Автоматические синхронизаторы с постоянным временем опережения типа АСТ-4 и УБАС

На электрических станциях широкое применение получили синхронизаторы с постоянным временем опережения следующих типов: АСТ – 4, УБАС (устройство бесконтактное автоматической синхронизации).

Автоматические синхронизаторы типа АСТ – 4 и УБАС, обеспечивают автоматизацию всех операций при точной синхронизации [8]. Данные автосинхронизаторы имеют следующие основные узлы:

узел опережения, определяющий момент подачи импульса на включение выключателя;

узел контроля разности частот, определяющий допустимость скольжения для включения синхронизируемого генератора;

узел контроля разности напряжения, сравнивающий напряжения сети и синхронизируемого генератора;

узел выравнивания частоты вращения синхронизируемого генератора и сети;

узел блокировок, обеспечивающий соответствующее взаимодействие элементов в схеме автосинхронизатора.

Схема автоматического синхронизатора с постоянным временем опережения типа АСТ-4 приведена на рисунке 4.2.

На работу синхронизатора АСТ-4 не оказывает существенного влияния изменение напряжения генератора и сети. Синхронизатор нормально функционирует при отклонении напряжения в пределах от номинального значения [9]. Синхронизация допускается при разности частот .

Учитывая, что генераторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения, обеспечивающими подгонку напряжения генератора к напряжению сети в пределах от номинального напряжения, синхронизатор выполняется без устройства подгонки напряжения [8].

На зажимы автосинхронизатора подается напряжение от двух фаз трансформатора напряжения энергосистемы и напряжение от трех фаз трансформатора напряжения синхронизируемого генератора (заземленная фаза «в» - общая для TV генератора и энергосистемы).

Рисунок 4.2 – Схема синхронизатора с постоянным временем опережения типа АСТ-4

Рисунок 4.2 – Продолжение

Узел опережения автосинхронизатора состоит из трансреактора (дифференцирующего трансформатора) TL и двухобмоточного поляризованного реле . Обмотка 2 этого реле включена последовательно с резистором R3 и параллельно с первичной обмоткой трансреактора TL, a обмотка 1 – включена в цепь вторичной обмотки трансреактора TL последовательно с резистором R2. К первичной обмотке трансреактора TL подводится выпрямленное напряжение биения, рисунок 4.3.

В течении каждого периода биений выпрямленное напряжение непрерывно меняет свое значение, поэтому во вторичной обмотке трансреактора индуктируется ЭДС. Вторичное напряжение трансреактора меняет знак в момент максимума первичного напряжения, а при совпадении фаз векторов ЭДС генератора и энергосистемы достигает наибольшего амплитудного значения, рисунок 4.3.

Ток, протекающий по обмотке 2 реле , пропорционален напряжению биения:

1 – входное напряжение; 2 – напряжение на вторичной обмотке дифференцирующего трансформатора (трансреактора)

Рисунок 4.3 – Диаграмма, поясняющая работу узла опережения

По обмотке 1 реле протекает вторичный ток трансреактора, пропорциональный производной выпрямленного напряжения биения:

В выражениях (4.1) и (4.2) и – коэффициенты пропорциональности, значения которых изменяют регулировкой сопротивлений резисторов R1 и R3.

Реле опережения включено таким образом, что когда токи обеих обмотках имеют положительный знак, на подвижную систему реле действует тормозной момент. Реле сработает и переключит свои контакты лишь после того, как ток в обмотке 1 изменит знак и станет равным току в обмотке 2, рисунок 4.3. Таким образом, условие срабатывания реле имеет следующий вид:

Момент времени, в который происходит срабатывание реле , является величиной постоянной и не зависит от скольжения . Это и есть время опережения, задаваемое узлом опережения автосинхронизатора.

Разброс времени опережения не превышает трех электрических градусов при разности частот .

Значение времени опережения автосинхронизатора регулируется с помощью резистора R3. Чем больше значение сопротивления резистора R3, тем меньше ток в обмотке 2 реле и тем больше время опережения.

Контроль разности частот синхронизируемых напряжений осуществляется при помощи реле KF, включенного через выпрямитель VS2 и резистор R4 на напряжение биения . Реле KF срабатывает, если напряжение на его зажимах будет равно или меньше напряжения срабатывания, т.е.

где - допустимая, задаваемая при расчете разность частот синхронизируемых напряжений;

- время опережения оптимума, равное собственному времени включение выключателя

Изменение частоты, при которой реле KF отпускает свой якорь, производится изменением сопротивления резистора R4, рисунок 4.2.

Для предотвращения ложной работы автосинхронизатора при большом скольжении параллельно обмотке реле KF включен конденсатор С2. Емкость его выбирается такой, чтобы при разности частот, большей 0,5 ÷ 1,0 Гц, реле KF не отпускало свой якорь и блокировало работу автосинхронизатора. Благодаря наличию конденсатора напряжение на обмотке реле KF при большой разности частот не снижается до нуля, а изменяется, как показано пунктирной линией на рисунке 4.4, так как вследствие разряда конденсатора поддерживается напряжение на обмотке реле. При малой разности частот наличие конденсатора не влияет на работу реле KF, так как напряжение на его обмотке в этом случае снижается по кривой напряжения биения.

Напряжение срабатывания , определяемое по (4.4), выбирается из условия совместимой работы реле контроля частоты и реле опережения. Если частота скольжения , то, как видно из рисунка 4.4, первым срабатывает реле опережения, а затем реле контроля частоты и включения выключателя не произойдет. Если частота скольжения , первым срабатывает реле контроля частоты, вторым – реле опережения и в этом случае подается импульс на включение выключателя [8].

Рисунок 4.4 – Диаграмма, поясняющая совместную работу узла опережения и узла контроля разности частот

Контроль разности напряжений синхронизируемого генератора и энергосистемы осуществляется при помощи реле KV, включенного через выпрямитель VS3 между фазой В, общей для генератора и энергосистемы, и средней точки резистора R6, включенного на напряжение биений. Параллельно обмотке реле KV включен конденсатор С3, емкость которого подбирается таким образом, чтобы отпускание якоря реле происходило при частоте биений . Уставка реле KV регулируется при помощи резистора R7.

Если напряжения синхронизируемого генератора и энергосистемы равны по значению и совпадают по фазе, то к обмотке реле KV будет подведено максимальное напряжение и якорь реле будет подтянут

где - коэффициент пропорциональности;

- фазное напряжение.

При равенстве напряжений синхронизируемого генератора и энергосистемы и расхождении векторов и на напряжение, подведенное к реле KV, будет равно нулю и оно отпускает свой якорь.

Если напряжения не равны между собой, то реле KV будет находиться под напряжением при всех значениях угла δ и его якорь будет подтянут.

Если разность между значениями синхронизируемых напряжений не превышает заданное значение, то при угле близком к 180^о, реле контроля разности напряжений отпускает свой якорь, при этом замыкается контакт KV.1 и размыкается контакт KV.2 [8]. В это же время также замыкаются контакт реле опережения KL_ро.2 и контакт реле контроля частоты KF.2, что приводит к срабатыванию реле KL1. Последнее после срабатывания самоудерживается через свои контакты KL1.1 и KL1.2, а контактом KL1.3 подготавливает цепь для срабатывания выходного реле KL2. Реле KL2 срабатывает после того, как реле KV подтянет якорь и замкнет контакт KV.2, а контакты KL_ро.1 и KF.1 в это время будут замкнуты.

Выходное реле KL2 срабатывает, в том случае если первым замкнется контакт реле контроля частоты KF.1, а затем контакт реле опережения KL_ро.1, т.е. при частоте скольжения ω_s < ω_s,доп, рисунок 4.4.

После срабатывания реле KL2 с помощью контакта KL2.2 становится на самоудержание, контактом KL2.3 подает импульс на включение выключателя, а контактом KL2.1 разрывает цепь реле KL1.

Если ω_s > ω_s,доп реле опережения KL_ро сработает раньше реле контроля частоты KF и разомкнет свой контакт KL_ро.2 в цепи реле KL1. Последнее, потеряв питание, разомкнет свой контакт KL1.3 в цепи обмотки реле KL2. Последующее срабатывание реле KF, не приведет к срабатыванию реле KL1, так как цепь его обмотки остается разомкнутой контактом KF.2 и импульс на включение выключателя не будет подан.

Конденсатор С4 и резистор R11 в цепи обмотки реле KL2 предусмотрены для облегчения работы контактов. Цепь реле KL2 контролируется вспомогательным контактом выключателя SQT, замкнутым, когда выключатель отключен. После включения выключателя контакт SQT размыкается и реле KL2 теряет питание.

Узел выравнивания частоты вращения состоит из двух реле скольжения KL_п, «Прибавить», и KL_у, «Убавить», и одного реле времени КТ. Реле KL_п через выпрямитель VS4 и резистор R9, рисунок 4.2, включено на напряжение U_KLп = U_А,г – U_С,с.

Реле KL_у через выпрямитель VS5 и резистор R10, рисунок 4.2, включено на напряжение U_KLу = U_С,г – U_С,с.

Благодаря такому включению KL_п и KL_у напряжения скольжения на обмотках реле сдвинуты относительно друг друга на угол 60^о.

Уставки срабатывания реле KL_п и KL_у выбираются одинаковыми и регулируются резисторами, соответственно R9 и R10.

Если частота вращения синхронизируемого генератора меньше частоты вращения эквивалентного генератора энергосистемы, т.е. вектор напряжения генератора отстает от вектора напряжения энергосистемы, угол изменяется в положительной полуплоскости, и поэтому в течение каждого периода биений первым срабатывает реле KL_п. Реле KL_п сработав контактом KL_п.1 размыкает цепь реле KL_у, контактом KL_п.2 запускает реле КТ, контактом KL_п.3 разрывает цепь на «Убавить», а контактом KL_п.4 подает импульс на «Прибавить».

В том случае, когда частота вращения синхронизируемого генератора больше частоты вращения эквивалентного генератора энергосистемы, угол изменяется в отрицательной полуплоскости, и поэтому в течение каждого периода биений первым срабатывает реле KL_у. Реле KL_у сработав контактом KL_у.1 размыкает цепь реле KL_п, контактом KL_у.2 запускает реле времени КТ, контактом KL_у.4 разрывает цепь на «Прибавить», а контактом KL_у.3 подает импульс на «Убавить» [8].

Для ограничения длительности импульса на «Прибавить» и «Убавить» служит реле времени КТ. В первый момент включения обмотка реле КТ шунтируется емкостью конденсатора С5. При достижении напряжения на конденсаторе С5 уставки реле КТ, последнее сработает и прекратит подачу импульса на МИЧВ путем размыкания контакта КТ.3. Контактом КТ.1 размыкается цепь заряда конденсатора С5, а контактом КТ.2 конденсатор С5 подключается к разрядному резистору R12. После разряда конденсатора С5 и возврата реле KL_п и KL_у реле времени вновь готово к повторному действию.

Автосинхронизатор типа УБАС имеет такую же структурную схему, что и автосинхронизатор типа АСТ – 4, но выполнен с использованием полупроводниковых логических элементов серии «Логика Т». Использование полупроводниковых логических элементов позволяет легко реализовать весьма сложные функции точной синхронизации и, кроме того, делает это устройство надежным в работе.

Недостатком автосинхронизаторов АСТ – 4 и УБАС является то, что они имеют заметные погрешности во времени опережения, так форма огибающей напряжений биений искажается, что приводит к запрету действия автосинхронизаторов при неравенстве напряжений более 10%. Кроме того, возникают отказы в действии при малых скольжениях, когда условия включения наиболее благоприятны. Другим недостатком является то, что узел выравнивания частоты вращения стремится свести скольжение к нулю, в окрестности которого автосинхронизатор перестает действовать.