УСТРОЙСТВО ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Советский патент 2006 года по МПК H02J9/06 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и предназначено для увеличения надежности систем гарантированного электропитания ответственных потребителей, в которых применяются обратимые электрические машины.

Широкое применение на объектах с ответственными потребителями, не допускающими перерыва в электропитании, находят системы, содержащие шины гарантированного питания, к которым подключены ввод внешней сети через быстродействующий выключатель, потребители гарантированного питания и обратимая синхронная машина, на одном валу которой находится маховик, связанный через разобщительную муфту с дизелем.

Такие системы описаны в технической литературе, в частности в книге В.А.Андрейнова и Н.А.Емельянова "Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации". Машиностроение, - М.: 1970 г., стр.287-289, рис.83.

Основная особенность функционирования таких систем гарантированного питания заключается в следующем.

При наличии на вводе электрической энергии требуемого качества синхронная машина работает в двигательном режиме, вращая маховик, потребители гарантированного питания получают энергию от внешней сети, а дизель находится в готовности к пуску.

Контроль качества электрической энергии осуществляется непрерывно устройствами контроля отклонения частоты, напряжения и направления мощности, подключенными к вводу внешней сети.

В случае отклонения за допустимые пределы частоты или напряжения формируется команда на отключение ввода внешней сети и запуск дизеля, ввод отключается, синхронная машина переходит в генераторный режим, потребляя кинетическую энергию, накопленную маховиком. Происходит выбег (снижение частоты вращения) маховика до момента включения разобщительной муфты и приема нагрузки дизелем.

В этом переходном режиме главными показателями, определяющими техническое совершенство системы гарантированного питания, являются время от момента нарушения режима работы системы до отключения ввода внешней сети и время от этого нарушения до запуска и приема нагрузки дизелем.

Оба отрезка времени должны быть минимальны по двум причинам. Во-первых, длительность отклонений параметров электроэнергии на шинах ответственных потребителей объектов жестко регламентируется, во-вторых, запас кинетической энергии маховика очень ограничен и каждая секунда задержки отключения ввода или пуска дизеля при мощности 500 кВт - это дополнительная тонна веса маховика.

Особенно сложным режимом для таких систем гарантированного питания является режим реверса (изменения направления) потока энергии, вызванный отключением головной подстанции во внешней энергосистеме или внезапным снижением частоты. В этом случае синхронная машина переходит в генераторный режим, поставляя энергию не только потребителям гарантированного питания, но и всей энергосистеме. Перегрузка может достигать 2-4-кратной. При этом энергия маховика быстро гасится и дизель не успевает принять нагрузку.

Параметр времени выявления такого нарушения и формирования команды на отключение ввода является определяющим для надежности функционирования всей системы гарантированного питания.

Головное предприятие нашей страны по разработке систем гарантированного питания с дизель-инерционными агрегатами выполнило ряд работ по совершенствованию схемных решений, обеспечивших сокращение времени выявления нарушений режимов работы и запуска дизеля.

В качестве прототипа и базового объекта изобретения может быть принята система гарантированного питания (по авторскому свидетельству №486420 от 09.06.75.) Эта система включает в себя шины гарантированного питания, подключенные через быстродействующий выключатель ввода внешней сети к понижающему трансформатору ввода, дизель-инерционный агрегат, обратимая синхронная машина которого подключена к шинам гарантированного питания, а также реле отклонения частоты, реле контроля отклонения напряжения и реле контроля направления мощности, подключенные по входу через трансформаторы тока и напряжения к входному фидеру, а по выходу к реле пуска дизеля и катушке отключения автомата ввода.

Несмотря на применение самых современных реле контроля, эта система имеет неудовлетворительное время выявления нарушений режима, формирования команды на отключение автомата ввода и пуск дизеля. Этот основной недостаток обусловлен тем, что все устройства контроля параметров электроэнергии переменного тока работают на принципе измерения амплитуд и выделения и суммирования векторов тока и напряжения. В каждом из таких устройств в явном или неявном виде имеются интегрирующие элементы и поэтому время срабатывания их измеряется десятыми долями секунды (см. книгу Л.Б.Паперно "Проектирование устройств релейной защиты на бесконтактных элементах. - М.: Высшая школа, 1979 г.).

Второй недостаток базового объекта заключается в значительной сложности и стоимости схемы контроля отклонения параметров электроэнергии и изменения режима работы системы. Для питания реле контроля на вводном фидере устанавливается целая панель с трансформаторами тока и напряжения и реле контроля, имеющими при мощности 500 кВт значительную стоимость и невысокую надежность.

На чертеже представлена блок-схема заявляемой системы гарантированного питания, которая содержит шины гарантированного питания 1, подключенные к трансформатору 2 ввода внешней сети через выключатель 3 с катушкой отключения 14, дизель-инерционный агрегат гарантированного питания 8 с разобщительной муфтой 7 и маховиком 5, обратимая синхронная машина 4 которого с системой возбуждения 9 подключена к шинам гарантированного питания через генераторный автомат 6, реле пуска дизеля 13, источник оперативного питания, к минусу которого подключены одни выводы катушки отключения выключателя и реле пуска дизеля.

С целью повышения надежности электропитания ответственных потребителей, снижения стоимости и уменьшения массо-габаритных показателей в систему гарантированного питания введены трансформаторно-резонансный контур 15, согласующий диод 17 и выходной управляемый усилительный элемент 10, при этом трансформаторно-резонансный контур по входу подключен через согласующий диод 17 к ротору синхронной машины 4, а вторичная обмотка указанного контура через потенциометр 18 связана с управляющим входом управляемого усилительного элемента, один полюс которого подключен к плюсу источника оперативного питания, а второй связан с другими выводами катушки выключателя 14 и реле пуска дизеля 13.

Система гарантированного питания работает следующим образом. В нормальном режиме работы потребители, требующие гарантированного питания, получают электроэнергию от внешней энергосистемы через трансформатор 2 и выключатель 3, а синхронная машина 4 работает в двигательном режиме и вращает маховик 5. Муфта 7 разобщена, дизель 8 находится в состоянии готовности к запуску. Тиристор 10 закрыт, контакты 12 разомкнуты, катушка 14 и реле 13 обесточены. Через первичную обмотку трансформатора 15 и конденсатор 16 ток не протекает, так как диод 17 заперт обратным напряжением, приложенным к ротору синхронной машины от системы регулирования возбуждения 9.

Контроль режима работы системы осуществляется не по отклонению параметров внешней сети, а по процессам, происходящим в обмотке ротора синхронной машины. Любые нарушения режима работы системы (короткие замыкания, провалы частоты и напряжения, отключение головного трансформатора во внешней энергосистеме) сопровождаются изменением амплитуды и положения результирующего вектора поля статора синхронной машины по отношению к ротору машины, а это соответственно приводит к появлению высокочастотной составляющей в обмотке ротора синхронной машины, которая может быть выявлена быстродействующими бесконтактными устройствами.

В схеме изображенной на чертеже, при нарушениях режима работы внешней сети в момент перехода синхронной машины в режим генераторов роторе 4 появляется высокочастотная составляющая, открывающая диод 17. Емкость 16 заряжается и разряжается на первичную обмотку трансформатора 15. Во вторичной обмотке этого трансформатора появляются импульсы напряжения, открывающие тиристор 10. В результате открытия тиристора 10 получат питание катушка 14 и реле 13. Соответственно, отключится выключатель 3 и включится реле пуска дизеля 13. После отключения выключателя 3 замкнутся его блок-контакты 12 и зашунтируют тиристор 10.

Использование в заявляемой системе синхронной машины дизель-инерционного агрегата для косвенного контроля за состоянием внешней сети позволяет значительно упростить всю структуру системы гарантированного питания. Отпадает необходимость иметь на входном фидере панель с трансформаторами тока и напряжения и реле контроля параметров и режима работы внешней сети. Уменьшается в 5-6 раз время выявления нарушений режима и формирования команды на отключение фидера и пуск дизеля, что позволит в перспективе снизить в 1,5-2 раза вес маховика или при том же маховике увеличить на 25-30% мощность системы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам гарантированного электропитания. Технический результат - повышение надежности электропитания ответственных потребителей и улучшение массо-габаритных показателей. Сущность изобретения состоит в том, что устройство гарантированного электропитания, содержащее шины гарантированного питания, подключенные к трансформатору ввода сети через выключатель с катушкой отключения, дизель-инерционный агрегат гарантированного электропитания, обратимая синхронная машина которого подключена к шинам гарантированного питания через генераторный автомат, реле пуска дизеля, согласно данному изобретению дополнительно снабжено трансформаторно-резонансным контуром, согласующим диодом и выходным управляемым усилительным элементом, при этом вход трансформаторно-резонансного контура подключен через согласующий диод к ротору синхронной машины, а вторичная обмотка указанного контура через потенциометр подключена к управляющему входу управляемого усилительного элемента, один полюс которого подключен к плюсу источника оперативного питания, а второй связан с другими выводами катушки выключателя и реле пуска дизеля. 1 ил.

Устройство гарантированного электропитания, содержащее шины гарантированного питания, подключенные к трансформатору ввода сети через выключатель с катушкой отключения, дизель-инерционный агрегат гарантированного электропитания, обратимая синхронная машина которого подключена к шинам гарантированного питания через генераторный автомат, реле пуска дизеля, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности электропитания ответственных потребителей и уменьшения массо-габаритных показателей, оно дополнительно снабжено трансформаторно-резонансным контуром, согласующим диодом и выходным управляемым усилительным элементом, при этом вход трансформаторно-резонансного контура подключен через согласующий диод к ротору синхронной машины, а вторичная обмотка указанного контура через потенциометр подключена к управляющему входу управляемого усилительного элемента, один полюс которого подключен к плюсу источника оперативного питания, а второй связан с другими выводами катушки выключателя и реле пуска дизеля.