专利名称:恒定导前时间型准同期装置的制作方法
本实用新型属于发电机组与网络或机组间自动并列的准同期装置。
现有的准同期装置，例如“小水电”在用的JZT－2型准同期自动并网仪，是一种合闸提前
整定范围在5°～25°的导前相
型准同期装置，这种装置自动化水平低，在并网频段内，由导前相
产生的导前时间是不断变化的，所以不能与电控屏中的各种主开关合理配套；而且当发电机与网络电压完全相同时，该装置不能工作；当空并試验时，会出现自锁合闸输出状态，此时，频差仍在不断变化，表明是误合闸。另一种准同期装置，例如ZZQ－5型自动准同步装置，虽然属于恒定导前时间型的准同期装置，但这种装置主要适用于額定电压100伏／50赫芝的大型电站、大型高压机组使用，对于小型电站中，額定电压为230伏(相电压)／50赫芝、277伏(相电压)／60赫芝的低压机组就不能适用；又因为该装置采用“LC无源低通滤波器”作为获得三
形波电压的手段，所以，其在50赫芝、60赫芝不同工频时的通用适应性差，加之这种装置的工作电压高达55伏，全部是晶体管分列元件，故元件多，线路复杂，稳定性、可靠性差，调試、维修不便，生产、使用成本也高。
本实用新型的目的是要克服已有准同期装置中上述的不足，提供一种改进的恒定导前时间型准同期装置，简化“低通滤波器”、“电平检测器”、“
辑判断电路”，使之集成化，对50赫芝、60赫芝不同工频的通用适应性好，要简易、安全可靠、生产使用成本低，尤其适用于“小水电”、小型电站低压发电机组的自动并列。
本实用新型的恒定导前时间型准同期装置中，采用了“有源低通滤波器”，取消了“LC无源低通滤波器”；采用了若干集成块组合的“电平检测器”和“
辑判断电路”。
该恒定导前时间型准同期装置，包括两个分别测量网络、发电机组电压伩号的变压器；四个输入端分别接这两个变压器付边对应绕组的两个矩形波整形器和两个滤波整形器；一个输入端分别接两个矩形波整形器输出端的混频器；一个输入端接混频器输出端的“低通滤波器”；一个输入端接“低通滤波器”输出端的带有导前相角调定指示器的比例器；一个输入端接比例器输出端的“导前相角电平检测器”；一个输入端同时接“低通滤波器”输出端的带有导前时间调定指示器的比例微分器；一个输入端接比例微分器输出端的“导前时间电平检测器”；一个输入端分别接两个滤波整形器输出端的反向比较器；一个输入端接反向比较器输出端的“压差电平检测器”；一个输入端接压差电平检测器输出端的电压偏差调定指示器；一个输出端接至
辑判断电路的延时器；一个输入端分别接延时器、导前相角及导前时间电平检测器和压差电平检测器输出端的“
辑判断电路”；一个输入端接
辑判断电路输出端的合闸执行指示器；一个由电源变压器、稳压器、电源指示组成的工作电源。其特征在于其中，输入端接混频器、输出端同时接比例器、比例微分器的“低通滤波器”是集成运算放大器、电阻、电容组合成的“有源低通滤波器”；输入端接反向比较器、输出端接电压偏差调定指示器和
辑判断电路的“压差电平检测器”，输入端接比例器、输出端接
辑判断电路的“导前相角电平检测器”，输入端接比例微分器、输出端接
辑判断电路的“导前时间电平检测器”和“
辑判断电路”是若干“与非门”组合的集成化电路。
上述“低通滤波器”、“电平检测器”、“
辑判断电路”简化为集成化电路，使元件数大量减少，电路简单，生产使用成本低、维修容易、调整方便而且可靠性、稳定性比分列元件高。
本实用新型取消了“LC无源低通滤波器”。设有了“有源低通滤波器”，不仅使系统的工作电源电压低，只要±12～±15伏，体积小、重量轻、成本低，无需阻抗匹配，受机械振动、温度、湿度以及化学环境影响小，不易受电磁干扰，工作稳定可靠，而且在50赫芝、60赫芝不同工频时，从混频器输出的一系列宽窄不一的方列波经“有源低通滤波器”后，都能获得比较理想的三角形波电压，其间的相位差很小，可以忽略，从而使装置在50赫芝、60赫芝不同工频时的通用适应性好，又由于“有源低通滤波器”的精度高，使装置导前时间的恒定性也好。
附图1为本实用新型系统方框图。
附图2为“有源低通滤波器”〔12〕电路图。
附图3为“电平检测器”〔6〕、〔14〕、〔16〕和“
辑判断电路”〔8〕集成化电路图。
下面结合附图1、图2、图3，进一步说明本实用新型的构成及使用实例。
在附图1中，输入端接混频器〔11〕、输出端同时接比例器〔13〕、比例微分器〔15〕的“有源低通滤波器”〔12〕，它的形态和接法可以有多种，在附图2中就提供了它的一种最佳实施电路图，它由集成运算放大器(A)和电阻(R1、R2、R3)、电容(C1、C2)按图中接法组合成“增益为1的单反馈环型二阶低通滤波器”，卽集成运放(A)的一个输入端经电阻R2、R1串接至混频器〔11〕的一个输出端，集成运放(A)的另一个输入端与其输出端相连后经电阻R3接至混频器〔11〕的另一个输出端，电容C1跨接于电阻R1、R2的中间和集成运放(A)的输出端之间，电容C2跨接于电阻R2的输出端(卽集成运放(A)的一个输入端)和混频器〔11〕的另一个输出端之间。
上述组合的“有源低通滤波器”，所用元件数最少，成本最低，精度也高，稳定可靠；在50赫芝、60赫芝不同工频时，都能获得比较理想的三角形波电压，使本实用新型导前时间的恒定性好，标定实测值与理论値的误差＜0.5％；工作电压只要±12～±15伏。
在附图1中的压差、导前相角、导前时间“电平检测器”〔6〕、〔14〕、〔16〕和“
辑判断电路”〔8〕是若干“与非门”组合的集成化电路，在附图3中，就提供了该集成化电路的一种较佳实施例。其中，
辑判断电路〔8〕－包括“R·S触发器”、“综合伩号器”，它的“综合伩号器”是由一个多输入端“与非门”和与其一个输入端相连的另一个“与非门”组成，这另一个“与非门”的输入端是接与电平检测器〔14〕输出端相连的“R·S触发器”中这个“与非门”的输出端；其中，输入端接反向比较器〔5〕，输出端中一个接电压偏差调定指示器〔7〕，输出端中另一个接
辑判断电路〔8〕的压差“电平检测器”〔6〕是三个“与非门”串联的组合，其第三个“与非门”的输出端(卽电平检测器〔6〕的输出端中一个)接电压偏差调定指示器〔7〕，其第一个“与非门”的输出端(卽电平检测器〔6〕的输出端中另一个)，同时接至“
辑判断电路”〔8〕中“综合伩号器”的多输入端“与非门”的一个输入端，作为压差伩号的输入端；其中，输入端接比例器〔13〕，输出端接“
辑判断电路”〔8〕的导前相角“电平检测器”〔14〕，是两个“与非门”的串联组合，其输出端接“
辑判断电路”〔8〕中“R·S触发器”的一个“与非门”的输入端，此“与非门”的输出端是接“综合伩号器”的另一个“与非门”的输入端，这另一个“与非门”的输出端再接至多输入端“与非门”的一个输入端，作为和导前时间脉冲伩号比较后的导前相角脉冲伩号的输入端；其中，输入端接比例微分器〔15〕，输出端接“
辑判断电路”〔8〕的导前时间“电平检测器”〔16〕，是两个“与非门”串联的组合，其输出端同时分别接“
辑判断电路”〔8〕中“R·S触发器”的另一个“与非门”的输入端和“综合伩号器”的多输入端“与非门”的一个输入端，作为导前时间脉冲伩号的输入端；其中，延时器〔19〕的输出端接“
辑判断电路”〔8〕中“综合伩号器”的多输入端“与非门”的一个输入端作为延时伩号的输入端。
如附图3的“与非门”组合的集成化电路，所用集成块很少，成本很低，工作电压只要12～15伏，又能可靠地起电平检测和
辑判断作用。
当按附图1、图2、图3连接的恒定导前时间型准同期装置与电网及发电机组连接时，取网络电压UW和发电机电压UF的同名相的相电压接测量伩号变压器〔1〕、〔2〕原边输入端，经变压器〔1〕、〔2〕，其付边分别得到网络和发电机的正弦波形伩号电压，它们分别经滤波整形器〔3〕、〔4〕后，分别得到直流伩号电压，经反向比较器〔5〕后得到直流压差伩号，此压差伩号由取自电压偏差调定指示器〔7〕中的电位浮起，当电压偏差在电压偏差调定指示器〔7〕调定范围内(如±5％～±15％額定电压値)时，压差电平检测器〔6〕的输入端电位低于其第一个“与非门”的反转电平，则第一个“与非门”的输出端(卽电平检测〔6〕的输出端中另一个)为高电位，则与其相接的“
辑判断电路”〔8〕中综合伩号器的多输入端“与非门”的压差伩号输入端是高电位，而电平检测器〔6〕的第二个“与非门”的输出端是低电位，第三个与非门的输出端(卽电平检测器〔6〕的输出端中一个)是高电位，则电压偏差调定指示器〔7〕中的压差指示伩号灯亮，表明压差已达到并列的调定要求，反之，“
辑判断电路”〔8〕中压差伩号输入端是低电位，同时压差指示伩号灯灭，表明压差大于并列的调定要求，不允许准同期并列，此时“
辑判断电路”〔8〕中综合伩号器的多输入端“与非门”的输出是高电位，合闸执行指示器〔20〕自动可靠闭锁。
矩形波整形器〔9〕、〔10〕的输入端分别接入网络和发电机的正弦波形伩号电压，经整形器〔9〕、〔10〕后变换成相应的矩形波电压，经混频器〔11〕后，将变换成幅值恒定、宽度周期变化的矩形波电压，其变化周期△T＝1／△f(秒)，式中△f＝｜fW－fF｜，fW－网频，fF－待并发电机组频率。上述方列波经附图3中的“有源低通滤波器”〔12〕——“增益为1的单反馈环型二阶低通滤波器”，滤去高次諧波的分量，在其输出端就得到波峰是同相点、波谷是反相点、幅値恒定的三角形波电压。此三角形波电压，经带有导前相角调定指示器〔17〕的比例器〔13〕变换成辐値按比例关系变化的三角形波电压，经导前相角电平检测器〔14〕中第一个“与非门”反转电平的检测，第一个“与非门”输出端，将得到与导前相角调定指示器调定范围(如0°～25°连续可调)一致的低电位导前相角脉冲，经第二个“与非门”后，输出变换成高电位的导前相角脉冲；上述三角形波电压，经带有导前时间调定指示器〔18〕的比例微分器〔15〕变换成比例微分波电压，经导前时间电平检测器〔16〕中第一个“与非门”反转电平的检测将得到与导前时间调定指示器〔18〕调定范围(如0.05～0.4秒连续可调)一致的低电位恒定导前时间脉冲，经第二个“与非门”后，输出变换成高电位的恒定导前时间脉冲；上述经导前相角、导前时间“电平检测器”〔14〕和〔16〕后分别输出的高电位导前相角和高电位恒定导前时间脉冲经“
辑判断电路”〔8〕来判断是否大于装置整定的频率差当导前时间脉冲先于导前相角脉冲发出时，表明频率差大于整定的频率差，不允许发出合闸脉冲，不允许把发电机组并入网络，此时，
辑判断电路〔8〕中“R·S触发器”的与导前相角电平检测器〔14〕输出端相连的这个“与非门”的输出端是输出高电位导前相角脉冲，它经“综合伩号器”中另一个“与非门”后变换成低电位的导前相角脉冲送至多输入端“与非门”的导前相角脉冲伩号输入端，而导前时间电平检测器〔16〕是输出高电位恒定导前时间脉冲送至多输入端“与非门”导前时间脉冲伩号输入端，则多输入端“与非门”的输出是高电位，合闸执行指示器〔20〕自动可靠闭锁，就不会把发电机组并入网络；反之，卽当导前相角脉冲先于导前时间脉冲发出时，表明频率差小于整定的频率差，此时，
辑判断电路〔8〕中“R·S触发器”的与导前相角电平检测器〔14〕输出相连的这个“与非门”的输出端是输出低电位的导前相角脉冲，它经“综合伩号器”中另一个“与非门”后变换成高电位的导前相角脉冲送至多输入端“与非门”的导前相角脉冲伩号输入端，而多输入端“与非门”导前时间脉冲伩号输入端仍输入导前时间“电平检测器”〔16〕输出的高电位恒定导前时间脉冲，此刻，如压差已达到调定要求，延时器〔19〕也已延时调定値(如4秒)以上，则压差电平检测器〔6〕输出端中另一个卽其第一个“与非门”输出端和延时器〔19〕送至“
辑判断电路”〔8〕中多输入端“与非门”的压差，延时伩号输入端均是高电位伩号，则多输入端“与非门”的输出卽“
辑判断电路”〔8〕的输出是脉冲宽度与恒定导前时间脉冲宽度相等的低电位脉冲伩号，合闸执行指示器〔20〕就执行动作，装置应自动发出taq－与导前时间调定指示器指示値一致的导前时间脉冲，合闸指示灯卽閃光一次。如果送至“
辑判断电路”〔8〕中“综合伩号器”的多输入端“与非门”的伩号中，只要有一个不符合准同期并列的调定要求，则合闸执行指示器〔20〕就自动可靠闭锁。这样就可靠地保证了，只有在压差、频差、相角、延时都满足调定要求时，装置才能提前taq(导前时间量≈主开关闭合时间＋辅助电器动作时间)这一导前时间量自动发出合闸指令，使发电机组与网络并列瞬间的相角差接近于零，冲击电流可以很小，保证机组安全可靠自动合闸并列。
本实用新型的工作电源在附图1中，是由电源变压器〔21〕±12～±15V稳压器〔22〕和电源指示器〔23〕组成，供系统各环节工作之用。
値得提出的是本实用新型中的电压偏差调定指示器〔7〕、导前相角调定指示器〔17〕、导前时间调定指示器〔18〕，如果根据小型机组并列的特性调定主要技术指标为导前时间调定范围0.05～0.4秒连续可调；导前相角调定范围0°～25°连续可调；允许发出合闸脉冲的电压差调定范围±5％～±15％額定电压连续可调；装置的額定工作电压设计为230伏(相电压)／50赫芝，277伏(相电压)60赫芝；在装置电源接通后，保证在4秒钟内，合闸部份可靠闭锁，那末，本实用新型就变成适用于小型电站低压机组自动并列的一种简易可靠、连续可调的恒定导前时间型准同期装置；鉴于它具有50赫芝、60赫芝不同工频时通用适应性好，集成化程度较高，結构简单，稳定可靠，调試容易，维修方便，成本低，操作很简便等特点，尤其对已有九万余“小水电”站的我国农村实现电气化，进一步发展“小水电”及其外贸出口提供了一种比较理想的自动并列装置。
权利要求
1.一种恒定导前时间型准同期装置，包括两个分别测量网络、发电机组电压伩号的变压器；四个输入端分别接这两个变压器付边对应绕组的两个矩形波整形器和两个滤波整形器；一个输入端分别接两个矩形波整形器输出端的混频器；一个输入端接混频器输出端的“低通滤波器”；一个输入端接“低通滤波器”输出端的带有导前相角调定指示器的比例器；一个输入端接比例器输出端的“导前相角电平检测器”；一个输入端同时接“低通滤波器”输出端的带有导前时间调定指示器的比例微分器；一个输入端接比例微分器输出端的“导前时间电平检测器”；一个输入端分别接两个滤波整形器输出端的反向比较器；一个输入端接反向比较器输出端的“压差电平检测器”；一个输入端接压差电平检测器输出端的电压偏差调定指示器；一个输出端接至邏辑判断电路的延时器；一个输入端分别接延时器、导前相角及导前时间电平检测器和压差电平检测器输出端的“邏辑判断电路”；一个输入端接邏辑判断电路输出端的合闸执行指示器；一个工作电源；其特征在于输入端接混频器[11]、输出端同时接比例器[13]、比例微分器[15]的“低通滤波器”[12]是由集成运算放大器、电阻、电容组合的“有源低通滤波器”；输入端接反向比较器[5]，输出端接电压偏差调定指示器[7]和邏辑判断电路[8]的“压差电平检测器”[6]，输入端接比例微分器[15]、输出端接邏辑判断电路[8]的“导前时间电平检测器”[16]，输入端接比例器[13]、输出端接邏辑判断电路[8]的“导前相角电平检测器”[14]和“邏辑判断电路[8]是若干“与非门”组合的集成化电路。
2.根据权利要求
1的恒定导前时间型准同期装置，其特征在于“有源低通滤波器”〔12〕是由集成运算放大器(A)、电阻(R1、R2、R3)、电容(C1、C2)组合的“增益为1的单反馈环型二阶低通滤波器”。
专利摘要
一种恒定导前时间型准同期装置，设有“有源低通滤波器”、集成化的“电平检测器”、“逻辑判断电路”等，取消了“无源低通滤波器”，不仅具有电路简单、调试容易、维修方便、生产使用成本低、稳定可靠等特点，而且对50赫芝、60赫芝不同工频的通用适应性好，精度高，又由于该装置具有连续可调的电压差、频率差、恒定导前相角自动闭锁的功能，还设有“连续可调的恒定导前时间调定指示器”，它操作很简便，能安全可靠地保证发电机组自动合闸并列，尤其适宜“小水电”和小型电站低压发电机组使用。
文档编号H02J3/42GK85201042SQ85201042
公开日1986年6月11日 申请日期1985年4月1日
发明者金民常 申请人:浙江省机械科学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan