Устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети Советский патент 1992 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования напряжения в тяговой сети, используемым на электрифицированном железнодорожном транспорте.

Известны устройства для регулирования напряжения подстанции, содержащие трансформатор и два управляемых реактора.

Наиболее близким к предлагаемому по выполняемой функции является трансформаторный агрегат с автоматическим регулированием напряжения под нагрузкой. Это устройство содержит трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемых реактора, первый из которых соединен последовательно с крайним выводом секционированной обмотки трансформатора, а второй последовательно с промежуточным выводом, при этом другие выводы реакторов образуют общую точку. В цепь управления первого реактора включены датчик коэффициента угла сдвига и элемент сравнения, а в цепь управления второго реактора включены датчик напряжения и второй элемент сравнения. С помощью изменения сопротивления второго реактора осуществляется регулирование напряжения на выходе трансформаторного агрегата, а изменением сопротивления первого реактора достигается наибольшее значение коэффициента угла сдвига во всем диапазоне выходного напряжения.

При использовании трансформаторных агрегатов с регулированием напряжения на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог при пропуске тяжеловесных и скоростных поездов вследствие увеличения нагрузки возможна перегрузка и выход из строя оборудования подстанции.

Целью изобретения является исключение перегрузки оборудования подстанции и тем самым повышение надежности электроснабжения при пропуске тяжеловесных и скоростных поездов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования напряжения подстанции, содержащее трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемых реактора, задающее устройство, два блока сравнения с датчиками напряжения и угла сдвига, дополняется датчиком нагрузки по току, блоком ограничения напряжения и блоком формирования управляющего сигнал, которые включаются в цепьуправления второго реактора.

При достижении нагрузки трансформаторного агрегата предельного значения сигнал от датчика тока через блок сравнения и блок ограничения напряжения поступает в

цепь управления второго реактора, что приводит к понижению напряжения подстанции и соответственно уменьшению нагрузки, при этом нагрузка перераспределяется на смежные тяговые подстанции, где поддерживается более высокое напряжение за счет системы автоматического регулирования.

На фиг. 1 представлена структурная схе0 ма; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства для автоматического регулирования напряжения в контактной сети. Устройство состоит из трансформатора

5 1 с секционированной обмоткой, двух управляемых реакторов 2 и 3, первый из которых подключен к крайнему выводу обмотки трансформатора, второй - к ответвлению обмотки трансформатора, при этом другие

0 выводы обоих реакторов образуют общую точку. В цепь управления реактора 2 включены датчик угла сдвига фаз 4 и элемент сравнения 5, второй вход которого подключен к задающему устройству 6. В цепь уп5 равления реактора 3 включены элемент сравнения 7, входы которого соединены с датчиком напряжения 8 и задающим устройством 6. Выход элемента сравнения 7 соединен с первым входом блока ограничения

0 напряжения 9. второй вход которого соединен с датчиком перегрузки по току 10. Сигнал с выхода блока ограничения напряжения поступает на блок формирователя управляющего сигнала 11, который из5 меняет ток управления реактора 3.

Работа трансформаторного агрегата с автоматическим регулированием напряжения осуществляется следующим образом. На элемент сравнения 7 поступает от

0 датчика напряжения 8 сигнал основной регулируемой величины (напряжение на выходе преобразовательного агрегата), сравнивается с задающей переменной, поступающей с задающего устройства 6, от5 клонение сигнала от задающей переменной с элемента сравнения 7 поступает в цепь управления реактора 3, вызывая изменение его реактивного сопротивления, что в свою очередь вызывает перераспределение пер0 ви -чого тока трансформатора 1 по ответвлениям его обмотки, изменение магнитного потока магнитопровода трансформатора 1 и, соответственно, вторичного напряжения таким образом, чтобы отклонение в процес5 се регулирования стремилось к нулю

Таким образом, автоматическое регулирование напряжения на уровне, определяемом заданным значением, осуществляется изменением тока управления реактора 3. При токе холостого хода трансформатора 1

ток управления реактора 3 равен минимальному значению и возрастает при увеличении тока нагрузки трансформатора 1.

Датчик коэффициента угла сдвига 4 и элемент сравнения 5 обеспечивает изменение тока управления реактора 2 в зависимости от заданного уровня основной регулируемой переменной с получением наибольших значений коэффициента угла сдвига.

При увеличении тока нагрузки преобразовательного агрегата выше заданного значения 1Пр сигналом от датчика перегрузки 10 через блок ограничения напряжения 9 происходит изменение тока управления реактора 3 таким образом, что напряжение на выходе преобразовательного агрегата уменьшается до тех пор, пока ток нагрузки не станет меньше Inp. Следовательно, нагрузка преобразовательного агрегата тяговой подстанции не будет превышать заданного значения, а ток нагрузки от потребителя будет распределяться на смежные тяговые подстанции за счет того, что на них поддерживаться будет более высокое напряжение системой автоматической стабилизации напряжения.

Функциональная схема устройства, представленная на фиг. 2, включает в себя блок сравнения 7, состоящий из генератора опорной частоты 13, счетного триггера 14, двух элементов И 15 и 16, двоичного счетчика 17 и схемы сравнения 19. При этом первым входом элемента сравнения 7 является вход счетного триггера 14, который подключен к выходу частотного датчика напряжения. Прямой выход счетного триггера 14 соединен с входом элемента И 15, на второй вход которого подается сигнал от генератора опорной частоты, а выход элемента И 15 соединен со счетным входом счетчика 17. Вход R счетчика соединен с выходом элемента И 16, первый вход которого соединен с инверсным выходов триггера 14, а второй инверсный вход соединен с выходом датчика напряжения. Выход счетчика 17 соединен с первым информационным входом схемы сравнения 19, второй информационный вход которой является вторым входом блока сравнения 7. Выходы схемы сравнения 19 на понижение или повышение напряжения являются выходом блока сравнения 7.

Датчик перегрузки потоку 12 представляет собой реле с магнитоуправляемыми контактами, которое размещается в магнитном полетоковедущей шины питающего фидера контактной сети.

Блок ограничения напряжения 9 состоящий из двух схем И 20 и 22, схемы ИЛИ 21, генератора опорной частоты 13, реверсивного счетчика 23. Первый вход блока ограничения мощности формируется входами схемы И 20 и схемы ИЛИ 21, которые связаны с выходами на повышение и понижение

напряжения схемы сравнения 19. Инвертирующий вход схемы ИЛИ 21 и третий вход схемы И 20 формируют второй вход блока ограничения напряжения, который подключен к выходу датчика перегрузки по току 12.

0 Выходом блока ограничения напряжения является выход реверсивного счетчика 23.

Блок Фоомиоования управляющего сигнала 11 содержит блок синхронизации 24, двоичный счетчик 25, схему сравнения

5 26, генератор опорной частоты 13 и тири- сторный мост 27. При этом входом блока формирования управляющего сигнала является второй информационный вход схемы сравнения 26, первый информационный

0 вход которого соединен с выходом двоичного счетчика 25, счетный вход которого соединен с генератором опорной частоты а вход - с выходом блока синхронизации 24 Выходом блока формирования управляю5 щего сигнала является выход тиристорного моста, цепи управления которого соединены с выходом схемы сравнения 26.

Временные диаграммы работы устройства представлены на фиг. 3. Датчик напря0 жения (ДН) преобразует измеряемое напряжение в электрические импульсы с частотой, пропорциональной измеряемому напряжению. Импульсы сдатчика напряжения поступают на вход счетного триггера 14

5 который делит частоту следования импульсов пополам таким образом, длительность импульса на выходе триггера 14 будет соответствовать длительности периода импульсов датчика напряжения. Во время

0 возбужденного состояния триггера 14 открывается схема И 15 для импульсов F10n генератора опорной частоты 13 Двоичный счетчик 17 отсчитывают импульсы с частотой F10n за время возбужденного состояния

5 триггера 14, которые поступают на счетный вход с выхода схемы И 15. Таким образом, число импульсов поступивших на вход и двоичное число на выходе счетчика 17 будут соответствовать длительности периода им0 пульсов датчика напряжения. Схема И 16 производит сброс счетчика 17 в нулевое положение перед началом каждого измерения. Временные диаграммы работы триггера 14 и схем И 15,16 представлены на

5 фиг. За.

Двоичное число, полученное на выходе счетчика 17, которое соответствует измеренному напряжению (Ud), сравнивается схемой сравнения 19 с двоичным числом, соответствующим заданному напряжению

(Уз). Заданное напряжение определяется переключателем 18. В зависимости от величины измеренного напряжения на выходах схемы сравнения 19 формируется сигнал Повысить напряжение (U t ) или Понизить напряжение (1Ц).

При поступлении со схемы сравнения 19 сигнала U открывается схема И 20 для импульсов Р20п генератора опорной частоты 13. Реверсивный счетчик 23 переключа- ется на вычитание и с приходом каждого импульса F20n его состояние будет уменьшаться на единицу, что вызовет повышение напряжения на выходе преобразовательного агрегата. Значение кода на выходе счет- чика будет уменьшаться до тех пор, пока присутствует сигнал Uf , т. е. значение напряжения на выходе преобразовательного агрегата меньше заданного. Сигнал 1)|проходит через элемент ИЛИ 21 и открывает схему 1/1 22 для импульсов Р2Сл. при этом сигнал U t снимается, и импульсы Р2д11 начинают поступать на вход +1 счетчика 23. Таким образом, в зависимости от изменения напряжения на выходе счетчика 23 ус- танавливается двоичныйкод,

соответствующий заданному значению напряжения на выходе преобразовательного агрегата.

Датчик перегрузки по току представля- ет собой реле с магнитоуправляемыми кон- тактами, которое помещается в электромагнитном поле токоведущей шины питающего фидера контактной сети. При достижении током фидера уровня уставки за счет увеличения магнитного поля контакт реле замыкается. При замыкании контакта датчика перегрузки сигнал подается на второй вход схемы ИЛИ 21, сигналом с выхода которой открывается схема И 22, при этом схема И 20 блокируется по третьему входу. Таким образом, реверсивный счетчик 23 переключается на сложение, что вызовет понижение напряжения на выходе преобразовательного агрегата до тех пор, пока ток нагрузки не снизится ниже предельного значения. Временные диаграммы работы блока ограничения напряжения представлены на фиг. 36.

Блок формирования управляющего сиг- нала изменяет напряжение на выходе тири- сторного моста 27 в соответствии с двоичным кодом на выходе реверсивного счетчика 23.

Блок синхронизации 24 вырабатывает короткий импульс в момент перехода напряжения сети (U) через ноль. Импульсами с выхода блока синхронизации 24 в начале каждого полупериода напряжения питающей сети счетчик 25 устанавливается в нулевое положение, а затем начинает отсчитывать импульсы с частотой РЗоп, поступающие с генератора опорной частоты на счетный вход. Частота РЗоп выбрана такой, чтобы за время полупериода напряжения питающей сети происходило полное заполнение счетчика 25. Когда код на выходе счетчика 25 станет равным коду на выходе счетчика 23, на выходе схемы сравнения 26 формируется сигнал, который поступает на управляющие выводы тиристоров выпрямительного моста. Таким образом, осуществляется фазовое управление напряжением на выходе тиристорного выпрямительного моста. Соответственно напряжение на выходе тиристорного моста и ток в обмотке управления реактора 3 будут определяться двоичным кодом на выходе счетчика 23, причем увеличение двоичного числа на выходе счетчика будет соответствовать уменьшению напряжения на выходе блока формирования управляющего сигнала. Временные диаграммы работы блока формирования управляющего сигнала представлены на фиг Зв.

Формула изобретения Устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети, содержащее трансформатор с промежуточным выводом в одной из обмоток, два управляемых реактора, первый из которых соединен последовательное крайним выводом секционированной обмотки трансформатора, а второй - последовательно с промежуточным выводом, два блока сравнения, первый из которых выходом связан с управляющим входом первого управляемого реактора, первые входы первого и второго блоков сравнения подключены к выходам датчика коэффициента угла сдвига и датчика напряжения соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения перегрузки преобразовательного агрегата, введены датчик токовой перегрузки, блок ограничения напряжения и блок формирования управляющего сигнала, при этом выход второго блока сравнения соединен с первым входом блока ограничения напряжения, второй вход кото- рог соединен с выходом датчика токовой перегрузки, вход которого включен в цепь нагрузки, выход блока ограничения напряжения соединен через блок формирования управляющего сигнала с управляющим входом второго управляемого реактора, кроме того, датчик напряжения выполнен в виде преобразователя величины напряжения в частоту, второй блок сравнения содержит счетный триггер, два элемента И, генератор опорной частоты, счетчик и схему сравнения, при этом вход счетного триггера формирует первый вход второго блока сравнения, прямой выход счетного триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выхо- дом генератора опорной частоты, а его выход соединен со счетным входом счетчика, R-вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с инверсным выходом счетчика триггера, а его второй вход выполнен инвертирующим и соединен с выходом датчика напряжения, выход счетчика соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой является вторым входом блока сравнения, а два ее выхода на повышение и понижение напряжения формируют выходные выводы второго блока сравнения, блок ограничения напряжения выполнен в виде двух схем И, схемы ИЛИ, генератора опорной частоты и реверсивного счетчика, при этом выход генератора опорной частоты соединен с первыми входами схем И, второй вход первой схемы И соединен с выходом на повышение напряжения схемы сравнения, третий вход первой схемы И и инвертирующий вход схемы ИЛ И формируют второй вход блока ограничения напряжения, другой вход схемы ИЛИ соединен с выходом на понижение напряжения схемы сравнения, а ее выход соединен со вторым входом второй схемы И, выход первой схемы И соединен с входом -1 реверсивного счетчика, а выход второй схемы И соединен с входом -Н реверсивного счетчика, блок формирования управляющего сигнала содержит блок синхронизации, двоичный счетчик, схему сравнения генератор опорной частоты и тиристорный мост, при этом выход блока синхронизации соединен с R-входом двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а его выход соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика, а ее выход - с входом цепи управления тиристорами тиристорного моста, выход которого является выходом блока формирования управляющего сигнала

Ям

ВыхЩ

№

выхЦЧ Зш(/6)

8ых№

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования напряжения в тяговой сети, используемым на электрифицированном железнодорожном транспорте. Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор 1 с секционированной обмоткой и двумя управляемыми реакторами 2, 3. В управляющие цепи управляемых реакторов 2, 3 включены датчик угла сдвига фаз 4, элемент сравнения 5, 7, задающее устройство 6, обеспечивающее изменение выходного напряжения трансформатора 1 в зависимости от нагрузки. При увеличении нагрузки на тяговую подстанцию выше предельного значения происходит понижение напряжения, и часть нагрузки перераспределяется на смежные тяговые подстанции. 3 ил (Л С VI 4 vj 4 0 фиг.1

ММ)

Р30л

Вых(13

8ых№