Поиск по сайту

Системы возбуждения генераторов - Архивы 2001

Оглавление
Об использовании выносного заземлителя для плавки гололеда на ВЛ постоянным током
Автоматизированная система для оценки технического состояния электрооборудования
О ближнем резервировании на подстанциях с выключателем 110 кВ в цепи трансформатора
Влияние качества электрической энергии на уровень ее потерь
Применение устройств электрозащитного и противопожарного отключения АСТРО-УЗО
Состояние АЧР энергосистем и пути ее совершенствования
Приложение
Противоаварийная автоматика для энергосистем с большой удельной единичной мощностью
Система анализа показателей работы оборудования электростанций
Система для решения технологических задач ИАСУ ПЭС
Отечественные оперативно-информационные комплексы АСДУ
Компьютерные технологии и оперативный журнал диспетчера
Система для решения технологических задач службы линий
Информационное обеспечение автоматизированных систем управления распредсетями
Тренажеры оперативных переключений
О ресурсе энергетических объектов
Устройство дальнего резервирования отключения коротких замыканий
Области рационального применения ЛЭП высших классов напряжения в ЕЭС России
О ремонте высоковольтных герметичных вводов трансформаторов
Переходные соединительные муфты на 110 кВ
Результаты эксплуатации управляемого подмагничиванием трехфазного шунтирующего реактора
Системы возбуждения генераторов
Тепловизионный контроль генераторов и импульсное дефектографирование трансформаторов
Атлас ветров России
Итоги развития электроэнергетики Польши в 90-е годы
Энергокомпания Токио
Энергетика Южной Кореи

Системы возбуждения генераторов Березовского опытного завода Энергоцветмет

Шелепов А. С., Синепольский В. А., Якименко В. Г., инженеры Березовский опытный завод Энергоцветмет

К середине 90-х годов в энергетике России сложилась сложная ситуация с техническим состоянием оборудования, в частности, систем возбуждения. Более половины эксплуатирующегося оборудования выработало свой ресурс и нуждается в модернизации. Выпускавшиеся серийно системы возбуждения не в полной мере удовлетворяли требованиям энергетиков. Назрела необходимость создания современных, более компактных, надежных и дешевых систем возбуждения, отвечающих требованиям конкретного заказчика, которые могут быть разными в зависимости от мощности и условий эксплуатации генератора.
В 1998 - 2000 гг. на Березовском опытном заводе Энергоцветмет разработаны и запущены в производство шесть серий статических тиристорных систем возбуждения, отличающихся назначением, степенью резервирования, набором защит и систем диагностики, от наиболее сложных двухгрупповых систем независимого возбуждения до максимально упрощенных, предназначенных для генераторов малой мощности:
возбудители ВТ малых турбо- и гидрогенераторов и синхронных двигателей с током возбуждения до 500 А;
системы возбуждения СТСМ малых турбо- и гидрогенераторов с токами возбуждения 800 - 1200 А;
системы самовозбуждения СТС одно- и двухканальные для турбо- и гидрогенераторов с токами возбуждения до 3000 А;
системы независимого возбуждения СТН одно- и двухгрупповые;
комплект оборудования для модернизации высокочастотных систем возбуждения турбогенераторов с токами возбуждения до 3000 А, включающий в себя шкаф управления и шкаф силового выпрямителя;
резервные системы возбуждения СТРСВ1.
В 1999 - 2000 гг. изготовлены четыре системы возбуждения СТСМ для гидрогенераторов Камской ГЭС (три из них введены в эксплуатацию), пять систем возбуждения СТС [две для гидрогенераторов Бухтарминской ГЭС и по одной для турбогенераторов Мироновской ГРЭС на Украине, ТЭЦ Челябинского и Магнитогорского металлургических комбинатов (в Челябинске и на Бухтарминской ГЭС системы введены в эксплуатацию)], резервная система возбуждения для турбогенераторов 165 МВт Тобольской ТЭЦ, двухгрупповая система независимого возбуждения гидрогенератора Братской ГЭС (введена в эксплуатацию в январе 2000 г.), комплект оборудования для модернизации высокочастотной системы возбуждения Сургутской ГРЭС-1 (введен в эксплуатацию в августе 2000 г.) и возбудитель ВТ для турбогенератора 12 МВт ТЭЦ Челябинского металлургического комбината (введен в работу в январе 2001 г.). В производстве находятся системы возбуждения Братской и Бухтарминской ГЭС, Сургутской ГРЭС-1, а также четыре возбудителя ВТ.
Вновь разработанные системы возбуждения существенно отличаются от своих прототипов. Основными требованиями при разработке являлись: повышение надежности и удобства эксплуатации, уменьшение числа электромеханических реле, снижение габаритов и стоимости систем возбуждения.
В одноканальном исполнении систем возбуждения повышение их надежности достигается за счет введения в преобразователь двух резервных параллельных ветвей тиристоров, благодаря чему одновременно снижается температура вентилей и повышается их надежность, а также за счет применения двух параллельно работающих систем управления тиристорами и двух АРВ, один из которых представляет собой регулятор сильного, а второй, резервный, - пропорционального действия. Благодаря этому такая система возбуждения по надежности приближается к двухканальной системе, существенно выигрывая у последней по цене и габаритам.
Эти системы возбуждения обеспечивают все режимы генератора в соответствии с ГОСТ 21558.
Все системы возбуждения (кроме систем возбуждения малых генераторов) имеют следующие защиты:
токовую защиту трансформатора возбуждения;
защиту от превышения двойного тока возбуждения;
защиту от потери тока возбуждения при работе генератора в сети, действующую на отключение основного регулятора возбуждения;
защиту от повышения напряжения генератора, работающего на холостом ходу;
защиту от снижения частоты генератора, работающего на холостом ходу;
защиту от снижения сопротивления изоляции цепей возбуждения;
защиту от короткого замыкания на кольцах ротора, действующую на перевод тиристорного преобразователя в инверторный режим, закорачивание обмотки возбуждения тиристорным коротко- замыкателем и отключение автомата гашения поля (этим защищается тиристорный преобразователь и уменьшаются повреждения щеточного аппарата и вала генератора за счет сокращения времени горения дуги);
защиту ротора от перегрузки током возбуждения;
защиту обмотки возбуждения и тиристорного преобразователя от перенапряжений.
Системы возбуждения оснащены схемой диагностики, выявляющей следующие неисправности тиристорного преобразователя:
потерю проводимости параллельных ветвей по факту отсутствия в них тока;
потерю проводимости плеча по факту отсутствия в нем тока;
неисправность источников питания; потерю импульсов управления на выходе системы управления тиристорами.
Все устройства управления, защиты и диагностики выполнены на базе электронных элементов, запоминание действия защит производится при помощи триггеров, а индикация - светодиодов.
Системы возбуждения осуществляют предупредительную и аварийную сигнализацию. При этом выдаются групповые сигналы “Неисправность” и “Вызов”, а также сигналы, требующие немедленного вмешательства персонала.
Все системы возбуждения (кроме систем возбуждения малых генераторов) выполнены на однотипном оборудовании. Они содержат вентильные секции, шкаф управления, шкаф защиты, шкаф резисторов самосинхронизации, а при наличии на станции магистрали резервного возбуждения - и шкаф ввода резерва с необходимой коммутационной аппаратурой.
Вентильные секции систем возбуждения выполнены с естественным воздушным охлаждением. Они построены на базе блока тиристоров, содержащего тиристор с охладителем, предохранитель, делитель тока, схему контроля протекания тока, а также один или два импульсных трансформатора с выпрямителем и балластным резистором. Оригинальная конструкция охладителя позволяет устанавливать блоки тиристоров друг под другом в шесть рядов без подогрева верхних нижними.
Благодаря этому удалось существенно уменьшить габариты вентильной секции при сохранении удобства ее обслуживания, сделав ее конкурентоспособной при токах возбуждения до 3000 А.
Шкаф управления, как правило, содержит четыре электронных блока (две системы фазового управления СФУ, автоматический регулятор возбуждения сильного действия АРВ и блок управления и диагностики БУД, включающий в себя также резервный регулятор возбуждения пропорционального действия), трансформатор собственных нужд ТСН и три реле (повторитель положения выключателя генератора, реле гашения поля и реле выбора регулятора).
Все электронные блоки выполнены в кассетах БУК-МЭК максимального габарита. Органы управления, настройки, индикации и контроля расположены на лицевых панелях ячеек.
Система фазового управления тиристорами СФУ расположена в одной кассете и включает в себя трансформатор питающих и синхронизирующих напряжений, ячейку резервного питания, три ячейки, которые составляют собственно систему импульсно-фазового управления с выходными усилителями и ячейку контроля и стабилизаторов питающих напряжений.
Питание СФУ осуществляется от шин преобразователя через ТСН с резервированием от сети 220 В постоянного тока. В качестве опорного применяется пилообразное напряжение, что позволило существенно упростить схему. Для обеспечения работы при угонных оборотах генератора ограничение максимального напряжения управления выполнено в функции амплитуды опорного напряжения [1]. Для линеаризации характеристики преобразователя в канал регулирования введена нелинейность.
Автоматический регулятор возбуждения сильного действия АРВ-СДБ также расположен в одной кассете. Структурно он практически повторяет хорошо зарекомендовавший себя и многократно проверенный регулятор возбуждения АРВ-СДП1, при этом схемно существенно отличаясь от последнего. Основными отличиями являются выполнение схемы задания уставки и ограничителя перегрузки в цифровом виде, ограничение минимального возбуждения в две ступени [2] (причем быстродействующая ступень, действующая на выход регулятора, может быть настроена на ограничение на пределе, определяемом устойчивостью генератора, а инерционная ступень, действующая на вход АРВ, - на уровень, определяемый нагревом торцовых зон), ограничение реактивной мощности генератора после включения его в сеть [3], измерение частоты напряжения по полному периоду и др.
Блок управления и диагностики БУД включает в себя резервный регулятор возбуждения, ячейку контроля работы параллельных ветвей преобразователя, ячейки управления режимами работы, токовых защит и три ячейки фиксации и индикации работы защит.
Ячейка токовых защит генератора осуществляет резервную защиту ротора от перегрузки, а также защиту от короткого замыкания на кольцах.
Шкаф защит включает в себя устройство гашения поля, тиристорный разрядник, тиристорный короткозамыкатель и блок защит, в который входят датчик тока возбуждения, измеряющий напряжение с шунта в цепи тока возбуждения для обеспечения работы защит, и ячейка защиты от снижения сопротивления изоляции цепей возбуждения, осуществляющая измерение и индикацию сопротивления изоляции в диапазоне от 0 до 500 кОм и выдачу предупредительного и аварийного сигналов при снижении этого сопротивления. В системах возбуждения турбогенераторов блок защит оснащается индивидуальным источником питания, в него из блока БУД выносятся токовые защиты ротора и трансформатора возбуждения и ячейка сигнализации, что позволяет осуществлять эти защиты при работе на резервном возбудителе.
В качестве устройства гашения поля, кроме традиционного АГП, применяется автоматический выключатель ВА56 - 43 на ток 1600 А или выключатели “Электрон” на токи до 6000 А с тиристорным разрядником, шунтирующим обмотку возбуждения возбудителя резистором, необходимым для рассеивания энергии, запасенной в магнитном поле возбудителя.
Применение более быстродействующего выключателя позволяет раньше начать процесс гашения поля, что компенсирует снижение скорости гашения при снижении тока возбуждения. Так, расчетное время гашения поля гидрогенератора 20 МВт Камской ГЭС из режима форсировки на холостом ходу до значения, обеспечивающего снижение напряжения статора до 1,1 номинального значения, без перевода преобразователя в инверторный режим составляет: при использовании АГП-12-40 - 0,49 с, при гашении выключателем ВА56-43 с шунтирующим резистором, равным четырехкратному сопротивлению обмотки возбуждения, - 0,44 с. При этом ток в преобразователе снижается до нуля соответственно через 0,63 и 0,28 с. При переводе преобразователя в инверторный режим эти времена составили: при использовании АГП-12-40 - 0,32 с, при гашении выключателем ВА56-43 - 0,37 с. При этом ток в преобразователе снижается до нуля соответственно через 0,34 и 0,023 с. Если же учесть то, что снижение тока возбуждения до нуля не завершает процесса гашения (напряжение статора работающего на холостом ходу генератора при этом составляет 0,8 - 0,9 номинального значения) и дальнейшее рассеивание энергии в демпферных контурах машины занимает существенно большее время, то применение более дешевого и доступного аппарата представляется оправданным. К аналогичным выводам пришли авторы [4] при рассмотрении процесса гашения поля турбогенератора при внезапном коротком замыкании на статоре.
В двухканальных системах возбуждения каждый канал содержит вентильную секцию с одной системой управления тиристорами и АРВ сильного действия, а также необходимую коммутационную аппаратуру.
Двухгрупповая система возбуждения обеспечивает работу генератора при отключении любой из групп и ввиду наличия необходимой коммутационной аппаратуры позволяет производить ремонт поврежденного оборудования без отключения генератора, благодаря чему она не уступает по удобству эксплуатации и надежности двухканальной системе возбуждения. При этом она позволяет уменьшить амплитуду выпрямленного напряжения, что благоприятно сказывается на работе контактных колец, щеточного аппарата и изоляции цепей возбуждения, а также уменьшить мощность источника питания.
Системы возбуждения малых генераторов СТСМ отличаются тем, что шкафы защиты и управления совмещены в одном шкафу, в котором расположен также и резистор самосинхронизации. Система управления тиристорами выполнена без резервирования, регулятор возбуждения пропорционального действия также один. Исключена защита от КЗ на кольцах ротора и тиристорный короткозамыкатель.
Статическая тиристорная резервная система возбуждения СТРСВ1 обеспечивает работу с группой из четырех генераторов, в том числе имеющих разные параметры возбуждения. При этом схема управления автоматически настраивается на параметры заданного генератора.
Схема управления СТРСВ1 содержит две системы управления тиристорами СФУ и блок управления и диагностики БУДР.
БУДР включает:
автоматический регулятор возбуждения пропорционального действия, обеспечивающий поддержание заданного напряжения (или тока возбуждения) генератора, дистанционное изменение уставки, форсирование возбуждения при снижении напряжения генератора, ограничение тока возбуждения и длительности форсировки;
устройство ручного управления, обеспечивающее изменение тока возбуждения от нуля до 1,1 номинального значения;
устройство диагностики, контролирующее работу тиристорного преобразователя, источников питания и наличие импульсов управления на выходе СФУ;
устройство автоматического изменения уставок по току возбуждения в зависимости от параметров возбуждаемого генератора;
устройство управления режимами, защиты и сигнализации, осуществляющее управление СТРСВ1 в режимах пуска и останова, запрет форсировки при повреждении части преобразователя, ограничение минимального тока возбуждения на заданном уровне при работе генератора в сети, защиты от неограниченной форсировки, перегрузки током возбуждения, от потери тока возбуждения при работе генератора в сети, защиту от безымпульсного режима, который может возникнуть при потере питания преобразователя.
Комплект оборудования для модернизации высокочастотной системы возбуждения типа СВЧ включает в себя диодную выпрямительную секцию СВД4 в цепи возбуждения главного генератора и шкаф управления возбуждением возбудителя ШВВЧ.
Схема выпрямления мостовая. Количество параллельных ветвей в плече преобразователя - 4. Охлаждение диодов естественное, воздушное.
ШВВЧ включает в себя два блока тиристорных преобразователей БТП, каждый из которых через собственный трансформатор (оба трансформатора также расположены в ШВВЧ) питается от отдельной секции собственных нужд станции, автоматический регулятор возбуждения сильного действия АРВ-СДБ и блок защит и управления, включающий также резервный регулятор возбуждения пропорционального действия.
Каждый БТП представляет собой тиристорный преобразователь, выполненный по двухгрупповой схеме с системой управления и регулятором напряжения возбуждения главного генератора. Благодаря этому существенно уменьшены габариты трансформатора и величина питающего тока.
Возбудители серии ВТ выполнены в одном шкафу с габаритами 1100 х 600 х 1800 мм и имеют целый ряд исполнений в зависимости от тока возбуждения, схемы выпрямления, набора коммутационных аппаратов, защит и дополнительных устройств.
В настоящее время на многих станциях ведутся или планируются работы по созданию автоматизированных систем управления, в которые должны входить и системы возбуждения. При этом подразумевается, что управление системой возбуждения должно быть цифровым.
Цифровая система управления имеет большую информативность, более удобна в производстве и эксплуатации, так как позволяет выполнять модификации систем управления на уровне программ, имеет самодиагностику. В то же время она требует более высокого уровня квалификации персонала, при техническом сопровождении, ремонтах и обслуживании такой системы заказчик попадает в монопольную зависимость от производителя, что удорожает и затягивает сроки ремонта. Кроме того, микропроцессорная техника морально стареет быстрее аналоговой и уже через 7 - 10 лет становится практически неремонтопригодной.
Мы предлагаем для таких станций на выбор два варианта систем возбуждения:
с цифровой системой управления;
с аналоговой системой управления и контроллером для связи с верхним уровнем. Этот вариант прост в реализации благодаря тому, что все управление системой возбуждения выполнено на электронном уровне, легко стыкующемся с контроллером. При этом контроллер может входить в состав АСУ, что в ряде случаев предпочтительнее.

Выводы

  1. В современных условиях целесообразен дифференцированный подход к сложности и полноте систем возбуждения. Наряду с традиционно сложными должны существовать более простые и менее дорогие системы возбуждения генераторов малой и средней мощности.
  2. Необходимо выработать и обсудить направления развития и применения цифровых систем управления.
  3. Опыт проектирования, наладки и испытаний системы возбуждения Братской ГЭС показал, что современные двухгрупповые системы возбуждения, обладая известными преимуществами (меньшая установленная мощность источника питания, меньшее потребление электроэнергии, меньшее амплитудное значение напряжения на роторе генератора, возможность проведения ремонтных и профилактических работ без отключения генератора) достаточно просты в наладке и обслуживании и, по нашему мнению, более предпочтительны, чем двухканальные системы возбуждения.

Список литературы

  1. А.с. 1653107 (СССР). Устройство для управления тиристорным преобразователем цепи возбуждения синхронной машины / Гольмаков Ю. И., Катунин В. М., Шелепов А. С.
  2. А.с. 995251 (СССР). Способ ограничения минимального возбуждения синхронной машины / Любарский В. Г., Филатов В. И., Шелепов А. С., Якименко В. Г.
  3. А.с. 1092691 (СССР). Способ управления синхронным генератором при включении его в сеть и устройство для его осуществления / Гольдин Р. Г., Любарский В. Г., Шелепов А. С., Якименко В. Г.
  4. Дроздова Л. А., Хуторецкий Г. М. Гашение поля в мощных турбогенераторах / Сб. “Электросила”, 1973, № 29.


 
« Аппараты распределительных устройств низкого напряжения   Безрельсовая перевозка трансформаторов »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.