АВТОМАТ УПРАВЛЕНИЯ ОПЕРАТИВНЫМ ТОКОМ

Предлагаемое техническое решение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в качестве источника бесперебойного питания для цепей постоянного оперативного тока подстанций, устройств релейной и микропроцессорной автоматики подстанций, и обеспечивающего заряд и непрерывный подзаряд внешней аккумуляторной батареи включенной в буфере с нагрузкой.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения может быть выбрано устройство для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций, известное из патента RU 2052212, публикация 10.01.1996. Известное устройство содержит входной трехфазный трансформатор, диод, три резистора, шесть тиристоров, блок управления с шестью входами и тремя выходами, первый и второй выходные зажимы устройства, блок защиты от повышения напряжений с двумя входами и семью выходами. Дополнительно введена вторая трехфазная обмотка в упомянутом входном трансформаторе, трехфазный выпрямительный мост и блок сигнализации несимметрии с двумя входами. Недостатком известного решения является то, что устройство содержит входной трехфазный трансформатор, что значительно увеличивает габариты и вес устройства, а управляемый выпрямитель построен на тиристорах, что приводит к повышенной дополнительной помехоэмиссии устройства.
В свою очередь предлагаемое техническое решение позволит предложить аппарат управления оперативным током (АУОТ) для бесперебойного питания оперативных цепей, устройств релейной и микропроцессорной автоматики подстанций обладающего повышенной надежностью и качественными параметрами постоянного тока. Достигаемые качественные параметры постоянного тока включают стабильность, уровень пульсаций, перегрузочные возможности. При использовании предлагаемого решения обеспечивается наличие входных и выходных защитных цепей, наличие независимого контроля напряжения аккумуляторной батареи, поддерживают параллельную работу силовых блоков.
Указанный технический результат достигается при использовании АУОТ, который содержит средства управления, силовую часть, выполненную на основе 2-х силовых блоков (основного и резервного) и автоматическое коммутирующее устройство. Силовые блоки соединены с нагрузкой и внешним аккумулятором и с помощью автоматического коммутирующего устройства подключаются к основной или резервной питающей сети переменного тока. В отличие от аналога средства управления включают несколько контуров управления, исходя из результатов контроля физических величин нагрузки обеспечивают стабильные заданные параметры выходного постоянного тока. Основной и резервный силовые блок выполнены с инверторами на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и с помощью коммутирующего устройства могут включаться в работу как индивидуально, так и одновременно с целью увеличения выходной мощности. В состав контуров управления могут быть включены: контур управления по току нагрузки, контур управления по напряжению на нагрузке, контур управления по температуре силовых модулей и контур управления по температуре внешней аккумуляторной батареи, при этом указанные выше контуры перечислены в порядке убывания быстродействия. Средства управления включают датчики измерения физических величин, пользовательский интерфейс, содержащий блок индикации и графический дисплей. Выбранный режим работы обеспечивает система автоматического ввода резерва.
I
II
I
II
I
II
Блоки 1, 1 силовой части и средства управления соединены с источниками 2, 3 питания, выходы блоков 1, 1 силовой части соединены со средствами нагрузки 4. Средства нагрузки 4 представляют собой оперативные цепи, устройства релейной и микропроцессорной автоматики и аккумуляторную батарею, включенную в буфере с нагрузками. Средства управления формируют сигналы, необходимые для включения блоков 1, 1 силовой части, которые преобразуют постоянное напряжение от источника 2 в выходное постоянное напряжение 230 вольт. Микроконтроллер средств управления 2 через фиксированные интервалы времени производит периодическую проверку состояния автоматического выключателя, измерение напряжения на входе силового блока, напряжение на выходе АУОТ, ток на входе силового блока 1, ток на выходе АУОТ, контроль сигналов аварии с IGBT модуля силового блока 1, выдачу импульсов управления на транзисторы силового блока, опрос нажатых кнопок управления, передачу информации в блок индикации для ее отображения, связь по интерфейсу с компьютером. По командам, поступающим с кнопок управления, осуществляется включение, настройка уставок АУОТ и выдача информации о текущем состоянии и аварийных ситуациях. Средства управления включают блок управления, блок индикации, блок контроля изоляции, блок датчиков, графический жидкокристаллический дисплей и клавиатура, датчики температуры охладителей. Блок индикации предназначен для опроса нажатых на клавиатуре кнопок, вывода на дисплей информации и обмена данными с блоком управления. Программа работы, заданные параметры и протокол аварийных ситуаций аппарата содержатся в микроконтроллере блока управления.
I
II
I
II
Силовая часть состоит из двух силовых блоков 1, 1, преобразующих переменное трехфазное напряжение питающей сети в постоянное стабилизированное выходное напряжение. При запрете совместной работы силовых блоков 1, 1, в зависимости от наличия напряжений на основном и резервном питающих вводах и исправности силовых блоков, автоматическое коммутирующее устройство автоматический ввод резерва (АВР) обеспечивает автоматическое переключение силовых блоков в один из четырех режимов работы:
1) Питание основного силового блока от основного ввода;
2) Питание основного силового блока от резервного ввода;
3) Питание резервного силового блока от основного ввода;
4) Питание резервного силового блока от резервного ввода.
I
II
При разрешении совместной работы силовых блоков 1, 1, обеспечивается автоматическое переключение в один из 2-х режимов работы:
1) Питание основного и резервного силовых блоков от основного ввода;
2) Питание основного и резервного силовых блоков от резервного ввода. АУОТ имеет сменные рабочие картриджи, служащие для защиты от перенапряжений в питающей сети и в сети нагрузки. Реле контроля осуществляют контроль параметров основной и резервной питающих сетей для обеспечения режима АВР. Реле контроля аккумуляторной батареи осуществляет автономный контроль напряжения и выдает сигнал авария, если напряжение находится за пределами установленного на реле диапазона.
I
II
I
II
Каждый силовой блок 1, 1 функционально состоит из низкочастотного трехфазного выпрямителя, сглаживающего фильтра, инвертора, высокочастотного трансформатора, КС-цепей и высокочастотного выпрямителя. Сетевое напряжение поступает на неуправляемый трехфазный выпрямитель, с выхода которого постоянное напряжение, через сглаживающий LC-фильтр, подается для питания инвертора. Инвертор выполнен по мостовой схеме на основе дискретных IGBT-транзисторов или по полумостовой схеме на основе интеллектуальных IGBT-модулей. Использование IGBT позволяет выполнять преобразование на частоте 7,5 кГц. В качестве нагрузки в диагональ моста (полумоста) включена первичная обмотка трансформатора. Напряжение со вторичной обмотки выпрямляется диодами выходного выпрямителя и через выходной LC-фильтр поступает на нагрузку. Драйвер осуществляет следующие функции: формирование сигналов управления IGBT, контроль тока и аппаратную защиту IGBT от «сквозных» токов, формирование сигнала токовой защиты. Сигналы управления и защиты гальванически развязаны от системы управления схемой опторазвязок. Конструктивно каждый силовой блок 1, 1 выполнен в виде моноблока, на котором размещены все вышеперечисленные составные части за исключением дросселей сглаживающих фильтров и трансформатора. В состав моноблока входит управляемый вентилятор, предназначенный для обдува охладителя.
I
II
II
I
Для резервирования работы основного силового блока проверяется напряжение в звене постоянного тока основного силового блока, состояние сигнала токовой защиты драйвера инвертора, состояние выходного автоматического выключателя и температура охладителя и, в случае неисправности, выключается основной силовой блок 1 и включается резервный 1. В случае восстановления работоспособности (остывания) основного силового блока, выключается резервный силовой блок 1 и включается 1 основной. При пропадании или выходе за допустимые пределы напряжения питания основного силового ввода, аппарат переходит на работу от резервного источника 3, с соответствующим оповещением оператора. При восстановлении напряжения питания основного силового ввода, то есть базового источника питания 2 аппарат вновь переходит на питание от него. После устранения неисправности (или остывании) неисправного силового блока, вновь, автоматически восстанавливается режим одновременной работы.
Таким образом, предложен аппарат управления оперативным током, который характеризуется повышенной стабильностью выходного напряжения при изменении тока нагрузки, надежностью электропитания потребителя, возможностью корректировки тока заряда и подзарядного напряжения, в зависимости от температуры аккумуляторной батареи.