Регулирование коэффициента трансформации

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Особенности автоматического регулирования коэффициента трансформации

Основные особенности автоматического регулирования коэффициента трансформации обусловливаются дискретностью его изменения при переключении ответвлений обмоток и относительной сложностью и инерционностью процесса переключения электромеханическими УРПН. На рис.1 показаны схемы, соответствующие основным коммутационным операциям переключения двух соседних ответвлений с реакторным ограничителем тока замыкания между ними, возникающего в процессе переключения. В установившемся режиме работы -- до переключения (рис. 1, а) или после переключения (рис. 1, д) -- реактор LR не оказывает влияния на работу трансформатора: по его двум встречно включенным обмоткам проходят одинаковые токи и результирующее реактивное сопротивление равно нулю.

Рисунок 1 - Схемы переключения одного ответвления от обмотки трансформатора с УРПН

Первой операцией процесса переключения является размыкание контакта КМ2 контакторов в цепях обмоток реактора (рис. 1, 6).Ток нагрузки проходит по одной обмотке реактора, обладающей определенным сопротивлением. Затем происходит изменение положения контакта П2 переключателя ответвлений в условиях отсутствия тока, после чего контакт КМ2 снова замыкается и соединяет два ответвления между собой через согласно включенные обмотки реактора (рис. 1, в). Значительное сопротивление реактора ограничивает ток I_k в цепи замыкания двух ответвлений. Далее размыкается контакт КМ1 (рис. 1. г), изменяется положение контакта П1 переключателя без разрыва цепи тока и контакт КМI снова замыкается (рис.1,д). Переключающее устройство приводится в движение электродвигателем и поэтому содержит механическое устройство, преобразующее непрерывное его вращательное движение в дискретное переключателя (мальтийское колесо). При переключении двух соседних ответвлений напряжение трансформатора па обмотке без ответвлений изменяется на ступень регулирования .

Основными особенностями автоматического регулирования коэффициента трансформации являются:

* дискретность действия регулятора и нечувствительность к изменениям напряжения, меньшим ступени регулирования;

* действие с относительно большой выдержкой времени для предотвращения переключений при кратковременных изменениях напряжения при пусках и самозапусках электродвигателей, удаленных КЗ и в других случаях;

* необходимость (для понижающих трансформаторов) регулирования напряжения с отрицательным статизмом для поддержания напряжения у потребителя на неизменном уровне при возрастании нагрузки. Указанные особенности обусловливают соответствующие требования к измерительной части автоматических регуляторов коэффициентов трансформации, а именно:

* релейность действия с зоной нечувствительности измерительного органа напряжения; * высокий (близкий к единице) коэффициент отпускания (возврата) релейных элементов; * необходимость ввода в измерительный орган напряжения сигнала по току нагрузки для установки отрицательного статизма. Высокий коэффициент возврата необходим для обеспечения возможной точности регулирования путем максимального приближения зоны нечувствительности регулятора к ступени регулирования.

Рисунок 2 - Графики, иллюстрирующие особенности автоматического регулирования коэффициента трансформации посредством УРПН

На рис. 2 показаны предписанное (обычно номинальное) напряжение на шинах U_ш.ном , ступень регулирования , зона нечувствительности и напряжения срабатывания и возврата релейных элементов измерительного органа, обусловливающих действие регулятора на повышение напряжения , и его снижение . Необходимым условием настройки регулятора является соотношение , а именно . С учетом коэффициента отстройки напряжение возврата , а с учетом коэффициента возврата напряжение срабатывания . Таким образом, зона нечувствительности регулятора тем ближе к ступени регулирования , чем ближе к единице коэффициент возврата.

 (1)

График изменения напряжения (рис. 2) показывает, что при выходе напряжения за пределы зоны нечувствительности на время t₁ или t₂, меньшее выдержки времени регулятора t_рег, переключение ответвлений не происходит; показано и изменение напряжения на при действии регулятора, если t > t_рег.

При невыполнении условия (1) происходили бы многочисленные переключения ответвлений обмоток то в сторону повышения, то в сторону снижения напряжения, т.е. автоматическое регулирование было бы неустойчивым. Сложность процесса переключения обмоток, необходимость обеспечения согласованного действия трех однофазных УРПН, шести однофазных или трех трехфазных УРПН при переключениях ответвлений обмоток параллельно работающих трансформаторов или автотрансформаторов и относительно высокая вероятность появления неисправностей в сложных электромеханических устройствах обусловливают еще две особенности автоматического регулирования коэффициента трансформации, а именно однократность и импульсность регулирующего воздействия и необходимость автоматического контроля завершения переключения и исправности автоматической системы регулирования в целом. коэффициент трансформация электрический сеть

2. Автоматические регуляторы коэффициента трансформации

До последнего времени применялся полупроводниковый автоматический регулятор коэффициента трансформации (АРКТ) типа АРТ--1Н. Объединенным предприятием «АББ Реле -- Чебоксары» производится микропроцессорный автоматический регулятор SPAU341C.

Полупроводниковый регулятор АРТ--1Н обладает всеми указанными особенностями АРКТ. Он состоит из собственно автоматического регулятора АР (рис. 3) и автоматического устройства управления и контроля АУУК, которое содержит управляемый генератор тактовых импульсов G и автоматическое устройство контроля АУК, образующее цепь обратной связи. Генератор обеспечивает необходимые однократность в импульсность воздействия регулятора на приводной механизм ПМ устройства регулирования, а цепь обратной связи обеспечивает координацию действия регулятора в процессе переключения ответвлений обмоток трансформатора и контроль исправности регулятора и УРПН. Генератор воздействует на логическую часть регулятора ЛЧ и на АУК, функционирующее по логическому алгоритму. Автоматическое устройство контроля после каждого воздействия регулятора АР на приводной механизм ПМ изменяет период следования тактовых импульсов генератора и увеличивает зону нечувствительности измерительного органа напряжения ИОН. При выходе напряжения U_ш на шинах электростанции или подстанции за пределы зоны нечувствительности напряжением U_ВЫХ1 или U_ВЫХ2 на выходах измерительной части ИЧ запускается соответствующий элемент выдержки времени DT. Срабатывание элемента времени запоминается одним из триггеров SТ1 (SТ2), в который записывается логическая единица при поступлении на вход записи S напряжения от элемента DТ и тактового импульса от генератора G. Запоминание необходимо для однократности воздействия регулятора на приводной механизм. Через элемент (ЗАПРЕТ) при логическом нуле на инверсном входе сигнал с выхода триггера проходит на исполнительное реле KL1 или KL2, запускающее ПМ. После начала процесса переключения от ПМ поступает сигнал в АУК, которое: отключает исполнительное реле, подавая запрещающую логическую единицу на инверсный вход элемента ; снимает запоминание (считывает единицу) триггера, воздействуя на вход R считывания; увеличивает период следования тактовых импульсов генератора G до времени, превышающего длительность процесса переключения одного ответвления от обмоток трансформатора; увеличивает зону нечувствительности регулятора.

Перечисленные операции необходимы для проверки исправности регулятора и привода УРПН. Если привод не запустился (не пришел сигнал в АУК о начале процесса переключения) или если до момента появления импульса от тактового генератора через увеличенный период в АУК не поступил сигнал от ПМ о завершении процесса переключения, то фиксируется неисправность привода, выдается информация о его неисправности и повторное воздействие регулятора на ПМ запрещается. Увеличением зоны нечувствительности производится проверка регулятора. В частности, при отклонениях регулируемого напряжения, при которых необходимы переключения не менее трех ответвлений обмоток трансформатора, увеличение зоны нечувствительности обусловливает отсутствие сигнала исправной измерительной части после переключения двух ответвлений. Поэтому зона нечувствительности восстанавливается и разрешается следующий запуск ПМ на переключение третьего ответвления без повторной выдержки времени (конденсатор элемента DТ за время проверки не разряжается). Если же после увеличения зоны нечувствительности сигнал измерительной части не снимается, то фиксируется неисправность регулятора, выдается информация о неисправности регулятора и повторный запуск ПМ запрещается. Таким образом производится автоматическая диагностика автоматической системы регулирования, что соответствует современным требованиям к автоматическим управляющим устройствам. Схема и временные графики рис. 4 показывают выполнение и действие измерительной части регулятора. Измерительный орган напряжения ИОН выполнен с применением импульсного элемента сравнения напряжения с предписанным значением и обладает близкой к релейной характеристикой двухстороннего действия.

Входное напряжение U_BX измерительного органа (рис. 4, а) обычно равно разности вторичного напряжения на шинах U_ш и падения напряжения на резисторе, моделирующем реактивное сопротивление линии, от вторичного тока нагрузки соответствующей фазы (на рис. 4, а не показано) -- элемента установки отрицательного статизма. Среднее значение входного напряжения отображается переменной составляющей на выходе выпрямителя VS удвоенной частоты. Оно выделяется из суммы напряжений -- постоянной U_0ВХ и переменной составляющих на резисторе R1 нагрузки выпрямителя конденсатором С1. Максимальное отрицательное мгновенное значение переменной составляющей равно среднему значению U_0ВХ выпрямленного входного напряжения (рис. 4, 6). Переменная составляющая суммируется с напряжением нечувствительности с близкой к прямоугольной формой кривой, сформированным из входного напряжения стабилитронами VD3: резисторно-конденсаторная цепь R2, С2 создает необходимый сдвиг по фазе основной гармоники напряжения относительно .

Напряжение создает зону нечувствительности измерительного органа: из суммы напряжения + диодом VD5 выделяются отрицательные практически треугольные импульсы в виде , которые сравниваются с постоянным напряжением стабилитрона VD4 элемента сравнения, включающего транзистор VT1. Если импульс превышает напряжение , то транзистор VТ открывается, и на выходе элемента сравнения появляется импульсное напряжение .

Напряжение в виде последовательности импульсов частотой 50 Гц соответствует напряжению U_BX, не выходящему за пределы зоны нечувствительности измерительного органа, при котором сигналы на выходах измерительной части регулятора отсутствуют. Когда напряжение U_BX повышается и выходит за пределы зоны нечувствительности (интервал времени t₂ на рис. 2), максимальные мгновенные значения меньших импульсов также превышают напряжение стабилитрона , и напряжение на выходе элемента сравнения представляет собой последовательность импульсов частотой 100 Гц. Если напряжение U_BX снижается (интервалы t₁ и t_рег на рис. 2), то импульсы напряжения отсутствуют. Импульсное напряжение управляет транзисторным (VТ2, VТЗ) одновибратором, усиливающим и формирующим соответствующие выходные импульсы измерительного органа напряжения. Они выделяются электронным повторителем на транзисторе VТ4.

Потенциальные выходные сигналы измерительной части регулятора формируются импульсно-потенциальными преобразователями ИПI, ИП2 (рис. 3), выполненными на транзисторах VТ5, VТ6 и VТ7, VТ8 соответственно (рис. 4 ,а). Импульсным током базы i_б, возбуждаемым напряжением периодически с частотой 50 или 100 Гц открывается транзистор VТ5, закорачивающий конденсатор СЗ и вход транзистора VТ6. Значительное сопротивление резистора R_K в цепи коллектора VТ5 препятствует заряду конденсатора в интервалы времени между импульсами напряжения . Поэтому транзистор VТ6 эмиттерного повторителя остается все время закрытым, и выходное напряжение отсутствует. Напряжение возникает лишь после исчезновения импульсов напряжения , что соответствует, как указывалось, выходу входного напряжения U_BX регулятора за пределы зоны нечувствительности (интервал времени t₁ или t_рег на рис. 2), когда регулятор запускается для действия на повышение напряжения на шинах электростанции или подстанции. При этом транзистор VТ5 закрыт, конденсатор С3 заряжен, а открытый транзистор VТ6 обусловливает наличие напряжения . Поэтому импульсно-потенциальный преобразователь ИПI показан с инверсией на выходе (рис. 3). Второй импульсно-потенциальный преобразователь ИП2 формирует выходное напряжение только под воздействием меньших из импульсов , появляющихся при повышении напряжения U_BX с выходом за пределы зоны нечувствительности (интервал времени t₂ на рис. 2). При их отсутствии транзистор VТ7 закрыт, поскольку на его вход поступают одинаковые по абсолютному значению, но противоположно направленные токи i_б, i_k, возбуждаемые находящимся в противофазе импульсным напряжением с частотой 50 Гц и компенсирующим напряжением , импульсы которого формируются диодами VD7, VD8, а фаза устанавливается резисторно-конденсаторной цепью R3, С5. Конденсатор С4 заряжен, а транзистор VТ8 открыт, напряжение . После появления меньших по абсолютному значению импульсов напряжения на резисторе элемента сравнения R_Э возникают и соответствующие им импульсы на выходе одновибратора (транзистор VТ4), размещающиеся на оси времени между показанными на рис. 4, 6 большими импульсами .

Возбуждаемый ими ток базы i_б транзистора VТ7 периодически с частотой 50 Гц открывает его. Конденсатор С4, разрядившись через открытый VТ7, из-за большого сопротивления Rk не успевает заряжаться в интервалы времени между импульсами тока базы (как и конденсатор СЗ в ИПI): ток базы транзистора VТ8 исчезает, и он закрывается, появляется выходное напряжение , воздействующее на УРПН в сторону снижения напряжения на шинах электростанции или подстанции.

Микропроцессорный автоматический регулятор SPAU 341С является интеллектуальным автоматическим устройством, выполняющим кроме функций собственно АРКТ ряд дополнительных и набор сервисных функций, свойственных современным микропроцессорным техническим устройствам автоматического управления. Регулятор функционирует по программе, содержащейся в ПЗУ микроЭВМ, и отличается высокой точностью функциональных характеристик и показателей, обеспечиваемой их определением вычислительными операциями над цифровыми сигналами. Четко фиксируемый в цифровой форме коэффициент возврата измерительной части позволяет максимально возможно приблизить зону нечувствительности к дискретному изменению напряжения при переключениях соседних ответвлений обмотки высшего напряжения (ступени регулирования). Вычислительный процесс определения падений напряжения в линиях электроснабжения нагрузки обеспечивает их компенсацию, необходимую для поддержания постоянства напряжения электроприемников при изменениях потребляемой ими электроэнергии. Расчетное определение выдержки времени действия регулятора в зависимости от степени отклонения напряжения придает ему свойства адаптации и позволяет оптимизировать процесс автоматического управления УРПН. Автоматический регулятор имеет алфавитно-цифровой дисплей, отображающий текущую информацию о режиме работы трансформатора с фиксированием значений напряжений, тока нагрузки, угла сдвига фаз между ними, напряжения компенсации и сигнала о состоянии УРПН с указанием его положений, т.е. рабочих ответвлений обмотки и положений приводного механизма. Автоматическое тестирование и самодиагностика с выводимой информацией о появляющихся неисправностях обеспечивает надежность функционирования регулятора. Автоматический регулятор имеет модульное построение. Основным является модуль автоматического регулирования SPCU 1DSO. Он производит все вычислительные операции и формирует цифровые сигналы, преобразуемые выходным модулем в управляющие воздействия на УРПН. В соответствии с отклонением от установленного (предписанного) напряжения, определяемого с учетом рассчитываемого в реальном времени напряжения компенсации, при выходе изменяющегося напряжения за пределы зоны нечувствительности модуль регулирования запускает программу вычисления первой выдержки времени, зависящей от в соответствии с соотношением

 (2)

при фиксированном

Если отклонение напряжения уменьшается до , отсчет времени прекращается, и регулятор на УРПН не действует. После окончания первой выдержки времени тем меньшей, чем согласно (2) больше отклонение напряжения, производится переключение одного ответвления обмотки трансформатора. Если одного переключения недостаточно для вхождения напряжением в зону нечувствительности, запускается отсчет второй выдержки времени и, при необходимости, производится переключение второго ответвления. Автоматический регулятор как интеллектуальное микропроцессорное устройство обладает функциональными особенностями и отличается информационным общением с оператором непосредственно или через ПЭВМ и с более высоким иерархическим уровнем автоматического управления. Он вычисляет напряжение на своем входе напряжение регулятора по предписанному напряжению (уставке), пропорциональному напряжению, которое должно поддерживаться на шинах, вычисляемому падению напряжения в линиях, питающих потребителей электроэнергии, и по выдаваемому снижению уставки в режиме минимальной нагрузки трансформатора. При этом учитывается и реактивный ток , циркулирующий между параллельно работающими трансформаторами, в том числе различной мощности. В относительных единицах

(3)

Активная и реактивная составляющие падения напряжения в линиях вычисляются по известным их сопротивлениям и токам. Возможно определение и с использованием телеинформации о напряжениях на зажимах приемников электроэнергии. Для вычисления относительного тока циркуляции автоматический регулятор каждого из параллельно работающих трансформаторов передает (по волоконно-оптической связи) информацию о векторе тока другим регуляторам (предусмотрена возможность индивидуального автоматического управления трех трансформаторов). Каждый вычисляет общий ток нагрузки трансформаторов и сравнивает его по амплитуде и фазе с током данного трансформатора. В результате составляющая в (3) корректирует управляющие воздействия каждого из регуляторов, обеспечивающие минимизацию балластного тока циркуляции, и пропорциональную номинальной мощности трансформатора его загрузку. Предписанное напряжение и степень его снижения , изменяются оператором дистанционно. Предусматривается ЗАПРЕТ (блокировка) действия регулятора на УРПН по максимальному и минимальному напряжению трансформатора, выполняемый микропроцессором. Расположенные на передней панели модуля автоматического регулирования дисплей и светодиодное табло отображают обширную информацию о настройке и режиме работы автоматического регулятора. Высвечиваются значения напряжения и тока нагрузки трансформатора, предписанное напряжение и его снижение составляющие и падения напряжения , зона нечувствительности , вычисляемые выдержки времени и ; светодиодами фиксируются срабатывание измерительной части на повышение (RAISE) или снижение (LOWER) напряжения, действие блокировки по току (I >) или напряжению (U<), действие (0UТ) УРПН с индикацией по миллиамперметру его положения; автоматическое управление параллельно работающими трансформаторами (РАRALLEL); функционирование (IRF) автоматической самодиагностики; отключение модуля автоматического (АUТО) регулирования при переходе на ручное управление УРПН оператором (МАN). На передней панели расположены и кнопки управления программированием, дисплеем, переключениями на параллельную работу или на ручное управление УРПН. Указанные в скобках обозначения приведены на функциональной схеме автоматического регулятора SРАU 341С (рис. 5). На ней показаны описанный модуль автоматического регулирования с микропроцессором и логическими элементами и модуль ручного управления; конструктивно выделенные блок (в фирменном обозначении) вторичных измерительных трансформаторов тока и напряжения с элементами гальванической развязки и блок питания с входными зажимами Х0; блоки входных герконов с зажимами Х1 их обмоток и выходных герконов со сборкой зажимов Х2 от их контактов; показаны вход под миллиамперметр резистивного датчика положения УРПН (ТАР РОS) и оптоэлектрический преобразователь (SРА--ZS) с разъемом волоконно-оптической линии передачи информации. Герконы ТСО фиксируют процесс переключения УРПН, в течение которого действие регулятора запрещается, а ВLОСК выводит его из работы по внешнему запрещающему сигналу: при замыкании контакта одного из них на выходе элемента DWU (ИЛИ-НЕ) -логический нуль, поступающий на один из трех входов элементов DX (И), и запрещающий формирование их единичных выходных сигналов, определяющих управляющие воздействия RAISЕ (поднять) и LOWER (снизить) напряжение. Их формирование происходит под воздействием единичных логических сигналов микропроцессора U при возбуждавшемся герконе АUТО (автоматическое управление): логическая единица, зафиксированная элементом ее запоминания (триггером SТ) поступает на соответствующие входы элементов DХI, DХ2. Эта же единица на инверсных входах запрещает формирование воздействий RAISE или LOWER модулем ручного управления или внешними сигналами, т.е. дистанционно (ключом SА и входными герконами). При возбуждении геркона МАN на выходе SТ логический нуль, запрещающий прохождение единичных логических сигналов через DХI, DХ2 и разрешающий формирование управляющих воздействий элементами , при ручном дистанционном (входными герконами) или местном (ключом SА) управлении.

Размещено на Allbest.ru