Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей Советский патент 1991 года по МПК H02J9/06 

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

Цель изобретения - повышение надеж- ности питания потребителей.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для автоматического включения резерва (АВР) потребителей; на фиг. 2 - функциональная схема блока конт- роля 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 пер- вой секции шин в аварийном режиме при потере питания; на фиг. 5 - временные диаграммы сигналов устройства АВР при потере питания на первой секции шин; на фиг. 6 - структурная схема и временные диаг- раммы сигналов интегратора устройства.

Устройство для автоматического включения 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 выходу измерительного трансформатора 1 напряжения первой секции шин, пусковой орган 6, присоединенный к выходу измерительно- го трансформатора 2 напряжения второй секции шин, блок7контроля сдвига фаз, логический элемент 8 И, первый логический элемент 9 ИЛИ, узел 10 блокировки включения секционного включения, выполненный в ви- де параллельно соединенных 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, а ко второй секции 4 шин подключены синхронные двигатели 18.

Пусковой орган 5 первой секции 3 шин имеет один вход и два выхода и содержит блок 19 формирования импульса в момент

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 тпиггера 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 RS- триггер 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 ИЛИ, 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 имеет информационные выходы 44 и 45. информационный вход 46 и вход 47 управления. Второй переключающий элемент 48 имеет информационные выходы 49 и 50, информационный вход 51 и вход 52 управления. Выходы 44 и 49 связаны через элемент 38 ИЛИ с

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 фаз, а вход 46 образует второй информационный вход 36 блока 7 контроля сдвига фаз. 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 сое- динен с выходом первого логического элемента 9 ИЛИ, а выход через узел 10 блокировки включения секционного выклкна- теля связан с цепями включения тиристорного коммутатора 15 и секционно- го включателя 16.

Устройство работает следующим образом.

Вначале рассмотрим работу устройства в нормальном режиме работы, когда на пер- вую и вторую секции 3 и 4 шин поступает напряжение сети, линейные включатели 13 и 14 замкнуты, а секционный включатель 16 разомкнут. Сигнал напряжения Ui(t), снима- емый 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 сиг- нала, дифференцирующий блок 20 и пропорциональный блок 21. В пропорциональном блока 21 сигнал Ui(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 Ui(t)p и Ui(t) К (фиг. 3) (р - оператор дифференцирования) поступают на входы нуль-органа 22 равности входных сигналов. В момент времени ti совпадения сигналов Ui(t)p и Ui(t)K по амплитуде, на выходе нуль- органа 22 формируется короткий импульс Vi, который поступает на первый R-вход RS- триггера 23 пускового органа 5. В блоке 19 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала в момент времени t2, когда сигнал Ui(t) достигает своего максимума, формируется короткий импульс Va. который затем поступает на второй S- вход RS-триггера 23 пускового органа 5 и на вход 27 блока 7 контроля сдвига фаз. На

выходе RS-триггерэ 23 пускового органа 5 формируется прямоугольный ИМПУЛЬС Vi ; ширина которого определяется разностью моментов времени ti и t2. Для нормального режима работы указанная разность при помощи коэффициента К устанавливается минимальной, в связи с чем ширина импульса N/1--2 также минимальна (фиг. 36). С выхода RS-триггера 23 пускового органа 5 импульс Vi-2 поступает на вход интегрирующего блока 24, где интегрируется. Полученный в результате интегрирования сигнал 55 сравнивается в пороговом элементе 25 с пороговым сигналом 56 Vni, причем в нормальном режиме работы ширина импульса Vi-2 мала, величина сигнала 55 также мала и сигнал Vn2 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 ИЛИ сигнал отсутствует и отключение линейного включателя 13 не происходит.

Пусковой орган 6 при наличии напряжения сети на секции 4 шин действует аналогично. Сигнал напряжения U2(t) (аналог сигнала Lh(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 U(t) изменяется по амплитуде в К-раз. В дифференцирующем блоке 29 сигнал дифференцируется. Полученные таким образом сигналы U2(t)p и U2(t)K поступают на первый и второй входы нуль-органа 31. В момент времени Тз(зналог момента времени ti) совпадения сигналов U2(t)p и U2(t)K по амплитуде, на выходе нуль-органа 31 разности входных сигналов формируется короткий импульс УЗ (аналог импульса Vi), который поступает на первый R-вход RS- триггера 32 пускового органа 6. В блоке 28 формирования импульса в момент времени t4 (аналог момента времени 12), когда сигнал U2(t) достигает своего максимума, формируется короткий импульс V4 (аналог импульса V2), который затем поступает на второй S- вход 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 Vi-2), ширина которого определяется разностью моментов времени тз и А. В нормальном режиме работы ширина импульса Уз-4 мала, величина сигнала на выходе интегрирующего блока 33 также мала и не превышает

порогового сигнала /пз(аналог сигнала Vni). Сигнал /гц на выходе порогового элемента 34 не формируется. Таким образом, на управляющем входе 35 блока 7 контроля сдвига фаз. на входах второго логического 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 соответствуют 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 элемента 38 ИЛИ, в связи с чем на 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 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, действующий 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 синхронных двигателей 17, имеет место напряжение на данной секции, частота которого уменьшается. В связи с этим разность моментов времени увеличивается (фиг. 4 и 5. где изображены зависимости изменения сигналов во времени при исчезновении напряжения сети на первой секции 3:57 - напряжения PUi(t): 58 - величина Ui(t)K; 59 - напряжение на выходе блока 24; 60 - напряжения на выходе триггера 23; 61 - напряжения на управляющем входе 26; 62 - напряжения на выходе триггера 40; 63 - величины U2(t)K; 64 - напряжения на выходе элемента 42; 65 - напряжения на выходе блока 19; 66 - предельный уровень интегрированного сигнала; 67 - пороговое напряжение элемента 42; 68 - напряжения на выходе блока 41,

Ширина импульса 60 - Vi-2 также увеличивается (фиг. 46, 56), сигнал 59 возрастает и становится больше порогового сигнала 56 Vni (фиг. 4в. 5в)и с выхода порогового элемента 25 сигнал 61 - Vn2 в момент времени ts (фиг. 5г) поступает на первый управляющий вход 26 блока 7 контроля сдвига фаз. В момент времени te на информационный вход 36 блока 7 поступает импульс Aj, на управляющем входе 35 сигнал отсутствует, поскольку вторая секция Л шин питается от сети, а на информационный вход 27 блока 7

контроля сдвига фаз в момент времени тя поступает импульс V2. Если при наличии напряжения сети на обоих секциях шин временные диаграммы величин Ui(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

0 иметь близкие амплитуды (фиг, 5а). С управляющего входа 26 электронного переключателя 37 напряжения 61 - Vn2 поступает на управляющий вход 47 первого переключающего элемента 43 (фиг. 2). В этом случает

5 импульс V4 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 запуска0 ется и на его выходе формируется в момент времени те импульсное напряжение 62 - Vs. В момент времени ta на информационный вход 27 электронного переключателя 37 поступает импульс V2, который проходит на

5 вход третьего логического элемента 39 ИЛИ, в результате чего сигнал с выхода третьего логического элемента 39 ИЛИ в момент времени te поступает на S-вход RS- триггера 40 блока 7 и переводит его в нуле0 вое состояние, ограничивая ширину импульсов Vs интервалом времени tg-te (фиг. 5д). Импульс Vs интегрируется в блоке 41 (фиг. 5е). Сигнал с выхода блок§ 41 поступает в пороговый элемент 42, где сравнива5 ется с пороговым напряжением 67 - Vn5. Если напряжение 68 не превышает пороговое напряжение 67 - Vns. то сигнал на выходе порогового элемента 42 отсутствует, и будет анализироваться очередной сигнал с

0 выхода триггера 40. Когда сигнал 68 превысит пороговый сигнал 67, на выходе элемента 42 формируется в момент времени tg напряжение 64 - VnG (рис. 5ж), которое поступает на второй вход логического элемен5 та 8 И, запускающийся при наличии сигнала Vn6 при отключении одного из выключателей пусковым органом одной изсекций шин. При наличии сигналов на обоих его входах на выходе формируется сигнал, который че0 рез 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 поро5 говый 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 тирйсторный коммутатор 15, а затем, после включения

секционного включателя 16, тиристорный коммутатор отключается.

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

В вышеперечисленных режимах работ

7интегрирующих блоков рассмотрим на примере блока 24 (фиг. 6). Сигнал Vb2 (фиг. 66) складывается с сигналом смещения. В интервале времени на выходе блока 24 сигнал будет линейно нарастать от нуля до некоторого значения (см. фиг. 6в). Скорость нарастания сигнала характеризуется постоянной времени прямого интегрирования ТПр, равной

Тпр RaC,

1 1 1

где Tb-RT-R где RI и R2 - величины резисторов 69 и 70.

В интервале времени сигнал Vi-2 (фиг. 6г) меньше по величине сигнала смещения. При этом начинает протекать процесс линейного снижения напряжения 55 во времени (фиг. 6в). Скорость этого процесса характеризуется постоянной времени обратного интегрирования с постоянной времени Тоб, равной

Тоб R2C.

8нормальном режиме в момент времени ti i напряжение 55 достигает нулевого значения и стремится перейти в отрицательную область, однако из-за диода 71 этого не происходит, и сигнал практически остается на нулевом уровне на интервале времени tn- t. В аварийном режиме интервал времени увеличивается, a уменьшается, При этом напряжение на выходе блока 24 не успевает к моменту времени t снизиться до нуля (см. фиг. 6д). С каждым последующим импульсом напряжения 60, напряжения 59 будет нарастать дальше, пока не достигнет предельного значения 66.

Аналогично работают блоки 33, 41.

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

Формула изобретения

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

каждой секции тин и г.пкциот ч- с u w 1 тель между ними, измерительные тр.знгфпр маторы напряжения клждой секции, блос контроля сдвига фаз и узел блокирорки включения секционного включателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности питания потребителей оно включает в себя два пусковых органа с од0 ним входом и двумя выходами на каждой секции шин, логический элемент И. тиристорный коммутатор, включенный параллельно секционному включателю причем выход логического элемента И через узел

5 блокировки, выполненный в виде параллельно соединенных размыкающих блок- контактов линейных включателей, связан с цепями управления коммутатором и секционным включателем, на первый вход эле0 мента 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 элемен5 ты ИЛИ, а также соответствующие RS-триггер, интегрирующий блок и пороговый элемент, при этом электронный переключатель состоит из двух переключающих элементов, каждый из которых имеет ин0 формационные два выхода и вход, а также вход управления,информационные выходы, соединенные с замыкающими контактами переключающих элементов, связаны через второй элемент ИЛИ с R-выходом триггера

5 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.

0 информационные входы первого и второго переключающих элементов соединены с вторыми выходами пусковых органов. пер-- вые выходы которых подключены к управляющим входам второго и первого

5 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 подсое0 динен к второму входу элемента И, пусковой орган каждой секции выполнен в виде частотного дискриминатора, содержащего блок формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, диффе5 ренцирующий блок, пропорциональный блок, нуль-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

пускового органа, который через измерительный трансформатор связан с соответст- вующей секцией шин, выход блока формирования импульса подсоединен к R- входу триггера пускового органа и образует

ренцирующего и пропорционального блоков подсоединены к входам нуль-органа, выход которого подключен к S-входу этого же триггера и через последний, интегрирующий блок и пороговый элемент пускового

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,

второй выход последнего, выходы диффе- органа связан с его первым выходом.

-

М

4Иг-

52

-о-

П

J9

Щ

45

У

49

ISJL

J7

Фиг. 2

Wn (

e иф

fr9

eg

6fcE889l

в. о

г.

ул

0 Уда

О

Vs

М

Ж 01

Фиг. 5

tf /62 t

шщ

i.. I

, оj-o

S

68

. i ГХЬ ....Ґ& Ш%% t

10

К.

1-2

t,t2

ьо

Vnp

Ь,

t tB

в

tf t7 tB

i

ье