close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 06018

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6018
(13) C1
(19)
7
(51) H 02J 9/06
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН УСТРОЙСТВА
АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА СЕТИ
(21) Номер заявки: a 20000308
(22) 2000.03.30
(46) 2004.03.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого" (BY)
(72) Авторы: Курганов Владимир Васильевич; Крышнев Юрий Викторович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Гомельский государственный
технический университет имени П.О. Сухого" (BY)
(57)
Измерительный орган устройства автоматического включения резерва сети, содержащий
формирователь прямоугольных импульсов, имеющий вход для подключения к основному
источнику питания двигательной нагрузки, выход формирователя подключен ко входу
формирователя коротких импульсов на фронте и срезе входного сигнала, отличающийся
тем, что включает одновибратор, интегратор, элемент выборки-хранения, компаратор, элемент
задержки на срабатывание, преобразователь коротких импульсов в непрерывный сигнал и
реле времени с выдержкой времени при срабатывании, причем выход одновибратора соединен с входом интегратора, выход формирователя коротких импульсов соединен с входом
одновибратора и с управляющим входом элемента выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом компаратора, а выход интегратора соединен с информационным
входом элемента выборки-хранения и со вторым входом компаратора, выход которого соединен с последовательно включенными элементом задержки на срабатывание, преобразователем коротких импульсов в непрерывный сигнал и реле времени с выдержкой времени при
срабатывании.
BY 6018 C1
Фиг. 1
Фиг. 2
BY 6018 C1
(56)
SU 1577039 A1, 1990.
SU 1688349 A1, 1991.
SU 1665456 A1, 1991.
RU 2030056 C1, 1995.
RU 95110222 A1, 1997.
RU 2017307 C1, 1994.
EP 00771059 A, 1997.
JP 08033236 A, 1996.
JP 01089930 A, 1989.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве противоаварийной автоматики электрической подстанции, питающей промышленную нагрузку с синхронными или асинхронными двигателями.
Известен измерительный орган реле направления мощности для включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой, содержащее два трансформатора тока,
три трансформатора напряжения, два формирователя сравниваемых величин и блок сравнения по фазе [1]. Этот измерительный орган выявляет факт потери питания синхронных
двигателей по изменению направления протекания активной мощности прямой последовательности в линии рабочего источника питания. Данное устройство не обеспечивает необходимого быстродействия, особенно при сбросе нагрузки, и может ложно сработать при
некоторых видах несимметричных коротких замыканий.
Известно измерительное устройство для автоматического включения резервного
(АВР) питания потребителей, содержащее две секции шин, секционный включатель, линейные включатели на входе каждой секции, блок контроля сдвига фаз, узел блокировки
включения секционного включателя при включении линейных, два пусковых органа и два
измерительных трансформатора [2]. Принцип действия каждого из пусковых органов этого устройства основан на сравнении времени совпадения знаков контролируемого напряжения и его производной с заданным временем. К недостаткам известного устройства
относится низкая чувствительность и большая погрешность измерения, связанная с трудностью аппаратной реализации дифференцирования при медленных изменениях частоты в
контролируемой сети, а также возможность отказа в работе при "зависании" частоты на
недопустимо низком уровне.
Наиболее близким к изобретению является измерительное устройство для самозапуска
электроприемников, содержащее защиту минимального напряжения, элемент ИЛИ, исполнительный орган, общий блок управления самозапуском электроприемников, формирователь прямоугольных импульсов, два формирователя импульсов стабильной длительности,
два элемента НЕ, двухвходовой и трехвходовой элементы И, формирователь непрерывного сигнала, элемент временной задержки, формирователь короткого импульса и одновибратор [3]. Принцип действия блока ускорения этого устройства основан на различии
протекания процессов снижения частоты напряжения сети при выбеге синхронных двигателей и при дефиците активной мощности в энергосистеме.
Известное устройство не обеспечивает быстродействия, требуемого для сохранения
динамической устойчивости синхронных двигателей при АВР, поскольку измеряет усредненную скорость снижения частоты за промежуток времени, в течение которого частота
снижается от 48,5 до 46,5 Гц. Например, при величине скорости снижения частоты 8 Гц/с
время срабатывания блока ускорения составит более 0,3 с. Синхронные двигатели за это
время выпадают из синхронизма и обеспечить их самозапуск без гашения магнитного поля
невозможно. Кроме того, блок ускорения недостаточно отстроен от переходных процессов,
связанных с появлением апериодической составляющей в контролируемом напряжении.
2
BY 6018 C1
Задачей изобретения является повышение быстродействия и надежности.
Поставленная задача решается тем, что известный измерительный орган устройства
автоматического включения резерва сети, содержащий формирователь прямоугольных
импульсов, имеющий вход для подключения к основному источнику питания двигательной нагрузки и выход, подключенный ко входу формирователя коротких импульсов на
фронте и срезе входного сигнала, согласно изобретению, снабжен одновибратором, интегратором, элементом выборки-хранения, компаратором, элементом задержки на срабатывание, преобразователем коротких импульсов в непрерывный сигнал и реле времени с
выдержкой времени при срабатывании, причем выход одновибратора соединен с входом
интегратора, выход формирователя коротких импульсов соединен с входом одновибратора
и с управляющим входом элемента выборки-хранения, выход которого соединен с первым
входом компаратора, а выход интегратора соединен с информационным входом элемента
выборки-хранения и со вторым входом компаратора, выход которого соединен с последовательно включенными элементом задержки на срабатывание, преобразователем коротких
импульсов в непрерывный сигнал и реле времени с выдержкой времени при срабатывании.
На фиг. 1 изображена блок-схема измерительного органа устройства для автоматического включения резерва сети; на фиг. 2 - время-импульсные диаграммы выходных
напряжений элементов блок-схемы (номер диаграммы соответствует номеру элемента
схемы).
Измерительный орган содержит (фиг. 1) формирователь 1 прямоугольных импульсов,
формирователь 2 коротких импульсов, одновибратор 3 стабильных импульсов, интегратор 4,
элемент 5 выборки-хранения, компаратор 6, элемент 7 задержки на срабатывание, преобразователь 8 коротких импульсов в непрерывный сигнал и реле времени 9 с выдержкой
времени при срабатывании.
Формирователь 1 прямоугольных импульсов служит для выделения из контролируемого переменного напряжения источника основного питания потребителей (Uвх) эквивалентных по длительности прямоугольных импульсов, которые формирователем 2 будут
преобразованы в короткие импульсы длительностью 5-8 мкс, совпадающие с фронтом и
срезом прямоугольного импульса. Одновибратор 3 предназначен для формирования положительного прямоугольного импульса заданной длительности, например 9 мс, по факту
поступления на его вход короткого импульса. Интегратор 4 собран по типовой схеме инвертирующего интегрального усилителя с шунтирующим диодом в цепи интегрирующего
конденсатора. В течение положительного входного импульса длительностью 9 мс за счет
диода конденсатор разрядится до нуля, а в течение паузы длительностью (τ - 9) мс, где τ длительность полупериода контролируемого напряжения, на выходе интегратора 4 напряжение линейно возрастет до величины, пропорциональной продолжительности паузы.
Линейно возрастающее напряжение с выхода интегратора 4 появится на информационном
входе элемента 5 выборки-хранения и на втором входе компаратора 6, а на управляющем
входе элемента 5 выборки-хранения будут присутствовать короткие импульсы с выхода
формирователя 2. В качестве элемента 5 может быть использована типовая интегральная
микросхема, например типа КР1100СК2. С приходом на управляющий вход элемента 5
короткого импульса от формирователя 2 произойдет выборка, т.е. запись амплитуды напряжения на информационном входе, а после окончания управляющего импульса - хранение этого напряжения до следующей выборки. Следовательно, элемент 5 будет выполнять
функцию памяти максимального напряжения интегратора. Указанное напряжение с выхода элемента 5 попадет на первый вход компаратора 6. На выходе компаратора будет
сформирован импульс, длительность которого равна времени превышения очередного
уровня напряжения интегратора 4 над уровнем напряжения памяти, хранившемся в элементе 5 выборки-хранения. Таким образом, длительность выходного импульса ∆τ компаратора 6 численно будет равна времени превышения последующего полупериода над
предыдущим полупериодом контролируемого напряжения.
3
BY 6018 C1
Выбор уставки по времени элемента 7 задержки на срабатывание производится, исходя из условия отстройки от качаний и режима дефицита активной мощности в энергосистеме. Для обоснования величины этой уставки приведем следующие сведения.
Известно, что ЭДС выбегающих двигателей изменяется по закону:
e = Еm ⋅ sin(ωt-πεt2),
где ε - скорость снижения частоты ЭДС, Гц/с,
ω - угловая скорость ротора двигателя в режиме нормального электроснабжения, рад/с,
t - текущее время от начала выбега, с.
Напряжение e переходит через нулевое значение при соблюдении равенства:
ωt-πεt2 = πn,
где n - число полупериодов промышленной частоты. Решив уравнение относительно текущего времени, получим:
t=
f − f 2 − εn
,
ε
где f - промышленная частота, Гц.
Время превышения длительности n-го полупериода по сравнению с длительностью
полупериода n-1 рассчитывается по выражению:
2 f 2 − ε(n − 1) − f 2 − εn − f 2 − ε(n − 2)
.
ε
В течение первых четырех полупериодов среднее значение ∆τ с погрешностью не более 0,5 % можно определить по упрощенному выражению:
1,01ε
∆τ =
.
4f 3
Для промышленной частоты f = 50 Гц
∆τ = 2,02ε⋅10-6, c.
Например, при ε = 20 Гц/с ∆τ = 40,4 мкс.
Величина скорости снижения частоты ЭДС выбегающих двигателей всегда превышает
8-10 Гц/с, поскольку она зависит только от коэффициента загрузки двигателей и инерционной механической постоянной, которая для большинства двигателей не превышает 6 с.
При дефиците активной мощности в энергосистеме величина ε не превышает 2-3 Гц/с.
В этой связи для отстройки от качаний в энергосистеме и дефицита активной мощности
срабатывание измерительного органа устройства АВР должно происходить при выполнении следующих условий.
1. Разность между длительностями последующего и предыдущего полупериодов
должна превышать уставку:
tycт ≥ 2,02⋅5⋅10-6 ≥ 10 мкс.
2. Указанное превышение должно повториться не менее двух раз с интервалом времени не более полпериода.
Последнее условие обеспечивает отстройку от апериодической составляющей контролируемого напряжения.
Таким образом, на элементе 7 необходимо выставить уставку tycт, равную 10 мкс. При
выполнении условия ∆τ ≥ tycт на выходе элемента 7 появятся короткие импульсы, следующие с интервалом времени в полпериода, которые с помощью преобразователя 8 будут преобразованы в непрерывный сигнал. В качестве преобразователя 8 можно применить
элемент задержки при возврате с уставкой 13-14 мс, например одновибратор с перезапуском типа К155АГ3. Непрерывный сигнал поступит на реле времени 9 с уставкой срабатывания более 20 мс и, если длительность сигнала превысит эту уставку, то сработает реле
∆τ n =
4
BY 6018 C1
времени 9 и будет сформирован сигнал на разрешение действия штатного устройства АВР
сети, которое отключит источник основного питания и включит резервное питание.
Измерительный орган устройства автоматического включения резерва сети работает
следующим образом.
При функционировании устройства (фиг. 2) в режиме нормального электроснабжения
(до момента времени t1) частота контролируемого напряжения Uвх на шинах потребителя
остается неизменной, длительности отрицательных и положительных полупериодов равны
по величине, максимальное напряжение интегратора 4 и выходное напряжение элемента 5
выборки-хранения также равны, следовательно, разность ∆τ меньше уставки tycт элемента 7
и измерительный орган не срабатывает.
При функционировании устройства в режиме исчезновения питающего напряжения
двигательной нагрузки (с момента времени t1) частота ЭДС двигателей монотонно уменьшается, длительности смежных полупериодов дискретно возрастают, значение ∆τ превышает уставку и в результате на выходе элемента 7 появляются импульсы длительностью
∆τ-tycт, которые преобразуются элементом 8 в непрерывный сигнал, и через 20 мс срабатывает выходное реле времени 9, формирующее сигнал на разрешение действия штатного
устройства АВР сети.
В случае появления апериодической составляющей, что характерно при коротких замыканиях или качаниях, симметрия между смежными положительными и отрицательными полупериодами нарушается, второе условие срабатывания измерительного органа
выполняться не будет, поскольку при пропуске хотя бы одного импульса на выходе элемента 7 преобразователь 8 через 13-14 мс возвратится в исходное состояние и не наберется выдержка времени срабатывания реле 9. Надежность измерительного органа можно
существенно повысить, если уставку реле времени 9 увеличить на 10-20 мс.
Таким образом, заявляемый измерительный орган по сравнению с известным устройством обеспечивает следующие преимущества:
повышение быстродействия (измерительный орган выдает сигнал на исполнительный
механизм АВР за время 20-30 мс, при котором частота ЭДС двигателей снижается до 49,549 Гц, тогда как устройство-прототип срабатывает при частоте 46,5 Гц.);
повышение надежности (высокая повторяемость срабатываний в аварийных режимах
и отсутствие ложных срабатываний в режиме качаний и в режиме дефицита активной
мощности в энергосистеме).
Источники информации:
1. А.с. СССР 1665456, МПК Н 02 J 9/06, 1991.
2. А.с. СССР 1688349, МПК Н 02 J 9/06, 1991.
3. А.с. 1577039 (СССР), МПК Н 02 Р 1/58, 1990 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
151 Кб
Теги
06018, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа