УСТРОЙСТВО ТОЧНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ
08.07.01—89
Взамен 08.07.01—86
УДК 621.316.729
ОКП 34 3181
РГ 45.41.33.37
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Устройство точной синхронизации с постоянным временем опережения предназначено для автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу методом точной автоматической синхронизации.
Структура условного обозначения
УТСЗ-Х4.2:
у — устройство;
Т— точной;
С — синхронизации;
3 — модернизированное;
Х4.2 — климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения по ГОСТ 15150—69.
Условия эксплуатации:
высота над уровнем моря не более 1000 м;
номинальные значения климатических факторов по ГОСТ 15150—69 исполнения УХЛ4.2 и 04.2;
окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, снижающих параметры в недопустимых пределах;
группа условий эксплуатации в части механических воздействий М6 по ГОСТ 17516—72, степень жесткости V по ГОСТ 16962—71;
группа эксплуатации в части коррозийной активности атмосферы (Л) по ГОСТ 15150-69.
Требования безопасности по ГОСТ 12.2.007.7 —83. Устройство точной синхронизации соответствует требованиям ТУ16-536.715—-82.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Номинальное напряжение измерительного трансформатора напряжения сети, В 100
Номинальное напряжение измерительного трансформатора напряжения генератора, В 100
Допустимые отклонения напряжения сети +10
от номинального значения, %
Номинальная частота сети и генератора, Гц 50, 60
Регулируемый диапазон разности напряжений сети и генератора для включения на параллельную работу, % 2—10
Допустимая разность частот сети и генератора для включения на параллельную работу, Гц, не более 0,2
Выставляемое в соответствии с заказом время опережения (три уставки) ...0,1—1,0
Ошибка во времени опережения, эл. град не более 3
Длительность выходного импульса для включения на параллельную работу, с, не менее 1,2
Диапазон регулирования длительности выходного импульса системы подгонки частоты вне зоны синхронизации по частоте, с ..0,5—0,7
Диапазон регулирования длительности паузы между выходными импульсами системы подгонки частоты вне зоны синхронизации по частоте, с 1—3
Диапазон регулирования длительности выходного импульса системы подгонки частоты в зоне синхронизации по частоте, с .0,1—0,4
Длительность паузы между выходными импульсами системы подгонки частоты в зоне синхронизации по частоте, с, не более 14
Коммутационный ток нагрузки, А:
при напряжении постоянного тока
24 В и τ≤0,05 с .1,0
при напряжении постоянного тока
220 В и τ≤0,06 с .0,15
В УТС предусмотрена возможность для включения синхронизируемых генераторов с тремя различными уставками по времени опережения.
Устройство УТС обеспечивает релейную регулировку напряжения синхронизируемого генератора вне зоны синхронизации, а также импульсную регулировку частоты.
Гарантийный срок эксплуатации — два года с момента ввода устройства в эксплуатацию в соответствии с ГОСТ 22789—85 и ГОСТ 22352—70.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
В функции устройства УТС входят:
выдача управляющих импульсов для выравнивания напряжений и частот сети и генератора;
контроль разности напряжений сети и генератора; контроль разности частот сети и генератора; выбор соответствующего момента для подачи команды на включение силового выключателя. Устройство осуществляет синхронизацию генератора в двух режимах:
первый режим синхронизации — частота и напряжение синхронизируемого генератора могут быть как больше, так и меньше частоты и напряжения сети;
второй режим синхронизации — частота и напряжение синхронизируемого генератора больше частоты и напряжения сети.
Для определения времени опережения используется кинематическое уравнение движения ротора генератора в системе отсчета, вращающейся с частотой сети, которое без учета изменения фазы генератора φ под действием ускорения имеет следующий вид:
Выставляемое в соответствии с заказом время опережения (три уставки) в диапазоне, с 0,1...1,0
Ошибка во времени опережения при температуре окружающего воздуха 20°С:
при равенстве амплитуд синхронизируемых напряжений, эл. град, не более 3
при разности амплитуд синхронизируемых напряжений до ±10% от номинального значения 100 В, эл. град, не более 4
Ошибка во времени опережения при температуре окружающего воздуха 40°С:
при равенстве амплитуд синхронизируемых напряжений, эл. град, не более 4
при разности амплитуд синхронизируемых напряжений до ±10% от номинального значения
100 В, эл. град, не более 5 Длительность выходного импульса для включения на параллельную работу, с, не менее 1,2
Начало работы системы подгонки частоты при разности частот сети и генератора, Гц, не менее 2
Регулируемая длительность выходного импульса системы подгонки частоты за пределами диапазона разности частота, допустимого для включения на параллельную работу, с . (0,5; 0,6; 0,7) ±0,01.
Регулируемая длительность паузы между выходными импульсами системы подгонки частоты за пределами диапазона разности частот, допустимого для включения на параллельную работу, с : (1, 2, 3)±0,1.
Регулируемая длительность выходного импульса системы подгонки частоты в пределах диапазона разности частот, допустимого для включения на параллельную работу, с...(0,1; 0,2; 0,3; 0,4)±0,01 Мощность коммутируемой нагрузки напряжением 220 В постоянного тока, Вт ...220
Устройство УТС должно иметь следующие показатели надежности:
наработка на отказ, ч, не менее ...10000
среднее время восстановления, ч, не более 1
срок службы до капитального ремонта при условии использования ЗИП, хранения и эксплуатации согласно инструкции, лет 10
Гарантийный срок исчисляется в течение двух лет с момента ввода устройства УТС и блока НП в эксплуатацию.
Функциональная схема приведена на рис. 1.
Принцип работы УТС построен на измерении периода напряжения биений.
Схема устройства УТС включает в себя следующие основные функциональные узлы: выделения напряжения биения; питания;
формирования опережающего импульса; входных устройств;
включения и разности напряжений; разности частот;
подгонки частоты.
Узлы устройства УТС, кроме первых двух, конструктивно выполнены в виде ячеек втычной конструкции, имеющих обозначения: ЯО, ЯВУ, ЯВРН, ЯРЧ, ЯПЧ. Схемой устройства УТС предусмотрена необходимая световая сигнализация состояния отдельных элементов, узлов и устройства в целом.
Перед включением устройства в работу внешним дистанционным переключателем производится выбор одной из трех возможных уставок времени опережения. На рис. 1 — переключатель SD1 (в поставку УТС не входит).
От измерительных трансформаторов напряжения сети и генератора на устройство УТС подается напряжение синхронизируемого генератора и напряжение сети. Включение УТС в работу производится внешней кнопкой SD2 (в поставку УТС не входит) путем подачи в схему УТС оперативного питания с блока питания. Выходом устройства УТС являются контакты реле К5, К6 и КЗ, подающие команды во внешние цепи: прибавить обороты, убавить обороты генератора и включить генератор в сеть.
Узел выделения напряжения биения
Узел выделения напряжения биения включает в себя трансформаторы Т1—Т7. Трансформаторы Т1—Т3 разделительные, обеспечивающие объединение фазы В сети и генератора. Выделение напряжения биения производится на трансформаторах Т6, Т7, со вторичных обмоток которых напряжение подается в ячейки ЯО и ЯВУ.
Напряжения сети и генератора со вторичных обмоток трансформаторов Т4, Т5 поступают на вход ячейки ЯВРН. Отдельные обособленные вторичные обмотки трансформаторов Т4, Т5 используются для подключения блока НП при настройке устройства УТС.
Узел питания
Узел питания состоит из понижающих трансформатора ТВ, выпрямителей V1—V4, V5—V8, V9—V12, V13—V16 и R—С-фильтров.
Узел питания предназначен для питания микросхем и оперативных цепей устройства УТС.
Узел формирования опережающего импульса
Формирование опережающего импульса на включение силового выключателя осуществляется в ячейке ЯО. Огибающая напряжения биений после выпрямления и фильтрации подается на вход усилителя А1 и на вход дифференциатора А2.
Моментом выдачи команды на включение силового выключателя является момент, в котором амплитудные значения составляющих тока равны, т.е. равны значения токов на входах усилителя А4.
Для увеличения точности предусмотрена коррекция по напряжению (Δ U) с помощью усилителя А3.
Схемой предусмотрен выбор одной из трех возможных уставок времени опережения от 0,1 до 1 с (реле К1—КЗ). Регулирование уставок времени опережения производится при настройке соответствующими резисторами.
Узел входных устройств (ячейка ЯВУ)
На вход ячейки подается напряжение биений с обмоток трансформаторов Т6, Т7. После выделения огибающей напряжения биения (выпрямители V1—V4 и V5—V8 и фильтры R1, С3 и R2, С4) она подается на входы компараторов А3, А4, А6—А10, где сравнивается с опорным напряжением для выработки стандартных цифровых сигналов. Схемой предусмотрена регулировка опорных напряжений с помощью резисторов. Резисторами R25, R28, R30 регулируются уставки блокировки работы устройства УТС по углу. Сигналы с выходов пороговых устройств поступают в ячейки ЯПЧ, ЯРЧ и ЯВРН.
Узел разности частот (ЯРЧ).
Ячейка ЯРЧ состоит из двух идентичных узлов, выполняющих функцию контроля разности частот синхронизируемых напряжений сети и генератора.
Первый узел состоит из элементов D2.1—D3.4, счетчиков импульсов СИ1, СИ3, генератора прямоугольных импульсов ГПИ, второй — из элементов D2.3—D5.3, счетчиков импульсов СИ2, СИ4 и ГПИ.
Дублирование введено для повышения достоверности правильной работы ячейки.
Запуск счетчиков производится от выходной цепи ячейки ЯВУ (цепь 16).
При правильной работе двух узлов (СИ1—СИ4) с выхода элемента D2.2 ячейки ЯРЧ поступает разрешение в узел включения (D8.3—D3.2, D11) ячейки ЯВРН. Выходные сигналы ЯРЧ (цепи 31, 32, 33) используются для работы узла подгонки частоты (оборотов) генератора ячейки ЯПЧ.
Узел подгонки частоты (ЯПЧ)
Ячейка подгонки частоты предназначается для подгонки частоты генератора до допустимого для включения генератора на параллельную работу диапазона и удержания в этом диапазоне генератора на все время процесса синхронизации.
После включения устройства УТС в работу, при разности частот больше 0,3 Гц, узел подгонки частоты выдает импульсы на регулятор скорости агрегата. Длительность импульса на подгонку частоты устанавливается переключателем S4 и может составлять 0,5, 0,6, 0,7 с. Длительность паузы между ними устанавливается переключателем S2 и может составлять 1, 2, 3 с. Если частота генератора меньше частоты сети, работает канал «прибавить» (реле К5), а если частота генератора больше частоты сети, работает канал «убавить» (реле К6).
Начиная с разности 0,3 Гц, схема будет выдавать только один импульс за время одного периода биений. Длительность импульса, поступающего на регулятор скорости, в этом случае составляет одну из величин 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 с, устанавливаемую переключателем S3.
Если частота генератора меньше частоты сети и период напряжения биений больше 14 с, то происходит переход работы с канала «прибавить» на канал «убавить». Если частота генератора больше частоты сети и период напряжения биений больше 14 с, то происходит переход работы с канала «убавить» на канал «прибавить».
Узел включения и разности напряжений (ЯВРН)
Напряжения сети и генератора после выпрямления и фильтрации поступают на входы усилителей А1, А2. При разности напряжений до 10% от номинального значения усилители A1, А2, элементы Д8.1, Д8.2 формируют разрешение на включение генератора в сеть. На контакторе D11 собираются выходные сигналы: от ячейки ЯО—цепь 26 (через элементы D1.1, D3.1, D4.1), суммарный сигнал ЯРЧ—цепь 28 (через элементы D8.3, D3.2), сигнал от схемы блокировки по углу (через элемент D6.2) и схемы выделения неисправности (элементы D1.2, D4.1, D4.2, D6.1), выход D2.3.
При совпадении высоких потенциалов на входах элемента D11 поступает команда на триггер D8.4—D3.3, который перебрасывается и включает выходное реле К3. Одновременно триггер D8.4—D3.3 запускает счетчик длительности выходного импульса СИ. После отсчета 1,2 с поступает команда, обесточивающая реле К2, которое отключает оперативное питание УТС.
Блок НП
Блок НП предназначается для настройки и проверки узлов устройства УТС.
Питание оперативных цепей блока НП осуществляется от узла питания устройства УТС.
С помощью блока НП можно контролировать и измерять длительность периода напряжения биений, проверять и настраивать уставки времени опережения. Для измерения периода напряжения биений и проверки времени опережения необходимо подключить к устройству УТС схему, имитирующую напряжение сети и генератора. Схема должна состоять из управляемого электродвигателя с редуктором, с валом которого соединен вал дифференциального сельсина (или фазорегулятора с углом поворота 360°).
Функциональная схема блока НП и примерная схема проверки устройства УТС представлены на рис. 2. Крупногабаритная силовая аппаратура в поставку блока НП не входит.
Схема, собранная на базе операционных усилителей А1 и А2 и элемента D1.1, выделяет момент совпадения по фазе синхронизируемых напряжений, т.е. выделяет момент, когда напряжение биений равно нулю. Импульс на входе j—К триггера переключает его, и на инверсном выходе появляется потенциал высокого уровня, который через усилитель включает реле К1, включающий в свою очередь таймер, измеряющий период напряжения биений. При поступлении импульса из узла опережения устройства УТС на вход элемента D1.2 (гнездо X3) запускается другой таймер, измеряющий длительность этого импульса. Последующий импульс на входе j—К триггера переключает его в исходное состояние, и оба таймера останавливаются.
Рис. 1. Функциональная схема устройства:
ЯВУ — ячейка входных устройств; ЯВРН — ячейка включения и разности напряжений; ЯО — ячейка опережения; ЯРЧ — ячейка разности частот; ЯПЧ — ячейка подгонки частот; СИ — счетчик импульсов; СИП — счетчик рабочих сигналов; ГПИ — генератор прямоугольных импульсов; У — выходной усилитель
Рис. 2. Функциональная схема блока НП и примерная схема проверки УТС:
М1 — электродвигатель; ИП — таймер; У — выходной усилитель
