Быстродействующее автоматическое включение резерва Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического включения резерва (АВР) при наличии подпитки защищаемых шин синхронными двигателями.

Целью изобретения является повышение надежности защиты от перерывов питания электропотребителей, питаемых от двух независимых источников.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства быстродействующего автоматического включения резерва; на фиг. 2 - структурная схема пускового органа; на фиг, 3 - структурная схема органа контроля режима системы; на фиг. 4-структурная схема блока разности частот; на фиг. 5 - временные диаграммы сигналов пускового органа в нормальном режиме; на фиг. 6 - временные диаграммы сигналов пускового органа в аварийном режиме; на фиг. 7 - временные диаграммы сигналов органа контроля режима системы в нормальном режиме и при коротком замыкании в точке К1; на фиг. 8 - временные диаграммы сигналов органа контроля режима системы в нормальном режиме и при успешном самозапуске электродвигателей; на фиг. 9 - временные диаграммы сигналов блока разности частот в аварийном режиме; на фиг. 10 - временные диаграммы сигналов устройства быстродействующего АВР в нормальном режиме и при коротком замыкании в точке К1; на фиг. 11 VJ

ю

i

00

|

временные диаграммы сигналов устройства быстродействующего АВР в нормальном режиме и при успешном самозапуске электродвигателей.

Устройство быстродействующего АВР (фиг. 1) содержит датчики 1 и 2 тока, установленные на вводах 3 и 4 питания секций шин соответственно, от которых питаются синхронные двигатели 5 и 6 соответственно. К секциям 3 и 4 шин также подключены датчики 7 и 8 напряжения соответственно. Питание секций шин осуществляется через вводные выключатели 9 и 10 соответственно. Между секциями шин параллельно включены секционный выключатель 1.1 ити- ристорный коммутатор 12. Выход датчика 7 напряжения соединен с входами пускового органа 13, элемента ПАМЯТЬ 14, а также с первыми входами фазочувствительного органа 15 и органа контроля режима системы 16. Выход элемента ПАМЯТЬ 14 соединен с первым входом органа 17 контроля направления мощности, второй вход которого соединен с выходом датчика 1 тока, а выход - с вторым входом органа контроля режима системы 16. Выход последнего соединен с вторым входом первого логического элемента И 18, а его первый вход соединен с первым выходом пускового органа 13, третий вход- с выходом первого порогового элемента 19, а выход через первый орган 20 выдержки времени связан с цепями отключения вводного выключателя 9 и с первым входом первого логического элемента ИЛИ 21. Выход блок-контактов вводного выключателя 9 соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ 22. Аналогично, выход датчика 8 напряжения соединен с входами элемента ПАМЯТЬ 23, второго пускового органа 24, с первым входом органа контроля режима системы 25 и вторым входом фазочувствительного органа 15. Выход элемента ПАМЯТЬ 23 соединен с первым входом органа 26 контроля направления мощности, второй вход которого соединен с выходом датчика 2 тока, а выход - с вторым входом органа контроля режима системы 25. Выход последнего соединен с вторым входом второго логического элемента И 27, первый вход которого соединен с первым выходом пускового органа 24, третий вход - с выходом первого порогового элемента 19, а выход через второй орган 26 выдержки времени связан с цепями отключения вводного выключателя 10 и с вторым входом первого логического элемента ИЛИ 21. Выход блок-контактов вводного выключателя 10 соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ 22. Устройство также содержит блок 29 разности частот, первый

30 и четвертый 31 входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами пускового органа 13, а третий 32 и второй 33 входы соединены соответственно

с первым и вторым выходами пускового органа 24. Выход блока 29 разности частот соединен с входом первого порогового элемента 19. Фазочувствительный орган 15 своим выходом через второй пороговый злемент 34 соединен с третьим входом третьего логического элемента И 35, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ 21, а второй вход - с выходом первого логического элемента

ИЛИ 22. Выход третьего логического элемента И 35 соединен с цепями управления тиристорным коммутатором 12 и секционным выключателем 11, которые включены параллельно между секциями 3 и 4 шин.

Пусковой орган 13 содержит (фиг. 2) первый дифференциатор 36, блок 37 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, пропорциональный блок 38, входы которых объединены и образуют вход пускового органа 13. Выход первого дифференциатора 36 подключен к второму входу нуль-органа 39 разности входных сигналов, а выход пропорционального блока 38 подключен к первому входу

нуль-органа 39 разности входных сигналов. Выход последнего подключен к первому входу блока 40 формирования прямоугольных импульсов, к второму входу которого подключен выход блока 37 формирования

импульса в момент максимума контролируемого сигнала. Блок 40 формирования прямоугольных импульсов через первый интегратор 41 связан с входом третьего порогового элемента 42, выход которого является одновременно первым выходом пускового органа 13, Выход блока 37 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала одновременно является вторым выходом пускового органа 13.

Первый орган контроля режима системы 16 содержит (фиг. 3) второй дифференциатор 43, вход которого одновременно является первым входом органа контроля режима системы 16. Выход второго дифференциатора 43 через выпрямитель44 связан с входом сглаживающего фильтра 45, выход которого соединен с входом третьего дифференциатора 46. Выход последнего соединен с входом четвертого порогового

элемента 47, первым входом пятого логического элемента И 48 и через второй логический элемент НЕ 49 соединен с первым входом четвертого логического элемента И 50. Второй вход пятого логического элемента И 48 одновременно является вторым входом органа контроля режима системы 16 и через третий логический элемент НЕ 51 соединен с вторым входом четвертого логического элемента И 50. Выходы четвертого 50 и пятого 48 логических элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами третьего логического элемента ИЛИ 52, выход которого соединен с вторым входом шестого логического элемента И 53, выход которого одновременно является выходом органа контроля режима системы 16, а первый вход элемента ИЛИ 52 соединен с выходом первого логического элемента НЕ 54. При этом вход первого логического элемента НЕ 54 соединен с выходом одновиб- ратора 55, вход которого соединен с выходом четвертого порогового элемента 47.

Конструкция пускового органа 24 полностью соответствует конструкции пускового органа 13. Конструкция органа контроля режима системы 25 полностью соответствует конструкции органа контроля режима системы 16.

Блок 29 разности частот (фиг. 4) содержит электронный переключающий блок 56, выполненный из двух переключающих элементов. Первый переключающий элемент содержит замыкающий контакт 57-58, размыкающий контакт 59-60 и управляющий вход 61, при этом управляющий вход 61 используется в качестве первого входа 30 блока 29 разности частот, а первые выводы 57 и 59 замыкающего и размыкающего контактов объединены и образуют второй вход 33 блока 29. Аналогично, второй переключающий элемент содержит замыкающий контакт 62-63, размыкающий контакт 64-65, управляющий вход 66, который используется в качестве третьего входа 32 блока 29, а первые выводы 62 и 64 замыкающего и размыкающего контактов, объединены и образуют четвертый вход 31 блока 29. Блок 29 разности частот также содержит четвертый логический элемент ИЛИ 67, пятый логический элемент ИЛИ 68, RS-триггер 69 и второй интегратор 70. Второй вывод 58 замыкающего контакта первого переключающего элемента соединен с первым входом четвертого логического элемента ИЛИ 67, второй вывод 60 размыкающего контакта первого переключающего элемента соединен с первым входом пятого логического элемента ИЛИ 68. Второй вывод 63 замыкающего контакта второго переключающего элемента соединен с вторым входом четвертого логического элемента ИЛИ 67, а второй вывод 65 размыкающего контакта второго переключающего элемента соединен с вторым входом пятого логического элемента

ИЛИ 68, Выход четвертого логического элемента ИЛИ 67 соединен с R-входом RS-триг- гера 69, S-вход которого соединен с выходом пятого логического элемента ИЛИ

68, а выход - с входом второго интегратора 70, выход которого одновременно является выходом блока 29 разности частот.

Блоки устройства могут быть получены на основе существующей элементной базы.

0 Устройство работает следующим образом.

Вначале рассмотрим работу первого пускового органа 13 (фиг. 2) в нормальном и аварийном режимах. В нормальном режиме

5 работы сигнал напряжения Ui(t), снимаемый с датчика 7 напряжения секции 3 шин, поступает на вход пускового органа 13, где он разветвляется в блок 37 формирования импульса в момент максимума контролиру0 емого сигнала, первый дифференциатор 36 и пропорциональный блок 38. В пропорциональном блоке 38 сигнал Ui(t) изменяется по амплитуде в К раз (величина К определяется настройкой устройства) и на выходе

5 формируется сигнал KUi(t). В первом дифференциаторе 36 сигнал Ui(t) дифференцируется и на выходе формируется сигнал Ui(t) р, где р - дифференциальной оператор (фиг. 5а, где 71 - зависимость изменения во вре0 мени сигнала Ui(t)p, a 72 - зависимость изменения во времени сигнала KUi(t) в нормальном режиме работы). Полученные сигналы Ui(t)p и KUi(t) поступают на первый и второй входы нуль-органа 39 разности

5 входных сигналов соответственно. В момент времени ti совпадения сигналов Ui(t)p и KUi(t) по амплитуде на выходе нуль-органа 22 разности входных сигналов формируется короткий импульс V26, который поступает

0 на первый вход блока 40 формирования прямоугольных импульсов. В блоке 37 формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала в момент времени t2, когда сигнал Ui(t) достигает своего мак5 симума, формируется короткий импульс Vi, который затем поступает на второй вход блока 40 формирования прямоугольных импульсов и на второй выход пускового органа 13. На выходе блока 40 формируется прямо0 угольный импульс Vi-a, ширина которого определяется разностью моментов времени t2 и ti. Для нормального режима работы указанная разность при помощи коэффициента К устанавливается минимальной, в связи с

5 чем ширина импульса Vi-2 также минимальна (фиг. 56, где 73 - зависимость изменения во времени сигнала Vi-2 в нормальном режиме), Сигнал Vi-2 поступает на вход первого интегратора 41, где интегрируется. Полученный в результате интегрирования сигнал Vi-2/p сравнивается в третьем пороговом элементе 42 с пороговым сигналом Vn3, причем в нормальном режиме работы ширина импульса V-i-2 мала, величина сигнала Vi-2/p также мала, имеет место со- отношение Vi-2 Vi-2/p и сигнал Уз на выходе порогового элемента 25 не формируется (фиг. 5в, где 74 - зависимость изменения во времени сигнала Vi-2/p в нормальном режиме работы, а 75 - уровень порогового сигнала Упз).

В аварийном режиме при снижении частоты сигнала Ui(t) разность моментов времени ta-ti увеличивается за счет уменьшения по амплитуде сигнала Ui(t)p и более раннего наступления момента времени ti, а также за счет увеличения периодов сигналов KUi(t) и Ui(t)p, При этом ширина импульса Vi-2 также увеличивается (фиг. ба, б, где 76 - зависимость изменения во вре- мени сигнала Ui(t)p, 77 - зависимость изменения во времени сигнала KUi(t), а 78 - зависимость изменения во времени сигнала Vi-2 в аварийном режиме), С увеличением ширины сигнала Vi-2 сигнал Vi-2/p также возрастает и становится больше порогового сигнала Л-г (фиг. бв, где 79 - зависимость изменения во времени сигнала Vi-2/p в аварийном режиме). На выходе третьего порогового элемента 42 формируется сигнал Vg в момент времени гз, когда Vi-2/p Vn3 (фиг. 6г, 106, где 80 - зависимость изменения во времени сигнала Уз в аварийном режиме), поступающий, на первый выход пускового органа 13.

Устройство пускового органа 24 и временные диаграммы работы его блоков полностью соответствуют устройству и временным диаграммам работы пускового органа 13. При этом аналогами сигналов Ui(t) и KUi(t) являются соответственно сигналы U2(t)p и KlJ2(t), Аналогами сигналов Vi и V2 являются соответственно сигналы Vs-4 и Уз-4/р. Аналогом сигнала Vs является сигнал Уб.

Далее рассмотрим работу органа конт- роля режима системы 16 (фиг. 3) совместно с органом 17 контроля направления мощности. Сигнал Ui(t) от датчика 7 напряжения поступает на первый вход органа контроля режима системы 20 и далее на вход второго дифференциатора 43. На выходе последнего формируется сигнал Ui(t)p. Этот сигнал поступает на вход выпрямителя 44, на выходе которого формируется сигнал Ui(t)p I, который поступает на вход сглаживаю- щего фильтра 45, на выходе которого формируется сигнал Vfi, равный постоянной составляющей сигнала |Ui(t)pl и пропорциональный частоте сигнала Ui(t). В нормальном режиме работы частота сигнала Ui(t) неизменна, поэтому сигнал Vfi будет иметь постоянную величину (фиг. 7а, б, 8а, б, 10а, 11а, при ,-где 81 - зависимость изменения во времени сигнала Ui(t), а 82 - зависимость изменения во времени сигнала Vfi в нормальном режиме). При неизменном сигнале Vfi на выходе третьего дифференциатора 46 сигнал Vfs будет равен нулю, поэтому на выходе четвертого логического элемента И 47 сигнал У будет отсутствовать, также будет отсутствовать сигнал Vi4 на выходе одновибратора 55, при этом на выходе первого логического элемента НЕ 54 появитсяя сигнал У-м (фиг. 7в, г, 8в, г, при t to, где 83 - зависимость изменения во времени сигнала Vr 1,84 - зависимость изменения во времени сигнала Vi4 в нормальном режиме, а 85 - уровень порогового сигнала Уг.4). На второй вход органа контроля режима системы 16 поступает сигнал с выхода органа 17 контроля направления мощности (фиг. 1), первый вход которого через элемент ПАМЯТЬ 14 соединен с выходом датчика 7 напряжения, а второй вход соединен с выходом датчика 1 тока. Элемент ПАМЯТЬ 14 предназначен для обеспечения работоспособности органа 17 контроля направления мощности при. глубоких снижениях напряжения. В нормальном режиме мощность направлена через датчик 1 тока от источника к секции 3 шин, сигнала Ую на выходе органа 17 контроля направления мощности не будет, При отсутствии сигналов Vr/и Ую сигнал Vi2 на выходе пятого логического элемента И 48 также отсутствует, Однако из выходах второго 49 и третьего 51 логических элементов НЕ будут иметь место сигналы Vs и Уд, следовательно, на выходе четвертого логического элемента / 50 будет сигнал Vn (фиг. 7д, е, ж, 8д; е, ж, 10в, 11 в, при t to, где 86 зависимость изменения во времени сигнала УЮ, 87 - зависимость изменения во времени сигнала V i2. a 88 - зависимость изменения во времени сигнала Уц в нормальном режиме). При этом будут иметь место сигналы У-|з на выходе третьего логического элемента ИЛИ 52 и У-щ на выходе шестого логического элемента 1/1 53, выход которого является выходом органа контроля режима системы 16 (фиг, 7з, и, 8з, и, 10г,11г при , где 89 - зависимость изменения во времени сигнала Vis, 90 - зависимость изменения во времени сигнала Vis в нормальном режиме).

В аварийном режиме при коротком замыкании s точке К1 имеет место подпитывающий эффект от синхронных двигателей 5 (фиг. 1, где 91 - направление тока подпитки синхронных двигателей при коротком замыкании в точке К1), При этом за счет автоматической регулировки возбуждения

синхронных двигателей сигнал Ui(t) по амплитуде уменьшается значительно меньше, чем по частоте. Направление мощности через датчик 1 тока изменится на противоположное и на выходе органа 17 контроля направления мощности появится сигнал VIQ. Частота сигнала Ui(t) изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени, определяемой совокупностью синхронных двигателей 5, при этом по экспоненциальному закону будет снижаться и сигнал Ул (фиг. 7а, б, д, 10 в, при t to, где 92 - зависимость изменения во времени сигнала Ui(t), 93 - зависимость изменения во времени сигнала Vfi, a 94 - зависимость изменения во времени сигнала Vio пр,и коротком замыкании в точке К1). Сигнал Vfi на выходе третьего дифференциатора 46 в момент времени to возрастает скачком, а затем убывает по экспоненциальному закону. Данный дифференциатор выполняется инвертирующим, поэтому на его выходе при снижении частоты появится положительный сигнал Vfi. Четвертый пороговый элемент47срабатывает тогда, когда сигнал Vn будет отрицательным и |Vfi Vn4 I. В данном случае он не сработает, поэтому сигналы V и Vio будут отсутствовать, а сигнал Vi4 будет иметь место, как и в нормальном режиме. При наличии сигналов Vfi и Vio сигналы Ve и Vg будет отсутствовать на выходах второго 49 и третьего 51 логических элементов НЕ, поэтому и на выходе четвертого логического элемента И 50 сигнал Vn будет отсутствовать, а на выходе пятого логического элемента И 48 сигнал Vi2 будет иметь место (фиг. 7в, г, е, ж, приР-to, где 95-зависимость изменения во времени сигнала Vn, 96 - зависимость изменения во времени сигнала /14, a 98- зависимость изменения во времени сигнала Vn при коротком замыкании в точке К1). В результате будут иметь место сигналы Vis на выходе третьего логического элемента ИЛИ 52 и Vis на выходе шестого логического элемента И 53 и на выходе органа контроля режима системы 16 (фиг. 7з, и, Юг, при , где 99 - зависимость изменения во времени сигнала Via, a 100 - зависимость изменения во времени сигнала Vis при коротком замыкании в точке К1).

При коротком замыкании в точке К2 на секции 3 шин сигнал Vio будет отсутствовать, так как направление мощности через датчик 1 тока не изменится (фиг. 1, где 101 - направление тока подпитки от системы, а 102 - направление тока подпитки от синхронных двигателей при коротком замыка- нии в точке К2). Сигналы Vn и Vi4 будут такими же, как и при коротком замыкании в точке К1. При этом сигнал Ve на выходе

второго логического элемента НЕ 49 будет отсутствовать, а сигнал Vg на выходе третьего логического элемента НЕ 51 будет иметь место, поэтому сигналы как Vn на выходе

четвертого логического элемента И 50, так и Via на выходе пятого логического элемента И 48 при отсутствии сигналов Ve и Vio также будут отсутствовать, следовательно, не будет сигналов Vis на выходе третьего логиче0 ского элемента ИЛИ 52, на выходе шестого логического элемента И 53 и на выходе органа контроля режима системы 16.

Далее рассмотрим работу органа контроля режима системы 16 в режиме са5 мозапуска электродвигателей 5 при кратковременных перерывах питания и работу органа 17 контроля направления мощности при данном процессе. Этот процесс состоит из двух этапов: снижения частоты и

0 последующего ее нарастания. На первом этапе при кратковременном исчезновении питания сети имеет место подпитывающий эффект синхронных двигателей, как и при коротком замыкании в точке К1. На этом

5 этапе режим работы органа контроля режима системы 16 и его временные диаграммы аналогичны режиму работы и временным диаграммам при коротком замыкании в точке К1 (фиг. 8а-и, при ). При восстанов0 лении в момент времени t4 питания сети частота на секции 3 шин нарастает по экспоненциальному закону. При этом по экспоненциальному закону нарастает и сигнал Vn (фиг. 6а, при , где 103 - зависимость

5 изменения во времени сигнала Ui(t), 104 - зависимость изменения во времени сигнала Vn при самозапуске). При нарастании сигнала Vfi его производная в момент времени t4 принимает отрицательное значение. Если

0 при этом I Vn Vn4 I, то самозапуск прогнозируется как успешный и на выходе четвертого порогового элемента 47 в интервале времени t4; ts имеет место сигнал V, При небольших превышениях сигнала Vn поро5 гового сигнала Vn4 по модулю ширина импульса Vy будет очень малой и недостаточной для согласованной работы органа контроля режима системы с другими блоками устройства, поэтому в одновибра0 торе 55 сигнал V расширяется по заднему фронту до ширины t4, te, достаточной для нормальной работы устройства, образуя при этом сигнал Vt4. В первом логическом элементе НЕ 54 формируется сигнал Vi4,

5 противоположный сигналу Vi4 и равный нулю на интервале времени 14, te (фиг. 86, г, при , где 105 - зависимость изменения во времени сигнала Vn, a 106 - зависимость изменения во времени сигнала Vi4 при самозапуске). При нарастании частоты в момент времени t4 сигнал Vio становится равен нулю, так как с этого момента направление мощности - от системы к секции 3 шин, Отрицательное значение сигнала Vfi является логическим нулем с момента времени t4. Поэтому при сигнал Via на входе пятого логического элемента И 48 будет отсутствовать, а сигналы Vs, Vg на входах и Vn на выходе четвертого логического элемента И 50 не равны нулю, тогда при имеет место сигнал Via на выходе третьего логического элемента ИЛИ 52 (фиг. 8д-з, 11 в, при , где 107 - зависимость изменения во времени сигнала Ую, 108 - зависимость изменения во времени сигнала Via, 109 - зависимость изменения во времени сигнала Vn, a 110 - зависимость изменения во времени сигнала Via при самозапуске). Тогда сигнал Vis на выходе шестого логического элемента. И 53 отсутствует при (фиг, 8и, 11 г, при , где 111 - зависимость изменения во времени сигнала Vis при самозапуске).f

Если в момент времени t4 i Vfi Vn4 I, то сигнал V на выходе четвертого порогового элемента 47 при будет отсутствовать, при этом будет отсутствовать и сигнал Vi4 на выходе одновибратора 55, а на выходе первого логического элемента НЕ 54 будет иметь место сигнал Vi4 при , следовательно, на выходе шестого логического элемента И 53 и на выходе органа контроля режима системы 16 при будет иметь место сигнал Vis.

Устройство и временные диаграммы органа контроля режима системы 25 совместно с органом 36 контроля направления мощности полностью аналогичны устройству и временным диаграммам органа контроля режима системы 16 совместно с органом 17 контроля направления мощности, при этом аналогами сигналов Ui(t) и Ui(t)p являются сигналы U2(t) и U2(t)p соответственно, аналогами сигналов I Ui(t)i и Vn являются сигналы il)2(t) I соответственно, ана- ло.гами сигналов Vfi и V являются сигналы Vf2 и Vie соответственно, аналогами сигналов Va и Vg являются соответственно сигналы Vi и Vis, аналогами сигналов Vio и V n являются сигналы Vig и V20 соответственно, аналогами сигналов Vi2 и Via являются сигналы V21 и У22,соответственно, аналогами сигналов Vi4 и Vi4 являются сигналы V23 и V23 соответственно, аналогом сигнала Vis является сигнал V24.

Далее рассмотрим работу блока 29 разности частот.

В нормальном режиме работы контакты 57-58 и 62-63 электронного переключающего блока 56 блока 29 разности частот (фиг. 4)

разомкнуты и сигналы с второго 33 и четвертого 31 входов блока 29 разности частот не поступают на соответствующие входы четвертого логического элемента ИЛИ 67, в

связи с чем на R-входе RS-триггера 69 также нет сигнала. При этом контакты 59-60 и 64- 65 замкнуты и сигналы Vi и Va, соответственно с четвертого 31 и второго 33 входов блока 29 поступают через данные контакты

на входы пятого логического элемента ИЛИ 68. На выходе последнего формируется сигнал, поступающий на S-вход RS-триггера 69, триггер находится в нулевом состоянии и сигнал V25 на выходе отсутствует. Следовательно, не будет в нормальном режиме сигнала V26 на выходе второго интегратора 70 и на выходе блока 29 разности частот.

При аварийном режиме на секции 3 шин появляется сигнал VB на первом входе

30блока 29 разности частот, при этом происходит замыкание контакта 57-58 и размыкание контакта 59-60. В этом случае сигнал Vs с второго входа 33 блока 29 разности

частот поступает через контакты 57-58 на вход четвертого логического элемента ИЛИ 67. В результате срабатывания последнего сигнал с его входа поступает на R-вход RS- триггера 69 блока 2В, триггер запускается и

на его выходе формируется в момент времени т,22 максимума сигнала U2(t) передний фронт импульса V25. В момент зремени t-i-1 максимума сигнала Ui(t) на четвертый вход

31блока 29 поступает импульс Vi, который через контакты 62-83 поступает на вход пятого логического элемента ИЛИ 68, сигнал с выхода которого поступает на S-вход RS- триггера 69 и переводит его в-нулеэое состояние, ограничивая ширину импульса /25

интервалом времени 12-2, ti-i (фиг. 9а, б. где 112 - зависимость изменения во времени сигнала Iteft), a 113 - зависимость изменения во времени сигнала V 25). Сигнал V25 интегрируется во втором интеграторе 70, а

сигнал V26 на выходе последнего сравнивается с пороговым сигналом в первом пороговом элементе 1Э. По мере увеличения разности частот сигналов Ui(t) и U2(t) увеличивается и уровень сигнала V26. В некоторый момент времени t он превышает пороговый сигнал Vni в первом пороговом элементе 19, и на выходе последнего формируется сигнал Va в интервале времени t, хз(фиг. 9в, 9г, где 114 -уровень порогового сигнала Vni, 115-зависимость изменения во времени сигнала V26, а 116 - зависимость изменения во времени сигнала V2). Постоянная обратного интегрирования второго интегратора 70 выбирается достаточно малой, чтобы сигнал V26 стал равен нулю к моменту появления следующего сигнала Vas.

Аналогично работает блок 29 разности частот при аварийном режиме на секции 4 шин. В этом случае сигнал Ve поступает на третий вход 32 блока 29 разности частот, при этом замыкается контакт 62-63 и размыкается контакт 64-65. В этом случае запуск RS-триггера 69 будет осуществляться при поступлении сигнала Vi с четвертого входа 31 через контакты 62-63 на вход четвертого логического элемента ИЛИ 67, а перевод его в нулевое состояние - при поступлении сигнала Vs с второго входа 33 через контакты 59-60 на вход пятого логического элемента ИЛИ 68. Временные диаграммы работы блока 29 разности частот при аварийном режиме на секции 4 шин полностью соответствуют временным диаграммам работы при аварийном режиме на секции 3 шин, при этом аналогом сигнала IH(t) является сигнал U2(t) и наоборот.

Блок 29 разности частот не сработает, если частота будет изменяться одновременно на обеих секциях 3 и 4 шин, так как в этом случае при уменьшении частоты ширина импульса V25 изменяется мало,

Наконец, рассмотрим совместную работу отдельных блоков устройства секции 3 шин для рассмотренных нормального и аварийных режимов. В нормальном режиме сигнал Ui(t) имеет нормальную частоту, поэтому сигнал Vs на первом выходе пускового органа 13 отсутствует. На выходе органа 17 контроля направления мощности сигнал Vio отсутствует, а сигнал Vis на выходе органа контроля режима системы 16 имеет место (фиг. 10а-г, 11а-г, при ). На входах первого логического элемента И 18 из трех сигналов будет присутствовать только сигнал Vis, так как сигнал Va также будет отсутствовать в нормальном режиме, поэтому на выходе первого логического элемента И 18 сигнал Vae будет отсутствовать, следовательно, не будет также сигналов VYI, VY, VQI, VQ, VABP, и устройство не сработает.

При коротком замыкании в точке К1 частота сигнала Ui(t) начнет уменьшаться, а частота сигнала U2(t) сохранится прежней, тогда в момент времени гз появится сигнал Vs на первом выходе пускового органа 13. С момента времени to начала снижения частоты изменится направление мощности через датчик 1 тока и с этого момента времени будет иметь место сигнал Vio на выходе органа 17 контроля направления мощности, при этом в данном режиме будет иметь место сигнал Vis на выходе органа контроля режима системы 16. Кроме того, когда разность частот сигналов Ui(t) и U2(t) достигнет

заданной, то на выходе первого порогового элемента 19 появится сигнал V27 в интервале времени ty, ts, будут иметь место все три сигнала на входах первого логического элемента И 18, поэтому на выходе в этом же интервале времени будет сформирован сигнал V28 (фиг. 10а-е, при , где 117 - зависимость изменения во времени сигнала V28 при коротком замыкании в точке К1). Тогда

0 на выходе первого органа 20 выдержки времени в момент времени tg появится сигнал VYI через выдержку времени At tg-t7 после появления сигнала V28 (фиг. 10ж, где 118 - зависимость изменения во время сигнала

5 VYI). Орган выдержки времени предназначен для отстройки от кратковременных снижений напряжения, когда возможен самозапуск, и для согласования работы данного устройства с другими

0 быстродействующими устройствами. Сигнал VYI подает команду на отключение вводного выключателя 9 и также поступает на первый вход первого логического элемента ИЛИ 21. После отключения вводного

5 выключателя 9 на первый вход второго логического элемента ИЛИ 22 поступает сигнал VQI с блок-контактов вводного выключателя 9, тогда на первый и второй входы третьего логического элемента И 35 поступают сигна0 лы VY и VQ соответственно. Фазочувстви- тельный орган 15 сравнивает сигналы Ui(t) и U2(t) no фазе и на выходе его формируется сигнал Vso, пропорциональный разности фаз этих сигналов. Второй пороговый эле5 мент 34 срабатывает, когда разность фаз становится меньше заданной величины, т.е. , при этом на третий вход третьего логического элемента И 35 поступает сигнал , что обеспечивает синхронизацию

0 включения АВР. При наличии сигналов на всех трех входах на выходе третьего логического элемента И 35 формируется сигнал VABP на включение тиристорного коммутатора 12 и секционного выключателя 11.

5 При коротком замыкании в точке К2 отличие от предыдущего режима состоит в том, что будут отсутствовать сигналы Ую и Vis, следовательно, не будет сигналов V28, VYI, VY, VQI, VQ, VABP, и устройство не вклю0 чится, так как в этом режиме включение АВР недопустимо. При этом вводной выключатель 9 будет отключен устройствами токовой защиты секции 3 шин.

При кратковременном исчезновении

5 питания секции 3 шин и самозапуске электродвигателей 5 на первом этапе снижения частоты имеют место те же сигналы, что и при коротком замыкании в точке К1 (фиг. 11, при , где 119 - зависимость изменения во времени сигнала Vs, 120 - зависиVfi

мость изменения во времени сигнала V27, а 121 - зависимость изменения во времени сигнала V28 при самозапуске). Если этап снижения частоты ty, t4J меньше выдержки времени A t первого органа 20 выдержки 5 времени, то работа устройства с момента времени t4 на этапе увеличения частоты зависит от успешности самозапуска. Если самозапуск прогнозируется как успешный, то на интервале времени t4, te сигнал Vis бу- 10 дет отсутствовать, поэтому при не будет сигналов V28, VYI, VQL VY, VQ, VABP, и устройство не сработает. Интервал времени t4, te выбирается таким, чтобы до наступления момента времени te исчез сигнал Vs в момент времени tio и сигнал V27 в момент времени ts при увеличении частоты (фиг. 11, при ).

Если самозапуск прогнозируется как неуспешный, то сигнал Vis будет и на интервале времени t4, te. Тогда сигнал V28 будет иметь ширину, te, если , либо ty, tio, если tio ta, тогда через выдержку времени t после наступления момента времени t появится сигнал Vyi, а также сигналы Л/сп, VY, VQ, VABP, и устройство сработает.

Если на этапе снижения частоты интервал времени t7, t4J At, то процесс снижения частоты принимается длительным, а не кратковременным, и устройство работает, 30 как в режиме короткого замыкания в точке К1.

Работа блоков 23-28 секции А шин аналогична работе блоков 13, 14, 16-18, 20 секции 3 шин, при этом на временных диаграммах и на схеме аналогом сигнала Lh(t) является сигнал U2(t) и наоборот, аналогами сигналов Vs и Vio являются сигналы Vg и VIQ соответственно, аналогами сигналов Vis и V28 являются сигналы V24 и V29 соответст- 40 венно, аналогами сигналов VYI и VQI я ел я- тогда ются сигналы VY2 и VQ2 соответственно.Vfi

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом обладает большей надежностью за счет избирательности срабатывания, большего быстродействия и более эффективно защищает электропотребителя в переходных режимах.

Процесс работы второго дифференциатора 43, выпрямительного моста 44, сглаживающего фильтра 45 и третьего дифференциатора 46 органа контроля режима системы 16 описывается следующим образом. Сигнал Ui(t) в нормальном режиме имеет постоянную частоту и амплитуду, опи- 55 сывается выражением

где Um

шct)

где f - ч

Во Ui(t) ди формир

Ul(t

В в Ui(t)p в ется мо

15 | Ui(t)

В сг I Ui(t)p составл 20 ном вып

25 где f -

где А

За частота быстрее 35 автомат ния син можно

45 где В

следова няется Ui(t).

50 В н менна, т

V,iВ ав

ся по эк

где Um - амплитуда сигнала Ui(t);

ш угловая частота сигнала Ui(t), ct) 2jrf(2)

где f - частота сигнала Ui(t).

Во втором дифференциаторе 43 сигнал Ui(t) дифференцируется и на выходе его формируется сигнал Ui(t)p, равный

Ul(t)p WUm COS Ш t.

(3)

В выпрямительном мосту 44 сигнал Ui(t)p выпрямляется и на выходе формируется модуль этого сигнала

5 10

15 | Ui(t)p | cos ft) ti

(4)

В сглаживающем фильтре 45 из сигнала I Ui(t)p отфильтровывается его постоянная составляющая, равная придвухполупериод- ном выпрямлении

Vfi

2 F

п

(5)

где f - амплитуда выпрямленного сигнала

где А

Vfi

2Um

Л

л

А-ш,

(6)

тогда Vfi

За рассматриваемый период времени частота сигнале изменяется значительно быстрее, чем его амплитуда за счет действия автоматического регулирования возбуждения синхронных двигателей, следовательно, можно принять

A const,

()

тогда Vfi

где В

А а) А 2 7Гг В f , А 2л Щп--2л- 4Um,

(8) (9)

следовательно, величина сигнала Vn изменяется пропорционально частоте сигнала Ui(t).

В нормальном режиме частота f неизменна, тогда

d

V,iЈB

.(10)

В аварийном режиме частота изменяется по экспоненциальному закону

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического включения резерва (АВР) при наличии подпитки защищаемых шин асинхронными двигателями. Цель - повышение надежности защиты от перерывов питания электропотребителей, питаемых от двух независимых источников. Устройство содержит две секции шин, соединенные секционным выключателем, параллельно котором у включен тиристорный коммутатор, на каждой секции шин расположены орган контроля снижения напряжения, орган контроля режима системы, орган выдержки времени, датчик тока, орган контроля направления мощности, элемент Память, трехвходовый элемент И, а также общие для двух секций блок разности частот, фазочувствительный орган, два пороговых элемента, два элемента ИЛИ и третий элемент И. Устройство формирует сигнал на АВР при внешних КЗ и неуспешном самозапуске, не формирует - при КЗ на шинах и успешном самозапуске. Возможность успешности самозапуска определяется до начала процесса по изменению частоты напряжения, направлению активной мощности на каждой секции шин, а также разности частот на обеих секциях. 11 ил. Ё

Ui(t) Um sin (ul,

(D

f f о е

.1

т

(11)

где fo частота сигнала в нормальном режиме;

Т - постоянная времени уменьшения частоты, тогда производная сигнала Vn равна

.B-f0e T-Bfo

1

т

Т

При самозапуске электродвигателей с частотой fC3 увеличение частоты происходит также по экспоненциальному закону

f fo-(fo-fc3) е т, . (13) и производная сигнала Ул равна

j Vfi- В f0 - (f0 -fcs ) е т 1

.t т

(14)

Следовательно, при переходе от режима снижения частоты к режиму ее нарастания сигнал Vn изменяет свой знак на противоположный. На величину сигнала Vn при самозапуске существенно влияет постоянная времени Т нарастания частоты.

Процесс работы одноименных блоков органа контроля режима системы 25 математически описывается аналогично, при этом аналогом сигнала Ui(t) и Ui(t)p являются сигналы U2(t) и U2(t)p соответственно, аналогом сигнала Ui(t)pl является сигнал I U2(t)p I и аналогами сигналов Vfi и Vfi являются сигналы Vf2 и Vfe соответственно.

Формула изобретения Быстродействующее автоматическое включение резерва, содержащее две секции шин с синхронной двигательной нагрузкой, связанных через секционный выключатель, к каждой из которых подключен вводной выключатель, датчик напряжения, фазочув- ствительныйорган,отл ичающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты от перерывов питания электропотребителей, питаемых от двух независимых источников, дополнительно введены на каждой секции шин пусковой орган с одним входом и двумя выходами, датчик тока, включенный на соответствующий ввод, орган контроля направления мощности с двумя входами с одним выходом, элемент ПАМЯТЬ, орган контроля режима системы с двумя входами и одним выходом, первый и

соответственно второй трехвходовой логический элемент И, первый и соответственно второй органы выдержки времени, а также два пороговых элемента, блок разности ча5 стот с четырьмя входами и одним выходом, два логических элемента ИЛИ, третий трех- входоеой логический элемент И, тиристор- ный .коммутатор, включенный параллельно секционному выключателю, при этом на

10 каждой секции шин входы пускового органа, элемента ПАМЯТЬ, первые входы органа контроля режима системы и фазочувстви- тельного органа объединены и подключены к выходу соответствующего датчика напря15 жения, выход элемента ПАМЯТЬ соединен с первым входом органа направления мощности, второй вход которого соединен с выходом соответствующего датчика тока, а выход - с вторым входом органа контроля

20 режима системы, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И, первый вход которого соединен с первым выходом соответствующего пускового органа, третий вход через первый по25 роговый элемент подключен к выходу блока разности частот, а выход через соответствующий орган выдержки времени.- с цепью отключения соответствующего вводного выключателя и входом первого логического

30 элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с цепями включения секционного выключателя и тиристорного коммутатора, его третий вход через второй

35 пороговый элемент соединен с выходом фа- зочувствительного органа, а второй вход - с выходом второго логического элемента ИЛИ, входы которого соединены с блок-контактами соответствующих вводных выклю40 чателей, первый и третий входы блока разности частот соединены с первыми выходами соответствующего пускового органа, четвертый и второй входы - соответственно с их вторыми выходами, причем пусковой

45 орган каждой секции шин содержит первый дифференциатор, блок формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, пропорциональный блок, нуль-орган, блок формирования прямо50 угольных импульсов, интегратор, третий пороговый элемент, при этом входы первого дифференциатора, пропорционального блока и блока формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала

55 объединены и образуют вход пускового органа, а выходы пропорционального блока и первого дифференциатора соединены соответственно с первым и вторым входами нуль-органа, выход которого соединен с первым входом блока формирования прямоугольных импульсов, второй вход которого соединен с выходом блока формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала, выход через первый интегратор соединен с входом третьего порогового элемента, выход которого является первым выводом пускового органа, выход блока формирования импульса в момент максимума контролируемого сигнала является вторым выходом пускового органа, орган контроля режима системы каждой секции шин содержит второй и третий дифференци- аторы, выпрямитель, сглаживающий фильтр, четвертый пороговый элемент, четвертый, пятый и шестой логические элемен- ты И, третий логический элемент ИЛИ, первый, второй и третий логические элементы НЕ, одновибратор, при этом вход второго дифференциатора является первым входом органа контроля режима системы, а выход через последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр соединён с входом третьего дифференциатора, выход которого соединен с входом четвертого порогового элемента, первым входом пятого логического элемента И и также связан через второй.логический элемент НЕ с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход пятого логического элемента И является вторым входом соот- ветствующего органа контроля режима системы и через третий логический элемент НЕ соединен с вторым входом четвертого логического элемента И, а выход - с вторым входом третьего логического элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого логического элемента И, а выход - с вторым входом шестого логического элемента И, выход которого является выходом органа контроля режима системы, а его первый вход через первый логический элемент НЕ связан с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом четвертого порогового элемента, блок разности частот содержит электронный переключающий блок, выполненный из двух переключающих элементов, каждый из которых имеет управляющий вход и содержит замыкающий и размыкающий контакты, первые выводы которых объединены, четвертый и пятый элементы ИЛИ, RS-триггер, второй интегратор, причем управляющий вход первого переключающего элемента является первым входом блока разности частот, управляющий вход второго переключающего элемента является его третьим входом, объединенные первые выводы замыкающего и размыкающего контактов первого переключающего элемента образуют его второй вход, а объединенные первые выводы замыкающего и размыкающего контактов второго переключающего элемента образуют его четвертый вход, второй вывод замыкающего контакта первого переключающего элемента соединен с первым входом четвертого логического элемента ИЛИ, второй вывод замыкающего контакта второго переключающего элемента соединен с вторым входом четвертого логического элемента ИЛИ, второй вывод размыкающего контакта первого переключающего элемента соединен с первым входом пятого логического элемента ИЛИ, второй вывод размыкающего контакта второго переключающего элемента соединен с вторым входом пятого логического элемента ИЛИ, выход четвертого логического элемента ИЛИ соединен с R-входом RS-триггера, а выход пятого логического элемента ИЛИ соединен с S-входом RS-триггёра, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого является выходом блока разности частот.

72

Т, г

k ШРМ /шш шмшшяяЩ

:l on., i 68 t

ъ X,Чу/ уухуу/

////////У/////ШШ w УЩ///А

8it1

У////////////Л ы

;

w

Л ///У////////А ll I

; r r 5-Т Л.

fi s.

i V///////////////M/////,

.

шш шш%ш%

80Z.12II

-f

X

7J

.

is

w

v к

96

w

L

S

x

U,

v27

40

6

ч « 0

Фаг. -II