Способы выполнения комбинированных блоков питания

Прежде чем перейти к рассмотрению схем включения БПК, оценим основные требования к их характеристикам, предполагая, что токи и напряжения надежной работы БПТ и БПН (БПНС) известны. Требования определяются зависимостью напряжения на шинах подстанции, где установлен БПК, от токов присоединения (нагрузки и к. з.). Эта зависимость — вольт-амперная характеристика (ВАХ) присоединения, может быть построена или найдена аналитически, если известны ЭДС системы Ес и эквивалентное сопротивление системы, приведенное к рассматриваемым шинам [14]. На рис. 23, а приведены наиболее простые конфигурации сети, питаемой от распределительной подстанции. Если считать, что углы сопротивления системы и BJ1 одинаковы, то при к. з. на JI1 бесконечно большой длины (с учетом последовательно включенных участков) ВАХ, построенная для токов и напряжений поврежденных фаз, будет иметь вид прямой, проведенной между точками. При наличии параллельных отходящих ЛЗ и JI4 ВАХ отлична от прямой. При к. з. на JI2 по JJ3 и Л4 проходят одинаковые токи и отрезок 2 ВАХ — прямой. При к. з. в конце параллельных ВЛ (точка к, л) напряжение на шинах равно £/к,л, а ток в каждой из ВЛ равен /к,л (половина тока при к. з. на JI1 с таким же напряжением на шинах). Если к.з. происходит на ЛЗ, то напряжение еще больше уменьшается, а ток возрастает на ЛЗ и уменьшается на Л4 (рис. 23,б);ВПК может дать эффект по сравнению с БПН и БПТ только для защит одиночных ВЛ (или других одиночных присоединений) или той из параллельных ВЛ, на которой произошло к. з. На неповрежденной параллельной ВЛ снижение напряжения сопровождается уменьшением тока, и поэтому БПК, включаемый только на ток одной ВЛ, эффекта не дает. То же можно сказать и о кольцевой сети с одним источником питания, где точка 1к>а, С/К)л на рис. 23, б соответствует к. з., равноудаленному по обеим ветвям.
Необходимость согласования с ВАХ защищаемого присоединения приводит к тому, что расчетная характеристика БПК тоже должна быть вольт-амперной. Эта характеристика, называемая входной, является зависимостью напряжения, которое нужно подать на БПН (БПНС), от тока, который следует дать на БПТ, чтобы обеспечить заданное выходное напряжение БПК при заданной нагрузке на него. При всех случаях предельными точками входной характеристики БПК являются ток /н,р, когда отсутствует напряжение на шинах и мощность отдает только БПТ, и напряжение £/я,р, когда отсутствует ток защищаемого присоединения и мощность отдает только БПН.
Наиболее просто выполнить БПН (БПНС) с большими UB,р (меньше требования к стабилизации или они вообще отсутствуют при £/н,р» близком к номинальному напряжению), а также БПТ с большими /н,р (меньше разница между предельными током к. з. и /н,р и меньше входное сопротивление БПТ). В то же время входная характеристика БПК должна проходить ниже ВАХ защищаемого присоединения, чтобы обеспечивалось надежное питания оперативных цепей защиты при всех режимах (см. гл. 4). Из рис. 23,6 хорошо видно, что входная характеристика БПК, близкая к идеальной, должна иметь вид прямой 5, проведенной между точками (/и,р; 0) и (0; £/н,р). Все остальные требования к БПК не отличаются от перечисленных выше требований к БПТ и БПН (БПНС).
Отметим, что все требования к блокам питания задаются для установившегося режима. Возможные повышения или понижения выходного напряжения БПТ, БПН или БПК в переходном режиме учитываются только в тех случаях, когда это может повлиять на поведение подключенных к ним устройств, например полупроводниковых.
Возможны два основных способа выполнения БПК:
с использованием напряжений от БПТ и БПН до выпрямления и с использованием выпрямленных напряжений БПТ и БПН.
Комбинированные блоки питания с использованием переменных напряжений от БПТ и БПН с целью возможно более близкого моделирования условий, возникающих в защищаемом присоединении при к. з., можно было бы осуществить, если выполнить схему с последовательным соединением вторичных обмоток ПТН и транс реактора цепи тока ТРТ (рис. 24,а). Тогда при напряжении на выходе TPT, пропорциональном Izc, сумма напряжений ПТН и TPT составит U+Izc=Ec, т. е. не будет зависеть от удаленности к. з. Однако такая простая схема, не требующая принятия каких-либо мер для стабилизации выходного напряжения, неудовлетворительна по двум причинам:
режим работы системы может изменяться, и величина гс не является постоянной;
при разных видах к. з., упомянутых выше, выражению удовлетворяют фазные или линейные напряжения и токи только поврежденных фаз и, следовательно, в общем случае необходима полная трехфазная модель системы, т. е. очень сложная схема БПК.
А. А. Воскресенским была предложена схема (рис. 24,6), в которой МДС первичной обмотки БПТ является суммой МДС токовой обмотки и обмотки, на которую через линейный дроссель Др подается напряжение, вызывающее прохождение тока.
Этому уравнению соответствует семейство эллипсов в осях / и U. Нас интересует только часть эллипсов, расположенная в квадранте и являющаяся входной характеристикой БПК. Если выбрать масштаб таким, что /н,р и £/н>р изображаются одинаковыми отрезками, то при *ф=0 входная характеристика имеет вид прямой, а при г|?=90° — четверти окружности (рис. 24, о). Комбинированный блок питания по схеме, приведенной на рис. 24, б, обеспечивает получение идеальной входной характеристики при подаче на него напряжения и тока поврежденных фаз, независимо от значения 2С. Однако при к. з. на других фазах угол между I и /и может значительно отличаться от нуля, например при двухфазном к. з. на землю фаз В и С угол между Uac и 1а—1с может быть примерно равным 30° (примерно 120°), чему соответствует крайне неблагоприятная входная характеристика. Серьезными недостатками блока на рис. 24, б являются большие потери реактивной мощности в дросселе Др, сопротивление которого должно быть существенно выше сопротивления нагрузки, а также наводки из цепи тока в цепь напряжения по первичным обмоткам БПТ. Поэтому такие блоки не получили распространения.
В [15] были предложены оригинальные БПК с Ш-образными магнитопроводами, на крайних стержнях которых располагались обмотки напряжения (или тока), а на среднем — обмотка тока (или напряжения). Стабилизация напряжения при подаче тока осуществлялась, как в обычном НТТ, а стабилизация напряжения на входе не предусматривалась. Взаимное расположение обмоток тока и напряжения исключало наводки из одной цепи в другую и предотвращало возможность взаимно-противоположного действия МДС от источников тока и напряжения,, которое имело место в БПК (рис. 24,6). Напряжение на вторичных обмотках выпрямлялось с помощью трехфазного двухполупериодного моста. Принцип выполнения БПК может быть реализован и при использовании отдельных БПН и БПТ. На рис. 25 показаны обе возможные модификации БПК, анализ которых более нагляден, чем исходных БПК. Сущность принципа БПК заключается в том, что на трехфазный выпрямительный мост подаются напряжения в случае схемы на рис. 25,6. Если допустить, что форма кривой напряжений близка к синусоидальной, то, воспользовавшись выражением для вычисления среднего напряжения трехфазного выпрямительного моста, можно найти входные характеристики U=f(I) для обеих схем БПК. Выходное напряжение обеспечивается при всех углах между током и напряжением, причем изменение углов на 180° не сказывается на уровне выходного напряжения из-за симметрии схем. Поэтому весь диапазон изменения входных характеристик в функции от угла соответствует диапазону при изменении угла от 0 до 90°. Если считать, что угол между напряжением на выходе БПТ и входным током остается неизменным, то граничные входные характеристики блока по схеме.
В действительности угол между выходным напряжением и входным током феррорезонансного БПТ изменяется, как было показано в гл. 1, от 90° (до наступления феррорезонанса) до —90° (после наступления феррорезонанса), а при нагрузке на БПТ этот угол может быть близким к 0°. При совместной нагрузке на БПТ и БПН доля нагрузки на каждый из них зависит от соотношения входных токов и напряжений и угла между ними. Поэтому действительные входные характеристики БПК (рис. 25, а, б) являются промежуточными между двумя крайними.