Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> ­­­Электрическая часть электростанций

Системы возбуждения - ­­­Электрическая часть электростанций

Оглавление
­­­Электрическая часть электростанций
Сведения об электрических станциях
Компоновка тепловых и атомных электрических станций
Особенности компоновки гидроэлектростанций
Типы генераторов и их параметры
Системы охлаждения генераторов
Системы возбуждения
Гашение поля генератора
Параллельная работа генераторов
Нормальные режимы генераторов
Пусковые режимы генераторов
Допустимые перегрузки статора и ротора
Типы трансформаторов и их параметры
Охлаждение трансформаторов
Нагрузочная способность трансформаторов
Параллельная работа трансформаторов
Виды главных схем электрических соединений
Особенности главных схем теплоэлектроцентралей
Главные схемы гидроэлектрических и гидроаккумулирующих станций
Главные схемы атомных электрических станций
Главные схемы подстанций
Выбор главной схемы - требования
Выбор главной схемы - рекомендации
Выбор трансформаторов
Режимы нейтрали
Технико-экономическое сравнение вариантов схем
Главные схемы тепловых электростанций некоторых зарубежных стран
Собственные нужды электрических станций
Механизмы собственных нужд тепловых электрических станций
Механизмы собственных нужд гидроэлектростанций
Электродвигатели механизмов собственных нужд
Самозапуск электродвигателей собственных нужд
Схемы питания собственных нужд тепловых электростанций
Схемы питания собственных нужд гидроэлектростанций
Электрооборудование и механизмы собственных нужд АЭС
Особенности схем питания собственных нужд АЭС
Использование выбега турбогенераторов в режиме аварийного расхолаживания реактора АЭС
Выключатели высокого напряжения
Гашение дуги в выключателе постоянного тока
Гашение дуги в выключателе переменного тока
Восстановление электрической прочности
Восстанавливающееся напряжение
Собственная частота сетей высокого напряжения
Способы повышение отключающей способности выключателей
Особенности процессов отключения малых индуктивных и емкостных токов
Масляные выключатели с открытой дугой
Масляные выключатели с дугогасительными камерами
Малообъемные масляные выключатели
Воздушные выключатели
Компрессорные установки
Элегазовые выключатели
Автогазовые выключатели
Электромагнитные выключатели
Вакуумные выключатели
Выключатели нагрузки
Разъединители
Короткозамыкатели и отделители
Приводы выключателей и разъединителей
Общие сведения о ТН и ТТ
Измерительные трансформаторы напряжения
Конструкции измерительных трансформаторов напряжения
Измерительные трансформаторы тока
Измерительные трансформаторы постоянного тока
Оптико-электронные устройства
Выбор выключателей
Выбор разъединителей
Выбор реакторов
Выбор трансформаторов тока
Выбор трансформаторов напряжения
Выбор предохранителей
Выбор токоведущих частей распределительных устройств
Схемы вторичных соединений
Схемы с питанием цепей вторичных соединений
Детали схем вторичных соединений
Основная аппаратура цепей управления и сигнализации
Требования, предъявляемые к схемам дистанционного управления
Сигнализация
Дистанционное управление выключателями о помощью малогабаритных ключей
Дистанционное управление воздушными выключателями
Дистанционное управление выключателями при оперативном переменном токе
Дистанционное управление в установках низкого напряжения
Управление разъединителями
Монтажные схемы, маркировка, детали
Испытательные блоки
Провода и контрольные кабели вторичных цепей
Маркировка монтажных схем вторичных цепей
Контроль изоляции вторичных цепей
Оперативный ток на электрических станциях
Выбор аккумуляторных батарей для оперативного тока на электостанциях
Выбор зарядных агрегатов для оперативного тока на электостанциях
Распределение постоянного оперативного тока на электростанциях
Источники переменного оперативного тока на электростанциях
Конструкции распределительных устройств
Принципы выполнения распределительных устройств
Правила устройства и основные размеры конструкций РУ
Применение ОПН в конструкциях РУ
Выбор компоновки и конструкции РУ
Характерные конструкции распределительных устройств
Направления развития зарубежных конструкций РУ
Главный шит управления
Организация управления на мощных станциях блочного типа
АСУ в энергетике
Кабельные коммуникации и сооружения
Аккумуляторный блок
Вспомогательные устройства
Основные понятия о заземляющих устройствах
Опасность замыканий на землю. Роль защитного заземления
Удельное сопротивление грунта и воды
Конструкции защитных заземлений
Схема расчета заземления
Литература

Системы возбуждения относятся к числу наиболее ответственных элементов генератора. Несмотря на то, что относительная мощность возбудителей невелика и составляет всего 0,4—0,6 % мощности генераторов, их характеристики существенно влияют как на устойчивость работы генераторов, так и на устойчивость двигательной нагрузки собственных нужд электростанции. Последнее очень существенно для обеспечения устойчивости технологического режима мощных блочных станций.
Системы возбуждения должны отвечать следующим общим требованиям: обеспечивать надежное питание обмотки возбуждения синхронного генератора в нормальных и аварийных режимах; допускать регулирование напряжения возбуждения в заданных пределах; обеспечивать быстродействующее автоматическое регулирование возбуждения с высокими кратностями форсирования в аварийных режимах; осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимости производить гашение поля в аварийных режимах.
Быстродействие системы возбуждения определяется кратностью форсирования = UBm/UB_H (отношение максимального напряжения возбуждения к его номинальному значению) и скоростью нарастания напряжения возбудителя (с-1) при форсировании


 

где тх — время нарастания напряжения возбудителя от номинального И в. и ДО значения {/„. и + 0,632 (UBm — Рв.и). Возбудители современных турбогенераторов имеют, не меньшее двукратного номинального напряжения   в секунду. Допустимая длительность форсировочного режима с предельным током возбуждения зависит от системы охлаждения генератора и должна быть не меньше 50 с при косвенной системе охлаждения, 30 с при непосредственном охлаждении ротора и косвенном охлаждении статора, 20 с при непосредственном охлаждении ротора и статора.
Системы возбуждения подразделяются на электромашинные и вентильные. В электромашинной системе возбуждения источником постоянного тока является вспомогательный генератор постоянного тока - возбудитель, непосредственно связанный с валом главного синхронного генератора или приводимый независимым двигателем, синхронным или асинхронным. В вентильной системе источником выпрямленного тока являются ртутные или полупроводниковые вентили, получающие питание от вспомогательного или главного синхронного генератора.

В зависимости от источника энергии, используемого для возбуждения, все системы разделяются на системы независимого возбуждения и самовозбуждения. Преимущественное применение нашли схемы независимого возбуждения, в которых используется механическая энергия на валу возбуждаемой синхронной машины. В этом случае возбудитель не связан с сетью системы и возбуждение может осуществляться независимо от режима ее работы. Здесь в качестве возбудителя используется генератор постоянного тока (рис.. 1-17) или генератор переменного тока в сочетании в вентильными выпрямителями (рис. 1-18—1-20).
При самовозбуждении используется энергия, вырабатываемая возбуждаемой машиной или получаемая из сети. В качестве возбудителя используется генератор постоянного тока или вентильные выпрямители (рис. 1-21).
До недавнего времени у генераторов всех типов наибольшее распространение имела электромашинная система возбуждения с генератором постоянного тока, непосредственно соединенным с валом основной машины. Предельная мощность электромашинных возбудителей при частоте вращения 3000 об/мин составляет 500 кВт. Этого достаточно лишь для возбуждения турбогенераторов с косвенным охлаждением мощностью до 150 МВт и турбогенераторов с непосредственным охлаждением до 100 МВт. Уменьшение частоты вращения до 750 об/мин позволяет повысить предельную мощность возбудителей до 3 МВт, но требует редуктора, что снижает надежность и увеличивает габариты машинного зала. По этой причине электромашинная система возбуждения с редуктором нашла у нас применение лишь на нескольких турбогенераторах мощностью 300 МВт (ТГВ-300 и ТВМ-300).
Электромашинные системы возбуждения снабжаются автоматическим регулятором в виде устройства компаундирования с корректором напряжения, но быстродействие их по сравнению с другими системами является невысоким (кф = 2, постоянная времени возбудителя Тв = 0,3ч-6,0 с). Поэтому такие системы могут быть применены лишь для возбуждения турбогенераторов, к которым не предъявляют повышенных требований в отношении устойчивости.
В настоящее время электромашинные возбудители применяют только на турбогенераторах мощностью до 100 МВт, на гидрогенераторах небольшой мощности и в качестве резервных возбудителей, в том числе и для генераторов с вентильными системами возбуждения.
Электромашинная система возбуждения с генератором постоянного тока
Рис. 1-17. Электромашинная система возбуждения с генератором постоянного тока: а — с самовозбуждением возбудителя; б — с подвозбудителем I — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения генератора; 3 — автомат гашения поля; 4 — дугогасительная решетка; 5 — возбудитель; 6 — обмотка возбуждения возбудителя; 7 — подвозбудитель
Для генераторов больших мощностей применяются вентильные системы возбуждения о неуправляемыми (рис. 1-18) или управляемыми вентилями (см. рис. 1-19).
Полупроводниковая система возбуждения с высокочастотным возбудителем является основной для турбогенераторов серии ТВВ мощностью 165, 200, -300 и 500 МВт. Высокочастотный возбудитель представляет собой сильно компаундированную индукторную машину, возбуждение которой определяется в основном обмоткой: самовозбуждения, включенной последовательно с обмоткой ротора генератора. Высокочастотная система возбуждения с неуправляемыми полупроводниковыми выпрямителями
Рис. 1-18. Высокочастотная система возбуждения с неуправляемыми полупроводниковыми выпрямителями 1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения генератора (ОВГ); 3 — автомат гашения поля (АГП); 4 — выпрямительное устройство; 5 — высокочастотный возбудитель; 6, 7 — последовательная (ОПВ) и независимые (ОНВ) обмотки возбуждения высокочастотного возбудителя (ВЧВ); 8 — высокочастотный подвозбудитель (Г1В); 9 — выпрямитель (В); 10, 11 — магнитные усилители (МУ) бесконтактной форсировки и автоматического регулятора возбуждения (APB); Р — разрядник

езависимая система возбуждения с управляемыми вентилями
Рис. 3-19. Независимая система возбуждения с управляемыми вентилями
1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — возбудитель — вспомогательный генератор с двумя обмоткам и на статоре; 4 — обмотка возбуждения возбудителя; 5 подвозбудитель; 6 -  обмотка возбуждения подвозбудителя; 7, 8 — форсировочная и рабочая группы управляемых вентилей
Бесконтактная система возбуждения
Рис. 1-20. Бесконтактная система возбуждения: 1 - синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — вращающиеся полупроводниковые выпрямители, 4 — высокочастотный возбудитель (обращенная индукторная машина); 5 — обмотка возбуждения возбудителя; 6 — высокочастотный подвозбудитель; 7 — выпрямитель; 8 — магнитный усилитель цепи возбуждения подвозбудителя
При переходных процессах свободный ток ротора, протекая по обмотке самовозбуждения, создает необходимый компаундирующий эффект.
Устойчивость работы и регулирование обеспечиваются устройствами автоматического регулирования возбуждения (АРВ) и бесконтактной форсировки (УБФ), включенными на одинаковые независимые обмотки возбуждения высокочастотного возбудителя и представляющими собой двухсистемный корректор. УБФ получает питание от статорной обмотки высокочастотного возбудителя, а устройство АРВ—от высокочастотного подвозбудителя. Подвозбудитель (машина с постоянными магнитами) находится на одном валу с возбудителем и основным генератором.
Схема самовозбуждения с управляемыми вентилям
Рис. 1-21. Схема самовозбуждения с управляемыми вентилям
1 - синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — выпрямительный трансформатор; 4, 6 — рабочая и форсировочная группы управляемых вентилей
Регулирование возбуждения осуществляется изменением токов в независимых обмотках возбуждения высокочастотного генератора. По своему быстродействию эта система превосходит электромашинную с генератором постоянного тока и обеспечивает скорость нарастания напряжения vy = 2-4 с-1.
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.
Вследствие безынерционности вентилей такая система возбуждения имеет малые постоянные времени (Тв < 0,02 с) и при высокой кратности форсирования (кф = 4) обеспечивает скорость нарастания напряжения возбудителя vy = 40 с-1. Независимая ионная система возбуждения применена на некоторых турбогенераторах серии ТГВ мощностью 300 и 500 МВт и целесообразна, когда генераторы работают на длинные линии электропередачи и расположены вблизи потребителей с резко переменной нагрузкой.
Рассмотренные выше системы возбуждения называются контактными, так как обмотка возбуждения синхронного генератора соединяется здесь с возбудителем посредством контактных колец и щеток. В настоящее время для турбогенераторов мощностью 300 МВт и выше разработаны так называемые бесконтактные системы возбуждения с непосредственным соединением возбудителя и обмотки возбуждаемой машины (рис. 1-20). В этой схеме высокочастотный возбудитель имеет обращенное исполнение с размещением трехфазной обмотки на роторе, а обмотки возбуждения на статоре. Полупроводниковые неуправляемые вентили и индивидуальные предохранители встроены в барабан, расположенный между соединительной муфтой и якорем возбудителя. Число вентилей выбрано с запасом, чтобы при выходе из строя до 20 % их оставшиеся могли обеспечить возбуждение в режиме форсировки. Поскольку трехфазная обмотка возбудителя, выпрямители и обмотка возбуждения вращаются с одинаковой частотой, их можно соединить электрически без контактных колец и щеток. Регулирование напряжения возбудителя осуществляется автоматически от высокочастотного подвозбудителя.
Бесконтактная схема существенно повышает надежность системы возбуждения и особенно перспективна для генераторов большой мощности с токами возбуждения 3 кА и выше. Так, подобная система установлена на крупнейшем в стране генераторе 1200 МВт, имеющем ток возбуждения более 7,5 кА (Костромская ГРЭС). Однако она не лишена некоторых недостатков, в частности, при этой системе гашение поля происходит сравнительно медленно, а из-за инерционности высокочастотного возбудителя не могут быть получены большие скорости повышения напряжения при форсировке. Следует также указать на невозможность работы на резервном возбуждении. Медленное гашение поля вызывается отсутствием размыкающих контактов в цепи обмотки возбуждения и осуществлением этого процесса через АГП возбудителя.
Эти недостатки частично устранены в бесконтактной (бесщеточной) тиристорной системе возбуждения БТВУ-300, проходящей с 1981 года опытно-промышленную проверку на ряде ТЭС страны, и БТВ-500-4, установленной на одной из АЭС.
Эти системы имеют следующие отличия от существующих:
в них применен специальный вспомогательный шестнадцатифазный генератор с трапецеидальной э. д. с., обладающий повышенным быстродействием в диодном исполнении;
импульсы управления вращающимися тиристорами создаются, формируются и смещаются по фазе при помощи бесконтактной системы управления, включающей в себя специальный многофазный генератор управляющих импульсов и синусно-косинусное устройство;
комбинированный способ управления и регулирования в сочетании с высоким быстродействием возбудителя обеспечивает высокое быстродействие системы возбуждения во всех режимах;
процесс гашения поля турбогенератора значительно убыстряется, так как в этой системе он осуществляется релейным переводом вращающегося выпрямителя в инверторный режим путем изменения угла регулирования от 38,9 до 137°.
Бесщеточные возбудители подобного типа обладают высоким быстродействием при форсировке возбуждения. На блоках с турбогенераторами ТГВ-300 при двукратной форсировке возбудителя из номинального режима достигается скорость нарастания напряжения до 13Uв., ,/с, а на блоках с ТГВ-200 — до 20UB. и/с.
Специальные испытания показали, что при мощности генератора, равной половине номинальной, асинхронный режим не опасен для тиристорной бесщеточной системы.
Системы самовозбуждения (рис. 1-21) обычно выполняются на базе статических преобразователей с управляемыми ртутными (ионное самовозбуждение) или полупроводниковыми вентилями. Система ионного самовозбуждения использована на турбогенераторах ТГВ-200 и некоторых машинах ТГВ-300, Выпрямительный трансформатор подключен ответвлением к генераторному токопроводу и имеет две вторичные обмотки, соединенные между собой уравнительным реактором. Каждая из обмоток имеет выводы высокого и низкого напряжения для подключения рабочей и форсировочной групп вентилей. Управление вентилями осуществляется так же, как в схеме на рис. 1-19. Ионный возбудитель с автоматическим регулятором возбуждения сильного действия обеспечивает устойчивую работу возбуждения во всех режимах, если напряжение генератора выше 0,8f/n. Для самовозбуждения при более значительных снижениях напряжения в некоторых случаях применяют схему сильного компаундирования с дополнительным трансформатором, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь каждой фазы генератора, а вторичная — последовательно со вторичной обмоткой выпрямительного трансформатора.
По быстродействию система ионного самовозбуждения близка к схеме на рис. 1-19 и имеет скорость нарастания напряжения при форсировке до 30 с-1. По экономическим показателям система самовозбуждения с управляемыми вентилями (рис. 1-21) превосходит систему независимого возбуждения (рис. 1-19), но имеет меньшую стабильность напряжения из-за прямой электрической связи с сетью.
Для резервного возбуждения турбогенераторов любых мощностей применяют систему самовозбуждения с генератором постоянного тока, приводимым во вращение асинхронным двигателем, получающим питание от шин собственных нужд станции (рис. 1-22). Мощность таких генераторов постоянного тока, выполненных на частоту вращения 750 об/мин, достигает 2 МВт, а перегрузочная мощность, рассчитанная на длительность форсировки до 30 с, колеблется в пределах 4—6 МВт. Для уменьшения влияния колебаний напряжения и частоты в системе на режим возбуждения синхронной машины применяют либо асинхронный двигатель с большим запасом по мощности, либо специальный маховик для увеличения механической инерции вращающихся масс. Динамические характеристики генератора при работе на резервном возбудителе хуже, чем при работе на основном. Обычно на два-четыре блока устанавливают один резервный возбудитель.

Схема реверсивного  возбуждения синхронного компенсатора
Ряс. 1-22. Схема реверсивного (бесконтактного) возбуждения синхронного компенсатора КСВБО
1 — пусковой выключатель; 2 — рабочий выключатель; 3 — пусковой реактор: 4 — синхронный компенсатор КСВБО; 5 — выпрямители; 6 — обращенные синхронные генераторы-возбудители; 7 — возбудитель компенсатора в индуктивном режиме; 8 —  обмотки возбуждения обращенных генераторов-возбудителей; 9 — автоматический регулятор возбуждения; 10 — возбудитель компенсатора в емкостном режиме; 11 — трансформатор питания АРВ
На ГЭС при мощности гидрогенераторов до 120, а иногда до 170 MB.А наибольшее распространение получила прямая электрошинная система независимого возбуждения (рис. 1-17), при которой возбудитель (генератор постоянного тока) и подвозбудитель, если он имеется, приводятся во вращение непосредственно от вала гидрогенератора. Такая система обеспечивает кратность форсировки кф 2 и максимальную скорость нарастания напряжения va ^ 1,5 с1. Номинальная мощность таких возбудителей не превышает 1 МВт, а частота вращения находится в пределах 62,5 — 600 об/мин.
В последнее время, учитывая присущие электромашинному возбуждению недостатки, для группы гидрогенераторов средней мощности (1,25 — 170 MB. А) рекомендуется замена этих систем возбуждения на статические тиристорные системы параллельного самовозбуждения, отличающиеся относительной простотой и достаточной надежностью.
При этом удается избежать таких недостатков электромашинного возбуждения, как склонность к вибрации при значительных вращающихся массах, укрепленных консольно на валу генератора (возбудитель, подвозбудитель, генератор с постоянными магнитами), что требует учащенных капитальных ремонтов и центровок генератора.
Избегаем также другого серьезного недостатка электромашинного возбуждения: сложности обслуживания возбудителей, их щеточного аппарата и вспомогательных агрегатов.
Некоторых недостатков тиристорных параллельных систем самовозбуждения (зависимость от режимов статорных цепей, опасность развозбуждения генератора при близких коротких замыканиях) можно избежать схемными решениями и соответствующим выбором параметров силового оборудования.
Для наиболее мощных гидрогенераторов (200—600 MB.А), работающих на дальние электропередачи, требуются системы возбуждения с высоким быстродействием: k$ = 3-f-4, Vu > 100c“l. Его обеспечивают системы независимого возбуждения с управляемыми вентилями (ионными или тиристорными) (см. рис. 1-19). Небольшое число мощных гидрогенераторов имеет ионную или тиристорную систему самовозбуждения (см. рис. 1-21). Тиристорное самовозбуждение наиболее рационально для капсульных гидрогенераторов, имеющих пока сравнительно небольшую мощность (до 46 MB. А). Ограниченное число гидрогенераторов средней мощности имеет схему самовозбуждения, показанную на рис. 1-17. Что касается резервного возбуждения, то на гидроагрегатах оно, как правило, не применяется.
На мощных синхронных компенсаторах с водородным охлаждением 50, 100 и 160 MB. А также устанавливаются бесщеточные тиристорные системы возбуждения. В соответствии с назначением компенсаторов и диапазоном их регулирования на компенсаторах серии КСВБ устанавливают системы только положительного возбуждения; на компенсаторах же серии КСВБО, предназначенных для регулирования реактивной мощности в режимах генерирования и потребления ее,— системы с реверсивным возбуждением (рис. 1-22).
Реверсивное возбуждение позволило увеличить мощность компенсаторов в режиме с отстающим током (индуктивный режим) до 80 % номинальной вместо 50 % при работе компенсатора в индуктивном режиме без возбуждения. При этом крайние пакеты статора имеют необходимый запас по нагреву.
В компенсаторах КСВБО на роторе размещены две обмотки: основная для положительного возбуждения и дополнительная для отрицательного возбуждения. Намагничивающая сила отрицательной обмотки составляет примерно 20 % и. с. основной обмотки. Каждая из обмоток ротора — и положительная, и отрицательная — питается от своего возбудителя, состоящего из обращенного синхронного генератора и вращающегося выпрямителя. Регулирование тока ротора производится изменением тока возбуждения возбудителя.
Бесщеточная (бесконтактная) система возбуждения упростила эксплуатацию и повысила надежность работы компенсаторов, так как без контактных колец и щеточного аппарата исключены угольная пыль на обмотках, простои машины на замену щеток и ремонт контактных колец.



 
« Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.