Автоматизированные устройства распределения активных нагрузок

При параллельной работе синхронных генераторов активные нагрузки должны распределяться пропорционально их номинальным активным мощностям. При этом соотношение мощностей параллельно работающих СГ не должно превышать 3:1, в противном случае параллельная работа СГ становится неустойчивой.

Согласно Правилам Регистра неравномерность распределения активных нагрузок при параллельной работе генераторов не должна превышать ±10% мощности меньшего генератора. Поэтому для каждого генератора, работающего в параллель, должно быть предусмотрено устройство автоматического распределения активных нагрузок. К таким отечественным устройствам относятся:

1. УРЧН – устройство регулирования частоты и нагрузки;

2. УРМ – устройство распределения активной мощности (СУ «Ижора»);

3. БРНГ – блок регулирования нагрузки генераторов (СУ «Ижора - М»).

Во всех перечисленных выше устройствах для автоматического распределения активных нагрузок используется метод базового генератора. Для оценки величины загрузки генераторов по активной мощности используются датчики активного тока. Конструктивно датчики могут быть выполнены в виде отдельного блока (БИАТ) или входить в состав самого устройства (УРМ-35).

Блок измерителя активного тока биат.

Блок входит в СУ СЭЭС типа "Ижора-М" и предназначен для получения на каждом из двух его выходов напряжения, пропорционального активной мощности (активному току) СГ. Блок устанавливают на каждом СГ и подключают к нему при помощи трансформатора тока ТА1 и трансформаторов напряжения TV1 и TV2.

В состав блока входят 2 кассеты: контроля неисправности типа ККН и формирования активного тока типа КФАТ.

Кассета ККН предназначена для выдачи светового сигнала при выходе из строя элементов кассеты КФАТ.

Кассета КФАТ предназначена для получения напряжения, пропорционального активной мощности СГ, и включает в себя 2 одинаковых канала формирования активного тока. Каждый канал состоит из согласующего трансформатора тока ТА2 (ТАЗ), выпрямителей UZ1, UZ2 (UZ3, UZ4), транзисторных ключей VT1, VT2, VT4, VT5 (VT6, VT7, VT9, VT10), эмиттерного повторителя на транзисторе VT3 (VT8) и узла защиты элементов схемы от токов перегрузки на транзисторе VT11 (VT12). Применение двух каналов объясняется необходимостью получения двух напряжений на выходах каналов. Первое напряжение с резистора R9 подается на вход блока БКЗГ контроля загрузки генератора, а второе с резистора R20 - на вход блока БРНГ распределения активных нагрузок генераторов. Кроме того, наличие двух каналов позволяет обеспечить "перекрестный" контроль исправности каналов.

Рассмотрим принцип действия кассеты КФАТ на примере 1-го канала. Канал представляет измеритель активного тока и имеет вход по току нагрузки и вход по напряжению (вход по току образован при помощи согласующего трансформатора тока ТА2, вход по напряжению обеспечивается трансформаторами напряжения TV3 или TV4). Напряжение управления U отпирает пары транзисторных ключей VT1-VT2 и VT4-VT5 поочередно (со сдвигом на угол 180).

При активной нагрузке ток и напряжение генератора совпадают по фазе: угол φ = 0°. Поэтому совпадают по фазе напряжение U_у пропорциональное напряжению генератора, и ток І₁ первичной обмотки трансформатора тока ТА2, пропорциональный току нагрузки. В положительный полупериод напряжения U управления открыты транзисторы VT1, VT2. В этот полупериод на выводах 5- 7 вторичной обмотки трансформатора ТА2 под действием магнитного потока тока І₁ возникает напряжение с полярностью, обозначенной на схеме, вызывающее протекание тока І₁ по цепи: "+" на выводе 6-R2, R3 - выпрямитель UZ1 - транзисторы VT1, VT2 - выпрямитель UZ1 - "-" на выводе 5. В следующий полупериод напряжения U_у управления запираются транзисторы VT1, VT2 и отпираются VT4, VT5. Одновременно изменяется мгновенная полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора ТА2. Ток І₂ течет по цепи: "+" на выводе 6-R2, R3-UZ2-VT4, VT5-UZ2 - "-" на выводе 7. Таким образом, через резисторы R2, R3 протекает выпрямленный 2-полупериодный ток. Напряжение U₁ на резисторах R2, R3, пропорциональное выпрямленному току, поступает на вход эмиттерного повторителя на транзисторе VT3 и одновременно на выпрямитель UZ5 на входе кассеты ККН. На выходе эмиттерного повторителя включен резистор R9, с которого напряжение U_вых1 подается на вход БКЗГ.

При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на угол 90° > φ > 0. В течение каждого полупериода напряжения U_у направление тока через резисторы R2, R3 изменяется дважды. Например, в положительный полупериод в промежутке времени t₁ ток I < 0, чему соответствует полярность напряжения на выводах 5- 7, обратная указанной на схеме. Ток i₁ через резисторы R2, R3 протекает в направлении от R3 к R2. В промежутке времени t₂ ток I₁ > 0, поэтому направление тока i₁ изменяется на обратное. В результате среднее значение тока через резисторы R2, R3 уменьшается, поэтому уменьшается напряжение U₁ на этих резисторах. В отрицательный полупериод напряжения U_у среднее значение выпрямленного тока через резисторы R2, R3 определяется аналогичным действием тока i₂.

При индуктивной нагрузке φ = 90°, кривая тока через резисторы R2, R3 становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряжения U₁ уменьшается до нуля.

Для повышения надежности канала в схему введены элементы защиты. При возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD1, VD3 или VD2, VD4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U₁ и U_{вых 1} ограничиваются до безопасных значений.

При индуктивной нагрузке φ = 90°, кривая тока через резисторы R2, R3 становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряжения U₁ уменьшается до нуля.

Для повышения надежности канала в схему введены элементы защиты. При возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD1, VD3 или VD2, VD4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U₁ и U_{вых 1} ограничиваются до безопасных значений.

Дополнительно защиту от токов перегрузки обеспечивает транзистор VT11, включённый по схеме с общим эмиттером. Делитель напряжения на резисторах R33, R39 служит для получения на резисторе R39 напряжения смещения транзистора VT11. Резистор R9, включенный в общую эмиттерную цепь транзисторов VT3 и VT11, обеспечивает по отношению к транзисторам отрицательную Обратную связь по току. При увеличении нагрузки генератора напряжение U_вых1 увеличивается. Это приводит к уменьшению напряжения на входе транзистора VT11, так как оно определяется разностью напряжений на резисторах R39 и R9. Вследствие этого ток через транзистор VT11 и резисторы R29, R9 уменьшится. Тем самым напряжение U_вых1 будет ограничено до значения, безопасного для входных цепей блока БКЗГ

Принцип действия кассеты ККН заключается в сравнении напряжений U₁ и U₂, подаваемых через резисторы R35 и R36 на выпрямитель UZ5 на входе кассеты. Если оба канала кассеты КФАТ исправны, напряжения U₁ и U₂ одинаковы и компенсируют одно другое на входе выпрямителя UZ5, т. е. напряжение на выходе выпрямителя отсутствует. Транзистор VT1 открыт током базы, протекающим через резисторы R3, R5, диод VD13 и переход база - эмиттер транзистора VT1, поэтому шунтирует вход транзистора VT2. Последний закрыт, напряжение на его выходе равно 24 В, поэтому конденсатор С5 заряжен до напряжения 24 В через резистор R9 и диод VD20. Транзистор VT3 открыт базовым током через резисторы R9, R10 и диод VD20 и шунтирует вход транзистора VT4. Последний закрыт, реле KV1 обесточено.

Рисунок 10 – Блок измерителя активного тока БИАТ

При выходе из строя элементов кассеты КФАТ, приводящем к изменению напряжений U_вых1 или U_вых2 на 1 В, на выходе выпрямителя UZ5 появляется напряжение, запирающее транзистор VT1. Вследствие этого открывается VT2, напряжение на выходе которого уменьшается до нуля. Конденсатор С5 разряжается через RI0, R12 и тем самым в течение 2-4 с поддерживает падение напряжения на R12, удерживающее транзистор VT3 в открытом состоянии. Таким образом, исключается ложное срабатывание кассеты при кратковременном нарушении равновесия напряжений U_вых1 и U_вых2. По истечении выдержки времени транзистор VT3 запирается, пробивается стабилитрон VD21. Поэтому транзистор VT4 отпирается током базы, протекающим через резисторы R13, R17, стабилитрон VD21 и переход эмиттер - база транзистора VT4: реле KV1 включается.

Для проверки исправности кассеты ККН нажимают кнопку SA1, которая своим контактом шунтирует вход транзистора VT1. Последний запирается, и далее схема ККН работает как при неисправности элементов кассеты КФАТ. Если кассета исправна, включается реле KV1 и загорается сигнальная лампочка HL.

При номинальных значениях тока нагрузки и коэффициенте мощности напряжение на выходе каждого канала составляет 20 В. Для контроля напряжения, на выходе 1-го канала используют гнезда XS1 и XS2, на выходе 2-го канала - гнезда XS1 и XS3.