Системы возбуждения и автоматические регуляторы возбуждения

Существенного повышения быстродействия системы возбуждения можно достигнуть с помощью управляемых вентилей, ионных или тиристорных, преобразующих переменный ток вспомогательного синхронного генератора частотой 50 Гц в постоянный (рис. 1-19). Вспомогательный генератор имеет электромашинную систему возбуждения и при независимой системе располагается на одном валу с главным. При высокой кратности форсирования возбуждения (кф  > 2) обычно применяют две группы управляемых вентилей: рабочую и форсировочную. Обе группы выполняют по шести- или трехфазной мостовой схеме, соединяют параллельно и подключают к обмотке возбуждения генератора. Рабочая группа вентилей работает с малыми углами регулирования и обеспечивает возбуждение генератора в нормальных режимах. Форсировочная группа в нормальном режиме работает с большими углами регулирования и дает не более 30 % тока возбуждения. При форсировке эта группа полностью открывается и дает весь ток форсировки, а при гашении поля переводится в инверторный режим.

Каждая фаза вспомогательного генератора выполняется из двух частей: низковольтной, к которой присоединены вентили рабочей группы, и высоковольтной — для питания вентилей форсировочной группы. Защита вентилей и вспомогательного генератора от токов при обратных зажиганиях (в случае ионных вентилей) осуществляется с помощью шестиполюсных быстродействующих анодных выключателей. Управление вентилями осуществляется от автоматического регулятора возбуждения.

Напряжение является показателем качества электроэнергии. Отклонение напряжения в ту или иную сторону от номинального значения ухудшает условия работы энергоприемников потребителей: снижается производительность механизмов и КПД установок, сокращается срок службы электрооборудования, появляется брак выпускаемой продукции и прочее. Поэтому в нормальном режиме работы системы электроснабжения допускается отклонение напряжения у потребителей не более чем на ±5% номинального значения. В ненормальном (послеаварийном) режиме работы допускается снижение напряжения не более чем на 10% номинального.

Напряжение зависит от различных факторов, воздействуя на которые, можно поддерживать заданное его значение.

Система возбуждения предназначена для питания обмотки возбуждения синхронной машины постоянным током и соответствующего регулирования тока возбуждения.

Систему возбуждения принято характеризовать номинальным напряжением возбуждения Uf ном на выводах обмотки возбуждения и номинальным током If ном в обмотке возбуждения, которые соответствуют номинальному режиму работы электрической машины; номинальной мощностью возбуждения Pf ном= Uf ном· If ном которая обычно составляет 0,2-0,6% номинальной мощности машины; форсировочной способностью (кратностью форсировки); быстродействием системы возбуждения во время аварий в энергосистеме и быстротой развозбуждения генератора в случаях его повреждений.

Выбор номинального напряжения возбуждения определяется: мощностью возбуждения; предельными токами, которые могут быть пропущены через контактные кольца и щетки; предельными напряжениями, при которых возбудители работают надежно, и т.д. Номинальное напряжение возбуждения современных генераторов составляет 80-600 В.

Нижний предел относится к генераторам мощностью несколько мегаватт, верхний – к генераторам большой мощности.

Номинальный ток возбуждения так же зависит от мощности генератора.

Для генераторов небольшой мощности он составляет несколько десятков или сотен ампер, а для генераторов мощностью более 200 МВт достигает 2000-8000А.

Под форсировочной способностью по напряжению понимают отношение наибольшего установившегося напряжения (потолка) Uf п.у возбудителя (присоединенного к обмотке возбуждения генератора) к номинальному значению напряжения возбудителя Uf ном , а под форсировочной способностью по току понимают отношение предельного (наибольшего допускаемого по нагреву обмотки ротора) тока возбуждения If п , обеспечиваемого возбудителем в режиме форсировки, к номинальному току возбуждения If ном .

Быстродействие системы возбуждения в процессе форсировки напряжения при авариях в энергосистемах характеризуют номинальной скоростью нарастания напряжения возбудителя, 1/с, которая определяется по формуле:

 

,

где Ufп – предельное напряжение возбудителя (для электромашинных возбудителей Ufп= Uf п.у , для выпрямительных систем Ufп> Uf п.у ); t1 – время, в течении которого напряжение возбудителя возрастает до значения:

 

Uf = =Ufном + 0,632(Ufп - Ufном).

Для систем возбуждения, у которых кривая uf = f(t) может быть представлена экспонентой uf = Ufп–(Ufп - Ufном)exp(-1/Те), время t1= Те (рис. 1.1). Постоянная времени подъема напряжения возбудителя Те определяется параметрами возбудителя, кратностью форсировки и быстродействием автоматического регулятора возбуждения, а при электромашинной системе возбуждения так же и частотой вращения возбудителя. Скорость нарастания напряжения тем выше, чем больше потолок возбуждения и чем меньше постоянная времени Те.

К системе возбуждения синхронных машин предъявляются высокие требования. Она должна обеспечивать:

- надежное питание обмотки возбуждения в нормальных и аварийных режимах;

- устойчивое регулирование тока  возбуждения при изменении нагрузки  генератора от нуля до номинальной;

- потолочное возбуждение в течение  определенного времени, необходимого  для восстановления режима после  ликвидации аварии.

Кроме того, она должна быть достаточно быстродействующей и иметь кратность форсировки по напряжению не менее 2,0 (часто ее увеличивают до 3 – 4 и более).

Кратность форсировки по напряжению и соответственно предельное напряжение возбудителя ограничиваютсся испытательным напряжением изоляции обмотки ротора, а при наличии коллекторного возбудителя - и опасностью появления кругового огня на коллекторных пластинах. Предельный ток возбуждения и длительность работы с таким током ограничиваются допустимым нагревом ротора и зависят от типа системы охлаждения.

Номинальная скорость нарастания напряжения возбуждения должна быть не менее 2 (1/с), а для генераторов, к которым предъявляются повышенные требования в отношении устойчивости, она может быть значительно выше (более 7-9 1/с).

В зависимости от источника энергии, используемого для возбуждения синхронной машины, все системы возбуждения можно подразделить на три основные группы:

1. системы возбуждения, в которых источником энергии является генератор постоянного тока (возбудитель);
2. системы возбуждения, в которых источником энергии является генератор переменного тока (возбудитель). Переменный ток этого генератора преобразуется в постоянный с помощью полупроводниковых управляемых или неуправляемых выпрямителей;
3. системы возбуждения, в которых используется энергия самой возбуждаемой машины (самовозбуждение). Эта энергия преобразуется с помощью специальных трансформаторов и полупроводниковых выпрямителей.

Системы возбуждения первой группы являются независимыми от напряжения возбуждаемой машины, если возбудитель приводится во вращение от ее вала или от электродвигателя, который подключен к воспомогательному генератору, расположенному на одном валу с возбуждаемой машиной. Вторая система также является независимой, а третья – зависимой от напряжения возбуждаемой машины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В настоящее время практически на всех тепловых и гидравлических электростанциях, а также на атомных электростанциях страны применяются АРВ СД. Они пригодны для работы со всеми типами систем быстродействующего возбуждения (статические тиристорные и бесщеточные системы). Эти АРВ характеризуются коэффициентами регулирования и наличием сигналов по производным режимных параметров, что позволяет совместно с системами быстродействующего возбуждения реализовать преимущества сильного регулирования возбуждения, т.е. обеспечить высокие пределы статической и динамической устойчивости генератора и интенсивное демпфирование качаний в после аварийных режимах, АРВ СД претерпели существенные изменения в связи с совершенствованием элементной базы. Масса регуляторов снизилась с 1100 кг при использовании магнитных усилителей до 40 кг в случае применения интегральных схем. Обстоятельные научные исследования позволили не только разработать АРВ СДП1 (АРВ СД на базе полупроводников П с использованием интегральных схем 1), но и освоить его производство (руководитель работ Н.С. Сирый).

Цифроаналого-физический комплекс, созданный во ВНИИэлектромаше, является мощным инструментом разработки и отладки алгоритмов  цифровых  систем  регулирования и управления, средством выбора оптимального сочетания аппаратной и программной частей систем. На его основе в последние годы начато решение научной проблемы по разработке и созданию цифрового регулятора (АРВ СДЦ).

Наличие микропроцессора позволяет реализовать ряд новых функций:

1) контроль и диагностику состояния  регулятора;

2) длительное хранение уставок  в памяти;

3) изменение уставок с любой  скоростью и высокой точностью;

4) определение приоритетов при  выполнении команд от разных уровней управления;

5) связь с верхним уровнем управления.

Список литературы

1.  Проектирование электрических машин / Под ред. И. П. Копылова. -М.: Энергия,1980.- 495 с.

2. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. ред. И. П.

3.Глебов И.А. Системы возбуждения мощных синхронных Машин Л.: Нау-ка.1979.- 314с.

4.Груздев И.А., Екимова М.М. Основные задачи исследования сильного регулирования возбуждения генераторов сложных электроэнергетических систем // Труды ЛПИ № 385.- Л., 1982.-С. 3-12.

5.Груздев И.А., Труспекова Г.Х., Устинов С.М. Одновременная координация настроек регуляторов возбуждения генераторов на базе численного поиска // Электричество.- 1984.- № З.-С. 51-53.

6.Internet:

http://www.dissercat.com/