2.3. Регулирование напряжения и системы возбуждения

Установленный режим работы синхронного компенсатора (кривая U = U_ном на рис. 2.3) может самопроизвольно изменяться в результате изменения по тем или иным причинам внешнего напряжения, а также при КЗ в сети. В последнем случае необходима автоматическая форсировка возбуждения, чтобы поддержать устойчивость параллельной работы электростанций и уменьшить колебания напряжения у потребителей. В нормальных условиях работы регулирование возбуждения синхронного компенсатора производится автоматически, однако возможно и ручное регулирование.

В недалеком прошлом для синхронных компенсаторов мощностью до 15 МВ-А применялось электромашинное, а для синхронных компенсаторов большей мощности — ионное возбуждение. В настоящее время вместо ионного возбуждения внедрена более надежная тиристорная система возбуждения. Широкое применение нашла система бесщеточного возбуждения.

Электромашинная система возбуждения синхронного компенсатора мощностью 50 МВ-А приведена на рис- 2.6. Возбудительный агрегат состоит из возбудителя постоянного тока 17, привода — асинхронного электродвигателя 8, подвозбудителя постоянного тока 22 с самовозбуждением.

В схеме автоматического регулирования напряжения имеется устройство компаундирования УК, состоящее из промежуточного трансформатора и выпрямителей. Выпрямленный ток на выходе УК изменяется пропорционально току статора.

Допустим, что напряжение в сети внезапно изменилось до 0,9 U_ном (см. рис. 2.3). Точка режима работы синхронного компенсатора А переместится по вертикальной прямой в точку Б. При постоянном токе ротора I_р это приведет к увеличению тока статора до значения I_ст. На выходе УК возрастет ток, посылаемый им в обмотку возбуждения возбудителя. При этом ток в роторе увеличится с I_р до I_р и частично восстановится напряжение на шинах (точка В). Но УК не обеспечивает точного поддержания напряжения на шинах подстанции в соответствии с заданным графиком. Поэтому одновременно с регулированием по току статора применяется еще регулирование по напряжению на выводах статора. Оно выполняется корректором напряжения КН, вступающим в работу с некоторым запозданием, вносимым магнитным усилителем устройства. Корректор напряжения, увеличивает возбуждение компенсатора, изменяя ток в дополнительных обмотках возбудителя. В результате действия КН точка режима работы переместиться в точку Г, лежащую на заданной характеристике U = U_ном.

Ручное регулирование нагрузки синхронного компенсатора производится шунтовым реостатом 23 при отключенном КН; если КН включен его установочным автотрансформатором 4.

При КЗ, когда напряжение в сети резко снижается (до 0,85 U_ном и ниже), вступает в действие релейная форсировка возбуждения. При ее срабатывании контакт 21 закорачивает шунтовый реостат в цепи возбуждения возбудителя. В результате ток ротора увеличивается до максимального и возбуждение синхронного компенсатора достигает предельного значения.

Персоналу запрещается вмешиваться в работу автоматического устройства возбуждения, если время форсировки не превышает допустимого. После отключения КЗ или истечения установленного времени форсировки синхронный компенсатор должен автоматически разгружаться и переводиться в номинальный режим работы.

Гашение поля. Энергия магнитного поля синхронного компенсатора при отключении его от сети превращается в электрическую энергию. Переходный процесс может привести к появлению опасных для изоляции обмотки ротора и контактных колец перенапряжений. Если отключение синхронного компенсатора вызвано к тому же повреждением внутри машины, то ток в обмотке возбуждения будет длительно индуктировать в статорной обмотке ЭДС, что приведет к устойчивому горению дуги и увеличению, степени повреждения.

Поэтому при внутренних КЗ необходимо не только отключение синхронного компенсатора от сети, но и по возможности плавное гашение магнитного поля возбужения.

Отключение обмотки ротора синхронного компенсатора от возбудителя и одновременное гашение магнитного поля выполняются быстродействующим автоматом гашения поля (АГП). Автомат гашения поля 12 (рис. 2.6) состоит из дугогасительной решетки 13, шунтирующего резистора 14 и двух пар контактов 15 и 16. При отключении АГП сначала размыкаются рабочие 16, а затем дугогасительные контакты 15. Электрическая дуга, возникающая между дугогасительными контактами, под действием магнитного поля тока втягивается в дугогасительную решетку, состоящую из набора металлических пластин. Решетка разбивает дугу на ряд коротких дуг, горение которых рассеивает энергию магитного поля ротора. С уменьшением запаса магнитной энергии дуги гаснут, при этом сопротивление шунтирующего резистора 14 обеспечивает плавное снижение тока в цепи ротора до нуля. (Внезапные обрывы тока сопровождаются перенапряжениями в цепи возбуждения.)

Надежное гашение дуги АГП с дугогасительной решеткой обеспечивается в том случае, если ток холостого хода компенсатора не менее 200 А. При меньшем значении тока дуга между пластинами АГП горит неустойчиво и возможен обрыв цепи тока.

Тиристорная реверсивная система возбуждения. На рис. 2.7 показана принципиальная схема тиристорного возбуждения синхронного компенсатора мощностью 100 МВ-А. Тиристоры 7 типа ТЛ-250, соединенные по трехфазной мостиковой схеме, питаются от выпрямительного трансформатора 5 напряжением 11/0,63 кВ и управляются от АРВ. Выпрямленное напряжение подводится к обмотке возбуждения ротора через переключатели полярности возбуждения 9. Переключатели полярности (четыре выключателя типа ВАБ-43) изменяют направление тока в обмотке возбуждения в системе реверсивного регулирования. Дли защиты обмотки ротора и тиристоров от перенапряжений применены ограничители перенапряжений 10 и 12, собранные из двух групп встречно включенных полупроводниковых элементов. Регулирование возбуждения синхронного компенсатора выполняется АРВ, воздействующим на управляющие электроды тиристоров. Питание АРВ и системы сеточного управления тиристорами 14 осуществлявляется от трансформатора собственныхнужд 6.

рис. 2.7. Принципиальная схема тирисгорного возбуждения синхронного компенсатора 100 МВ • А:

1 — синхронный компенсатор; 2, 3, 4 — выключатели; 5 — выпрямительный трансформатор; б - трансформатор собственных нужд; 7 - тиристорный преобразователь; 8 - вспомогательное устройство измерения (ВУИ); 9 - переключатель полярности возбуждения; 10 - селеновый ограничитель перенапряжений обмотки ротора; 11 — АГП; 12 - селеновый ограничитель перенапряжений тиристорного преобразователя;' 13 — вспомогательные контакты переключателя полярности возбуждения; 14 - система управления тиристорами

Исправность тиристоров контролируется с помощью неоновых ламп включенных параллельно каждому тиристору. В случае пробоя тиристора его лампа перестает светиться, а остальные лампы на последовательно включенных тиристорах горят ярче.

Измерение выпрямленного тока возбуждения осуществляется с помощью амперметра, включенного на шунт. Измерение тока возбуждения ротора для АРВ производится с помощью трансформатора постоянного тока и вспомогательного устройства измерения ВУИ.

Тиристоры охлаждаются циркулирующей по замкнутому контуру дистиллированной водой, которая в свою очередь охлаждается технической водой в теплообменнике. Дистиллят для охлаждения поступает из бака, уровень воды в котором контролируется специальным реле. Пополнение бака водой обеспечивается автоматически от дистилляторной установки.

Колебания температуры охлаждающей воды на входе в преобразователь допускаются в пределах 5-40 °С Нижний предел температуры установлен по условию предотвращения конденсации влаги на охладителях тиристоров и связанного с этим понижения уровня изоляции. Превышение верхнего предела грозит выходом из строя тиристоров. Поддержание температуры воды осуществляется автоматически с помощью регулятора температуры типа РТ-40 или вручную с помошью обходного вентиля.

Управление возбуждением. При пуске синхронного компенсатора напряжение на трансформатор, преобразователь и систему управления тиристорами подается одновременно с включением пускового выключателя. Управляющие импульсы на тиристоры подаются после включения рабочего выключателя. В момент включения рабочего выключателя ток возбуждения равен нулю, что соответствует уставке смещения СУТ. Устройство АРВ включается лишь после автоматической подстройки его уставки к напряжению на шинах син­хронного компенсатора, т.е. через не­сколько секунд после включения рабочего выключателя. Дальнейшее регули­рование возбуждения осуществляется оперативным персоналом воздействием на уставку АРВ. При неисправности АРВ регулирование возбуждения производится при помощи блока ручного управления.

При возникновении какого-либо на­рушения в работе тиристорного возбудителя выпадает соответствующий блинкер на панели управления возбудителем и срабатывает выходное реле сигнализации, контакты которого бло­кируют пуск синхронного компенсатора.

Гашение поля ротора в случае аварийного отключения синхронного компенсатора производится АГП с одновременным переводом тиристоров в инверторный режим (режим преобразования постоянного тока в переменный).

Система бесщеточного возбуждения. Преимущество этой системы состоит в том, что в ее конструкции отсутствует щеточно-контатный узел для подвода тока к обмотке ротора, что позволило повысить надежность системы возбуждения.

Система бесщеточного возбуждения может быть:

положительной, обеспечивающей регулирование нагрузки синхронного компенсатора в емкостном режиме;

реверсивной — для регулирования нагрузки синхронного компенатора в емкостном и индуктивном режимах.

Положительное бесщеточное возбуждение применяется в том случае, когда не требуется автоматического регулирования в режиме индуктивной нагрузки. Однако при малых нагрузках в электрических системах (например, в ночные часы, нерабочие дни) возникает необходимость автоматического гулирования режима работы синхронного компенсатора в режиме индуктивной нагрузки. В этом случае применяется система реверсивного регулирования, в состав которой входят бесщеточные возбудители как для положительного, так и для отрицательного возбуждения. По конструкции возбудители отрицательного возбуждения во многом аналогичны возбудителям положительного возбуждения, отличаются от последних главным образом меньшей мощностью и компоновкой.

Принципиальная схема бесщеточног положительного возбуждения синхронного компенсатора приведена на рис. 2.8.

Возбудитель состоит из обращенного трехфазного синхронного генератора 10 и вращающегося вместе с ротором выпрямителя 12. Генератор имеет неподвижную обмотку возбуждения возбудителя, прикрепленную к торцевому; щиту компенсатора, и вращающийся трехфазный якорь, закрепленный на валу компенсатора. Обмотка якоря соединена с вращающимся выпрямителем 12. Для выпрямителя применяются кремниевые диоды типа В2-500-20. Их размещают на стальных кольцах изолированных друг от друга и от вала. Выпрямитель собирают по мостовой схеме. Выпрямленный ток от вращающегося выпрямителя подается к обмотке ротора 13 через токопровод, расположенный внутри вала ротора Защитный пусковой резистор 14, сопротивление которого в 15 раз превышает активное сопротивление обмотки возбуждения, подключен параллельно этой обмотке. Он защищает обмотку ротора от перенапряжений при асинхронном пуске, переходных режима, а также обеспечивает гашение поля ротора. При бесщеточном возбуждении АГП в схеме не применяется.

Для контроля сопротивления изоляции цепи возбуждения установлено специальное токосъемное устройство 15 с электромагнитным приводом. При контроле изоляции на вентильное кольцо опускаются две щетки и производят измерение напряжения полюсов постоянного тока относительно земли.

Возбуждение компенсатора регулируется при помощи АРВ 9. В шкафах АРВ размещены тиристорный преобразователь, электронная система управления ЭСУ, а также устройства защиты и магнитные усилители. Напряжение возбуждения возбудителя регулируется изменением фазы импульсов, отпирающих тиристоры, относительно анодного напряжения. Фаза управляющих импульсов может изменяться как автоматически и вручную. Основной режим регулирования автоматический. К ручному управлению прибегают в случае неисправности АРВ.

Защита бесщеточного возбуждения от КЗ осуществляется устройством защиты БЩВ, на вход которого подается напряжение от измерительной катушки 11, расположенной между полюсами магнитной системы обращенного синхронного генератора 10, и от измерительного преобразователя тока тиристорного преобразователя. При повреждении вентилей в измерительной катушке резко возрастает ЭДС и устройство защиты подает команду на отключение возбудителя.

Охлаждаются возбудители водородом по замкнутому циклу через газоохладители.