Блок питания для реле частоты РСГ-11 производства АО «ЧЭАЗ»

20.10.2021

Блок питания для реле частоты РСГ-11 производства АО «ЧЭАЗ»

Реле частоты РСГ-11, производимое АО «Чебоксарский электроаппаратный завод» на протяжении многих лет является неотъемлемой частью систем противоаварийной автоматики на энергетических объектах России и стран СНГ. Его основное назначение — надежное измерение и фиксация отклонений частоты в электрической сети, что критически важно для функционирования таких систем, как автоматическая частотная разгрузка (АЧР), частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ) и частотный пуск при автоматическом включении резерва (АВР)

Исторически сложилось, что классическое реле РСГ-11 питалось непосредственно от контролируемой сети через цепи напряжения трансформаторов (ТН). Его схема была построена на дискретных компонентах и специализированных микросхемах, в частности — на отечественной КМОП-микросхеме К176ИЕ2. В этом варианте исполнения внешний блок питания не требовался: напряжение 100, 127 или 220 В переменного тока, поступающее на вход реле, одновременно служило и для измерения частоты, и для питания внутренней логики устройства. Однако такая архитектура имела свои ограничения в условиях современных вызовов.

Причины появления собственного блока питания

Ключевым катализатором для глубокой модернизации реле РСГ-11 стало снятие с производства микросхемы К176ИЕ2. Отсутствие прямых и функционально близких аналогов на рынке поставило под угрозу дальнейшее серийное производство одного из важнейших реле для энергосистемы. В 2018–2019 годах конструкторский отдел АО ЧЭАЗ приступил к масштабной переработке схемы устройства

Новое техническое решение потребовало перехода на современную элементную базу, в частности — на программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). ПЛИС, в отличие от старой дискретной логики, требуют стабилизированного, низковольтного питания постоянного тока (как правило, 3,3 В, 5 В или 12 В). Это означало, что принцип прямого питания от сети 100/220 В переменного тока больше не мог применяться. Возникла необходимость в создании специализированного, надежного и компактного источника питания, способного преобразовывать высокое переменное напряжение сети в стабильное низковольтное постоянное для питания ядра нового реле.

Архитектура и особенности разработанного импульсного блока питания

В рамках работ по модернизации был разработан собственный импульсный блок питания, который стал неотъемлемой частью нового, модернизированного реле РСГ-11. Эта разработка примечательна не только для данного изделия, но и имеет универсальный характер, позволяя применять ее в других новых и серийных разработках.

Блок питания представляет собой сложное, но компактное устройство, состоящее из нескольких ключевых функциональных узлов:

• Цепь защиты — обеспечивает безопасность как самого блока питания, так и всего реле при аварийных ситуациях в сети, таких как короткое замыкание или перенапряжение.
• Входной фильтр — подавляет высокочастотные помехи, проникающие из сети, и предотвращает их влияние на работу преобразователя.
• Мост выпрямительный — преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное.
• ШИМ-преобразователь напряжения — ключевой элемент, который с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) формирует стабилизированные выходные напряжения 24 В и 12 В постоянного тока.

Особое внимание в разработке было уделено вопросам электромагнитной совместимости (ЭМС) и надежности. Для этого в схеме блока питания был применен синфазный дроссель. Этот компонент играет решающую роль в подавлении синфазных помех, которые являются одной из главных причин сбоев в работе электроники на промышленных объектах. Благодаря ему значительно повышается помехоустойчивость и общая надежность функционирования всего реле.

Еще одной важнейшей особенностью является наличие гальванической развязки между цепью входного питания и выходными цепями напряжения 24 В и 12 В. Гальваническая развязка — это электрическая изоляция между входом и выходом, которая предотвращает прохождение опасных потенциалов и токов короткого замыкания с одной стороны на другую. Это решение кардинально снижает вероятность выхода из строя чувствительных каскадов реле (в частности, ПЛИС и измерительных цепей) в случае аварий в цепях оперативного тока или на входе.

Преимущества нового решения

Разработанный блок питания обладает рядом значительных преимуществ:

• Широкий диапазон входного напряжения (от 70 до 400 В). Это делает реле чрезвычайно универсальным и устойчивым к глубоким провалам и всплескам напряжения в сети, что характерно для аварийных режимов, для которых и предназначено реле.
• Высокий КПД (более 60%). Это снижает тепловыделение внутри корпуса реле, что положительно сказывается на его долговечности и стабильности работы.
• Минимальное количество элементов. Благодаря современной элементной базе и продуманной схемотехнике удалось создать компактный и технологичный блок, что упрощает производство и снижает себестоимость.

Заключение

Модернизация реле частоты РСГ-11, проведенная в АО ЧЭАЗ, — это не просто замена устаревших компонентов, а комплексное обновление архитектуры устройства. Появление в его составе собственного, специально разработанного импульсного блока питания стало неотъемлемой частью этого процесса. Этот блок питания обеспечивает надежное, стабильное и защищенное питание современного ядра реле на базе ПЛИС, что позволило не только сохранить, но и значительно улучшить его эксплуатационные характеристики — точность, помехоустойчивость и надежность.

Таким образом, если классическое реле РСГ 11-50 обходилось без отдельного блока питания, то его модернизированная версия получила в этом компоненте мощный «энергетический фундамент», который является залогом его успешной работы в самых сложных условиях современной энергосистемы.