RU2025021C1

RU2025021C1 - Gear for synchronization of generator set

Info

Publication number: RU2025021C1
Authority: RU
Inventors: А.Е. Церковный
Original assignee: Краснодарское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: gear for synchronization of generator set includes voltage transformer, current transformer, two rectifiers, frequency relay, pickup of minimum of envelope of throb voltage AND gate, unit of control over fast-action switch, two sources of reference voltage, adder, integrator with integrating capacitor, reset relay, reset button of integrator and comparator. Primary winding of current transformer is placed in series with circuit of generator stator. EFFECT: improved efficiency of automatic switching on of synchronous generator with increased flywheel mass for parallel operation with system. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для автоматического включения синхронных генераторов с повышенными маховыми массами на параллельную работу с сетью и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N 1319165. The invention relates to electrical engineering, is intended for automatic switching on of synchronous generators with increased flywheel masses for parallel operation with the network, and is an improvement of the invention according to ed. N 1319165.

Недостатком известного устройства является то, что оно определяет запас устойчивости синхронного генератора с большой ошибкой, которая может привести к задержке в отключении выключателя связи с внешним источником электроэнергии. В результате этого генератор может потерять устойчивость и перейти в асинхронный режим, сопровождающийся недопустимым для электроприемников снижением качества электроэнергии. A disadvantage of the known device is that it determines the stability margin of a synchronous generator with a large error, which can lead to a delay in disconnecting the communication switch with an external power source. As a result of this, the generator may lose stability and switch to asynchronous mode, accompanied by an unacceptable decrease in the quality of electricity for power receivers.

Указанная ошибка обусловлена тем, что известное устройство в системе трех токов - тока сети I_с, тока генератора I_г и тока нагрузки I_н - опирается на ток сети I_с, который дает искаженную информацию о запасе устойчивости генератора. Действительно, по первому закону Кирхгофа имеем
I_с+I_г=I_н, откуда
I_с= I_н-I_г≠I_г Это значит, что вполне реальной может оказаться ситуация, когда генератор загружен номинальным током и находится на пределе устойчивости, а на вход устройства поступает сигнал, близкий к нулю. При этом быстродействующий выключатель будет оставаться включенным как непосредственно в момент выпадения генератора из синхронизма, так и в начальной фазе асинхронного хода, т.е. известное устройство обеспечивает синхронизацию генератора с сетью с низкой надежностью.This error is due to the fact that the known device in the system of three currents - the current of the network I _s , the current of the generator I _g and the load current I _n - relies on the current of the network I _s , which gives distorted information about the stability margin of the generator. Indeed, according to the first law of Kirchhoff, we have
I _c + I _g = I _n , whence
I _c = I _n -I _g ≠ I _g This means that a situation may turn out to be quite real when the generator is loaded with rated current and is at the limit of stability, and a signal close to zero is received at the input of the device. In this case, the high-speed switch will remain on both immediately at the moment the generator falls out of synchronism and in the initial phase of the asynchronous operation, i.e. The known device provides synchronization of the generator with a network with low reliability.

Для устранения этого недостатка в устройстве, содержащем трансформатор напряжения, трансформатор тока, два выпрямителя, реле частоты, датчик минимума огибающей напряжения биений, элемент И, блок упpавления быстродействующим выключателем с разрешающим (первым) и запрещающим (вторым) включенное состояние выключателя входами, два источника опорного напряжения, сумматор, интегратор с интегрирующим конденсатором, реле сброса и кнопку сброса интегратора и компаратор, причем первичная обмотка трансформатора напряжения включена параллельно полюсу быстродействующего выключателя, а вторичная включена на вход первого выпрямителя, к выходу которого подключены реле частоты и датчика минимума огибающей напряжения биений, выходы которых подключены к входам элемента И, выход которого подключен к первому входу блока управления выключателем, вторичная обмотка трансформатора тока включена на вход второго выпрямителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к первому источнику опорного напряжения, а выход - к входу интегратора, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к второму источнику опорного напряжения, а выход - к реле сброса и второму входу блока управления выключателем, контакты реле сброса и кнопка сброса включены параллельно конденсатору интегратора, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь статора генератора. To eliminate this drawback in a device containing a voltage transformer, a current transformer, two rectifiers, a frequency relay, a sensor of the minimum of the beat envelope voltage, an I element, a control unit for a high-speed switch with enable (first) and inhibit (second) on state of the switch inputs, two sources voltage reference, adder, integrator with an integrating capacitor, a reset relay and an integrator reset button and a comparator, and the primary winding of the voltage transformer is connected in parallel to the interface of the high-speed switch, and the secondary is connected to the input of the first rectifier, the output of which is connected to the frequency relay and the sensor of the minimum of the envelope of the beat voltage, the outputs of which are connected to the inputs of the element And, the output of which is connected to the first input of the control unit of the switch, the secondary winding of the current transformer is connected to the input the second rectifier, the output of which is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the first source of the reference voltage, and the output to the input of the integrator, the output of which connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the second source of the reference voltage, and the output to the reset relay and the second input of the switch control unit, the contacts of the reset relay and the reset button are connected in parallel to the integrator capacitor, the primary winding of the current transformer is connected in series to the stator circuit generator.

На фиг.1 дана функциональная схема устройства для синхронизации генераторного агрегата; на фиг.2 - временные диаграммы его работы. Figure 1 is a functional diagram of a device for synchronizing a generator unit; figure 2 - timing diagrams of his work.

Устройство 1 для синхронизации показано для примера в составе системы гарантированного питания, содержащей внешний источник 2 энергии (сеть), понижающий трансформатор 3, шины 4 гарантированного питания, дизель-генераторную установку 5 в составе дизеля 6, маховика 7, генератора 8 и генераторного выключателя 9. К шинам гарантированного питания подключена нагрузка 10. Подключение шин гарантированного питания к сети осуществляется с помощью быстродействующего, например, тиристорного выключателя 11. The synchronization device 1 is shown for example as part of a guaranteed power system containing an external power source 2 (mains), step-down transformer 3, guaranteed power buses 4, diesel generator set 5 comprising diesel 6, flywheel 7, generator 8, and generator switch 9 A load 10 is connected to the guaranteed power buses. The guaranteed power bus is connected to the network using a high-speed, for example, thyristor switch 11.

Устройство 1 для синхронизации содержит трансформаторы тока 12 и напряжения 13, первый 14 и второй 19 выпрямители, реле 15 частоты, датчик 16 минимума огибающей напряжения биений, элемент И 17 на два входа, блок 18 управления быстродействующим выключателем 11 с разрешающим (первым) и запрещающим (вторым) включенное состояние выключателя входами, первый 21 и второй 25 источники опорного напряжения, сумматор 20, интегратор 22 с интегрирующим конденсатором 23, компаратор 24, реле 26 сброса интегратора с контактами 27, кнопку 28 сброса интегратора. The device 1 for synchronization contains current transformers 12 and voltage 13, the first 14 and second 19 rectifiers, a frequency relay 15, a sensor 16 minimum envelope voltage beat, element And 17 on two inputs, control unit 18 of the high-speed switch 11 with enable (first) and inhibit (second) on state of the switch by inputs, first 21 and second 25 sources of reference voltage, adder 20, integrator 22 with integrating capacitor 23, comparator 24, integrator reset relay 26 with contacts 27, integrator reset button 28.

Первичная обмотка трансформатора напряжения 13 подключена параллельно полюсу быстродействующего выключателя 11, а вторичная - к входу первого выпрямителя 14, к выходу которого подключены реле 15 частоты и датчик 16 минимума огибающей напряжения биений. Выходы реле 5 и датчика 16 подключены к первому и второму входам элемента И 17 соответственно, выход которого подключен к первому входу блока 18 управления выключателем 11. The primary winding of the voltage transformer 13 is connected parallel to the pole of the high-speed switch 11, and the secondary to the input of the first rectifier 14, the output of which is connected to the frequency relay 15 and the sensor 16 of the minimum envelope voltage beats. The outputs of the relay 5 and the sensor 16 are connected to the first and second inputs of the element And 17, respectively, the output of which is connected to the first input of the control unit 18 of the switch 11.

Первичная обмотка трансформатора тока 12 включена последовательно в цепь статора генератора, а вторичная подключена к входу второго выпрямителя 19, выход которого подключен к первому входу сумматора 20, к второму входу которого подключен первый источник 21 опорного напряжения. Выход сумматора 20 подключен к входу интегратора 22, выход которого подключен к первому входу компаратора 24, второй вход которого подключен к второмоу источнику 25 опорного напряжения. Параллельно интегрирующему конденсатору 23 включены замыкающие контакты 27 реле 26 сброса и кнопка 28 сброса интегратора. Выход компаратора 24 подключен к реле 26 сброса интегратора и к второму входу блока 18 управления выключателем 11. The primary winding of the current transformer 12 is connected in series to the generator stator circuit, and the secondary is connected to the input of the second rectifier 19, the output of which is connected to the first input of the adder 20, the first input of which is connected to the second input 21. The output of the adder 20 is connected to the input of the integrator 22, the output of which is connected to the first input of the comparator 24, the second input of which is connected to the second reference voltage source 25. In parallel with the integrating capacitor 23, the closing contacts 27 of the reset relay 26 and the integrator reset button 28 are included. The output of the comparator 24 is connected to the integrator reset relay 26 and to the second input of the control unit 18 of the switch 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Перед началом синхронизации осуществляется вручную сброс заряда конденсатора 23 интегратора 22 с помощью кнопки 28. Устройство готово к синхронизации. При появлении напряжения сети на вторичной обмотке трансформатора напряжения 13 появляется напряжение биений, которое выпрямляется выпрямителем 14. Огибающая напряжения биений изменяется с частотой, которая равна разности частот генератора и сети. Если эта разность частот лежит в допустимых пределах, на выходе реле 15 появляется сигнал, поступающий на первый вход элемента И 17. К моменту прохождения огибающей напряжения биений минимума появляется сигнал на выходе датчика 16, поступающий на второй вход элемента И 17. В результате появления сигналов на обоих входах элемента И появляется сигнал на его выходе, которым разрешается работа блока 18 включения выключателя 11. На выходе блока 18 появляются управляющие импульсы, выключатель 11 включается и подключает генератор 8 с его нагрузкой 10 на параллельную работу с сетью. Before starting synchronization, the charge of the capacitor 23 of the integrator 22 is manually reset using the button 28. The device is ready for synchronization. When the mains voltage appears on the secondary winding of the voltage transformer 13, a beat voltage appears, which is rectified by a rectifier 14. The beat voltage envelope changes with a frequency that is equal to the frequency difference between the generator and the network. If this frequency difference is within acceptable limits, a signal arriving at the first input of element And 17 appears at the output of relay 15. By the time the envelope of the voltage of the beats passes through a minimum, a signal appears at the output of sensor 16, which arrives at the second input of element And 17. As a result of the appearance of signals at both inputs of the And element, a signal appears at its output, which allows the operation of the block 18 to turn on the switch 11. At the output of the block 18, control pulses appear, the switch 11 turns on and connects the generator 8 with its load 10 to p parallel work of the network.

Это подключение сопровождается изменением тока в статоре генератора 8 и в первичной обмотке трансформатора тока 12. В связи с тем, что к моменту включения выключателя 11 генератор всегда имеет некоторый запас кинетической энергии за счет разности частот, после включения выключателя 11 происходит увеличение тока статора генератора тем большее, чем с большей разностью частот производилось включение. Увеличивается ток во вторичной обмотке трансформатора тока 12 и на выходе выпрямителя 19. Этот ток сравнивается с задаваемым первым источником 21 опорного напряжения уровнем при помощи сумматора 20. При большом токе сигнал на выходе сумматора становится положительным. Интегратор 22, реагирующий только на положительное значение своего входного сигнала, начинает заряжать конденсатор 23. При этом напряжение U₂₂ на выходе интегратора 22 увеличивается. Данное напряжение в компараторе 24 сравнивается с опорным U₂₅, подаваемым от второго источника 25 опорного напряжения. После наступления неравенства U₂₂>U₂₅ компаратор 24 срабатывает и запрещает подачу управляющих импульсов с выхода блока 18 на выключатель 11. Сеть отключается от шин 4 с тем, чтобы предотвратить выпадение генератора из синхронизма и последующий асинхронный ход. Одновременно по сигналу от компаратора 24 срабатывает реле 26 сброса, которое своими замыкающими контактами 27 разряжает интегрирующий конденсатор 23. Устройство 1 оказывается подготовленным к новому циклу синхронизации. Если частота сети и нагрузка 10 в процессе рассмотренного цикла не изменились, то последующий цикл будет протекать успешнее - с меньшими токами генератора за счет уже состоявшегося "подтягивания" частоты генератора к частоте сети. Отключение выключателя 11 произойдет с большей задержкой. После нескольких циклов работы устройства 1 выключатель 11 останется включенным. Процесс синхронизации считается оконченным.This connection is accompanied by a change in the current in the stator of the generator 8 and in the primary winding of the current transformer 12. Due to the fact that by the time the switch 11 is turned on, the generator always has a certain amount of kinetic energy due to the frequency difference, after turning on the switch 11, the generator stator current increases more than with a larger frequency difference, the inclusion was made. The current increases in the secondary winding of the current transformer 12 and at the output of the rectifier 19. This current is compared with the level set by the first reference voltage source 21 using the adder 20. With a high current, the signal at the adder output becomes positive. The integrator 22, responding only to the positive value of its input signal, begins to charge the capacitor 23. In this case, the voltage U ₂₂ at the output of the integrator 22 increases. This voltage in the comparator 24 is compared with the reference U ₂₅ supplied from the second source 25 of the reference voltage. After the inequality U ₂₂ > U _{25, the} comparator 24 is activated and prohibits the supply of control pulses from the output of block 18 to the switch 11. The network is disconnected from the buses 4 in order to prevent the generator from falling out of synchronism and subsequent asynchronous operation. At the same time, according to the signal from the comparator 24, the reset relay 26 is activated, which discharges the integrating capacitor 23 with its closing contacts 27. The device 1 is prepared for a new synchronization cycle. If the network frequency and load 10 during the considered cycle have not changed, then the next cycle will proceed more successfully - with lower generator currents due to the already held “pulling” the generator frequency to the network frequency. Opening the switch 11 will occur with a longer delay. After several cycles of operation of the device 1, the switch 11 will remain on. The synchronization process is considered complete.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность синхронизации и избежать снижения качества напряжения на шинах гарантированного питания. Thus, the proposed device allows to increase the reliability of synchronization and to avoid reducing the quality of the voltage on the tires of guaranteed power.

Claims

DEVICE FOR SYNCHRONIZING THE GENERATOR UNIT connected to the mains via a high-speed switch, containing an intermediate transformer with clamps for connecting in parallel to the high-speed switch, to the secondary windings of which, through the rectifiers, a frequency relay and a sensor of the minimum envelope voltage of the beats, the matching circuit whose inputs are connected to the outputs the frequency and the sensor of the minimum of the envelope of the voltage of the beats, the control unit of the high-speed switch connected to the output of the circuits matches, current transformer, second rectifier, adder, voltage sources, integrator with capacitor in the feedback circuit, comparator and reset relay, while the output of the current transformer is connected to the input of the second rectifier, the output of which is connected to the first input of the adder, the second input of which connected to the first source of the reference voltage, the output of the adder is connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to a second source of the reference voltage, b The control circuit of the high-speed circuit breaker is configured to give a trip command, and the comparator output is connected to the trip input of the control unit and to a reset relay, the contact of which is connected in parallel with the integrator capacitor, characterized in that the primary winding of the current transformer is connected in series to the generator stator circuit.