УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ С КОНТРОЛЕМ СИНХРОНИЗМА НА ПОНИЖАЮЩЕЙ ПОДСТАНЦИИ С ТУРБОАГРЕГАТАМИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
DEVICE OF AUTOMATIC SWITCHING ON OF BACKUP POWER WITH SYNCHRONISM CONTROL ON LOWERING SUBSTATION WITH TURBO-AGGREGATES OF LOW POWER

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического включения резервного питания, и может быть использовано на подстанциях с синхронными турбоагрегатами малой мощности.
Известно устройство автоматического включения резервного питания с двигательной нагрузкой [SU 1702483 А1, МПК H02J 9/06, опубл. 30.12.1991], содержащее измерительные трансформаторы напряжения первой и второй секции шин питания, пороговые фазочувствительные блоки, первый и второй исполнительные блоки отключения вводных выключателей первой и второй секции шин и включения резервного питания, четыре формирователя, выполненных в виде усилителей - ограничителей, два RS - триггера, каждый из которых соединен с одним входом установки и двумя входами сброса, логические элементы ИЛИ-НЕ, расширители импульсов и два фазосдвигающих элемента, обеспечивающие поворот вектора из входного напряжения в сторону опережения. Пороговые фазочувствительные блоки выполнены в виде последовательно соединенных трехвходового двухполупериодного формирователя импульсов несовпадения, входы которого образуют входы фазочувствительного блока, интегратора и триггера Шмитта. Выход трансформатора напряжения второй секции связан через первый формирователь, выполненный в виде усилителя-ограничителя, с первыми входами фазочувствительных блоков, а через последовательно соединенные первый фазосдвигающий элемент и второй формирователь - со вторым входом первого фазочувствительного блока. Выход трансформатора напряжения первой секции связан через третий формирователь с третьими входами фазочувствительных блоков, а через последовательно соединенные второй фазосдвигающий элемент и четвертый формирователь - с вторым входом второго фазочувствительного блока. Входы установки первого и второго RS - триггеров соединены с входами элемента ИЛИ - НЕ и подсоединены к выходам первого и второго фазочувствительных блоков соответственно, первые входы сброса RS - триггеров объединены и через расширитель импульсов связаны с выходом элемента ИЛИ - НЕ. Выходы первого и второго RS - триггеров подключены к входам первого и второго исполнительных блоков соответственно и к вторым входам сброса соседних триггеров.
При значительном относительном скольжении между векторами напряжений потерявшей питание и резервной секциями шин, а также в случае замедленного включения секционного выключателя, это устройство не позволяет исключить возможность противофазного включения турбоагрегатов. Так как при этом могут протекать большие пусковые токи, то под действием релейной защиты возможно ложное отключение резервной линии и полное обесточивание обеих секций шин подстанции. Кроме того, режим противофазного включения опасен и для самих турбоагрегатов, так как может вызвать их разрушение.
Принятое за прототип, известно устройство для автоматического включения резервного питания с контролем синхронизма двигательной нагрузки [RU 2009598 С1, МПК5 H02J 9/06, опубл. 15.03.1994], содержащее измерительные трансформаторы напряжения первой и второй секций шин питания, первый и второй фазосдвигающие элементы, обеспечивающие сдвиг вектора входного напряжения в сторону опережения. Входы фазосдвигающих элементов подключены к выходам измерительных трансформаторов напряжения первой и второй секций шин соответственно. Первый, второй, третий и четвертый формирователи, выполненные в виде усилителей-ограничителей подключены входами первого и третьего формирователей к выходам измерительных трансформаторов напряжения первой и второй секций шин соответственно. Входы второго и четвертого формирователей подключены к выходам первого и второго фазосдвигающих элементов. Первый и второй трехвходовые пороговые фазочувствительные блоки подключены входами первого фазочувствительного блока к выходам первого, третьего и четвертого формирователей, а входами второго фазочувствительного блока - к выходам первого, второго и третьего формирователей. Входы элемента ИЛИ-НЕ подключены к выходам пороговых фазочувствительных блоков. Расширитель импульсов, первый и второй RS-триггеры, каждый с одним входом установки и двумя входами сброса, подключенные входами установки к выходам первого и второго пороговых фазочувствительных блоков соответственно, первыми объединенными входами сброса - через расширитель импульсов к выходу элемента ИЛИ - НЕ, а вторыми входами сброса - к выходам соседних триггеров. Первый и второй исполнительные блоки отключения вводных выключателей первой и второй секций шин подключены входами к выходам первого и второго RS-триггеров соответственно. Входы первого элемента И подключены к выходам первого RS-триггера и второго фазочувствительного блока. Входы второго элемента И подключены к выходам второго RS-тригтера и первого фазочувствительного блока. Входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам первого и второго RS-триггеров. Входы второго элемента ИЛИ подключены к выходам первого и второго элементов И. Входы блока запрета подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ. Выход блока запрета подключен к входу третьего исполнительного блока включения секционного выключателя резервного питания.
Это устройства не позволяет управлять процессом включения резервного питания.
Технический результат предложенного изобретения заключается в создании устройства автоматического включения резервного питания с контролем синхронизма на понижающей подстанции с турбоагрегатами малой мощности, позволяющего управлять процессом синхронного включения секций шин подстанции с подключенными к ним турбоагрегатами.
Предложенное устройство автоматического включения резервного питания с контролем синхронизма на понижающей подстанции с турбоагрегатами малой мощности, также как в прототипе, содержит измерительные трансформаторы напряжений первой и второй секций шин понижающей подстанции.
Согласно изобретению измеритель разности фаз соединен с первым и вторым измерителем частоты напряжения, которые соответственно подключены к первому и второму измерительным трансформаторам напряжения первой и второй секции шин понижающей подстанции. К первому измерителю частоты напряжения последовательно подключены первый инвертор, первый сумматор, первый нуль-орган. Первый блок промежуточных реле содержит первый нормально замкнутый контакт и первый нормально разомкнутый контакт, который соединен с первым нуль-органом. К первому блоку промежуточных реле подключен второй блок промежуточных реле, содержащий второй нормально замкнутый контакт и второй нормально разомкнутый контакт. Ко второму нормально замкнутому контакту подключен третий нормально замкнутый контакт, связанный с первым выходным реле первого выключателя, подключенного к первому силовому трансформатору, который соединен с электрической сетью. Третий нормально замкнутый контакт соединен с программатором, который подключен к первому сумматору. Первый регулятор через четвертый нормально-замкнутый контакт подключен к дозатору первого турбоагрегата. К первому измерителю частоты напряжения подключен первый регулятор, а к первому сумматору подключен второй нуль-орган, к которому подключен второй нормально разомкнутый контакт. Второй нормально замкнутый контакт подключен к первому нормально разомкнутому контакту. К первому нормально замкнутому контакту подключен второй нормально разомкнутый контакт и пятый нормально замкнутый контакт, который соединен с выходным реле выключателя и с программатором. К первому сумматору подключен третий нуль-орган, соединенный с программатором. Ко второму измерителю частоты напряжения последовательно подключены второй инвертор, второй сумматор, четвертый нуль-орган. Третий блок промежуточных реле содержит шестой нормально замкнутый контакт и третий нормально разомкнутый контакт, который соединен с четвертым нуль-органом. Четвертый блок промежуточных реле содержит седьмой нормально замкнутый контакт и четвертый нормально разомкнутый контакт. К седьмому нормально замкнутому контакту подключен восьмой нормально замкнутый контакт, связанный с выходным реле выключателя, подключенного ко второму силовому трансформатору, который соединен с электрической сетью. Ко второму сумматору подключен программатор, к которому подключен второй регулятор. Через девятый нормально замкнутый контакт регулятор подключен к дозатору второго турбоагрегата. Ко второму измерителю частоты напряжения подключен второй регулятор, а ко второму сумматору подключен пятый нуль-орган, к которому подсоединен четвертый нормально разомкнутый контакт. Седьмой нормально замкнутый контакт подключен к третьему нормально разомкнутому контакту. К шестому нормально замкнутому контакту подключен четвертый нормально разомкнутый контакт и десятый нормально замкнутый контакт, который соединен со вторым выходным реле второго выключателя и с программатором. Третий, пятый, десятый, восьмой нормально замкнутые контакты подключены к ключу, который соединен с секционным выключателем подстанции. К измерителю разности фаз подключен программатор и шестой нуль-орган, который соединен с ключом. Ко второму сумматору подключен седьмой нуль-орган, соединенный с программатором. К первому сумматору подключен второй измеритель частоты напряжения, а ко второму сумматору подключен первый измеритель частоты напряжения.
Использование программатора позволяет осуществить управление движением ротора турбоагрегата по заданным траекториям. Предложенное устройство формирует траекторию движения посредством воздействия на регулятор турбоагрегата. Формирование траектории реализовано в три подынтервала. На первом подынтервале управления происходит уменьшение начальной дополнительной кинетической энергии ротора управляемого турбоагрегата до нулевого значения. В конце этого подынтервала относительная скорость ротора становится нулевой, а угол ротора, относительно синхронизированного турбоагрегата, принимает экстремальное значение. На втором подынтервале происходит первый этап так называемого процесса приведения угла разности фаз к нулевому значению, а также достигается экстремальное значение относительной скорости. На третьем подынтервале реализован второй этап приведения угла разности фаз к нулевому значению, при этом относительная скорость к концу всего интервала управления также становится нулевой.
В результате, предложенное устройство позволяет управлять процессом включения резервного питания на подстанции с турбоагрегатами малой мощности.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства автоматического включения резервного питания с контролем синхронизма на подстанции с турбоагрегатами малой мощности.
Устройство для автоматического включения резервного питания содержит (фиг. 1) первый и второй измерители частоты напряжения 1 (ИЧН1) и 2 (ИЧН2). Измеритель разности фаз 3 (ИРФ) соединен с входами первого и второго измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) и 2 (ИЧН2). Входы первого и второго измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) и 2 (ИЧН2). соответственно подключены к первому 4 и второму 5 измерительным трансформаторам напряжения первой 6 и второй 7 секции шин понижающей подстанции. К первому измерителю частоты напряжения 1 (ИЧН1) последовательно подключены первый инвертор 8 (И1), первый сумматор 9 (С1), первый нуль-орган 10 (HO1), который подключен к первому блоку промежуточных реле 11 (БР1), который содержит первый нормально замкнутый контакт 12 и первый нормально разомкнутый контакт 13, который соединен с входом первого нуль-органа 10 (HO1). К блоку промежуточных реле 11 (БР1) подключен второй блок промежуточных реле 14 (БР2), содержащий второй нормально замкнутый контакт 15 и второй нормально разомкнутый контакт 16. Ко второму нормально замкнутому контакту 15 подключен третий нормально замкнутый контакт 17, связанный с первым выходным реле 18 первого выключателя 19, подключенного к первому силовому трансформатору 20, который подключен к электрической сети. Третий нормально замкнутый контакт 17 соединен с программатором 21 (П). К выходу первого сумматора 9 (С1) подключен логический вход программатора 21 (П), к которому подключен первый регулятор 22 (Р1), выход которого через четвертый нормально-замкнутый контакт 23 подключен к дозатору первого турбоагрегата 24.
К первому измерителю частоты напряжения 1 (ИЧН1) подключен первый регулятор 22 (Р1). К первому сумматору 9 (С1), подключен второй нуль-орган 25 (НО2), к которому подключен второй нормально разомкнутый контакт 16 второго блока промежуточных реле 14 (БР2). Второй нормально замкнутый контакт 15 подключен к первому нормально разомкнутому контакту 13 первого блока промежуточных реле 11 (БР1). К первому нормально замкнутому контакту 12 первого блока промежуточных реле 11 (БР1) подключен второй нормально разомкнутый контакт 16 второго промежуточного реле 14 (БР2) и пятый нормально замкнутый контакт 26, который соединен с выходным реле 18 выключателя 19 и с программатором 21 (П).
К первому сумматору 9 (С1), подключен третий нуль-орган 27 (НО3), соединенный с логическим входом программатора 21 (П).
Ко второму измерителю частоты напряжения 2 (ИЧН2) последовательно подключены второй инвертор 28 (И2), второй сумматор 29 (С2), четвертый нуль-орган 30 (НО4), который подключен к третьему блоку промежуточных реле 31 (БР3), который содержит шестой нормально замкнутый контакт 32 и третий нормально разомкнутый контакт 33, который соединен с входом четвертого нуль-органа 30 (НО4). К блоку промежуточных реле 31 (БР3) подключен четвертый блок промежуточных реле 34 (БР4), содержащий седьмой нормально замкнутый контакт 35 и четвертый нормально разомкнутый контакт 36. К седьмому нормально замкнутому контакту 35 подключен восьмой нормально замкнутый контакт 37, связанный с выходным реле 38 выключателя 39, подключенного ко второму силовому трансформатору 40, который подключен к электрической сети. Ко второму сумматору 29 (С2) подключен логический вход программатора 21 (П), к которому подключен второй регулятор 41 (Р2), выход которого через девятый нормально замкнутый контакт 42 подключен к дозатору второго турбоагрегата 43.
Ко второму измерителю частоты напряжения 2 (ИЧН2) подключен второй регулятор 41 (Р2). Ко второму сумматору 29 (С2) подключен пятый нуль-орган 44 (НО5), к которому подключен четвертый нормально разомкнутый контакт 36 четвертого блока промежуточных реле 34 (БР4). Седьмой нормально замкнутый контакт 35 подключен к третьему нормально разомкнутому контакту 33 третьего блока промежуточных реле 31 (БР3). К шестому нормально замкнутому контакту 32 блока промежуточных реле 31 (БР3) подключен четвертый нормально разомкнутый контакт 36 промежуточных реле 34 (БР4) и десятый нормально замкнутый контакт 45, который соединен со вторым выходным реле 38 второго выключателя 39 и с программатором 21 (П).
Третий 17, пятый 26, десятый 45, восьмой 37 нормально замкнутые контакты подключены к логическому входу ключа 46 (К), который соединен с секционным выключателем 47 подстанции. К измерителю разности фаз 3 (ИРФ) подключен программатор 21 и шестой нуль-орган 48 (НО6), который соединен с логическим входом ключа 46.
Ко второму сумматору 29 (С2), подключен седьмой нуль-орган 49 (НО7), соединенный с логическим входом программатора 21 (П).
Выходы второго сумматора 29 (С2) подключены к входу программатора 21 (П).
К первому сумматору 9 (С1) подключен второй измеритель частоты напряжения 2 (ИЧН2). Ко второму сумматору 29 (С2) подключен первый измеритель частоты напряжения 1 (ИЧН1).
Измерители частоты напряжения 1 (ИЧН1) и 2 (ИЧН2) реализованы на частотомерах Ф5137. Измеритель разности фаз 3 (ИРФ) выполнен на фазометре Ф5126. Инверторы 8 (И1) и 28 (И2), а также сумматоры 9 (С 1) и 29 (С2) реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Программатор 21 (П), а также регуляторы 22 (Р1) и 41 (Р2) выполнены на микроконтроллерах серии 51 производителя Atmel AT89S53. Ключ 46 (К) реализован на микроконтроллере ADG819BRM. Все нуль-органы 10 (НО1), 25 (НО2), 27 (НО3), 48 (НО6), 30 (НО4), 44 (НО5) и 49 (НО7) выполнены на компараторах CMP402GSZ. Блоки промежуточных реле 11 (БР1), 14 (БР2), 31(БР3) и 34 (БР4) реализованы на базе реле промежуточных двухпозиционных типа РП 8. Выходные реле 18, 38 терминалов защиты выключателей выполнены на реле типа РП 16.
1СШ
2СШ
Устройство работает следующим образом. При аварийном отключении второго выключателя 39 вследствие короткого замыкания во втором трансформаторе 40 второе выходное реле 38 терминала защиты второго выключателя 39 размыкает десятый 45, восьмой 37, девятый 42 нормально замкнутые контакты блокируя работу четвертого 30 (НО4) и пятого 44 (НО5) нуль-органов. В устройство автоматического включения резерва с контролем синхронизма от первого 4 и второго 5 измерительных трансформаторов первой 6 и второй 7 секций шин подстанции поступают одновременно сигналы U(t) - мгновенные значения напряжения первой секции шин подстанции и U(t) - мгновенные значения напряжения второй секции шин подстанции.
1СШ
2СШ
1СШ
2СШ
1СШ
ƒ1СШ
2СШ
ƒ2СШ
δ
ƒ1СШ
ƒ2СШ
На вход первого измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) поступает сигнал U(t), на вход второго измерителя частоты напряжения 2 (ИЧН2) поступает сигнал U(t), на входы измерителя разности фаз 3 (ИРФ) поступают сигналы U(t) и U(t). С помощью первого измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) сигнал U(t) преобразуют в коэффициент K, пропорциональный частоте напряжения первой секции шин подстанции. С помощью второго измерителя частоты напряжения 2 (ИЧН2) сигнал U(t) преобразуют в коэффициент K, пропорциональный частоте напряжения второй секции шин подстанции. С помощью измерителя разности фаз 3 (ИРФ) получают коэффициент K, пропорциональный разности фаз напряжений первой и второй секций шин подстанции. С выхода измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН 1) значение коэффициента K поступает в первый инвертор 8 (И1), первый сумматор 9 (С1) и первый регулятор 22 (Р1), а также во второй сумматор 29 (С2). С выхода измерителя разности фаз 3 (ИРФ) значение коэффициента разности фаз напряжений  поступает в программатор 21 (П) и шестой нуль-орган 48 (НО6). С выхода второго измерителя частоты напряжения 2 (ИЧН2) значение коэффициента K поступает на второй инвертор 28 (И2), на первый сумматор 9 (С1) и регулятор 41 (Р2).
ƒ1СШ
S
ƒ1СШ
ƒ2СШ
S
S ПУСК
С выхода первого инвертора 8 (И1) значение коэффициента K поступает на вход первого сумматора 9 (С1). С помощью первого сумматора 9 (С1) определяют коэффициент скольжения K как разность значений сигналов K - K. С выхода первого сумматора 9 (С1) значение коэффициента скольжения K поступает в первый нуль-орган 10 (НО1), второй нуль-орган 25 (НО2), третий нуль-орган 27 (НО3), программатор 21 (П). Нуль-органы 10 (HO1) и 25 (НО2) определяют момент, когда скольжение синхронного турбоагрегата относительно сети превысит величину K.
12
1
2
ПУСК
S ПУСК
S ПУСК
ПУСК
S ПУСК
y
j
ω0
Эта величина определяет момент, когда программатор 21 (П) начинает расчет программной траектории изменения скольжения для первого подынтервала управления t [t, t]. Значение S - значение уставки срабатывания по скольжению первого нуль-органа 10 (HO1), второго нуль-органа 25 (НО2), четвертого нуль-органа 30 (НО4), пятого нуль-органа 44 (НО5), может быть как положительным +K, когда частота напряжения потерявшей питание секции шин больше номинальной частоты сети, так и отрицательным -K, когда частота напряжения потерявшей питания секции шин меньше номинальной частоты сети. Сигнал о превышении S с выхода первого нуль-органа 10 (HO1) или выхода второго нуль-органа 25 (НО2) через блоки промежуточных реле 11 (БР1) и 14 (БР2) запускает программатор 21 (П), который строит траекторию изменения скольжения при его начальном значении , равном величине K, измеренной в момент включения первого нуль-органа 10 (HO1) или второго нуль-органа 25 (НО2). В программатор 21 (П) вводят значения интервала регулирования Т, постоянных инерции турбоагрегата T подключенных к секциям шин подстанции, коэффициента синхронной частоты К=1 о.е. (314 рад/с), длительности первого подынтервала регулирования , разность фаз напряжений между секциями шин подстанции  и коэффициент пропорциональности .
S
Программатор 21 (П) формирует движение роторов турбоагрегатов, подключенных к секциям шин подстанции посредством изменения уставки первого регулятора 22 (Р1) частоты вращения машины, которая пропорциональна частоте напряжения секций шин подстанции, в виде функции K(t).
Построение функции изменения скольжения на первом подынтервале регулирования:
2
1. Определение времени начала второго подынтервала регулирования t
,
1
где t - время начала первого подынтервала регулирования.
2. Определение небаланса мощности на валу турбоагрегата потерявшей питание секции шин  на первом подынтервале регулирования
.
3. Определение значения коэффициента скольжения  в конце первого подынтервала регулирования
.
4. Определение значения коэффициентов скольжения  на первом подынтервале регулирования.
,
где t - переменная времени подынтервалов регулирования.
Сигнал  поступает в первый регулятор 22 (Р1), с помощью которого определяют коэффициент , пропорциональный изменению расхода топлива посредством дозатора в приводе турбоагрегата, подключенной к потерявшей питание секции шин:
.
S
2
3
S
В момент равенства частот возбужденного турбоагрегата и сети, в конце первого подынтервала регулирования K=0 и срабатывает третий нуль-орган 27 (НО3). В программатор 21 (П) заранее вводят значение длительности второго подынтервала регулирования . Программатор 21 (П) строит взаимосвязанные функции изменения угла разности фаз и скольжения на втором подынтервале регулирования [t, t] при нулевом начальном значении скольжения K=0 и начальном значении угла разности фаз , равном измеренному реальному значению в момент включения третьего нуль-органа 27 (НО3) на измерительном входе разности фаз программатора 21 (П).
Построение взаимосвязанных функций изменения угла разности фаз и скольжения на втором подынтервале регулирования:
3
1. Определение времени начала третьего подынтервала регулирования t
,
2. Определение небаланса мощности на валу турбоагрегата потерявшей питание секции шин  на втором подынтервале регулирования
.
3. Определение значения коэффициента угла разности фаз  в начале третьего подынтервала регулирования
.
p
4. Определение значения коэффициентов угла разности фаз Kδ на третьем подынтервале регулирования
.
5. Определение значения коэффициента скольжения  в начале третьего подынтервала регулирования
.
6. Определение значения коэффициента скольжения  на третьем подынтервале регулирования
.
Сигнал  поступает в первый регулятор 22 (Р1), с помощью которого определяют коэффициент , пропорциональный изменению расхода топлива посредством дозатора в приводе турбоагрегата, подключенной к потерявшей питание секции шин:
.
3
T
Программатор 21 (П) строит взаимосвязанные функции изменения угла разности фаз и скольжения на третьем подынтервале регулирования [t, t].
Построение функций изменения угла разности фаз и скольжения на третьем подынтервале регулирования:
1. Определение длительности третьего подынтервала регулирования
.
2. Определение небаланса мощности на валу турбоагрегата потерявшей питание секции шин  на третьем подынтервале регулирования
.
3. Определение значения коэффициента скольжения  в конце третьего подынтервала регулирования
.
4. Определение значения коэффициента скольжения
.
5. Определение значения коэффициентов угла разности фаз  в конце третьего подынтервала регулирования
.
p
6. Определения значения коэффициентов угла разности фаз Kδ в конце третьего подынтервала регулирования
.
Сигнал  поступает в первый регулятор 22 (Р1), с помощью которого определяют коэффициент , пропорциональный изменению расхода топлива посредством дозатора в приводе турбоагрегата, подключенной к потерявшей питание секции шин подстанции:
.
3
T
p
S
В конце третьего подынтервала регулирования [t, t], а соответственно и всего интервала регулирования Kδ=0 и K=0. Шестой нуль-орган 48 (НО6) определяет момент, когда разность фаз становится равной нулю и подает сигнал на замыкание секционного выключателя 47 подстанции. Этот сигнал проходит через ключ 46 (К), открытый сигналом с одного из блоков промежуточных реле 11 (БР1), 14 (БР2).
1СШ
2СШ
При аварийном отключении первого выключателя 19 вследствие короткого замыкания в первом трансформаторе 20 первое выходное реле 18 выключателя 19 размыкает пятый 26, третий 17, четвертый 23 нормально замкнутые контакты, блокируя работу первого нуль-органа 10 (HO1) и второго нуль-органа 25 (НO2). В устройство автоматического включения резерва с контролем синхронизма от первого 4 и второго 5 измерительных трансформаторов первой 6 и второй 7 секций шин понижающей подстанции поступают одновременно сигналы U(t) и U(t)
1СШ
2СШ
1СШ
2СШ
1СШ
ƒ1СШ
2СШ
ƒ2СШ
δ
ƒ1СШ
ƒ1СШ
На вход первого измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) поступает сигнал U(t), на вход второго измерителя частоты напряжения 2 (ИЧН2) поступает сигнал U(t), на входы измерителя разности фаз 3 (ИРФ) поступают сигналы U(t) и U(t). С помощью первого измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) сигнал U(t) преобразуют в коэффициент K, пропорциональный частоте напряжения первой секции шин подстанции. С помощью второго измерителя частоты напряжения 2 (ИЧН2) сигнал U(t) преобразуют в коэффициент K, пропорциональный частоте напряжения второй секции шин подстанции. С помощью измерителя разности фаз 3 (ИРФ) получают коэффициент K, пропорциональный разности фаз напряжений первой и второй секций шин подстанции. С выхода второго измерителя частоты напряжения 2 (ИЧН2) коэффициент K поступает во второй инвертор 28 (И2), второй сумматор 29 (С2) и во второй регулятор 41 (Р2), а также в первый сумматор 9 (С1). С выхода измерителя разности фаз 3 (ИРФ) коэффициент разности фаз напряжений  поступает в программатор 21 (П) и четвертый нуль-орган 48 (НO4). С выхода первого измерителя частоты напряжения 1 (ИЧН1) коэффициент K поступает на первый инвертор 8 (И1), на второй сумматор 29 (С2) и регулятор 22 (Р1).
ƒ2СШ
S
ƒ2СШ
ƒ1СШ
S
S ПУСК
12
1
2
ПУСК
S ПУСК
S ПУСК
ПУСК
S ПУСК
y
j
ω0
С выхода второго инвертора 28 (И2) значение коэффициента K поступает на вход второго сумматора 29 (С2), с помощью которого определяют коэффициент скольжения K как разность значений сигналов K - K. С выхода второго сумматора 29 (С2) коэффициент скольжения K поступает в четвертый нуль-орган 30 (НO4), пятый нуль-орган 44 (НO5), седьмой нуль-орган 49 (НO7), программатор 21 (П). Нуль-органы 30 (НO4) и 44 (НO5) определяют момент, когда скольжение турбоагрегата относительно сети превысит величину K. Эта величина определяет момент, когда программатор 21 (П) начинает расчет программной траектории изменения скольжения для первого подынтервала управления t [t, t]. Значение S может быть как положительным +K, когда частота напряжения потерявшей питание секции шин больше номинальной частоты сети, так и отрицательным - K, когда частота напряжения потерявшей питания секции шин меньше номинальной частоты сети. Сигнал о превышении Sс выхода четвертого нуль-органа 30 (НO4) или выхода пятого нуль-органа 44 (НO5) через блоки промежуточных реле 31 (БР3) и 34 (БР4) запускает программатор 21 (П), который строит траекторию изменения скольжения при его начальном значении , равном величине K, измеренной в момент включения четвертого нуль-органа 30 (НO4) или пятого нуль-органа 44 (НO5). В программатор 21 (П) вводят значения интервала регулирования T, постоянных инерции турбоагрегата T подключенных к секциям шин подстанции, коэффициента синхронной частоты К=1 о.е. (314 рад/с), длительности первого подынтервала регулирования , разность фаз напряжений между секциями шин подстанции  и коэффициент пропорциональности .
S
Программатор 21 (П) формирует движение роторов турбоагрегатов, подключенных к секциям шин подстанции посредством изменения уставки второго регулятора 41 (Р2) частоты вращения турбоагрегата, которая пропорциональна частоте напряжения секций шин подстанции, в виде некоторой функции K(t).
Построение функции изменения скольжения на первом подынтервале регулирования:
2
1. Определение времени начала второго подынтервала регулирования t
,
1
где t - время начала первого подынтервала регулирования.
2. Определение небаланса мощности на валу турбоагрегата потерявшей питание секции шин  на первом подынтервале регулирования
.
3. Определение значения коэффициента скольжения  в конце первого подынтервала регулирования
.
4. Определение значения коэффициентов скольжения  на первом подынтервале регулирования.
,
где t - переменная времени подынтервалов регулирования.
Сигнал  поступает во второй регулятор 41 (Р2), с помощью которого определяют коэффициент  пропорциональный изменению расхода топлива посредством дозатора в приводе турбоагрегата, подключенной к потерявшей питание секции шин:
.
S
2
3
S
В момент равенства частот возбужденной турбоагрегата и сети, в конце первого подынтервала регулирования K=0 и срабатывает седьмой нуль-орган 49 (НO7). В программатор 21 (П) заранее вводят значение длительности второго подынтервала регулирования . Программатор 21 (П) строит взаимосвязанные функции изменения угла разности фаз и скольжения на втором подынтервале регулирования [t, t] при нулевом начальном значении скольжения K=0 и начальном значении угла разности фаз , равном измеренному реальному значению в момент включения нуль-органа 49 (НO7) на измерительном входе разности фаз программатора 21 (П).
Построение взаимосвязанных функций изменения угла разности фаз и скольжения на втором подынтервале регулирования:
3
1. Определение времени начала третьего подынтервала регулирования t
,
2. Определение небаланса мощности на валу турбоагрегата потерявшей питание секции шин  на втором подынтервале регулирования
.
3. Определение значения коэффициента угла разности фаз  в начале третьего подынтервала регулирования
.
p
4. Определение значения коэффициентов угла разности фаз Kδ на третьем подынтервале регулирования
.
5. Определение значения коэффициента скольжения  в начале третьего подынтервала регулирования
.
6. Определение значения коэффициента скольжения  на третьем подынтервале регулирования
.
Сигнал  поступает во второй регулятор 41 (Р2), с помощью которого определяют коэффициент , пропорциональный изменению расхода топлива посредством дозатора в приводе турбоагрегата, подключенной к потерявшей питание секции шин:
.
3
T
Программатор 21 (П) строит взаимосвязанные функции изменения угла разности фаз и скольжения на третьем подынтервале регулирования [t, t].
Построение взаимосвязанных функций изменения угла разности фаз и скольжения на третьем подынтервале регулирования:
1. Определение длительности третьего подынтервала регулирования
.
2. Определение небаланса мощности на валу турбоагрегата потерявшей питание секции шин  на третьем подынтервале регулирования
.
3. Определение значения коэффициента скольжения  в конце третьего подынтервала регулирования
.
4. Определение значения коэффициента скольжения
.
5. Определение значения коэффициентов угла разности фаз  в конце третьего подынтервала регулирования
.
p
6. Определение значения коэффициентов угла разности фаз Kδ в конце третьего подынтервала регулирования
.
Сигнал  поступает во второй регулятор 41 (Р2), с помощью которого определяют коэффициент , пропорциональный изменению расхода топлива посредством дозатора в приводе турбоагрегата, подключенной к потерявшей питание секции шин подстанции:
.
3
T
P
S
В конце третьего подынтервала регулирования [t, t], а соответственно и всего интервала регулирования Kδ=0 и K=0. Шестой нуль-орган 48 (НО6) определяет момент, когда разность фаз становится равной нулю и подает сигнал на включение секционного выключателя 47 подстанции. Этот сигнал проходит через ключ 46 (К), открытый сигналом с одного из блоков промежуточных реле 31 (БР3), 34 (БР4).
Таким образом, предложенное устройство позволяет осуществить синхронное включение секций шин подстанции с подключенными к ним турбоагрегатами малой мощности.