УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА
DEVICE FOR UNINTERRUPTED AUTOMATIC LOAD TRANSFER

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам противоаварийной автоматики системы электроснабжения, и может быть использовано для питания потребителей постоянного и переменного тока группы I-A первой категории надежности электроснабжения, не допускающих перерыва питания.
Известны устройства автоматического включения резерва (АВР), содержащие выключатели рабочего и резервного источников питания, которые срабатывают при исчезновении напряжения на шинах потребителя и с заданной выдержкой времени отключают выключатель рабочего источника, а затем включают выключатель резервного источника [1], при этом возникает перерыв питания, соответствующий выдержке времени отключения выключателя рабочего источника. Выдержка времени необходима для исключения срабатывания на неотключенные короткие замыкания, а также для согласования действия с другими устройствами противоаварийной автоматики.
Известно также устройство, которое за счет подачи повышенного напряжения от предварительно заряженных конденсаторов на электромагниты отключения выключателей ввода и на электромагнит включения секционного выключателя, а также контроля одновременности снижения напряжения основного и резервного источников и блокировки работы устройств автоматического включения резерва на время устранения аварии с помощью блока выдержки времени запрещающего сигнала. При этом происходит автоматическое восстановление работы устройства АВР за счет контроля восстановления напряжения в цепи питания секций шин подстанций с помощью реле максимального напряжения [2].
Недостатком такого устройства, обладающего относительно высоким быстродействием, является кратковременное нарушение электроснабжения на шинах потребителей при аварийных режимах в сети при переключении неисправного ввода на резервный.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее выводы для подключения трехфазной сети, дизель-генератор, переключатель входа, аккумуляторную батарею, трехфазные трансформаторно-выпрямительные устройства, стабилизатор, шины постоянного тока, два трехфазных инвертора и шины переменного тока, подключенные к выходам указанных трехфазных инверторов [3].
Недостатком этого устройства, принятого нами за прототип, с одной стороны, является то, что для обеспечения бесперебойности электроснабжения при отключении вводов используется аккумуляторная батарея, имеющая ограниченную емкость, а с другой - применяются коммутатор, выполненный на электромеханических элементах, имеющих ограниченный ресурс и нерезервированный стабилизатор, а также используются цепи блокировки работы одного трехфазного инвертора при работе другого. Все это усложняет конструкцию и снижает надежность устройства.
Целью изобретения является повышение надежности устройства, а также обеспечение качества напряжения на шинах потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения на вводе и переключателях с рабочего источника на резервный.
Указанная цель достигается тем, что из устройства, содержащего выводы для подключения основной и резервной трехфазных сетей, трехфазные трансформаторно-выпрямительные устройства, шины постоянного тока, трехфазные инверторы и шины переменного тока, исключаются переключатель вводов, стабилизатор и аккумуляторная батарея, а добавляется, молекулярный накопитель энергии, подключенный зарядно-разрядным выводом к шинам постоянного тока, выполненным в виде первой зарядной ветви состоящей из введенных последовательно соединенных первого разделительного диода и зарядного резистора, и второй разрядной ветви состоящей из введенного второго разделительного диода, причем диоды этих ветвей по отношению друг к другу включены встречно-параллельно. Кроме того, трехфазные выпрямители для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и улучшения формы тока, потребляемого из питающей сети, выполняются по многомостовой схеме выпрямления, причем многомостовая схема выпрямления содержит трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными по схемам «звезда» и «треугольник», и которые своими входами, подключены к двум вводам основной и резервной трехфазной сети постоянно. Кроме того, предусматривается параллельная работа трехфазных инверторов, которые включены на шины переменного тока через соответсвующие трехфазные тиристорные ключи, обеспечивающие синхронизацию трехфазных инверторов при включении и отключении неисправного трехфазного инвертора от шин переменного тока.
Устройство содержит: (фиг.1)
- 1 - первое трехфазное трансформаторно-выпрямительное устройство;
- 2 - второе трехфазное трансформаторно-выпрямительное устройство;
- 3 - первый трехобмоточный трансформатор;
- 4, 5 - мостовые схемы выпрямления (выпрямительные мосты) первого трехфазного трансформаторно-выпрямительного устройства;
- 6 - второй трехобмоточный трансформатор;
- 7, 8 - мостовые схемы выпрямления (выпрямительные мосты) второго трехфазного трансформаторно-выпрямительного устройства;
- 9 - молекулярный накопитель энергии;
- 10 - разделительный диод первой зарядной ветви вывода молекулярного накопителя энергии;
- 11 - зарядный резистор;
- 12 - разделительный диод второй разрядной ветви вывода молекулярного накопителя энергии
- 13 - шины постоянного тока;
- 14 - первый трехфазный инвертор;
- 15 - первый трехфазный тиристорный ключ;
- 16 - второй трехфазный инвертор;
- 17 - второй трехфазный тиристорный ключ;
- 18 - шины переменного тока.
Устройство работает следующим образом
При наличии напряжения на вводах сети оно поступает на первый и второй трехобмоточные трансформаторы 3 и 6, которые выполнены так, что напряжение на вторичных обмотках первого трехобмоточного трансформатора 3 выше, чем на втором трехобмоточном трансформаторе 6. Выпрямленное мостами 4 и 5 напряжение поступает на шины постоянного тока 13. Напряжение на выходе второго трехобмоточного трансформатора 6 ниже, чем на выходе первого трехобмоточного трансформатора 3 и выпрямительные мосты 7 и 8 закрыты напряжением шин постоянного тока 13, от которых через зарядный резистор 11 и разделительный диод 10 происходит заряд молекулярного накопителя энергии 9. От шин постоянного тока 13 напряжение поступает на входы параллельно работающих первого и второго трехфазных инверторов 14 и 16, трехфазное переменное напряжение, с выходов которых поступает через первый и второй трехфазные тиристорные ключи 15 и 17, обеспечивающие синхронизацию трехфазных инверторов 14, 16 при включении (отключении) неисправного трехфазного инвертора, на шины переменного тока 18.
При кратковременном пропадании напряжения сети первого ввода открываются диоды выпрямительных мостов 7 и 8, через которые напряжение сети второго ввода от второго трехобмоточного трансформатора 6 поступает на шины постоянного тока, при этом перерыва питания на шинах постоянного тока 13 не происходит и, следовательно, на шинах переменного тока 18, запитанных от первого и второго трехфазных инверторов 14, 16 через первый и второй трехфазные тиристорные ключи 15, 17, кратковременного нарушения электроснабжения также не происходит (фиг.2).
При кратковременном пропадании напряжения сети второго ввода, напряжение сети первого ввода от первого трехобмоточного трансформатора 3 через диоды выпрямительных мостов 4 и 5 поступает на шины постоянного тока, при этом перерыва питания на шинах постоянного тока 13 не происходит и, следовательно, на шинах переменного тока 18, запитанных от первого и второго трехфазных инверторов 14 и 16 через первый и второй трехфазные тиристорные ключи 15 и 17, кратковременного нарушения электроснабжения также не происходит (фиг.2).
При кратковременных нарушениях электроснабжения сразу по двум вводам начинает разряжаться молекулярный накопитель энергии 9 через разделительный диод 12, при этом напряжение на шинах постоянного тока 13 обеспечивается за счет его разряда, а перерыва питания на шинах постоянного тока 13 не происходит. Следовательно, на шинах переменного тока 18, запитанных от первого и второго трехфазных инверторов 14 и 16 через первый и второй трехфазные тиристорные ключи 15 и 17, кратковременного нарушения электроснабжения также не происходит (фиг.2).
Время разряда молекулярного накопителя энергии определяется ожидаемой длительностью кратковременных нарушений электроснабжения в сети переменного тока (до 2,5 с), которая обусловлена временными установками релейной защиты.
При восстановлении напряжения сети схема приходит в исходное состояние и происходит заряд молекулярного накопителя энергии 9 от шин постоянного тока 13 через зарядный резистор 11 и разделительный диод 10.
Использование молекулярного накопителя энергии большой электрической емкости (более 70 Ф), обладающего низким внутренним сопротивлением (менее 0,001 Ом), позволяет мгновенно отдавать накопленную в нем энергию и производит фильтрацию напряжения на шинах постоянного тока, что обеспечивает устойчивую работу инверторов напряжения.
Таким образом, использование постоянно подключенных к вводам сети трехфазных многомостовых выпрямителей и применение молекулярного накопителя энергии позволяет повысить надежность устройства, а также обеспечить снижение кратковременных нарушений электроснабжения и требуемое качество напряжения на шинах потребителей постоянного и переменного тока группы I-A категории надежности при переключении с рабочего ввода источника на резервный при кратковременных нарушениях электроснабжения.
Заявителям неизвестен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об «изобретательском уровне» технического решения.
Авторами испытано устройство бесперебойного автоматического включения резерва с двумя статическими преобразователями переменного тока в постоянный мощностью 7,5 кВт, где в качестве молекулярного накопителя энергии использован молекулярный накопитель энергии емкостью 70 Ф, применены два трехфазных инвертора, которые обеспечили бесперебойную и надежную работу ответственных потребителей переменного тока, при этом максимальное отклонение напряжения на шинах постоянного тока не более 0,1 В в динамическом режиме работы устройства, за счет применения молекулярного накопителя энергии.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высш. шк., 1991, рис.10.12, с.285.
2. Патент РФ №2292621 С1, кл. Н02J 9/06, опубл. 27.01.2007.
3. Патент РФ №2225668 С1, кл. Н02J 9/06, опубл. 10.03.2004.