Главная > Разное > Автоматика энергосистем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Синхронизатор с постоянным временем опережения типа УБАС

Автоматический синхронизатор типа УБАС (устройство бесконтактное автоматической синхронизации) состоит из шести основных узлов (рис. 6.3):

узла питания, обеспечивающего питание полупроводниковых элементов, входящих в состав синхронизатора, и одновременно вырабатывающего напряжение биений ;

Рис. 6.3. Структурная схема синхронизатора УБАС

узла опережения, вырабатывающего импульс на включение выключателя генератора с опережением по отношению к моменту совпадения по фазе векторов и ;

узла контроля разности частот генератора и сети, обеспечивающего прохождение сигнала узла опережения на включение выключателя;

узла контроля разности напряжений генератора и сети, разрешающего прохождение сигнала на включение выключателя при разности напряжений, не превышающей допустимую;

узла подгонки частоты, осуществляющего подгонку частоты включаемого генератора к частоте работающих генераторов путем воздействия на механизм управления турбины;

узла включения, вырабатывающего определенной длительности импульс на включение выключателя.

Узел опережения (рис. 6.4, а) состоит из промежуточного трансформатора TL4, выпрямительных элементов VS, фильтров , дифференцирующего элемента Е1, нуль-органа и реле изменения уставок времени опережения KL1-KL3.

На вход узла подается напряжение биений, образованное разностью напряжения генератора и напряжения сети . Для получения напряженин, равного разности двух напряжений, система этих двух напряжений должна иметь общую точку в схеме.

Рис. 6.4. Узел опережения синхронизатора УБАС: а — функциональная схема; б — схема дифференцирующего элемента Е1; в - временная диаграмма работы

Поэтому в схемах синхронизации объединяются между собой фазы В вторичных цепей трансформаторов напряжения генератора и сети.

Главным элементом узла опережения является нуль-орган ЕА1, сигнал на выходе которого возникает в момент, когда напряжения на двух его входах достигают одинакового значения (точки на рис. 6.4, в). Сигналом на выходе узла опережения является напряжение прямоугольной формы, существующее до конца периода скольжения.

Ток на первом входе нуль-органа определяется значением напряжения биений и сопротивления резисторов R1-R3:

где R — сопротивление резисторов R1,R2 или R3.

Ток на втором входе нуль-органа определяется напряжением на выходе Е1 (рис. 6.4, б). Дифференцирующий элемент предназначен для получения напряжения, пропорционального производной от напряжения биений. На вход подается напряжение биений .

Напряжение на выходе Е1 с некоторым приближением равно

Полярность включения Е1 такова, что ток обусловлен напряжением выхода , взятым с обратным знаком, т.е.

где — коэффициент пропорциональности; .

Время опережения, создаваемое нуль-органом - постоянная величина, не зависящая от скорости скольжения; на графике на рис. 6.4, в видно, что ?

Для настройки нуль-органа на время опережения, равное времени включения выключателя, используются резисторы R1-R3 (см. рис. 6.4, а), управляемые с помощью промежуточных реле KL1-KL3 и переключателя SA1. Резсторы R1-R3 обеспечивают время опережения в диапазоне от 0,15 до 1,0 с.

Узел контроля разности частот (рис. 6.5, а) состоит из промежуточного трансформатора выпрямительного элемента VS, фильтра , релейного элемента триггеров DSJ и элементов времени логического элемента DU (НЕ).

Рис. 6.5. Узел контроля разности частот синхронизатора УБАС: а - функциональная схема; б - временная диаграмма работы

На вход узла контроля разности частот, так же как и на вход узла опережения, подается напряжение биений поступающее после выпрямления на вход релейного логического элемента ЕА2. Сигнал на выходе элемента появляется при достижении напряжением напряжения срабатывания элемента Этот сигнал существует до тех пор, пока напряжение биений не станет меньше напряжения возврата Напряжения срабатывания и возврата можно регулировать с помощью резисторов R4 и R5. На диаграмме на рис. 6,5, б моменты срабатывания элемента ЕА2 обозначены точками моменты возврата — точками Длительность сигнала на выходе элемента ЕА2 пропорциональна периоду биений. Для контроля периода биений используются два полупроводниковых логических элемента времени , управляемых триггерами DS1 и DS2.

Триггер, представляющий собой полупроводниковое переключающее устройство, характеризуется двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия — наличием или отсутствием сигнала на его выходе. Переход триггера из одного состояния в другое осуществляется путем подачи сигнала на один из его входов. Переключение триггера происходит практически мгновенно. После снятия управляющего сигнала триггер сохраняет свое состояние. Таким образом, триггер запоминает входной сигнал, т.е. является элементом «памяти».

Узел контроля разности частот работает следующим образом. Если угловая скорость скольжения больше максимально допустимого значения , срабатывает релейный элемент ЕА2 (точка ), перебрасывающий триггер DS1 в состояние, обеспечивающее пуск элемента времени DT1. При данных значениях скольжения элемент времени DT1 не успеет сработать, поскольку раньше в точке происходит возврат элемента ЕА2 и триггера DS1 с помощью логического элемента DU. Напряжение на выходе узла контроля разности частот в рассматриваемом режиме равно нулю, что приводит к блокированию синхронизатора.

В диапазоне допустимой угловой скорости скольжения при период биений больше, чем в первом случае. За промежуток времени, ограниченный точками и , элемент времени DT1 успеет доработать. Сигнал на его выходе перебрасывает триггер DS1 в нулевое состояние, а триггер DS2 — в положение, при котором на его выходе появляется сигнал. Триггер DS2 является выходным элементом узла, напряжение на его выходе используется узлом включения. Длительность выходного сигнала определяется временем срабатывания второго элемента времени DT2. Длительность выходного сигнала может быть меньше вермени если после срабатывания узла контроля разности частот биения не прекращаются; выходной сигнал снимается по факту срабатывания релейного элемента ЕА2 в следующем цикле (точка на рис. 6.5, б). В области допустимых скольжений напряжение на выходе узла контроля разности частот и напряжение на выходе узла опережения имеют общую зону действия (заштрихованный прямоугольник), что обеспечивает при соблюдении остальных условий синхронизации появление сигнала на включение выключателя.

Узел контроля разности частот блокирует синхронизатор не только при скольжениях, больших допустимых, но и при малых скольжениях. Режимы малых скольжений характеризуются так называемым «зависанием» частоты генератора. Эти режимы неблагоприятны тем, что процесс совпадения векторов напряжения генератора и напряжения сети идет медленно, что затягивает включение генератора. Работа элементов узла в режимах малых скольжений иллюстрируется на времешюй диаграмме на рис. 6.5, б для Из диаграммы видно, что напряжение на выходе узла контроля разности частот и напряжение на выходе узла опережения не совпадают во времени, а это приводит к тому, что сигнал на включение выключателя в узле включения не возникает.

Максимально допустимая угловая скорость скольжения определяется допустимой угловой ошибкой в момент включения выключателя, обусловленной угловой погрешностью синхронизатора , погрешностью во времени опережения , а также разбросом времени включения выключателя . При совпадении знаков угловая погрешность определяется по следующему выражению:

Если считать, что угловая погрешность не должна превышать максимально допустимого значения угла в момент включения выключателя , то, используя выражение (6.10), получим

Значение определяется максимально тока в цепи генератора в момент включения выключателя и электромагнитного момента, действующего на вал агрегата.

Действующее значение периодической составляющей тока в начальный момент включения

где - угол между векторами ЭДС генератора и системы в момент включения выключателя; — сопротивление генератора и системы в схеме замещения на рис. 6.2.

Для допустимых значений выражение (6.12) имеет вид

Для относительно малых значении ом д можно принять, что . Тогда или

Для генераторов средней мощности, у которых , принимается При этом электромагнитный момент, действующий на вал агрегата, составляет менее половины его максимального значения при трехфазном КЗ на выводах генератора. Для генераторов большой мощности, у которых , принимается , что обеспечивает нормируемый коэффициент запаса по электромагнитному моменту, равный 2.

Рассчитанное по выражению (6.14) значение используется в выражении (6.11) для нахождения максимально допустимой угловой скорости скольжения. При использовании синхронизатора УБАС допустимая разность частот составляет 0,1-0,2 Гц.

Узел контроля разности напряжений (рис. 6.6, а) состоит из выпрямительного элемента фильтра , нуль-органа , триггеров DS3 и DS4, элемента времени . На вход узла контроля разности напряжений подается напряжение биений, действующее между средней точкой потенциометра R6-R7, включенного на напряжения и напряжением Используемое данным узлом напряжение биений сдвинуто на 180° относительно напряжения, снимаемого с фаз . График изменения напряжения биений на входе узла показан на рис. 6.6, б; векторные диаграммы, поясняющие характер изменения напряжения биений, приведены на рис. 6.7. Как следует из векторных диаграмм, напряжение биений, используемое узлом, при максимально, при 180° минимально. Контроль разности напряжений генератора и сети производится в области углов , т.е. раньше момента срабатывания узла опережения (момента оптимума): при напряжение биений равно нулю, при оно больше нуля.

Выпрямленное напряжение биений поступает на первый вход нуль-органа БАЗ, на второй его вход подается эталонное напряжение от узла питания Эталонное напряжение может регулироваться с помощью резистора R8. Оно принимается равным допустимой разности напряжений генератора и сети —

Узел контроля разности напряжений работает следующим образом. Если или если разность не превышает допустимого значения, возникают условия для срабатывания нуль-органа БАЗ. Сигнал на выходе нуль-органа БАЗ возникает в области узлов , когда напряжение биений и эталонное напряжение равны (точка а на рис. 6.6,

б). В точке b этот сигнал снимается. Триггер DS3 фиксирует срабатывание элемента на выходе напряжение — используется узлом включения. Длительность выходного сигнала ограничивается с помощью элемента времени DT3, управляемого триггером по сигналу узла опрежения. Время f 3, равное приблизительно 1,5 с, обеспечивает надежную работу узла включения в области узлов

Если разность напряжений генератора и сети превышает допустимое значение, напряжение биений во всей области углов больше эталонного напряжения вследствие чего нуль-орган не срабатывает, напряжение на выходе узла равно нулю и узел включения будет заблокирован.

Рис. 6.6. (см. скан) Узел контроля разности напряжений синхронизатора УБАС: а - функциональная схема; б - временная диаграмма работы

Для генераторов, оборудованных автоматическими регуляторами возбуждения сильного действия (АРВ-СД), включение допускается при разности напряжений генератора и сети порядка ±1%. Соблюдение этого условия позволяет избежать нежелательной форсировки или расфорсировки возбуждения от АРВ-СД в момен подключения генератора к сети.

Рис. 6.7. Векторные диаграммы, поясняющие временные характеристики узла контроля разности напряжений:

Поскольку синхронизатор УБАС не может обеспечить контроль разности напряжений с точностью 1%, используется специальный блок подгонки уставки напряжения генератора (ПУН), входящий в состав АРВ-СД. Блок ПУН осуществляет автоматическую подгонку напряжения генератора к напряжению сети с точностью ±1% путем изменения уставки АРВ генератора. Одновременно блок ПУН размыканием цепи фазы В блокирует работу блока контроля разности напряжений, так как последний имеет уставку по значению разности синхронизируемых напряжений порядка 10% и может включить генератор в сеть при указанной разности. При достижении разности напряжений генератора и сети 1% и ниже реле блока ПУН срабатывает, разрешая действие синхронизатора. При использовании блока ПУН накладка SX1, включенная параллельно контакту реле ПУН, должна быть отключена. Накладка SX1 включается при синхронизации генераторов, не оборудованных АРВ-СД.

Узел подгонки частоты (рис. 6.8, а) состоит из промежуточных трансформаторов TL6 и TL7, выпрямительных элементов VS и фильтров ZV, релейных элементов ЕА4 и ЕА5, усилителей Е4, Е5, элементов времени DT4, промежуточных реле KL6 и выходных реле KL9 и KL10.

(см. скан)

Рис. 6.8. Узел подгонки частоты синхронизатора УБАС: а - функциональная схема; б - временная диаграмма работы

Узел состоит из двух симметричных частей: первая часть,включающая элементы предназначена для увеличения частоты генератора; вторая часть, включающая элементы — для снижения частоты генератора. Элементы DT4 и DT5 являются общими для двух частей.

К трансформатору TL6 подается напряжение биений, образованное фазами к трансформатору TL7 — напряжение, образованное фазами UA с и Первое из указанных напряжений используется релейным элементом ЕА4, второе напряжение — релейным элементом ЕА5. Характер изменения напряжений биений во времени на входе элементов ЕА4 и ЕА5 таков, что при вектор напряжения на элементе ЕА5 отстает на 60° от вектора напряжения на элементе ЕА4. Указанное иллюстрируется векторными диаграммами на рис. 6.9. Если вектор напряжения на элементе ЕА5 опережает вектор напряжения на элементе ЕА4 также на 60°. Это свойство изменения напряжений биений используется для определения знака отклонения частоты генератора от частоты сети и для выработки соответствующего управляющего воздействия.

Релейные элементы ЕА4 и ЕА5 настраиваются на одинаковое напряжение срабатывания и одинаковое напряжение возврата. Настройка выполняется с помощью реостатов RR9-RR12. При этом в момент возврата одного элемента (точки на рис. 6.8, б) напряжение на другом должно быть меньше напряжения срабатывания (точки и ). Этим исключается возможность срабатывания в течение одного периода скольжения двух релейных элементов.

Узел подгонки частоты действует следующим образом. Если первым срабатывает релейный элемент ЕА4 (точка на рис. 6.8, б). С появлением напряжения на его выходе через усилитель Е2 срабатывает промежуточное реле которое своим размыкающим контактом снимает напряжение с элемента ЕА5, блокируя часть узла, действующую на снижение частоты. Блокировка действует до момента возврата элемента ЕА4 (точка ). Одновременно со срабатыванием ЕА4 запускается элемент времени DT4, который с выдержкой времени 14, равной 0,25-0,3 с, с помощью логических элементов «Запрет» усилителя Е4 и выходного реле KL9 действует на механизм управления турбины в направлении «Прибавить».

Рис. 6.9. Векторные диаграммы, поясняющие временные характеристики узла подгонки частоты при и углах (б)

Выдержка времени исключает воздействие на турбину при кратковременных срабатываниях элементов ЕА4 и ЕА5 в момент включения синхронизатора в работу. Длительность воздействия на механизм управления турбины ограничивается временем создаваемым элементом времени DT5, который осуществляет запрет прохождения сигнала на выходные реле. Уставка элемента DT5 может регулироваться в пределах 0,15-0,45 с с помощью резистора R13. Таким образом, за каждый период биений узел формирует один импульс воздействия на регулятор частоты вращения турбины. Чем больше частоты биений, тем чаще импульсы регулирования, т.е. узел подгонки частоты осуществляет пропорционально-импульсное регулирование частоты вращения генератора. Наличие выдержки времени обеспечивает автоматическое выравнивание частоты, начиная только с разности частот 2 Гц.

Аналогичным образом узел подгонки частоты действует при .

Узел включения и узел питания. Узел включения (рис. 6.10, а) состоит из элемента триггера DS5, усилителей выходного реле KL4, элемента времени и реле ограничения импульса на включение выключателя генератора KL5.

Рис. 6.10. Функциональная схема узла включения (а) и узла питания (60 синхронизатора УБАС

Сигнал на включение выключателя генератора формируется элементом DX при наличии одновременно трех сигналов на его входе: напряжений с выхода узла опережения узла контроля разности частот узла контроля разности напряжений Этот сигнал фиксируется триггером и выходным реле которое управляет включением выключателя. Для ограничения сигнала на включение выключателя предусмотрены элементы DT6, Е7 и реле KL5. Элемент времени с выдержкой времени равной 1,5 с, и усилитель Е7 обеспечивают срабатывание реле KL5, которое своим размыкающим контактом размыкает цепь питания реле KL8 в узле питания (рис. 6.10, б). Реле KL8 в свою очередь снимает питание со всех элементов синхронизатора. Таким образом, синхронизатор, выполнив операцию автоматического включения генератора, выводится из работы.

Включение синхронизатора для повторного действия производится с помощью кнопки SB, замыкающей цепь катушки реле KL8, включенного по схеме самоудерживания. Замыкающими контактами KL8.1, KL8.3, KL8.4 подается питание к элементам синхронизатора. Одновременно с подачей питания триггеры синхронизатора устанавливаются в исходное состояние.

Синхронизатор УБАС выполнен с использованием полупроводниковых логических элементов серии ”Логика-Т”. Использование полупроводниковых логических элементов позволяет сравнительно легко реализовать весьма сложные функции точной синхронизации и, кроме того, делает это устройство надежным в работе.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление