恆定導前時間型準同期裝置的製作方法

2023-07-03 03:45:06

專利名稱:恆定導前時間型準同期裝置的製作方法
本實用新型屬於發電機組與網絡或機組間自動並列的準同期裝置。
現有的準同期裝置，例如「小水電」在用的JZT－2型準同期自動併網儀，是一種合閘提前
整定範圍在5°～25°的導前相
型準同期裝置，這種裝置自動化水平低，在併網頻段內，由導前相
產生的導前時間是不斷變化的，所以不能與電控屏中的各種主開關合理配套；而且當發電機與網絡電壓完全相同時，該裝置不能工作；當空並試驗時，會出現自鎖合閘輸出狀態，此時，頻差仍在不斷變化，表明是誤合閘。另一種準同期裝置，例如ZZQ－5型自動準同步裝置，雖然屬於恆定導前時間型的準同期裝置，但這種裝置主要適用於額定電壓100伏／50赫芝的大型電站、大型高壓機組使用，對於小型電站中，額定電壓為230伏(相電壓)／50赫芝、277伏(相電壓)／60赫芝的低壓機組就不能適用；又因為該裝置採用「LC無源低通濾波器」作為獲得三
形波電壓的手段，所以，其在50赫芝、60赫芝不同工頻時的通用適應性差，加之這種裝置的工作電壓高達55伏，全部是電晶體分列元件，故元件多，線路複雜，穩定性、可靠性差，調試、維修不便，生產、使用成本也高。
本實用新型的目的是要克服已有準同期裝置中上述的不足，提供一種改進的恆定導前時間型準同期裝置，簡化「低通濾波器」、「電平檢測器」、「
輯判斷電路」，使之集成化，對50赫芝、60赫芝不同工頻的通用適應性好，要簡易、安全可靠、生產使用成本低，尤其適用於「小水電」、小型電站低壓發電機組的自動並列。
本實用新型的恆定導前時間型準同期裝置中，採用了「有源低通濾波器」，取消了「LC無源低通濾波器」；採用了若干集成塊組合的「電平檢測器」和「
輯判斷電路」。
該恆定導前時間型準同期裝置，包括兩個分別測量網絡、發電機組電壓伩號的變壓器；四個輸入端分別接這兩個變壓器付邊對應繞組的兩個矩形波整形器和兩個濾波整形器；一個輸入端分別接兩個矩形波整形器輸出端的混頻器；一個輸入端接混頻器輸出端的「低通濾波器」；一個輸入端接「低通濾波器」輸出端的帶有導前相角調定指示器的比例器；一個輸入端接比例器輸出端的「導前相角電平檢測器」；一個輸入端同時接「低通濾波器」輸出端的帶有導前時間調定指示器的比例微分器；一個輸入端接比例微分器輸出端的「導前時間電平檢測器」；一個輸入端分別接兩個濾波整形器輸出端的反向比較器；一個輸入端接反向比較器輸出端的「壓差電平檢測器」；一個輸入端接壓差電平檢測器輸出端的電壓偏差調定指示器；一個輸出端接至
輯判斷電路的延時器；一個輸入端分別接延時器、導前相角及導前時間電平檢測器和壓差電平檢測器輸出端的「
輯判斷電路」；一個輸入端接
輯判斷電路輸出端的合閘執行指示器；一個由電源變壓器、穩壓器、電源指示組成的工作電源。其特徵在於其中，輸入端接混頻器、輸出端同時接比例器、比例微分器的「低通濾波器」是集成運算放大器、電阻、電容組合成的「有源低通濾波器」；輸入端接反向比較器、輸出端接電壓偏差調定指示器和
輯判斷電路的「壓差電平檢測器」，輸入端接比例器、輸出端接
輯判斷電路的「導前相角電平檢測器」，輸入端接比例微分器、輸出端接
輯判斷電路的「導前時間電平檢測器」和「
輯判斷電路」是若干「與非門」組合的集成化電路。
上述「低通濾波器」、「電平檢測器」、「
輯判斷電路」簡化為集成化電路，使元件數大量減少，電路簡單，生產使用成本低、維修容易、調整方便而且可靠性、穩定性比分列元件高。
本實用新型取消了「LC無源低通濾波器」。設有了「有源低通濾波器」，不僅使系統的工作電源電壓低，只要±12～±15伏，體積小、重量輕、成本低，無需阻抗匹配，受機械振動、溫度、溼度以及化學環境影響小，不易受電磁幹擾，工作穩定可靠，而且在50赫芝、60赫芝不同工頻時，從混頻器輸出的一系列寬窄不一的方列波經「有源低通濾波器」後，都能獲得比較理想的三角形波電壓，其間的相位差很小，可以忽略，從而使裝置在50赫芝、60赫芝不同工頻時的通用適應性好，又由於「有源低通濾波器」的精度高，使裝置導前時間的恆定性也好。
附圖1為本實用新型系統方框圖。
附圖2為「有源低通濾波器」〔12〕電路圖。
附圖3為「電平檢測器」〔6〕、〔14〕、〔16〕和「
輯判斷電路」〔8〕集成化電路圖。
下面結合附圖1、圖2、圖3，進一步說明本實用新型的構成及使用實例。
在附圖1中，輸入端接混頻器〔11〕、輸出端同時接比例器〔13〕、比例微分器〔15〕的「有源低通濾波器」〔12〕，它的形態和接法可以有多種，在附圖2中就提供了它的一種最佳實施電路圖，它由集成運算放大器(A)和電阻(R1、R2、R3)、電容(C1、C2)按圖中接法組合成「增益為1的單反饋環型二階低通濾波器」，卽集成運放(A)的一個輸入端經電阻R2、R1串接至混頻器〔11〕的一個輸出端，集成運放(A)的另一個輸入端與其輸出端相連後經電阻R3接至混頻器〔11〕的另一個輸出端，電容C1跨接於電阻R1、R2的中間和集成運放(A)的輸出端之間，電容C2跨接於電阻R2的輸出端(卽集成運放(A)的一個輸入端)和混頻器〔11〕的另一個輸出端之間。
上述組合的「有源低通濾波器」，所用元件數最少，成本最低，精度也高，穩定可靠；在50赫芝、60赫芝不同工頻時，都能獲得比較理想的三角形波電壓，使本實用新型導前時間的恆定性好，標定實測值與理論値的誤差＜0.5％；工作電壓只要±12～±15伏。
在附圖1中的壓差、導前相角、導前時間「電平檢測器」〔6〕、〔14〕、〔16〕和「
輯判斷電路」〔8〕是若干「與非門」組合的集成化電路，在附圖3中，就提供了該集成化電路的一種較佳實施例。其中，
輯判斷電路〔8〕－包括「R·S觸發器」、「綜合伩號器」，它的「綜合伩號器」是由一個多輸入端「與非門」和與其一個輸入端相連的另一個「與非門」組成，這另一個「與非門」的輸入端是接與電平檢測器〔14〕輸出端相連的「R·S觸發器」中這個「與非門」的輸出端；其中，輸入端接反向比較器〔5〕，輸出端中一個接電壓偏差調定指示器〔7〕，輸出端中另一個接
輯判斷電路〔8〕的壓差「電平檢測器」〔6〕是三個「與非門」串聯的組合，其第三個「與非門」的輸出端(卽電平檢測器〔6〕的輸出端中一個)接電壓偏差調定指示器〔7〕，其第一個「與非門」的輸出端(卽電平檢測器〔6〕的輸出端中另一個)，同時接至「
輯判斷電路」〔8〕中「綜合伩號器」的多輸入端「與非門」的一個輸入端，作為壓差伩號的輸入端；其中，輸入端接比例器〔13〕，輸出端接「
輯判斷電路」〔8〕的導前相角「電平檢測器」〔14〕，是兩個「與非門」的串聯組合，其輸出端接「
輯判斷電路」〔8〕中「R·S觸發器」的一個「與非門」的輸入端，此「與非門」的輸出端是接「綜合伩號器」的另一個「與非門」的輸入端，這另一個「與非門」的輸出端再接至多輸入端「與非門」的一個輸入端，作為和導前時間脈衝伩號比較後的導前相角脈衝伩號的輸入端；其中，輸入端接比例微分器〔15〕，輸出端接「
輯判斷電路」〔8〕的導前時間「電平檢測器」〔16〕，是兩個「與非門」串聯的組合，其輸出端同時分別接「
輯判斷電路」〔8〕中「R·S觸發器」的另一個「與非門」的輸入端和「綜合伩號器」的多輸入端「與非門」的一個輸入端，作為導前時間脈衝伩號的輸入端；其中，延時器〔19〕的輸出端接「
輯判斷電路」〔8〕中「綜合伩號器」的多輸入端「與非門」的一個輸入端作為延時伩號的輸入端。
如附圖3的「與非門」組合的集成化電路，所用集成塊很少，成本很低，工作電壓只要12～15伏，又能可靠地起電平檢測和
輯判斷作用。
當按附圖1、圖2、圖3連接的恆定導前時間型準同期裝置與電網及發電機組連接時，取網絡電壓UW和發電機電壓UF的同名相的相電壓接測量伩號變壓器〔1〕、〔2〕原邊輸入端，經變壓器〔1〕、〔2〕，其付邊分別得到網絡和發電機的正弦波形伩號電壓，它們分別經濾波整形器〔3〕、〔4〕後，分別得到直流伩號電壓，經反向比較器〔5〕後得到直流壓差伩號，此壓差伩號由取自電壓偏差調定指示器〔7〕中的電位浮起，當電壓偏差在電壓偏差調定指示器〔7〕調定範圍內(如±5％～±15％額定電壓値)時，壓差電平檢測器〔6〕的輸入端電位低於其第一個「與非門」的反轉電平，則第一個「與非門」的輸出端(卽電平檢測〔6〕的輸出端中另一個)為高電位，則與其相接的「
輯判斷電路」〔8〕中綜合伩號器的多輸入端「與非門」的壓差伩號輸入端是高電位，而電平檢測器〔6〕的第二個「與非門」的輸出端是低電位，第三個與非門的輸出端(卽電平檢測器〔6〕的輸出端中一個)是高電位，則電壓偏差調定指示器〔7〕中的壓差指示伩號燈亮，表明壓差已達到並列的調定要求，反之，「
輯判斷電路」〔8〕中壓差伩號輸入端是低電位，同時壓差指示伩號燈滅，表明壓差大於並列的調定要求，不允許準同期並列，此時「
輯判斷電路」〔8〕中綜合伩號器的多輸入端「與非門」的輸出是高電位，合閘執行指示器〔20〕自動可靠閉鎖。
矩形波整形器〔9〕、〔10〕的輸入端分別接入網絡和發電機的正弦波形伩號電壓，經整形器〔9〕、〔10〕後變換成相應的矩形波電壓，經混頻器〔11〕後，將變換成幅值恆定、寬度周期變化的矩形波電壓，其變化周期△T＝1／△f(秒)，式中△f＝｜fW－fF｜，fW－網頻，fF－待並發電機組頻率。上述方列波經附圖3中的「有源低通濾波器」〔12〕——「增益為1的單反饋環型二階低通濾波器」，濾去高次諧波的分量，在其輸出端就得到波峰是同相點、波谷是反相點、幅値恆定的三角形波電壓。此三角形波電壓，經帶有導前相角調定指示器〔17〕的比例器〔13〕變換成輻値按比例關係變化的三角形波電壓，經導前相角電平檢測器〔14〕中第一個「與非門」反轉電平的檢測，第一個「與非門」輸出端，將得到與導前相角調定指示器調定範圍(如0°～25°連續可調)一致的低電位導前相角脈衝，經第二個「與非門」後，輸出變換成高電位的導前相角脈衝；上述三角形波電壓，經帶有導前時間調定指示器〔18〕的比例微分器〔15〕變換成比例微分波電壓，經導前時間電平檢測器〔16〕中第一個「與非門」反轉電平的檢測將得到與導前時間調定指示器〔18〕調定範圍(如0.05～0.4秒連續可調)一致的低電位恆定導前時間脈衝，經第二個「與非門」後，輸出變換成高電位的恆定導前時間脈衝；上述經導前相角、導前時間「電平檢測器」〔14〕和〔16〕後分別輸出的高電位導前相角和高電位恆定導前時間脈衝經「
輯判斷電路」〔8〕來判斷是否大於裝置整定的頻率差當導前時間脈衝先於導前相角脈衝發出時，表明頻率差大於整定的頻率差，不允許發出合閘脈衝，不允許把發電機組併入網絡，此時，
輯判斷電路〔8〕中「R·S觸發器」的與導前相角電平檢測器〔14〕輸出端相連的這個「與非門」的輸出端是輸出高電位導前相角脈衝，它經「綜合伩號器」中另一個「與非門」後變換成低電位的導前相角脈衝送至多輸入端「與非門」的導前相角脈衝伩號輸入端，而導前時間電平檢測器〔16〕是輸出高電位恆定導前時間脈衝送至多輸入端「與非門」導前時間脈衝伩號輸入端，則多輸入端「與非門」的輸出是高電位，合閘執行指示器〔20〕自動可靠閉鎖，就不會把發電機組併入網絡；反之，卽當導前相角脈衝先於導前時間脈衝發出時，表明頻率差小於整定的頻率差，此時，
輯判斷電路〔8〕中「R·S觸發器」的與導前相角電平檢測器〔14〕輸出相連的這個「與非門」的輸出端是輸出低電位的導前相角脈衝，它經「綜合伩號器」中另一個「與非門」後變換成高電位的導前相角脈衝送至多輸入端「與非門」的導前相角脈衝伩號輸入端，而多輸入端「與非門」導前時間脈衝伩號輸入端仍輸入導前時間「電平檢測器」〔16〕輸出的高電位恆定導前時間脈衝，此刻，如壓差已達到調定要求，延時器〔19〕也已延時調定値(如4秒)以上，則壓差電平檢測器〔6〕輸出端中另一個卽其第一個「與非門」輸出端和延時器〔19〕送至「
輯判斷電路」〔8〕中多輸入端「與非門」的壓差，延時伩號輸入端均是高電位伩號，則多輸入端「與非門」的輸出卽「
輯判斷電路」〔8〕的輸出是脈衝寬度與恆定導前時間脈衝寬度相等的低電位脈衝伩號，合閘執行指示器〔20〕就執行動作，裝置應自動發出taq－與導前時間調定指示器指示値一致的導前時間脈衝，合閘指示燈卽閃光一次。如果送至「
輯判斷電路」〔8〕中「綜合伩號器」的多輸入端「與非門」的伩號中，只要有一個不符合準同期並列的調定要求，則合閘執行指示器〔20〕就自動可靠閉鎖。這樣就可靠地保證了，只有在壓差、頻差、相角、延時都滿足調定要求時，裝置才能提前taq(導前時間量≈主開關閉合時間＋輔助電器動作時間)這一導前時間量自動發出合閘指令，使發電機組與網絡並列瞬間的相角差接近於零，衝擊電流可以很小，保證機組安全可靠自動合閘並列。
本實用新型的工作電源在附圖1中，是由電源變壓器〔21〕±12～±15V穩壓器〔22〕和電源指示器〔23〕組成，供系統各環節工作之用。
値得提出的是本實用新型中的電壓偏差調定指示器〔7〕、導前相角調定指示器〔17〕、導前時間調定指示器〔18〕，如果根據小型機組並列的特性調定主要技術指標為導前時間調定範圍0.05～0.4秒連續可調；導前相角調定範圍0°～25°連續可調；允許發出合閘脈衝的電壓差調定範圍±5％～±15％額定電壓連續可調；裝置的額定工作電壓設計為230伏(相電壓)／50赫芝，277伏(相電壓)60赫芝；在裝置電源接通後，保證在4秒鐘內，合閘部份可靠閉鎖，那末，本實用新型就變成適用於小型電站低壓機組自動並列的一種簡易可靠、連續可調的恆定導前時間型準同期裝置；鑑於它具有50赫芝、60赫芝不同工頻時通用適應性好，集成化程度較高，結構簡單，穩定可靠，調試容易，維修方便，成本低，操作很簡便等特點，尤其對已有九萬餘「小水電」站的我國農村實現電氣化，進一步發展「小水電」及其外貿出口提供了一種比較理想的自動並列裝置。
權利要求
1.一種恆定導前時間型準同期裝置，包括兩個分別測量網絡、發電機組電壓伩號的變壓器；四個輸入端分別接這兩個變壓器付邊對應繞組的兩個矩形波整形器和兩個濾波整形器；一個輸入端分別接兩個矩形波整形器輸出端的混頻器；一個輸入端接混頻器輸出端的「低通濾波器」；一個輸入端接「低通濾波器」輸出端的帶有導前相角調定指示器的比例器；一個輸入端接比例器輸出端的「導前相角電平檢測器」；一個輸入端同時接「低通濾波器」輸出端的帶有導前時間調定指示器的比例微分器；一個輸入端接比例微分器輸出端的「導前時間電平檢測器」；一個輸入端分別接兩個濾波整形器輸出端的反向比較器；一個輸入端接反向比較器輸出端的「壓差電平檢測器」；一個輸入端接壓差電平檢測器輸出端的電壓偏差調定指示器；一個輸出端接至邏輯判斷電路的延時器；一個輸入端分別接延時器、導前相角及導前時間電平檢測器和壓差電平檢測器輸出端的「邏輯判斷電路」；一個輸入端接邏輯判斷電路輸出端的合閘執行指示器；一個工作電源；其特徵在於輸入端接混頻器[11]、輸出端同時接比例器[13]、比例微分器[15]的「低通濾波器」[12]是由集成運算放大器、電阻、電容組合的「有源低通濾波器」；輸入端接反向比較器[5]，輸出端接電壓偏差調定指示器[7]和邏輯判斷電路[8]的「壓差電平檢測器」[6]，輸入端接比例微分器[15]、輸出端接邏輯判斷電路[8]的「導前時間電平檢測器」[16]，輸入端接比例器[13]、輸出端接邏輯判斷電路[8]的「導前相角電平檢測器」[14]和「邏輯判斷電路[8]是若干「與非門」組合的集成化電路。
2.根據權利要求
1的恆定導前時間型準同期裝置，其特徵在於「有源低通濾波器」〔12〕是由集成運算放大器(A)、電阻(R1、R2、R3)、電容(C1、C2)組合的「增益為1的單反饋環型二階低通濾波器」。
專利摘要
一種恆定導前時間型準同期裝置，設有「有源低通濾波器」、集成化的「電平檢測器」、「邏輯判斷電路」等，取消了「無源低通濾波器」，不僅具有電路簡單、調試容易、維修方便、生產使用成本低、穩定可靠等特點，而且對50赫芝、60赫芝不同工頻的通用適應性好，精度高，又由於該裝置具有連續可調的電壓差、頻率差、恆定導前相角自動閉鎖的功能，還設有「連續可調的恆定導前時間調定指示器」，它操作很簡便，能安全可靠地保證發電機組自動合閘並列，尤其適宜「小水電」和小型電站低壓發電機組使用。
文檔編號H02J3/42GK85201042SQ85201042
公開日1986年6月11日 申請日期1985年4月1日
發明者金民常 申請人:浙江省機械科學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan