Статические реле

На рис. 2.5. a показаны включения (импульсами в моменты времени ) программ ввода информации и вычисления частоты. Вычисляемые через указывавшийся интервал времени Т_и = (1/3) истинные значения частоты используются для формирования цифровых сигналов по изменению частоты и ее производной, выполняемых по отдельным программам.

Измерительный орган реактивного и активного  тока. Н необходимое быстродействие измерительного органа достигается запоминанием мгновенного тока генератора. Для этого по задним фронтам импульсов напряжения и (рис. 2.5. а) включаются (в моменты T₂ и T₄) соответствующие каналы мультиплексора АЦП, фиксирующего в двоичном коде мгновенные значения тока одной из фаз, например ⁼ sin t - ). равные в момент t— 0 реактивной = sin , а в момент t  = активной = I_m  cos составляющим тока синхронного генератора. Они используются для измерительного органа потребляемой генератором реактивной мощности, определяющего минимально допустимый (по условию статической устойчивости электропередачи)ток возбуждения синхронного генератора. Сигнал о минимально допустимом возбуждении формируется как функция и расчетами по отдельной программе.

Измерительный орган угла сдвига фаз. В измерительном органе угла сдвига фаз между напряжением на шинах электростанции частотой и напряжением холостого хода синхронного генератора частотой непрерывно изменяющегося при подготовке генератора к включению на параллельную работу с электроэнергетической системой (синхронизации) в функции частоты скольжения = используется времяимпупьсное преобразование фазы. Формируемый импульсом одной из фаз, например = (рис. 2.5, а) и аналогичным импульсом (на графиках рис. 2.5, а не показаны) фиксирующим переход через нуль мгновенным напряжением на тинах электростанции, времяимпульсный сигнал является линейной функцией угла сдвига [4].

Измерительное преобразование угла сдвига фаз в цифровой сигнал производится аналогично рассмотренному фиксированию длительности периода путем считывания из третьего вычитающего счетчика с периодически записываемым числом тактовых импульсов N_max » чисел в моменты времени появления указанных импульсов напряжений , . По отдельной программе в измерительном органе вычисляется угол сдвига фаз в начальный момент воздействия на привод выключателя синхронного генератора, необходимый для совпадения по фазе напряжений на шинах электростанции и генератора в момент включения (соединения силовых контактов выключателя) — угол опережения.

 

 

 МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ  АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ТИРИСТОРНОГО  ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ  ТИПА АРВ-М

Особенности возбуждения  синхронного генератора. В последнее время в АО "Электросила" совместно с ВЭИ создано новое поколение технических средств тиристорного возбуждения синхронных генераторов [9].

Осуществляется самовозбуждение  генератора двумя одинаковыми тиристорными преобразователями (из них второй резервный), управляемыми двумя (второй резервный) микропроцессорными автоматическими регуляторами возбуждения типа АРВ-М.

В цепях тиристорных  преобразователей предусмотрены разъединители, а в цепи обмотки ротора генератора — автомат гашения поля для развозбуждения генератора и контакторы подключения устройства начального возбуждения и замыкания обмотки возбуждения на резистор при самосинхронизации генератора; параллельно с его контактом включены динисторные разрядники.

Источниками информации регуляторов являются, как обычно, первичные измерительные трансформаторы напряжения и тока синхронного генератора. Информация о функционировании регуляторов отводится на сенсорный дисплей и передается в АСУ ТП электростанции. Сенсорный дисплей обеспечивает настройку регулятора и его оперативное изменение. Рабочий и резервный АРВ-М обмениваются информацией по интерфейсу.

Регуляторы воздействуют на возбудитель через разработанную  цифровую исполнительную часть фазоимпульсного  управления тиристорами

Автоматический регулятор АРВ-М обеспечивает более эффективное регулирование возбуждения, реализуя как пропорционально-дифференциальный (ПД), так и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) алгоритм автоматического регулирования.

Функции автоматического регулятора. Кроме собственно автоматического регулирования возбуждения АРВ-М выполняет следующие функции:

поддержание напряжения на шинах электростанции с малым  статизмом (при ПД-алгоритме) или  астатически (при ПИД-алгоритме);

поддержание заданной генерируемой реактивной мощности генератора:

обеспечение максимально  возможной пропускной способности  электропередачи, статической и  динамической устойчивости электроэнергетической системы;

релейную форсировку возбуждения.

АРВ-М формирует целый  ряд управляющих воздействий по ограничению режимных параметров и выполнению технологических функций.

Автоматический регулятор  осуществляет ограничение: перегрузки генератора током статора и ротора с зависимым от степени перегрузки временем:

потребляемой генератором  реактивной мощности при снижении возбуждения, зависящей от его активной мощности по условию статической устойчивости:

допустимого по условию  насыщения магнитопровода трансформатора блока генератор — трансформатор соотношения амплитуды и частоты напряжения.

Основными технологическими функциями АРВ-М являются |9]: осуществление начального возбуждения;

выравнивание действующих  значений напряжений генератора и шин  электростанции при его включении  способом точной автоматической синхронизации;

обеспечение режима зарядки линии электропередачи; автоматическая разгрузка генератора по реактивной мощности; перевод тиристорного преобразователя в инверторный режим для развозбуждения генератора при нормальном останове;

воздействие на АГП в  аварийном режиме с последующим  переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим;

автоматические переключения без толчка тока возбуждения на резервный  АРВ.

Функциональная схема  и аппаратная структура регулятора. Функциональная схема АРВ-М принципиально такая же, как и для АРВ-СДМ (см. рис. 2.4): ее исполнительная часть дополняется цифровым устройством фазоимпульсного управления ФИУ тиристорами и формирователями непрерывных и дискретных управляющих воздействий по выполнению функций по ограничению режимных параметров и технологических функций.

Однако конструктивно  АРВ-М представляет собой совершенно новое современное автоматическое устройство, существенно отличающееся от АРВ-СДМ:

малыми габаритными  размерами аппаратной части;

Рис. 2.6. Структура аппаратных средств микропроцессорного регулятора

значительно меньшим  количеством и номенклатурой  комплектующих изделий;

модульным построением;

существенным упрощением наладки, настройки и обслуживания.

Автоматический регулятор  выполнен в виде кассеты модулей  фирмы RITTAL "Евромеханика" размером 100 х 160 мм [9|. Они показаны на схеме структуры аппаратных средств АРВ-М с принятыми разработчиками позиционными обозначениями (рис. 2.6).

Модуль микроконтроллера Е167-ЗИМ является главным. В его состав входят:

микропроцессор SABCI67CR-LM с ПЗУ объемом 1 Мбайт и ОЗУ объемом 256 Кбайт;

два 12-разрядных 8-канальных  аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с временем 2 мс формирования двоичного кода одного дискретного мгновенного значения входных напряжений -5- 0 +5В;

один 12-разрядный 8-канальный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с выходными напряжениями — 5 - 0 + 5 В;

гальванически развязанные (оптоизолированные) порты: RS 232С связи с ПЭВМ, RS 485 связи с сенсорным дисплеем и с АСУ ТП электростанции, интерфейс CAN обмена информацией с другим регулятором, интерфейс SP1 с пультом местного управления регулятором;

8-разрядные параллельные  входной и выходной порты и  порт связи с объединительной  платой (местной шиной) А96.

Рис. 2.7. Схема обшей аналоговой части измерительных органов напряжения и изменения частоты

Программное управление обеспечивает выполнение модулем задач функционального микропроцессора и логического контроллера. Он производит аналогово-цифровое преобразование входных информационных процессов, выделяет из них входные сигналы программными частотными фильтрами, производит их программное измерительное преобразование и формирование сигналов измерительных органов, выполняет все программные функции по реализации алгоритмов автоматического регулирования, производит тестирование и самодиагностику и выдает сигналы выходной информации; формирует управляющие воздействия.

Модуль-ячейка преобразования входных (от первичных  измерительных трансформаторов) напряжении и токов (разъем ХТ2) CVT, содержит:

малогабаритные вторичные  измерительные активные трансформаторы напряжения ATVL и тока ATAL (рис. 2.7) зарубежного производства фирмы LEM, типов LV25-P и LA25-NP, функционирующие с использованием гальваномагнитного генератора ЭДС Холла (ЭДС пропорциональна индукции намагничивания магнитопровода трансформатора) в цепи отрицательной обратной связи интегрального операционного усилителя [4|;

Рис. 2.8. Схема программной части измерительного органа напряжения (a) и схема измерительного органа изменения частоты (б)

трансформатор напряжения представляет собой трансформатор  тока, подключенный к междуфазному напряжению через балластный резистор значительного сопротивления, преобразующий источник ЭДС, каким является первичный измерительный трансформатор напряжения, например в источник тока ;

резисторы нагрузки R_H активных измерительных трансформаторов тока ATAL1 и ATAL2, номинальные напряжения на которых изменяются в пределах — 2,5 0 + 2,5 В;

малоинерционные (с постоянном времени t = 0,5 мс), пассивные RC-фильтры нижних частот, первого и второго порядков, задерживающие гармонические составляющие повышенных частот и импульсные помехи, возникающие при коммутационных операциях в силовых цепях.

Ячейка обработки  входных аналоговых информационных процессов PAS содержит:

активные (на интегральных операционных усилителях) повторители напряжений AU на выходах указанных RC-фильтров;

аналого-дискретные преобразователи АДП (см. рис. 2.8), формирующие импульсные сигналы — через нулевые (от отрицательных к положительным) мгновенных значений (см. рис. 2.5);

однофазный выпрямитель  напряжения шин электростанции и  активный частотный фильтр нижних частот.

Ячейки CVT и PAS образуют аппаратную часть измерительных органов напряжения и изменения частоты регулятора (см. рис. 2.7).

Модули ввода (разъемы XI, Х2) DI-AT96 и вывода (разъемы ХЗ, Х4) DO-AT96 дискретных и цифровых соответственно 16-входных и 32-выходных сигналов представляют собой входные оптроны. фототранзисторы которых и выходные транзисторы управляют малогабаритными электромагнитными реле с магнитоуправляемыми герметизированными контактами (герконами); состоянием выходных транзисторов управляет микроконтроллер по системной шине АТ96.

Ячейка аналогового  вывода АО-АТ96 (разъем Х5) служит для вы вода аналоговых сигналов и содержит 8-канальный 12-разрядный ЦАП. входные цифровые сигналы в который поступают от микроконтроллера но шине АТ96, а выходные аналоговые сигналы представляют собой напряжения, изменяющиеся в пределах от — 10 до + 10 В.

Модуль контроля регулятора MR следит за длительностью (5 мс) выполнения цикла программы функционирования регулятора и

формирует сигналы информации о его состоянии как результат  логической обработки информации, поступающей от микроконтроллера.

Ячейка перекрестных связей СС обеспечивает электрические соединения микроконтроллера и аппаратной части регулятора: содержит разъемы плоских кабелей (шин) и микропереключатель задания конфигурации программного обеспечения микроконтроллера.

Объединительная плата ВВ-АТ96 содержит розетки разъемов, в которые устанавливаются штепсельные части разъемов рассмотренных модулей (ячеек) регулятора и источника питания PS, подключаемого выключателем SI (разъем XTI) к напряжению генератора или аккумуляторной батарее электростанции.

Модуль фазоимпульсного  управления тиристорным преобразователем возбудителя генератора TC (разъем X6) формирует шесть оптоизолированных импульсных токов включения тиристоров трехфазного мостового управляемого выпрямителя (с возможностью перевода в инверторный режим). Он функционирует на основе последовательного сдвигового регистра, на шести выходах которого и формируются указанные импульсные токи включения тиристоров. Регистр управляется микроконтроллером регулятора по арккосинусной зависимости угла включения тиристоров от цифрового регулирующего воздействия, поскольку среднее значение выпрямленного тока является косинусоидальной функцией угла включения.

Пульт местного управления содержит:

семисегментный синтезирующий  индикатор вывода диагностической информации;

светодиоды отображения  состояния автоматического регулятора; переключатели управления состоянием автоматического регулятора;

разъем RS232 подключения ПЭВМ;

гнезда ЦАП1 — ЦАП4 для подключения осциллографа;

кнопку перезапуска  программы.

Управление индикатором, светодиодами и переключателями  производится микроконтроллером AT90S85I5 фирмы Atmel, а обмен информацией с микроконтроллером регулятора производится по последовательному интерфейсу SPI.

Интерфейсы  САN (разъем Х9) и RS485 (разъем Х10) служат для обмена информацией между контроллерами рабочего и резервного АРВ-М и для передачи информации и управления регулятором от сенсорного дисплея, установленного на щите возбуждения инженерного пульта или АСУ ТП.

Сенсорный дисплей  — это терминал ОР7100 фирмы Z-WORD, у которого дисплей совмещен с программируемой клавиатурой. Предусмотрены следующие экраны: основной, экран меню, экраны настроек и переменных величин (сигналов), экраны памяти микроконтроллера и цифро-аналоговых преобразователей.