени входом подключен.к исполнительному элементу уравнителя частот, а выходом — к коммутирующему входу первого триггера, выходы которого подключе-. ны ко входам датчика времени элемента И, модулятор и исполнительному элементу уравнителя частот, выход элемента P. подключен к сбрасывающему входу первого триггера и соединен последовательно с выходом датчика контроля ошибки, вход которого подключен к датчику разности частот, а выход— к исполнительному элементу, второй выход которого подключен ко второму входу модулятора, а выход модулятора подключен ко входу "Прибавить" расширителя импульсов регулятора скорости, при этом два других входа элемента И подключены к датчикам напряжения через формирователи импульсов, а по входам "Прибавить" и "Убавить" упомянутого расширителя подключены, соответственно, счетный и сбрасывающий входы второго триггера, к счетному выходу которого подключен вход модулятора, связанный с выходом первого триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 156214, кл. Н 02 Т 3/42, 1961.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2139018/07, кл. Н 02 Ó 3/42, 1975.;.

748658

Составитель К. Фотина

Редактор Г. Волкова Техред Ж.Кастелевич Корректор В. Синицкая

Заказ 4379/17

Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал. ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4