2.3. Точная автоматическая синхронизация

Это точная синхронизация, которая выполняется с использованием автоматических устройств синхронизации, - автосинхронизаторов.

В данном разделе будут рассмотрены

1. Автосинхронизатор типа АСТ-4, выполненный на базе электромеханических устройств автоматики,

2. Микроэлектронный автосинхронизатор типа СА-1,

3. Микропроцессорный автосинхронизатор серии SYN – 5201 производства фирмы АББ.

Все перечисленные автосинхронизаторы называются автосинхронизаторами с постоянным временем опережения, они определяют момент подачи включающего импульса по постоянному времени опережения в отличие от предыдущих модификаций автосинхронизаторов, определявших момент подачи импульса по постоянному углу опережения.

Задачей автосинхронизаторов является подготовка части или всех параметров генератора к точной синхронизации, контроль этих параметров, выбор момента включения и подача импульса на включение выключателя генератора.

Момент подачи импульса на включение выключателя всегда выбирается перед совпадением одноименных фаз синхронизируемых напряжений. Подается импульс включения на выключатель за время, равное времени опережения, при условии, что разность амплитуд напряжений и скольжение (разность частот) синхронизируемых напряжений находятся в зоне допустимых значений.

Для подготовки генератора к синхронизации все автосинхронизаторы производят подгонку частоты напряжения генератора, воздействуя на регулятор скорости турбины. Автосинхронизаторы серии SYN – 5201 производят, кроме того, подгонку амплитуды напряжения генератора к напряжению сети. В автосинхронизаторах АСТ-4 и СА-1 функциия подгонки напряжения генератора к напряжению сети не предусмотрена.

2.3.1. Автосинхронизатор аст- 4

(Рис 2.3.1.1 приложения)

2.3.1.1. Основные функции и элементы автосинхронизатора

Основная функция АСТ-4 состоит в выборе момента подачи импульса на включение генератора в сеть и подаче на выключатель генератора сигнала «включить». При этом автосинхронизатор контролирует параметры: разность частот (скольжение) напряжений сети и генератора и разность амплитуд напряжений в момент включения.

Кроме того, АСТ-4 выполняет функцию подгонки частоты напряжения генератора к частоте сети; подгонка амплитуды напряжения генератора к напряжению сети в АСТ-4 не производится, её выполняет оперативный персонал станции.

Автосинхронизатор АСТ-4 состоит из следующих элементов:

- реле опережения, включенное на обмотки дифференцирующего трансформатора;

- реле контроля разности частот;

- реле контроля разности напряжений;

- узел подгонки частоты;

- узел суммирования;

- узел контроля параметров генератора, формирования разрешения на включение, выбор момента включения и подача включающего импульса.

На АСТ-4 подают напряжения Uген. – 3 фазы и Uсети – 2 фазы. Причем схема цепей напряжения АСТ-4 выполнена для подключения к схемам цепей трансформаторов напряжения электростанции с объединенной и заземленной в одной точке фазой В.

Цепи оперативного тока автосинхронизатора запитываются от аккумуляторной батареи,

U͇ = 220 В.

Выходные воздействия от АСТ-4 выдаются:

- в схему управления двигателем регулятора оборотов турбины - от узла подгонки

частоты,

- в схему управления выключателем генератора – на включение.

Вся аппаратура АСТ-4, - электромеханические реле (КДР, МКУ-48, РП-252), магнитоэлектрические реле (РП-7), полуроводниковые приборы и др., собрана в едином корпусе с откидной платой.

2.3.1.2. Реле опережения РО и реле контроля РКЧ и РКН

_{Реле опережения РО}

_{Рис. 2.3.1.2 Схема реле опережения}

Две обмотки реле опережения (использовано поляризованное реле типа РП-7) подключены к обмоткам дифференцирующего трансформатора TL. Реле РП-7 срабатывает (отпадает) при смене полярности суммарного магнитного потока его обмоток.

Первичная обмотка трансформатора TL включена через выпрямительный мост ВД1 на разность напряжений ΔỦ = Ủ _АГ – Ủ _АС, т.е. на напряжение биений. Закон изменения напряжения биений ΔỦ определится из рассмотрения диаграммы синхронизируемых напряжений.

_{Рис. 2.3.1.3. Векторная диаграмма напряжения биений}

_Здесь

_{δ =ωS·t - текущий угол между напряжениями,}

_{ωS =2π· fs – угловая скорость скольжения,}

_{fs = fген – fсети - частота скольжения.}

_{Из формулы видно, что напряжение биений изменяется по синусоиде с частотой, равной половине частоты скольжения.}

_{Дифференцирующий трансформатор TL и реле опережения PO создают постоянное время опережения, не зависящее от текущего скольжения. Трансформатор с воздушным зазором TL включен на напряжение биений Uδ через выпрямитель, и выпрямленное напряжение биений имеет форму огибающей Uδ, причем его положительной полуволны. Во вторичную обмотку трансформатора TL трансформируется изменение выпрямленного напряжения Uδ. Сама трансформация определяется скоростью изменения напряжения в первичной обмотке TL, поэтому максимальное значение вторичного напряжения будет}

_{при минимальном значении Uδ, а минимум вторичного напряжения - при Uδ max, т.е. вторичное напряжение изменяется по формуле 1_ой производной Uδ.}

_{Рис. 2.3.1.4. Срабатывание реле опережения}

Обмотки реле РО включены:

- рабочая обмотка 1 – на напряжение первичной обмотки TL,

- тормозная обмотка 2 – на напряжение вторичной обмотки.

_{Токи в обмотках РО:}

_{в обмотке 1}

_{В обмотке 2}

_т.е.

_{Из графика изменения токов в обмотках РО видно, что первой половине периода биений магнитные потоки обмоток направлены в одну сторону, положительны. Реле РО подтянуто. Во второй половине периода биений магнитные потоки от i1РО и i2РО направлены встречно, в точке tоп они станут равны, после чего результирующий поток становится отрицательным. В точке tоп реле РО срабатывает (отпадает),.}

_{Условия срабатывания реле:}

_{Решаем уравнение относительно переменной величины t.}

При малых углах

_{Теперь уравнение примет вид:}

_{Следовательно, время опережения является постоянной величиной, так как коэффициенты к1 и к2 и не зависят от скольжения ωs. Знак минус в формуле показывает, что включение происходит при отрицательных углах δ, до наступления угла 360°.}

_{Регулирование уставки реле РО производится переменным резистором R21.}

_{Уставка реле по времени опережения рассчитывается по формуле:}

_{tоп. уст = tВ вкл + Δt, где}

_{- tВ вкл – собственное время включения выключателя,}

_{- Δt – учитывает время срабатывания промежуточного реле и погрешность по}

_{времени действия выключателя и аппаратуры автосинхронизатора.}

_{Реле контроля разности частот (РКЧ) (Рис.2.3.1.1. Приложения)}

_{Реле РКЧ включено через выпрямительный мост ВД2 на напряжение биений ỦAδ = ỦА сети – ỦА ген и срабатывает на отпадание, когда Uδ ≤ Uотпадания реле.}

_{Уставка реле задается величиной Uотпадания, зависящей от разности частот напряжений по формуле:}

_или

_{где tоп – уставка реле опережения,}

_{fsдоп – допустимаея величина скольжения, здесь принимается без расчета}

_{равной 0,2 Гц.}

_{Для регулирования уставки реле предназначен переменный резистор R9.}

_{Контроль разности частот выполнен в блоке логики, где контролируется очередность срабатывания реле РО и РКЧ, если РКЧ сработает (отпадет) раньше, чем реле РО, значит скольжение уменьшилось ниже допустимого и тогда включение разрешено.}

Реле контроля разности напряжений (РКН) (Рис.2.3.1.1. Приложения)

РКН включено между средней точкой напряжения биений Ủ_Aδ = Ủ_{А сети} – Ủ_{А ген} (резисторы R₁₄ и R₁₅ – делитель напряжения Ủ_δ) и общей фазой B схемы цепей напряжения через выпрямительный мост ВД3.

_{Для понимания принципа работы реле рассматриваются векторные диаграммы напряжений, подаваемых на РКН в двух режимах, - в режиме равенства а}мплитуд синхронизируемых напряжений и при отличных друг от друга амплитудах (Рис. 2.3.1.6.)..

_{1 Режим 1. UC = UГ, напряжения равны.}

1. _{Угол между UCети и UГен. = 0°}

Напряжение реле Uф - пропорционально линейному напряжению

2. _{Угол между UCети и UГен. =180°}

_{Напряжение реле U реле = 0}

2. _{Режим 2. UC > UГ;}

   1. _{Угол между UCети и UГен. = 0°}

Напряжение U реле пропорционально полусумме линейных напряжений.

2. _{Угол между UCети и UГен. =180°}

Напряжение U реле пропорционально половине разности линейных напряжений.

Рис. 2.3.1.6. Векторные диаграммы напряжений 4-х режимов работы реле РКН

При U_Г = U_С напряжение на реле РКН от начала периода биений до 180° изменяется от линейного напряжения к нулю, а к концу периода – от нуля до U лин. Реле РКН подтянуто на всех участках периода, кроме зоны углов, близких к 180°, где напряжение на реле близко к нулю. В этой зоне реле отпадает.

С появлением разности между величинами U_Г и U_С напряжение на РКН при δ =180° становится больше нуля и увеличивается с увеличением этой разности, а при определенных соотношениях напряжений генератора и сети становится больше U_отп. РКН. Это значит, что за полный оборот биений напряжение на РКН не снижается до U_отп и реле не отпадет, фиксируя этим недопустимую разность напряжений сети и генератора.

Уставка реле на отпадание при углах ≈ 180° принимается всегда одинаковой, равной