СИСТЕМА ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к энергетике, а именно к электрическим системам, и может быть применено в системах гарантированного электропитания, содержащих основной источник питания, в каждой фазе которого установлены трансформаторы тока, обратимую синхронную машину с маховиком, подключенную к шинам гарантированного питания через генераторный автомат, и первичный двигатель, имеющий реле пуска, соединенный с обратимой синхронной машиной через разобщительную муфту.

Целью изобретения является повышение надежности электропитания ответственных потребителей за счет улучшения качества электроэнергии на шинах гарантированного питания в переходных режимах. Этот технический результат обеспечивается системой гарантированного электропитания, содержащей основной источник питания, в каждой фазе которого установлены трансформаторы тока, обратимую синхронную машину с маховиком, подключенную к шинам гарантированного питания через генераторный автомат, и первичный двигатель, имеющий реле пуска, соединенный с обратимой синхронной машиной через разобщительную муфту, благодаря дополнительному введению в систему тиристорного выключателя, включенного между основным источником питания и шинами гарантированного питания, блока фазирования управляющих импульсов тиристоров выключателя, датчиков контроля разностного напряжения и трансформатора разностного напряжения, подключенного к шинам гарантированного питания, при этом блок фазирования управляющих импульсов выполнен в виде многоканального генератора управляющих импульсов, в котором число каналов формирования импульсов равно числу пар встречно-параллельных тиристоров выключателя и каждый из каналов подключен входом к вторичным обмоткам трансформатора тока, а выходом к управляющим электродам силовых тиристоров выключателя, а датчик контроля разностного напряжения входом подключен к трансформатору разностного напряжения, а выходом к реле пуска первичного двигателя и к блоку фазирования управляющих импульсов.

На фиг. 1 дана блок-схема заявляемой системы гарантированного питания; на фиг. 2 диаграммы кривых изменения мгновенных значений токов короткого замыкания при их естественной коммутации тиристорным выключателем; на фиг. 3 - принципиальная схема блока фазирования управляющих импульсов; на фиг. 4 - временные диаграммы управляющих импульсов.

Устройство (фиг. 1) включает основной источник питания 1, тиристорный выключатель 2, шины гарантированного питания 3, обратимую электрическую машину 4 с инерционным маховиком, связанную через разобщительную муфту с первичным двигателем. Обратимая электрическая машина 4 подключена к шинам 3 гарантированного питания через автоматический выключатель 5. Устройство снабжено блоком 6 фазирования управляющих импульсов и датчиками 7 контроля разностного напряжения в каждой фазе, подключенными по входу к трансформатору 8 разностного напряжения, а по выходу к реле пуска 9 первичного двигателя обратимой электрической машины 4.

Блок 6 фазирования управляющих импульсов выполнен в виде многоканального генератора прямоугольных импульсов, в котором число каналов равно числу пар встречно-параллельных тиристоров в выключателе 2 (в данном случае совпадает с количеством фаз).

Принципиальная схема по данному каналу дана на фиг. 3.

Схема включает в себя элемент 10 преобразования сигналов тока в сигналы напряжения, компараторы 11, 12, 13, 14, триггеры 15, 18, таймеры 16, 19, элементы "И" 20, 21 и усилители сигнала 17, 22.

Система гарантированного питания работает следующим образом.

В нормальном режиме электроэнергия основного источника 1 (внешняя сеть) через тиристорный выключатель 2 подается на шины гарантированного питания 3, к которым подключена через автоматический выключатель 5 обратимая синхронная машина 4, работающая в режиме двигателя на привод маховика. Тиристоры в выключателе 2 отрываются по сигналам блока 6 фазирования управляющих импульсов, формирующего импульсы, сфазированные с током нагрузки.

При коротком замыкании или обрыве во внешней сети обратимая электрическая машина переходит в режим синхронного компенсатора, при этом переходном процессе синхронной машины из двигательного в генераторный режим происходит резкое изменение фаз коммутируемых токов. Однако при этом развитие аварийного процесса не достигает максимальных амплитуд, так как блок 6 фазирования управляющих сигналов подает на тиристоры выключателя 2 управляющие импульсы с фиксированным периодом 10 мс, а переход аварийных токов через нулевое значение происходит значительно раньше.

Кривые изменения мгновенных значений токов короткого замыкания при их естественной коммутации тиристорным выключателем приведены на фиг. 2.

На приведенных диаграммах приняты следующие условные обозначения:
i_Aкз, i_Bкз, i_Cкз токи короткого замыкания в фазах А, В, С;
E_с, E_г ЭДС внешней сети и генератора;
i_Aп, i_Bп, i_Cп периодические составляющие токов КЗ;
апериодические составляющие токов КЗ двойной частоты, обусловленные наличием явнополюсного синхронного генератора;
i_Aa, i_Ba, i_Ca -апериодические составляющие токов КЗ.

При переходе одного из коммутируемых токов (первого) через нулевое значение (силовой тиристор закрылся) в данной фазе появляется разностное напряжение, фиксируемое датчиком 7. По факту срабатывания датчика 7 (расположены в каждой фазе питающего напряжения) выдается команда в реле 9 пуска первичного двигателя и в блок 6 на снятие управляющих импульсов. В блоке 6 фазирования управляющих импульсов сигналы, снимаемые с элемента 10 (с шунтов, включенных параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленных в каждой фазе питающего фидера) (фиг. 3), пропорциональные величине тока, протекающего по вводу, поступают на входы компараторов 11.14. Компараторы формируют прямоугольные импульсы, фронты которых формируются при сравнении значений величин синусоидальных напряжений, подаваемых на их входы. Уровень напряжения на компараторах 11.14 сравниваются с величиной напряжения уставки, задаваемой в виде опорного напряжения Е_оп, уровень которого соответствует минимально и максимально заданным величинам активной составляющей тока питающего фидера.

Так, например, учитывая, что минимально возможный ток в рассматриваемой системе, потребляемый синхронной машиной в режиме "Дежурство", допустим, составляет порядка 100 А, за величину опорного напряжения можно принять напряжение, соответствующее 10% от минимально возможного тока. Тогда при достижении напряжения 10 В срабатывает компаратор 11. Сигнал с компаратора подается на тактовый вход D-триггера 15. При этом компаратор 12 и таймер 16 выключены, что идентифицируется наличием сигнала высокого уровня на элементе "И" 20. Наличие двух сигналов высокого уровня на входе элемента 20 свидетельствует о подаче управляющего сигнала через усилитель 17 силовому тиристору VS1. При переходе тока через нулевое значение и превышении им уровня установки компаратора 12 выдается сигнал на R-вход триггера 15 и запуск таймера 16. При этом сигнал прямоугольного импульса с триггера снимается, а таймер 16 в течение некоторого времени, в данном примере 18 мс, запрещает работу компараторов 11 и 12, так как в течение заданного времени на вход элемента "И" подается сигнал низкого уровня. Задержка в работе компараторов необходима для того, чтобы в случае возникновения реверса мощности (авария во внешней сети) развитие аварийного процесса не нашло своего продолжения в биполярно включенном силовом тиристоре VS2. Компараторы 13, 14 и таймер 19 работают аналогично, формируя сигнал прямоугольного импульса для тиристора VS2.

Временные диаграммы формирования управляющих сигналов представлены на фиг. 4.

На приведенных диаграммах приняты следующие условные обозначения:
i_н ток нагрузки;
U(1)у

При таком сигнале управления характер нагрузки, подключенной к шинам гарантированного питания может меняться от любого емкостного до любого индуктивного. С другой стороны, сфазированный сигнал управления позволяет уменьшить мощность управления и увеличить скорость отключения тиристорного выключателя при авариях во внешней сети (происходит параметрическое отключение), т. е. практически исключается переток мощности от установки гарантированного питания во внешнюю сеть (под параметрическим отключением следует понимать естественную реакцию рассматриваемой системы на возникновения аварийной ситуации во внешней сети).

Таким образом, в рассматриваемой системе гарантированного питания аварийный режим прекращает свое существование на начальной стадии возникновения, практически без бросков тока и провалов напряжения. Причем отключение обратимой синхронной машины от аварийного ввода внешней сети происходит параметрически, где время обнаружения аварийного режима, а также время передачи и формирования команды на отключение исключается. Следовательно, данная система позволяет достичь желаемого технического результата, заключающегося в увеличении надежности электропитания ответственных потребителей за счет улучшения качества электроэнергии на шинах гарантированного питания в переходных режимах, т.к. исключается генерирование реактивной энергии от синхронной машины, а также повышается уровень надежности работы силовых тиристоров быстродействующего выключателя, поскольку практически исключаются броски тока в переходных режимах, оказывающих отрицательное воздействие на тиристоры.

Использование: в энергетике, в системе гарантированного электропитания. Сущность: система содержит основной источник питания, в каждой фазе которого установлены трансформаторы тока, обратимую синхронную машину с маховиком, подключенную к шинам гарантированного питания через генераторный автомат, и первичный двигатель, имеющий реле пуска, соединенный с обратимой синхронной машиной через разобщительную муфту. Для повышения качества электроэнергии на шинах гарантированного питания в переходных режимах дополнительно введен в систему тиристорный выключатель, блок фазирования управляющих импульсов тиристоров выключателя, датчик контроля разностного напряжения между источником питания и шинами гарантированного питания. Управление тиристорным выключателем происходит по сигналу датчика через блок фазирования управляющих импульсов. 4 ил.

Система гарантированного электропитания, содержащая основной источник питания, обратимую синхронную машину с маховиком, подключеннную к шинам гарантированного питания через генераторный автомат, и первичный двигатель, имеющий реле пуска, соединенный с обратимой синхронной машиной через разобщительную муфту, при этом в каждой фазе основного ввода установлены трансформаторы тока, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены тиристорный выключатель, включенный между основным источником питания и шинами гарантированного питания, блок фазирования управляющих импульсов тиристоров выключателя, датчики контроля разностного напряжения и трансформатор разностного напряжения, подключенный к шинам гарантированного питания, при этом блок фазирования управляющих импульсов выполнен в виде многоканального генератора управляющих импульсов, в котором число каналов формирования импульсов равно числу встречно-параллельных тиристоров выключателя и каждый из каналов подключен входом к вторичным обмоткам трансформаторов тока, а выходом к управляющим электродам силовых тиристоров выключателя, а датчики контроля разностного напряжения входом подключены к трансформатору разностного напряжения, а выходом к реле пуска первичного двигателя и к блоку фазирования управляющих импульсов на снятие управляющих импульсов.