Устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов Советский патент 1980 года по МПК H02J3/42 

1

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения различных объектов для . обеспечения подключения синхронных генераторов на параллельную работу, в частности в автономных системах электроснабжения, где в качестве ис- . точников используются дизель-генераторы или газотурбогенераторы.

Известно устройство автоматической синхронизации с постоянным временем опережения, содержащее датчики напряжения, подключенные к генератору и общим шинам, к выходам которых .подключены входы элемента И, а выход элемента И включен последовательно с RC-фильтрами, связанными с выхода1т управляемых ключей, блок управления ключами, подключенный к общим шинам, причем к выходу управляемых ключей и RС-фильтра подключенный нуль-орган, к выходу которого подключен исполнительный элемент, связанный.с выключателем 1 ,

Однако это устройство не является окончательно разработанным,, в нем поставлена задача о возможности использования метода дискретного дифферен- ЗО

цирования для синхронизации и высказано предположение о возможности практического осуществления, но не CciMO осуществление.

Наиболее близким к описываемому устройству, является устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов содержащее датчик разности частот и датчики напря,.енйя для подключения к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, модулятор, вход которого подключен через фильтр опережения к выходу датчика разности часто, а выход - ко входам элемента времени и дискриминатора амплитуды, выход которого подключен ко входу исполнительного элемента, а выход элемента времени подключен ко входу модулятора, выход исполнительного элемента подключен к выключателю, при этом выходы датчиков напряжения подключены к элементу контроля разности напряжений, выход которого связан с дискриминатором амплитуды, образуя элемент И 2 .

К недостаткам относятся зависимо зть точности,от разности амплитуд напЛряжений синхронизируемых генератоa и системы, а также возможность аварийной ситуации в случае ыхода из строя некоторых элементов хемы, контролирующих основные параетры при синхронизации и мгибвёНноб {1счезновёнйя йа бдном из йстдчниов напряжения.

Цель устройства - повышение надежности путем неявного, посистемного

ублирования и расширения фун йональных возможностей путем обеспечения лучшего втягивания в синхронизм

за счет выдачи импульсов Прибавить S моменты выдачи команд разрешение на синхронизацию и на включение выключателя.

Эта цель достигается тем, что устройство для автоматической синхронизйции сиНхроиных генераторо в, содержащее датчик разности частот и дат:чик напряжения с зажимами для подключеКияк шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, элемент И, модулятор, Датчиквремени, исполнительный элемент выход которого подключен к выключателю, исполнительный элемент уравнителя частот и расширитель импульсов регулятора скорости, дополнительно снабжены триггером, формиррвателямн импульсов и датчиком контроля ошибки, а датчик времени входом подключен к исполнительному элементу уравнителя частот, а выходом к коммутирующему входу триггера, выходы которого подключены ко входам датчика времени, элемента И,-м6дулято1ра иисполнительного элемента уравни.теля частот, выход элемента И подключен к сбрасывающему входу триггера и сОёдинёй последовательно с .выходом датчика контроля ошибки, вход которого подключен к датчику разности час-тот, а; вьтход - к исполнительномуэлементу, второй выход которого подключе н ко второму входу модулятора, а выход модулятора подключен ко входу Прибавить расширителя импульсов регулятора скорости, при этом два других, входа элемента И подключены . к датчикам напряжения через формирователи импульсов, а ко входам ,Прибавить и Убавить упомянутого расШирителя подключены, соответственно, счётный и сбрасывающий входы второго ГЕЗ гтера, к счетному. выходукоторого подключен вход модулятора, связанный с выходом первого .триггера.

- На чертеже приведена блок-схема устройства для автомати ескрй сйнхро Нйзации синхронных генераторов,

,К двум входам элементов 1 И., через формирователи 2 и 3 импульсов, подключены датчики 4 и 5 напряжения генератора и общих шин,/ к третьему входу элемента 1 И подключен комтлутирующий выкад триггера 6, три дрУгих коммутирующих выхода которого подклю.чены к датчя,у 7 Времени, модулятору

8 и исполнительному элементу 9 уравнителя частот. Вход датчика 7 времени подключён к объединенному выходу исполнительных элементов 9 уравнитея частот, а выход датчика 7 времени одключе Н к коммутирующему входу триггера б,

Выход элемента 1 И подключен к сбрасывающему входу триггера 6 и соединен последовательно с выходом датчика 10 контроля ошибки, выход которого подключен ко входу исполнительного элемента,11, Вход датчика Ю контроля ошибки подключен к датчику 12 разности частот. Выходы исполнительного э51емента 11 подключены ко входам выключателя 13 и модулятора 8, Выход модулятора 8 подключен ко входу Прибавить расширителя 14 импульсов регулятора скорости. Датчик 12 биения напряжений и датчики 4 и 5 подключены к шинам генератора 15 и общим шинам 16, Ко входам Прибавить и Убавить упомянутого расширителя 14 подключены, соответственно, счетный и-сбрасывающий входы триггера 17, к счетному выходу которого подключен вход модулятора 8, связанный с выходом триггера 6, синхронизируемого генератора 15 к общим шинам 16 системы электроснабжения производится в момэлт совпадения импульсов напряжения. Импульсы напряжения получены путем преобразования полуволны синусоиды напряжения в формирователях 2 и 3 импульсов, Формирование импульса производится, из положительной полуводны синусоиды напряже.ния, а отрицательная полуволна срезается. Таким образом контроль осуществляется один раз за период. Длительность импульса 0,6-0,8 мсек, что дает возможность получить относительно высокую точность выбора угла опережения. При скольжениях находящихся в пределах +0,3-0-0,3 ГЦ,, ошибка не выходит за пределы , Датчик времени 7 осуществляет .контроль скольжения и настроен на выдачу разрешений при .

скольжениях меньших 0,3 гц. Управляется датчик 7 времени от исполнительного, элемента 9 уравнителя частот. .Уравнитель частот выдает импульсы один раз за период биения напряжений (скольжения) на согласование частот и Одновременно шунтирует вход датчика 7 времени (не зависимо от знака скольжения). Датчик 10 контроля ошибки осуществляет контроль скольжения и контрольсовпадения импульсов - элемента 1 И,

Модулятор 8 осуществляет преобразование постоянного сигнала в импульс -|И передачу его в расширитель 14 импулЬ|СОВ регулятора скорости. Для обеспечения лучших условий -втягивания генератора 15 в синхронизм, модулятор 8 вы.дает два импульса Приба|вить, ОДИНпосле срабатывания -датчика 7 времени, а другой - после включения исполнительного элемента 11 синхронизатора. Триггер б осуществляет запоминание и размножение сигнала от датчика 7 времени. Коммутирующие выходы три гера 6 осуществляют шунтирование вхо да датчика 7 времени, отключение опе ративного питания от уравнителя частот, управление третьим входом элемента 1 И и вьщачу сигнала модулятору 8. При появлении сигнала на сбра.сывающем входе триггера б с выхода элемента 1 И происходит сброс накопленной информации на коммутирующем выходе и датчик 7 времени начинает снова контроль длительности периода скольжения, если при этом не произошло включение исполнительного элемен та 11, и выдается оперативное питание уравнителю частот 9. В случае срабатывания исполнительного элемента 11, срабатывает выключатель 13, подкпючая генератор 15 к общим шинам 16 и одновременно отключая оперативное питание. Для обеспечения подключения генератора 15 к общим шинам 16 необходимо выдать оперативное питание всем блокам, участвующим в обеспечении син хронного подключения генератора. Если после получения оперативного питания пройдет время больше времени уставки датчика 7 времени, и при это не поступит импульс от уравнителя 9 частот, то срабатывает датчик 7 времени, сработает коммутирующий выход триггера 6, сработает модулятор 8 и ввздает импульсна рассогласование частот Прибавить в расширитель 14 импульсов регулятора скорости. Если при этом фазы напряжений генератора и шин совпадают, то элемент 1 И через выход датчика 10 контроля ошибки выдает команду исполнительному элементу 11 на включение выключателя 13 одновременно элемент 1 И выдает команду на сброс информации триггеру б через сбрасывающий вход. При срабатывании исполнительного элемента 11 выдается команда модулятору 8, который выдает второй импульс Прибавить в расширитель 14 импульсов. Снимается оперативное питание с уравнителя частот 9 и данного устройства синхро низации. На этом процесс сйнхрониэации заканчивается. Если после сбрасывания датчик 7 времени фазы напряжений не совпадает то включение произойдет через какоето время, обусловленное величиной скольжения, в момент совпадения импульсов на входах элемента 1 И от формирователей 2 и 3, что соответствует совпадению напряжений на фазе. Если после срабатывания датчика 7 времени произойдет резкое изменение. Скольжения, а его величина выйдет за допустимые пределы, то в момент совпадения импульсов напряжения элемент 1 И выдает команду на сброс информации триггеру 6, а сигнал на включение исполнительного; элемента 11 не пройдет, так как датчик 10 контроля ошибки выдает Запрет при недопустимых скольжениях. Далее уравнитель частот 9, уравнения частоты, доведет скольжение до допустимой величины, датчик 7 времени срабатывает и процесс контроля синхронизма повторится по аналогии. . Если скольжение генератора 15 положительно, триггер 17 выдает команду Запрет модулятору 8 и импульс Прибавить в расширитель 14 не пройдет. Если скольжение генератора 15 - отрицательно, триггер 17 выдает команду Сброс и проходит импульс Прибавить в расширитель 14. Триггер 17 принимает участие в работе только в случае если уравнитель частот осуществляет уравнивание частот Введение триггера 17 обусловлено необходимостью сокращения временк синхронизации за счет исключения возможности появления проце,сса перерегулирования в случае положительного скольжения у генератора. Если в системе электроснабжения вместо генераторов могут быть установлены силовые трансформаторы, то они могут включаться на параллельную работу друг с другом с помощью данного устройства. Включение будет происходить после срабатывания датчика 7 времени. В автономных системах электроснабжения, в которых в качестве источников используютсяiгазотурбинные установки, имеют место явления зависания - сверхнизкие скольжения, обусловленные высокой стабильностью регуляторов скорости вращения при этом процесс синхронизации затягивается; Для ускорения процесса синхронизации установлен модулятор 8, который после срабатывания датчика 7 времени выдает команду на рассогласование частот, т.е. на вывод из состояния зависания . Если после срабатывания датчика 7.времени, при сверхнизких скольжениях - зависаниях, фазы напряжений совпадают, то включение произойдет сразу после срабатывания датчика 7 времени, а если фазы напряжений не совпадают, то включение произойдет через какое-то время,, после которого фазы напряжений совпадут. В случае обрыва цепей, связывающих датчик -7 времени с исполнительным элементом 9 уравнителя частот, датчик 7 времени выдает ложный сигнал о допустимой величине скольжения и если при этом скольжение будет выходить за пределы допуска, то аварийной ситуации не будет, так как функции контроля скольжения возьмет на себя датчик 10 контроля ошибки. Датчик 10 не даст разрешение на исключение до тех пор пока скольжение не будет в пределах нормы, при этом включение произойдет по аналогий с вьлнеизложенными ситуациями. В случае пробоя выходного элемента датчика 7 времени, связанного со входом элемента 1 И, после включения оперативного питания, будет иметь место ложный сигнал о том,.что сколь жение в корме, при этом включение произойдет по аналогии, как при обры ве цепей уравнителя частот 9. Аварий ной ситуации не будет. Подобный ре-жим произойдет при пробое одной или всех ячеек элемента 1 И.. В случае пробоя выхода датчика 10 контроля ошибки, при исправном датчике 7 времени, включение произойдет по аналогии, как в случае нормального режима. Данное устрой.ство обеспечивает вы сокую точность определения момента включения генератора на параллельную работу и лучшие условия втягивания в синхронизм, при этом точность не зависит от разности и уравня амплиту синхронизируемы.х напряжений. При относительно простом схемном исполнении обеспечивается дублирование элементов, контролирующих основные пара метры, что повышает надежность устро ства синхронизации. С целью упрогдекия схемьз синхронизатора в качестве датчика разности частот используется датчик, установленный з уравнителе частот. Использование модулятора по другому. иазмачениН) расширило функцио нальные возможности: синхронизатора. ПодключиfJHe Датчика време1Ги k исполнительному элементу уравнителя частот дает возможность более рациональ ного использования элементов уже установленного оборудования. После сра батывания датчика времени снимается оперативное питание с. уравнителя час тот, причем это делается так же за счет более рационального использования выходных цепей триггера,без добавления элементов, Введение второго триггера обуслов лено необходимостью сокращения време ни синхронизации за счет исключения вбзможности появления процесса перерегулирования в cjiy4ae положительнЬго скольжения у генератора. В схеме синхронизатора нет ни одного подстро чного элемента, что значительно сокращает трудоемкость настройки после изготовления и ре,монтов, не требуется специальных стендов и приборов для настройки на нужные параметры. Если все элементы исправны и монтаж сделан правильно, то синхронизатор устанавливается непосредственно в изделие. Формула изобретения Устройство для автоматической синхронизации синхронных генераторов, содержащее датчик разности частот и датчики напряжения, подключенные к шинам синхронизируемого генератора и общим шинам системы электроснабжения, элемент И, модулятор, датчик времени, исполнительный элемент, выход которого подключен к выключаете-, лю, исполнительный элемент уравнителя частот и расширитель импульсов регулятора скорости, отличающееся тем, что,, с целью повышения надежности путем неявного посистемного дублирования и расширения функциональных возможностей путем повышения быстродействия втягивания в синхронизм генератора путем выдачи импульсов Прибавить в момент выдачи команды резрешение на синхронизацию и на включение выключателя, устройство снабжено триггерами, формирователями импульсов и датчиком контроля ошибки, а датчик времени входом подключен к исполнительному элементу уравнителя частот, а выходом - к коммутирующему входу первого триггера, выходы которого подключе-. нн ко входам датчика времени элемента И, модулятой и исполнительном элементу уравнителя частот, выход элемента И подключен к сбрасывающему входу первого триггера и соединен последовательно с выходом датчика контроля ошибки, вход которого подключен к датчику разности частот, а выход - к исполнительному элементу, второй выход которого подключен ко «второму входу модулятора, а выход модулятора подключен ко входу Прибавить расширителя импульсов регулятора скорости, при этом два других входа элемента И подключены к датчикам напряжения через формирователи импульсов, а по входам .Прибавить и Убавить упомянутого расширителя подключены, соответ.ственно, счетный и сбрасываю цийвходы второго триггера, к счетному выходу которого подключен вход модулятора, связанный с йыходом первого триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 156214, кл. Н 02 J 3/42, 196-1. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2139018/07, кл. Н 02 J 3/42, 1975. , .