Устройство для защиты от изменения напряжения и частоты блока автономного асинхронного генератора Советский патент 1992 года по МПК H02H3/24 H02H7/93 H02P9/46 F03B15/00 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в микрогидроэлектростанциях.

Цель изобретения - обеспечение надежной работы автономного асинхронного

генератора с конденсаторным возбуждением в микрогидроэлектростанциях с приводом от нерегулируемой гидротурбины и однофазным подключением электропотребителей к генератору.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема устройства.

Устройство для защиты от изменения напряжения и частоты блока автономного асинхронного генератора 1, снабженного батареей 2 конденсаторов возбуждения и приводом 3, содержит измерительные трансформатор 4 тока и трансформатор 5 напряжения, однофазный двухполупериод- ный выпрямитель 6, первый 7 и второй 8 переменные резисторы и исполнительный блок 9. Трансформатор 4 тока снабжен выводами 10,11 для включения его первичной цепи последовательно в первую линию 12 питания электропотребителей 13 от асинхронного генератора. Первичная обмотка трансформатора 5 напряжения снабжена выводами 14, 15 для включения ее между первой 12 и второй 16 линиями питания электропотребителей 13. Первый переменный резистор 7 включен между первым 17 и вторым 18 выводами вторичной обмотки трансформатора 4 тока, первый вывод 17 которой соединен с первым входным выво- дом 19 однофазного двухполупериодного выпрямителя 6.

В устройстве имеются блок 20 защиты от переходных перенапряжений, балластное аварийное сопротивление 21, магнит- ный пускатель 22 с двумя замыкающими силовыми контактами 23,24 и замыкающим блок-контактом 25, кнопка 26 Пуск с замыкающим контактом, кнопка 27 Стоп с размыкающим контактом, третий переменный резистор 28, блок 29 контроля функции тока и напряжения, реверсивный двоичный счетчик 30 и блок 31 ключей.

Блок 20 защиты от переходных перенапряжений снабжен управляющими вход- ными выводами 32, 33 для включения его между выходными выводами 34, 35 блока асинхронного генератора 1, а выходными выводами 36, 37 подключен к балластному аварийному сопротивлению 21.

Управляющая цепочка, состоящая из последовательно соединенных катушки магнитного пускателя 22, размыкающего контакта кнопки 27 Стоп и замыкающего контакта кнопки 26 Пуск, шунтированного замыкающим блок-контактом 25 магнитного пускателя 22, снабжена выводами 38, 39 для включения этой цепочки между выходными выводами 24, 25 блока асинхронного генератора 1 параллельно управляющему входу блока 20 защиты от переходных перенапряжений.

Первый 23 и второй 24 замыкающие силовые контакты магнитного пускателя 22 снабжены выводами 40, 41 и 42, 43 для

включения каждого силового контакта последовательно соответственно в первую 12 и вторую 16 линии питания электропотребителей 13 между выходными выводами 34, 35 блока асинхронного генератора 1 и зоной присоединения к этим линиям первичных цепей измерительных трансформаторов 4 и 5 тока и напряжения.

Второй входной вывод 44 однофазного двухполупериодного выпрямителя 6 соединен с первым выводом 45 вторичной обмотки трансформатора 5 напряжения, второй вывод 46 которой соединен с вторым выводом 18 вторичной обмотки трансформатора 4 тока; Между выходными выводами 47,48 однофазного двухполупериодного выпрямителя 6 параллельно включены сглаживающий конденсатор 49, а также второй 8 и третий 28 переменные резисторы, включенные каждый по схеме делителя выходного напряжения выпрямителя, средние выводы 50 и 51 которых подключены к первому 52 и второму 53 управляющим входам блока 29 контроля функции тока и напряжения.

Блок 29 контроля функции тока и напряжения выполнен на первом 54 и втором 55 пороговых элементах, входы которых служат соответственно первым 52 и вторым 53 управляющими входами этого блока, инверторе 56, двух логических элементах И 57, 58 и генераторе 59 синхроимпульсов, причем выход первого порогового элемента 54 через инвертор 56 подключен к первому входу первого элемента И 57, выход второго порогового элемента 55 подключен к первому входу второго элемента И 58 непосредственно, а вторые входы первого 57 и второго 58 элементов И подключены к выходу генератора 59 синхроимпульсов, снабженного управляющими входными выводами 60, 61 для подключения генератора 59 синхроимпульсов к первой 12 и второй 16 линиям питания электропотребителей в зоне присоединения к этим линиям первичных цепей измерительных трансформаторов 4 и 5 тока и напряжения.

Выход первого элемента И 57, служащий первым выходом блока 29 контроля функции тока и напряжения, подключен к суммирующему (+1)-входу реверсивного двоичного счетчика 30, выход второго элемента И 58, служащий вторым выходом этого блока контроля, подключен к вычитающему (-1)-входу реверсивного двоичного счетчика 30, выходы разрядов которого подключены каждый к управляющему входу соответствующего ключа блока 31 ключей, а исполнительный блок 9 выполнен в виде набора ступеней 62.,.65 балластной нагрузки по числу ключей, при этом каждая

ступень балластной нагрузки снабжена выводами для подключения ее через соответствующий ключ блока 31 ключей к первой 12 и второй 16 линиям питания параллельно электропотребителям 13.

Блок 20 защиты от переходных перенапряжений выполнен на реле 66 напряжения с двумя замыкающими контактами 67, 68, трех резисторах 69, 70, 71, четырех диодах 72-75 и двух тиристорах 76, 77, причем между первым 32 и вторым 33 управляющими входными выводами этого блока включены последовательно соединенные первый резистор 69 и катушка реле 66 напряжения, средняя точка которых через последовательно соединенные первый замыкающий контакт 67 реле 66 напряжения и второй резистор 70 соединена с вторым управляющим входным выводом 33 этого блока, соединенным с анодом первого диода 72, катод которого соединен с первым выводом второго замыкающего контакта 68 реле 66 напряжения и с катодом второго диода 73, анод которого соединен с первым управляющим входным выводом 32 этого блока, соединенным с анодом первого 76 и катодом второго 77 тиристоров, другие силовые электроды которых объединены и служат первым выходным выводом 36 блока 20 защиты от переходных перенапряжений, вторым выходным выводом 37 которого является анод первого диода 72, при этом второй вывод второго замыкающего контакта 68 реле 66 напряжения соединен с первым выводом третьего резистора 71, второй вывод которого через анод-катод третьего диода 74 соединен с управляющим электродом первого тиристора 76, а через анод-катод четвертого диода 75 - с управляющим электродом второго тиристора 77.

Устройство работает следующим образом,

Запуск микроГЭС осуществляется при отключенном от генератора 1 электропотребителе 13, т.е. при разомкнутых контактах 23, 24, 25 магнитного пускателя 22, путем подачи воды на турбину 3, Генератор 1 начинает вращаться с возрастающей частотой, самовозбуждаясь с помощью батареи 2 конденсаторного возбуждения, при этом напряжение на выходных выводах 34, 35 блока асинхронного генератора 1 увеличивается. При возрастании напряжения несколько выше напряжения срабатывания реле 66 напряжения последнее срабатывает, замыкаются контакты 67, 68 этого реле, открываются тиристоры 76, 77, подключая балластное сопротивление 21 к выходным выводам 34, 35 блока асинхронного генератора 1. После подключения сопротивления

21 напряжение на выходных выводах 34, 35 снижается и оказывается в заданных допустимых пределах. В таком режиме с подклю- ченным сопротивлением 21 микроГЭС

может работать длительное время.

Подключение сети к блоку асинхронного генератора 1 осуществляется путем нажатия кнопки 26 Пуск, при этом срабатывает магнитный пускатель 22, замыкаются кон0 такты 23, 24, 25 магнитного пускателя, и после отпускания кнопки 26 Пуск магнитный пускатель 22 удерживается в сработанном состоянии током, протекающим через контакт 25 этого пускателя.

5 В момент нажатия кнопки 26 Пуск и замыкания контактов 23, 24 ток в электропотребителе 13 отсутствует (разомкнута электрическая цепь самого электропотребителя 13), напряжение на выходных выводах

0 34, 35 блока асинхронного генератора 1 велико, при этом велико напряжение результирующего сигнала, поступающего с последовательно соединенных обмоток трансформаторов 4 и 5 на входные выводы

5 19, 44 выпрямителя 6, соответственно велики напряжения на входных выводах 52, 53 блока 29. Эти напряжения превышают напряжения уставок срабатывания пороговых элементов 54, 55, которые срабатывают, по0 давая соответствующие сигналы на первые входы элементов И 57 и 58. В моменты формирования выходных импульсов генераторов 59 синхроимпульсов в этом режиме работы на выходе элемента И 57 формиру5 ются сигналы, поступающие на суммирующий (+1)-вход двоичного счетчика 30, содержимое которого увеличивается на 1 в момент формирования каждого синхроимпульса генератором 59. На выходе счетчика

0 30 формируются сигналы включения блока 31 ключей, в соответствии с которыми к линиям 12, 16 последовательно подключаются ступени 62-65 балластной нагрузки, при этом возрастает ток нагрузки и снижается

5 напряжение генератора 1.

Подключение ступеней балластной нагрузки осуществляется до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах 34, 35 генератора 1 не войдет в заданные допусти0 мые пределы, при этом отпускает реле 66 и балластное сопротивление 21 отключается от выводов 34, 35 блока асинхронного генератора.

Если при подключенной балластной на5 грузке 62-65 появится ток потребления через электропотребитель 13 (замкнется цепь электропотребителя 13), возрастет ток через генератор и снизится напряжение на выходных выводах 34,35, при этом напряжения на входных выводах 52, 53 блока 29

станут ниже напряжений уставок срабатывания пороговых элементов 54,55. В результате при появлении синхроимпульсов на выходе генератора 59 на выходе элемента И 58 будут формироваться сигналы, поступающие на вычитающий (-1)-вход двоичного счетчика 30, содержимое которого будет уменьшаться на 1 в момент формирования каждого синхроимпульса генератора 59. На выходе счетчика 30 формируются сигналы выключения ключей блока 31 ключей, в соответствии с которыми от линий питания 12, 16 последовательно отключаются ступени балластной нагрузки 65-62, при этом снижается ток нагрузки и возрастает напряжение генератора.

Отключение ступеней балластной нагрузки осуществляется до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах 34, 35 генератора 1 не войдет в заданные допустимые пределы.

При значительном снижении напряжения на выходных клеммах 34, 35 генератора 1 вследствие, например, короткого замыкания в цепи электропотребителя 13 магнитный пускатель 22 возвращается в исходное состояние, размыкая контакты 23, 24, 25 и отключая блок асинхронного генератора 1 от сети.

Последующее подключение генератора к сети путем нажатия кнопки 26 Пуск возможно только после устранения короткого замыкания.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от изменения напряжения и частоты блока автономного асинхронного генератора, снабженного батареей конденсаторов возбуждения и приводом, содержащее измерительные трансформатор тока и трансформатор напряжения, однофазный двухполупериод- ный выпрямитель, первый и второй переменные резисторы и исполнительный блок, причем трансформатор тока снабжен выводами для включения его первичной цепи последовательно в первую линию питания электропотребителей от асинхронного генератора, первичная обмотка трансформатора напряжения снабжена выводами для включения ее между первой и второй линиями питания электропотребителей, первый переменный резистор включен между первым и вторым выводами вторичной обмотки трансформатора тока, первый вывод которой соединен с первым входным выводом однофазного двухполупе- риодного выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью обеспечения надежной работы автономного асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением в

микрогидроэлектростанциях с приводом от нерегулируемой гидротурбины и однофазным подключением электропотребителей к генератору, в устройство введены блок защиты от переходных перенапряжений, балластное аварийное сопротивление, магнитный пускатель с двумя замыкающими силовыми контактами и замыкающим блок-контактом, кнопка Пуск с замыкаю0 щим контактом, кнопка Стоп с размыкающим контактом, третий переменный резистор, блок контроля функции тока и напряжения, реверсивный двоичный счетчик и блок ключей, причем блок защиты от пере5 ходных перенапряжений снабжен управляющими входными выводами для включения его между выходными выводами блока асинхронного генератора, а выходными выводами подключен к балластному аварийно0 му сопротивлению, управляющая цепочка, состоящая из последовательно соединенных катушки магнитного пускателя, размыкающего контакта кнопки Стоп и замыкающего контакта кнопки Пуск, шун5 тированного замыкающим блок-контактом магнитного пускателя, снабжена выводами для включения этой цепочки между выходными выводами блока асинхронного генератора параллельно управляющему входу

0 блока защиты от переходных перенапряжений, первый и второй замыкающие силовые контакты магнитного пускателя снабжены выводами для включения каждого силового контакта последовательно -соответственно

5 в первую и вторую линии питания электропотребителей между выходными выводами блока асинхронного генератора и зоной присоединения к этим линиям первичных цепей измерительных трансформаторов то0 ка и напряжения, второй входной вывод однофазногодвухполупериодноговыпрямителя соединен с первым выводом вторичной обмотки трансформатора напряжения, второй вывод которой соединен с

5 вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, между выходными выводами однофазного двухполупериодного выпрямителя параллельно включены сглаживающий конденсатор, а также второй и

0 третий переменные резисторы, включенные каждый по схеме делителя выходного напряжения выпрямителя, средние выводы которых подключены к первому и второму управляющим входам блока контроля функ5 ции тока и напряжения, при этом блок контроля функции тока и напряжения выполнен на первом и втором пороговых элементах, входы которых служат соответственно первым и вторым управляющими входами этого блока, инверторе, двух логических элементах И и генераторе синхроимпульсов, причем выход первого порогового элемента через инвертор подключен к первому входу первого элемента И, выход второго порогового элемента подключен к первому входу второго элемента И непосредственно, а вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу генератора синхроимпульсов, снабженного управляющими входными выводами для подключения генератора синхроимпульсов к первой и второй линиям питания электропотребителей в зоне присоединения к этим линиям первичных цепей измерительных трансформаторов тока и напряжения, при этом выход первого элемента И, служащий первым выходом блока контроля функции тока и напряжения, подключен к суммирующему (+1)-входу реверсивного двоичного счетчика, выход второго элемента И, служащий вторым выходом этого блока контроля, подключен к вычитающему (-1)-входу реверсивного двоичного счетчика, выходы разрядов которого подключены каждый к управляющему входу соответствующего ключа блока ключей, а исполнительный блок выполнен в виде набора ступеней балластной нагрузки по числу ключей, при этом каждая ступень балластной нагрузки снабжена выводами для подключения ее через соответствующий ключ блока ключей к первой и второй линиям питания параллельно электропотребителям.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок защиты от переходных перенапряжений выполнен на реле напряжения с двумя замыкающими контактами,

трех резисторах, четырех диодах и двух тиристорах, причем между первым и вторым управляющими входными выводами этого блока включены последовательно соединенные первый резистор и катушка реле

напряжения, средняя точка которых через последовательно соединенные первый замыкающий контакт реле напряжения и второй резистор соединена с вторым управляющим входным выводом этого блока, соединенным с анодом первого диода, катод которого соединен с первым выводом второго замыкающего контакта реле напряжения и с катодом второго диода, анод которого соединен с первым управляющим

входным выводом этого блока, соединенным с анодом первого и катодом второго тиристоров, другие силовые электроды которых объединены и служат первым выходным выводом блока защиты от переходных

перенапряжений, вторым выходным выводом которого является анод первого диода, при этом второй вывод второго замыкающего контакта реле напряжения соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого через анод-катод третьего диода соединен с управляющим электродом первого тиристора, а через анод-катод четвертого диода - с управляющим электродом второго тиристора.

35 34

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в микрогидроэлектростанциях. Цель изобретения - обеспечение надежной работы авто- номного асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением в микрогидроэлектростанциях с приводом от нерегулируемой гидротурбины и однофазным подключением электропотребителей к генератору. Генератор при подаче воды на тур - бину начинает вращаться, самовозбуждаясь от конденсаторной батареи. Напряжение генератора возрастает, срабатывает реле напряжения, замыкая контакты. Открываются тиристоры, подключая балластное сопротивление к генератору. Напряжение генератора снижается до заданных допустимых пределов. При нажатии кнопки Пуск срабатывает пускатель, замыкая контакты. После отпускания кнопки Пуск пускатель удерживается в сработанном положении током через контакт. При отсутствии тока в потребителе напряжение генератора выше допустимых пределов, срабатывают пороговые элементы, подавая сигналы на первые входы элементов И. В моменты формирования синхроимпульсов генератором на выходе элемента И формируются сигналы, поступающие на (+1) - вход счетчика, на выходе которого формируются сигналы включения ключей блока ключей, через которые к линиям питания потребителя подключаются ступени балластной нагрузки, при этом возрастает ток и снижается напряжение генератора. При появлении тока через потребитель возрастает ток и снижается напряжение генератора, на выходе элемента И формируются сигналы, поступающие на (-1)-вход счетчика, на выходе которого формируются сигналы выключения ключей блока, при этом от линий питания отключаются ступени балластной нагрузки, снижается ток и возрастает напряжение генератора. Подключение или от- ключение балластной нагрузки осуществляется, пока напряжение генератора не войдет в заданные допустимые пределы. 1 з.п,ф-лы, 2 ил. Ј XJ CJ О х| О 00

Фиг. 2