RU2193269C2

RU2193269C2 - Synchronous generator paralleling device

Info

Publication number: RU2193269C2
Application number: RU98111816A
Authority: RU
Inventors: Б.Г. Смертин; О.П. Хайдуков; П.Б. Смертин
Original assignee: Новороссийская государственная морская академия
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2002-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; devices enabling parallel running of synchronous generators. SUBSTANCE: newly introduced in device for parallel running of synchronous generators are one turn-off thyristor unit and one non-turn-off thyristor unit inserted in three-phase stator winding circuit of generator. Device enables turning on generators for parallel running simply by closing knife-blade switch, eliminating equalizing currents, varying electromagnetic torques, eliminating transient shocks in generator sets and voltage dips in supply mains, reducing requirement to personnel skill. EFFECT: facilitated throwing of non-synchronized generators in line, enhanced safety and improved protection of generator windings from reverse currents. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройствам, обеспечивающим простое и безопасное включение несинхронизированных генераторов на параллельную работу (в сеть). The invention relates to the field of electrical engineering, and more specifically to devices that provide a simple and safe inclusion of unsynchronized generators for parallel operation (in the network).

Известные устройства перед включением генератора в сеть требуют предварительной синхронизации. Например, в качестве прототипа можно назвать "устройство для включения синхронного генератора" а.с. 652651, H 02 J 3/42, 1979 (3 стр. ). Это устройство перед включением генератора требует предварительной синхронизации, кроме того, каждый генератор имеет блоки встречно-параллельно соединенных незапираемых тиристоров с цепями управления и реле времени. Значит устройство имеет относительно большую затрату времени на синхронизацию и значительную сложность схемы. Known devices before connecting the generator to the network require prior synchronization. For example, as a prototype, you can call a "device for turning on a synchronous generator" and.with. 652651, H 02 J 3/42, 1979 (3 pp.). This device before turning on the generator requires preliminary synchronization, in addition, each generator has blocks of counter-parallel connected non-locked thyristors with control circuits and a time relay. This means that the device has a relatively large expenditure of time for synchronization and significant complexity of the circuit.

Целью настоящего изобретения является возможность прямого и безопасного поочередного включения нескольких синхронных генераторов на параллельную работу (или в сеть) при одновременной защите обмоток генераторов от уравнительных токов, возникающих из-за разности частот, фазовых углов ЭДС и разности величины ЭДС генераторов. The aim of the present invention is the possibility of direct and safe alternating connection of several synchronous generators for parallel operation (or network) while protecting the windings of the generators from surge currents arising from the difference in frequencies, phase angles of the EMF and the difference in the magnitude of the EMF of the generators.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство включения синхронных генераторов на параллельную работу, содержащее синхронные генераторы и автоматический выключатель для включения синхронных генераторов на параллельную работу, на каждый вывод обмотки статора синхронного генератора введены два встречно-параллельно соединенных запираемых тиристора с цепями управления, два встречно-параллельно соединенных незапираемых тиристора с цепями управления, переключатель и выключатель для шунтирования блоков незапираемых тиристоров, причем анод одного из незапираемых тиристоров с выводом от р-области присоединен к катоду второго незапираемого тиристора с выводом от n-области и через первый контакт переключателя - к выводу обмотки статора генератора, катод незапираемого тиристора с выводом от р-области присоединен к аноду незапираемого тиристора с выводом от n-области и через автоматический выключатель к сети, анод каждого из запираемых тиристоров с выводом от р-области присоединен к катоду второго запираемого тиристора с выводом от n-области и через автоматический выключатель к сети, дополнительно введен трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети, вторичная обмотка трансформатора представляет собой несвязанную гальванически трехфазную систему из трех отдельных однофазных цепей для питания цепей управления тиристорами, которые подключены к выводам вторичных обмоток трансформатора, при этом каждая цепь управления незапираемыми тиристорами содержит конденсатор, два последовательно включенных резистора и два диода, каждая цепь управления запираемыми тиристорами содержит конденсатор и два последовательно включенных резистора. This goal is achieved by the fact that in the device for switching on synchronous generators for parallel operation, containing synchronous generators and a circuit breaker for turning on synchronous generators for parallel operation, two counter-parallel connected lockable thyristors with control circuits are introduced at each terminal of the synchronous generator, two are opposite - parallel-connected non-lockable thyristors with control circuits, a switch and a switch for shunting blocks of non-lockable thyristors, p Therefore, the anode of one of the non-locking thyristors with the output from the p-region is connected to the cathode of the second non-locking thyristor with the output from the n-region and through the first contact of the switch to the output of the generator stator winding, the non-locking thyristor cathode with the output from the p-region is connected to the anode of the non-locking thyristor with the output from the n-region and through the circuit breaker to the network, the anode of each of the lockable thyristors with the output from the p-region is connected to the cathode of the second lockable thyristor with the output from the n-region and through the automatic switch to the network, an additional three-phase transformer is introduced, the primary winding of which is connected to the network, the secondary winding of the transformer is an unconnected galvanically three-phase system of three separate single-phase circuits for supplying thyristor control circuits that are connected to the terminals of the transformer secondary windings, with each control circuit being locked thyristor contains a capacitor, two series-connected resistors and two diodes, each control circuit lockable thyristors contains There is a capacitor and two series-connected resistors.

На фиг.1 представлена схема устройства для включения синхронных генераторов на параллельную работу; на фиг.2 - схема замыкания тиристоров при параллельном подключении синхронных генераторов; на фиг.3 - график изменения тока в нагрузке при подключении одного из генераторов при работающем другом генераторе. Figure 1 presents a diagram of a device for turning on synchronous generators in parallel operation; figure 2 - circuit thyristors with a parallel connection of synchronous generators; figure 3 is a graph of the current in the load when connecting one of the generators when the other generator is running.

Устройство содержит синхронные генераторы 1,2 (СГ-1 и СГ-2) (фиг.1), трехфазный трансформатор 3, сеть нагрузку 4, автоматический выключатель АВ, запираемые тиристоры с выводами от р-области 5, запираемые тиристоры с выводами от n-области 6 незапираемые тиристоры с выводами от р-области 7; незапираемые тиристоры с выводами от n-области 8. The device contains synchronous generators 1,2 (SG-1 and SG-2) (Fig. 1), a three-phase transformer 3, a network load 4, an automatic circuit breaker AB, lockable thyristors with leads from the p-region 5, lockable thyristors with leads from n -regions 6 non-lockable thyristors with leads from the p-region 7; non-lockable thyristors with leads from n-region 8.

Цепи управления запираемых тиристоров 9, 10 содержат резисторы 18, 19 (фиг.2) и конденсатор 20. Цепи управления незапираемых тиристоров 11, 12 содержат резисторы 15, 16, конденсатор 17 и разделительные диоды 13, 14. Устройство снабжено переключателем с контактами К11, К12 и выключателем с контактами К. The control circuits of lockable thyristors 9, 10 contain resistors 18, 19 (Fig. 2) and a capacitor 20. The control circuits of lockable thyristors 11, 12 contain resistors 15, 16, a capacitor 17 and isolation diodes 13, 14. The device is equipped with a switch with contacts K11, K12 and a switch with contacts K.

Цепи управления 9-12 незапираемых и запираемых тиристоров получают питание от трехфазного трансформатора 3, вторичная обмотка которого представляет собой несвязанную (гальванически) трехфазную систему из трех отдельных однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС, сдвинутые относительно друг друга во времени на 120 электрических градусов. The control circuits of 9-12 non-lockable and lockable thyristors are powered by a three-phase transformer 3, the secondary winding of which is an unconnected (galvanic) three-phase system of three separate single-phase circuits, in which there are sinusoidal EMFs shifted by 120 electrical degrees relative to each other in time.

Первичная обмотка трехфазного трансформатора 3 подключается к сети (работающему генератору), поэтому цепи управления открывают запираемые тиристоры 5, 6 в силовой цепи подключаемого генератора только в те промежутки периода, когда напряжения сети и подключаемого генератора имеют одинаковую полярность (направление). В течение остальной части периода синусоидального тока, когда напряжение сети и подключаемого генератора противоположны по направлению, запираемые тиристоры закрыты и никакого тока через обмотки статора подключаемого генератора не проходит, соответственно нет изменений (качаний) электромагнитных моментов. The primary winding of a three-phase transformer 3 is connected to the network (a working generator), therefore, the control circuits open the lockable thyristors 5, 6 in the power circuit of the connected generator only at those intervals when the voltage of the network and the connected generator have the same polarity (direction). During the rest of the period of the sinusoidal current, when the mains voltage and the connected generator are opposite in direction, the lockable thyristors are closed and no current passes through the stator windings of the connected generator, accordingly there are no changes (swings) in the electromagnetic moments.

Защита работающих генераторов (СГ-2 и др. ) во время синхронизации подключаемого генератора СГ-1 осуществляется незапираемыми тиристорами 7, 8. Protection of working generators (SG-2, etc.) during synchronization of the connected generator SG-1 is carried out by non-locking thyristors 7, 8.

По окончании синхронизации подключаемого генератора СГ-1 контакты К12 переключателя размыкаются, а контакты К11 этого переключателя замыкаются. Замыкаются также контакты К выключателя, шунтируя незапираемые тиристоры. Нагрузка (сеть) получает питание от генераторов только через контактные выключатели, поэтому все тиристоры работают в кратковременном режиме (только во время синхронизации). Введение тиристоров позволяет осуществить практически автономный независимый режим работы генераторов во время синхронизации, ликвидирует возможность возникновения уравнительных токов через статорные обмотки генераторов, работающих на одну общую нагрузку, устраняют качания электромагнитных моментов (изменения электромагнитных моментов от нуля до двойной величины номинального момента), сокращается время включения генератора под нагрузку, т.к. совмещаются операции синхронизации и перераспределения нагрузки. At the end of the synchronization of the connected generator SG-1, the contacts K12 of the switch are opened, and the contacts K11 of this switch are closed. The K contacts of the switch are also closed, bypassing the non-locking thyristors. The load (network) receives power from the generators only through contact switches, so all thyristors operate in short-term mode (only during synchronization). The introduction of thyristors allows for an almost autonomous independent mode of operation of the generators during synchronization, eliminates the possibility of equalizing currents through the stator windings of generators operating on one common load, eliminates the oscillation of electromagnetic moments (changes in electromagnetic moments from zero to twice the nominal torque), reduces the on time generator under load, as synchronization and load balancing operations are combined.

Перед включением генератора СГ-1 в сеть, как обычно производится проверка (при монтаже) правильности выводов трансформатора и генераторов (чередование фаз А, В, С и а, b, c). Скорость вращения первичного двигателя подключаемого генератора СГ-1 доводится до скорости, близкой к синхронной (номинальной); переключатель ставится в положение "синхронизация", т.е. контакты К12 переключателя замкнуты, а контакты К11 разомкнуты. При включении автоматического выключателя ток нагрузки i_г генератора СГ-1 (фиг.2) в первую половину периода синусоидального напряжения U_с сети проходит от начала фазы А обмотки статора СГ-1 через замкнутые контакты К12, открытый тиристор 5 к нагрузке 4 только в том случае, если напряжение генератора в эту половину периода имеет одинаковое направление с напряжением сети.Before turning on the SG-1 generator in the network, as usual, it is checked (during installation) that the terminals of the transformer and generators are correct (phase rotation A, B, C and a, b, c). The rotation speed of the primary engine of the connected generator SG-1 is brought to a speed close to synchronous (nominal); the switch is placed in the "synchronization" position, i.e. The switch contacts K12 are closed and the contacts K11 are open. When the circuit breaker is turned on, the load current i _{g of} the SG-1 generator (Fig. 2) in the first half of the period of the sinusoidal voltage U _{from the} network passes from the beginning of phase A of the SG-1 stator winding through closed contacts K12, open thyristor 5 to load 4 only if the voltage of the generator in this half of the period has the same direction with the voltage of the network.

Если напряжение подключаемого генератора изменит свое направление раньше, чем изменится направление (полярность) напряжения сети, то ток в обмотке генератора станет равен нулю, т.к. открытый тиристор 5 не пропускает ток противоположного направления, а запираемый тиристор 6 в этот полупериод закрыт (ключ разомкнут). If the voltage of the connected generator changes its direction before the direction (polarity) of the mains voltage changes, then the current in the generator winding will become zero, because open thyristor 5 does not pass current in the opposite direction, and lockable thyristor 6 is closed during this half-cycle (key is open).

Тиристоры выполняют роль полупроводниковых ключей, замыкающихся на время одного полупериода и размыкающихся на время второго полупериода синусоидального напряжения сети. Thyristors play the role of semiconductor switches, which are closed for the duration of one half-cycle and open for the duration of the second half-period of the sinusoidal voltage of the network.

Таким образом, от генератора в нагрузку будет протекать ток i_г только в течение части периода синусоидального напряжения генератора, т.е. будет протекать несинусоидальный ток при синусоидальном напряжении U_с (часть синусоиды тока срезается) пока генератор не втянется в синхронизм, начала периодов напряжения сети и генератора не совпадут во времени (фиг.3).Thus, the current i _g will flow from the generator to the load only during part of the period of the sinusoidal voltage of the generator, i.e. a non-sinusoidal current will flow at a sinusoidal voltage U _s (part of the sinusoidal current is cut off) until the generator is pulled into synchronism, the beginning of the periods of the mains voltage and the generator do not coincide in time (Fig. 3).

Во вторую половину периода синусоидального напряжения сети ток проходит через открытый тиристор 6 к началу фазы А генератора, тиристор 5 закрыт (ключ разомкнут). Аналогично проходит ток в фазах В и С генератора СГ-1. In the second half of the period of the sinusoidal voltage of the network, the current passes through the open thyristor 6 to the beginning of phase A of the generator, the thyristor 5 is closed (the key is open). Similarly, current flows in phases B and C of the SG-1 generator.

Ток генератора СГ-2 (работающий генератор) в первую половину периода проходит от начала фазы А через открытый незапираемый тиристор 7 (контакты К разомкнуты), автоматический выключатель АВ к нагрузке 4, во вторую половину периода ток проходит через открытый тиристор 8 к началу фазы А генератора СГ-2, тиристор 7 закрыт (ключ разомкнут). The generator current SG-2 (working generator) in the first half of the period passes from the beginning of phase A through an open non-lockable thyristor 7 (contacts K are open), the circuit breaker AB goes to load 4, in the second half of the period the current passes through open thyristor 8 to the beginning of phase A generator SG-2, thyristor 7 is closed (the key is open).

Запираемые тиристоры 5 и 6 и незапираемые тиристоры 7 и 8 открываются соответственно в положительный и отрицательный полупериоды переменного напряжения сети с помощью трансформатора 3. Цепи управления тиристорами подключены непосредственно к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора. Поэтому состояние тиристоров (открыт или закрыт) не зависит от величины и направления синусоидального напряжения (тока) подключаемого генератора. Когда же напряжение генератора окажется синхронизировано с напряжением сети, то тиристоры переключаются из одного состояния в другое (закрыт или открыт) в нулевые значения напряжения сети (и генератора). Lockable thyristors 5 and 6 and non-lockable thyristors 7 and 8 open respectively in the positive and negative half-periods of the alternating voltage of the network using a transformer 3. The thyristor control circuits are connected directly to the terminals of the secondary windings of the three-phase transformer. Therefore, the state of the thyristors (open or closed) does not depend on the magnitude and direction of the sinusoidal voltage (current) of the connected generator. When the generator voltage turns out to be synchronized with the mains voltage, the thyristors switch from one state to another (closed or open) to zero values of the mains voltage (and the generator).

Тиристоры 5 и 6 открываются поочередно через резисторы 18, 19 с помощью напряжений вторичных обмоток трансформатора 3, т.е. имеют независимые цепи управления, когда тиристор 5 открыт, то тиристор 6 закрыт, т.к. в этот полупериод синусоидального напряжения сети напряжение на управляющем электроде тиристора 5 прямое и этот тиристор открывается, а это же напряжение для управляющего электрода тиристора 6 является обратным и тиристор 6 запирается (фиг.2). Thyristors 5 and 6 are opened alternately through resistors 18, 19 using the voltages of the secondary windings of transformer 3, i.e. have independent control circuits, when thyristor 5 is open, then thyristor 6 is closed, because during this half-cycle of the sinusoidal voltage of the network, the voltage at the control electrode of the thyristor 5 is direct and this thyristor opens, and the same voltage for the control electrode of the thyristor 6 is inverse and the thyristor 6 is locked (figure 2).

В цепи управляющих электродов тиристоров включены конденсаторы 17, 20 для открытия тиристоров при наименьшем прямом анодном напряжении. Конденсатор 20 и резисторы 18, 19 образуют фазосдвигающую цепочку для запираемых тиристоров 5, 6. Аналогично конденсатор 17 и резисторы 15 16 образуют фазосдвигающую цепочку для незапираемых тиристоров 7, 8. Capacitors 17, 20 are included in the thyristor control electrode circuit to open the thyristors at the lowest forward anode voltage. Capacitor 20 and resistors 18, 19 form a phase-shifting circuit for lockable thyristors 5, 6. Similarly, capacitor 17 and resistors 15 16 form a phase-shifting chain for lockable thyristors 7, 8.

Поочередное включение тиристоров 7, 8 обеспечивается разделительными диодами 13, 14. The alternate inclusion of thyristors 7, 8 is provided by dividing diodes 13, 14.

Резисторы 15, 18 ограничивают величину тока управляющего электрода. Resistors 15, 18 limit the current value of the control electrode.

При таком включении цепей управления тиристорами время включения тиристоров не зависит от характера нагрузки 4. With this inclusion of thyristor control circuits, the thyristor turn-on time does not depend on the nature of the load 4.

При реализации данного устройства каждая пара комплиментарных тиристоров (один с выводом от р-области, второй с выводом от n-области) может быть заменена симметричным тиристором-симистором с соответствующими выводами. When implementing this device, each pair of complementary thyristors (one with output from the p-region, the second with output from the n-region) can be replaced by a symmetric thyristor-triac with corresponding terminals.

После включения автомата АВ производится перераспределение активной и реактивной нагрузки в соответствии с установленной мощностью генераторов, при этом генератор СГ-1 втягивается в синхронизм. After turning on the AB automatic machine, the active and reactive loads are redistributed in accordance with the installed capacity of the generators, while the SG-1 generator is pulled into synchronism.

После окончания синхронизации переключатель генератора СГ-1 переводится в положение "нагрузка", т. е. контакты К12 переключателя размыкаются, а контакты К11 замыкаются; трансформатор 3 может быть отключен, а незапираемые тиристоры зашунтированы с помощью выключателя К. After synchronization is completed, the SG-1 generator switch is put into the “load” position, that is, the contacts K12 of the switch are opened, and the contacts K11 are closed; transformer 3 can be turned off, and non-lockable thyristors are shunted using switch K.

Устройство позволяет просто и безопасно включать несинхронизированные генераторы на параллельную работу (простым включением контактных выключателей), производить синхронизацию подключаемого генератора непосредственно под нагрузкой, полностью ликвидирует уравнительные токи в процессе синхронизации, качания электромагнитных моментов, динамические удары в агрегатах и провалы напряжения в сети, возникающие при известных способах включения, снижают квалификацию обслуживающего электротехнического персонала. The device allows you to simply and safely turn on non-synchronized generators for parallel operation (by simply turning on contact switches), synchronize the connected generator directly under load, completely eliminates equalizing currents during synchronization, swaying of electromagnetic moments, dynamic shocks in units and voltage dips in the network that occur during known methods of inclusion, reduce the qualifications of the electrical personnel.

Claims

A device for turning on synchronous generators for parallel operation, comprising synchronous generators and a circuit breaker for turning on synchronous generators for parallel operation, characterized in that on each terminal of the stator winding of the synchronous generator two counter-parallel lockable thyristors are connected with control circuits, two counter-parallel connected non-lockable thyristors with control circuits, a switch and a switch for shunting blocks of non-lockable thyristors, the anode being one of the non-lockable thyristors with the output from the p-region connected to the cathode of the second non-lockable thyristor with the output from the n-region and through the first contact of the switch to the output of the stator winding, the cathode of the non-lockable thyristor with the output from the p-region is connected to the anode of the non-lockable thyristor with the output from the n-region and through the circuit breaker to the network, the anode of each of the lockable thyristors with the output from the p-region is connected to the cathode of the second lockable thyristor with the output from the n-region and through the circuit breaker to the set additionally introduced a three-phase transformer, the primary winding of which is connected to the network, the secondary winding of the transformer is an unconnected galvanically three-phase system of three separate single-phase circuits for powering the control circuits of the thyristors, which are connected to the terminals of the secondary windings of the transformer, with each control circuit of non-locking thyristors containing a capacitor , two series-connected resistors and two diodes, and each control circuit lockable thyristors contains condensate Ohr and two series-connected resistors.