Устройство для защиты от возбуждения подстанций с делителями напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02H9/04 

1 . - . Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты подстанций с делителями напряжения (ПДН) от возбуждения на промышленной частоте. Этот режим возникает при коммутациях в сети ПДН и характеризуется скачкообразным повышением напряжения на всем высоковольтном и низковольтном оборудовании, опасном ак для оборудования, так и для потр бителей, питающихся от этих электроустановок. Известно устройство, в котором дл подавления самовозбуждения в схеме подстанции используют балластные сопротивления , подключенные постоянно к низковольтным шинам подстанции l Основной недостаток этого устройства - постоянные потери электроэнер гии в балластных сопротивлениях. Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты ПДН от возбуждения, автоматически включающее на короткое время балластную нагрузку, подавляющую возбуждение ПДН, содержащее блок питания, пусковой орган, схему управления и трехступенчатый балластный резистор, коммутируемый тремя,симисторами. В этом устройстве включившаяся балластная нагрузка во избежание повторного возбуждения ПДН снижается и отключается тремя ступенями С ЗОднако, как показал опыт эксплуатации некоторых ПДН, ступенчатая коммутация балластной нагрузки приводит к значительным перенапряжениям. Помимо этого возникают трудности по подбору и согласованию величины сопротивлений отдельных ступеней, которые не всегда удается преодолеть без в1 лючения постоянной балластной нагрузки ,что приводит к значительному непроизводительному расходу электроэнергии и снижению располагаемой мощности ПДН. Целью изобретения является уменьшение перенапряжений и потерь электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем что устройство для защиты от возбуждения подстанции с делителями напряжения, содержащее датчик напряжения подстанции, выход которого соединен с входом пускового органа, и балластный резистор, подключенный к шинам подстанции через симистор, снабжено формирователем прямоугольных импульсов, широтно-импульсным модулятором и формирователем управляющих импульcoBj выход которого подключен к управляющему переходу симистора, а вхо соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, два входа которого подключены к выходам пускового орган и формирователя прямоугольных импульсов соответственно, причем вход последнего соединен с выходом датчика напряжения.

Широтно-импульсный модулятор содержит два логических элемента НЕ, логический элемент И-НЕ, транзистор, два конденсатора, резисторы и диоды, причем входы элементов НЕ подключены к первой входной клемме модулятора, выход первого элемента НЕ соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого через первый конденсатор подключен к второй входной клемме модулятора, а через коллекторно-эмиттерный переход транзистора с последовательно включенным первым резистором - к общей шине источника питания модулятора, выход второго элемента НЕ через песледовательно соединенные второй конденсатор и второй резистор соединен с базой , зистора, при этом между точкой соединения вторых конденсаторов и резистора и общей шиной включены параллельно соединенные третий резистор и диод, а между вторым входом элемента И-НЕ и общей шиной включен другой диод, выход же элемента И-НЕ подключен к выходной клемме модулятора.

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

Устройство содержит датчик 1 напряжения, выход которого соединен с входом пускового органа 2 и входом формирователя 3 прямоугольных импульсов. Выходы пускового органа 2 и формирователя 3 прямоугольных импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами широтно-импульсного модулятора А, выход которого соедииен с формирователем 5 управляющих импульсов, а выход последнего соединен с управляющим электродом симистора 6, в цепь анода которого включе балластный резистор 7.

Широтно-импульсный модулятор содержит первый и второй логические элементы НЕ 8 и 9 логический элемент И-НЕ 10, транзистор 11, первый и второй конденсаторы 12 и 13, резисторы , диоды 17 и 18.

Формирователь 5 управляющих импульсов представляет собой дифференцирующую цепь с заданной постоянной времени и эмиттерный повторитель.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 напряжения дает на своем выходе напряжение пропорциональное напряжению на шинах ПДН.

Это напряжение подается на вход пускового органа 2 и на вход формирователя 3 прямоугольных импульсов. Оба эти блока представляют собой порговые устройства, первое из которых

имеет порог срабатывания 2 Ц

НОМ второе 0,25 и„омТаким образом, при нормальном режиме работы ПДН и номинальном напряжении пусковой орган не срабатывает, а формирователь прямоугольных импульсов непрерывно формирует положительные импульсы, передний фронт которых соответствует моменту превышения мгновенным значением выпрямленного напряжения порога срабатывания.

Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 3 поступают на вход широтно-импульсного модулятора k, который, изменяя скважность импульсов, обеспечивает временную задержку передних фронтов импульсов на время 0,5 до 8 мс. Время задержки пропорционально постоянной времени цепи, образованной конденсатором 12, резистором 14 и переходом коллектор-эмиттер транзистора 11. Сопротивление перехода коллекторэмиттер транзистора в свою очередь определяется током его базы, который зависит от напряжения на конденсаторе 13- При нормальном режиме работы ПДН конденсатор 13 заряжен высоким уровнем напряжения на выходе логического элемента НЕ 9. Ток базы при этом отсутствует и сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 11 велико. Конденсатор 12 при этом заряжен входным током логического элемента И-НЕ 10 и импульсы от формирователя прямоугольных импульсов на выход широтно-импульсного модулятора не проходят . При возникновении режима возбужде ния ПДН, сопровождающегося появление перенапряжений , сраба .-ывает пусковой орган 2 и через элементы 8 и 10 широтно-импульсного модулятора подает сигнал высокого уровня на формирователь 5 управляющих импульсов. Послед ний формирует импульс на включение симистора. Включившийся симистор под ключает балластный резистор 7 к шина ПДН. Одновременно пусковой орган через элемент 9 быстро разряжает ,кон t денсатор 13. После подавления включившимся балластным резистором 7 реж ма возбуждения перенапряжения исчеза ют и пусковой орган 2 возвращается в исходное состояние. Однако отключени балластного тока в этом режиме недопустимо, так как .вызовет повторное возбуждение ПДН, При этом в действие вступает широтно-импульсный модулятор , позволяющий плавно снизить действующее значение балластного тока. После возврата пускового органа в исходное состояние на выходе элемента НЕ 9 появляется напряжение высокого уровня и начинается заряд кон денсатора 13 через резисторы 15 и 16 и цепь базы транзистора 11, Появивши ся базовый ток полностью открывает транзистор 11 и передние фронты импульсов от формироват.еля прямоугольных импульсов с минимальной задержкой (0,5 мс) проходят на вход формирователя 5 управляющих импульсов и на выходе его появляются короткие импульсы, фаза которых по отношению к фазе напряжения на шинах ПДН близка к нулю, что обеспечивает протекание через балластный резистор почти полного тока. По мере заряда конденсатора 13 ток базы транзистора 11 па дает, сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора растет, а следовательно, возрастает и постоянная времени цепи: конденсатор 12 р зистор 14 - транзистор 11, Широтноимпульсный модулятор изменяет длител ность проходящих через него импульсов, сдвигая их передний фронт. Задержка передних фронтов импульсов увеличивается и, соответственно, уве личивается угол включения симистора. Действующее значение тока через баллдстный резистор 7 плавно уменьшается. Предельное время з-адержки импульсов (порядка 8 мс) соответствует снижению балластного тока более, чем в 50 раз. Когда конденсатор 13 практически полностью зарядится, сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 11 возрастает настолько, что конденсатор 12 начнет заряжаться входным током элемента И-НЕ 10, Это приведет к тому, что прохождение импульсов через широтно-импульсный модулятор прекратится. Импульсы управления при этом также прекращают формироваться и Симистор 6 полностью отключает снизившийся балластный ток. Поскольку угол включения симистора 6 стал близок к ISO, действующее значение балластного тока уменьшилось на несколько порядков и отключение такого тока не приводит к повторному возникновению режима возбуждения. Изобретение позволяет существенно снизить перенапряжения, улучшить качество переходного процесса при действии защиты, повысить надежность работы подстанций с делителями напряжения как конденсаторного, так и антенного (тросового) типов, что дает возможность широко применять ПДН новый прогрессивный способ электроснабжения мелких потребителей, расположенных в зоне прохождения линий электропередачи в необжитых районах Советского Союза, Формула изобретения 1, Устройство для защиты от возбуждения подстанций с делителями напряжения, содержащее датчик напряжения подстанции, выход которого соединен с входом пускового органа, и балластный резистор, подключенный к шинам подстанции через симистор, отличающееся тем, что, с целью снижения перенапряжений и потерь электроэнергии, оно снабжено формирователем прямоугольных импульсов, широтно-импульсным модулятором и формирователем управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющему переходу симистора, а вход соединен с выходом широтноимпульсного модулятора, два входа которого подключены к выходам пускового органа и формирователя прямоугольных импульсов соответственно причем вход последнего соединен с выходом датчика напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что широтноимпульсный модулятор выполнен в виде логических элементов НЕ, логического элемента И-НЕ, tpaнзиcтopa, двух конденсаторов, резисторов и диодов, причем входы элементов НЕ подключены к первой входной клемме модулятора, выход первого элемента НЕ соединен с первым входом элемента. И-НЕ, второй вход которого через первый конденсатор подключен к второ входной клемме модулятора, а через коллекторно-эмиттерный переход тран зистора с последовательно включенным первым резистором - к общей шине источника питания модулятора, выход второго элемента НЕ через последовательно соединенные второй конденсатор и второй резистор соединен с базой транзистора, при этом между точкой соединения вторых конденсатора и резистора и общей шиной включены параллельно соединенные третий резистор и диод, а между вторым входом элемента И-НЕ и общей шиной включен другой диод, выход же элемента ИTfE подключенк выходной клемме модулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Булашевич Д.Н. Юренков В. Д. Емкостный отбор мощности от линий электропередачи. ГЭИ, 1959. 2.Авторское свидетельство СССР If 20035, кл. Н 02 Н l/Qi, jH 02 Н 7/00, 1972 (прототип).

dxadfl

bwdl