1 Анализ состояния гидрогенераторов и существующей системы возбуждения Капчагайской гэс

Технические данные гидрогенераторов Капчагайской ГЭС.

Для того, чтобы провести анализ известных на сегодняшний день систем возбуждения и выставить требования к ним (к системам возбуждения), необходимо изучить краткие характеристики и параметры гидрогенераторов и существующей системы возбуждения Капчагайской ГЭС.

На Капчагайской ГЭС в постоянной эксплуатации находятся 4 гидрогенератора типа СВ-1225/130-56 мощностью 108,5 Мвт каждый [3].

С - синхронный

В - вертикальный

1225 - наружный диаметр активной стали, см 130 - высота активной стали, см 56 - число полюсов, шт

В таблице 1. 1 приводятся параметры гидрогенераторов Капчагайской

ГЭС.

Таблица 1. 1 Параметры гидрогенераторов Капчагайской ГЭС

Полная мощность	128	МВА
Активная мощность	108,5	МВт
Номинальное напряжение статора	13,8	кВ
Коэффициент мощности (cospp)	0,85	-
Частота	50	Гц
Скорость вращения ротора	107,14	об/мин
Номинальный ток ротора	1275	А
Номинальное напряжение ротора	361	В
Форсировочное напряжение	750	В
Форсировочный ток	2580	А

Существующая система возбуждения генератора.

Система возбуждения генератора - тиристорная по схеме самовозбуждения с автоматическим регулятором возбуждения (APB), Система возбуждения включает в себя:

а) тиристорный преобразователь - тип КУВ 250-6/6х3-6 АМ;

б) трансформатор выпрямительный - тип ТМП-1600/10 B;

в) трансформатор последовательный вольтодобавочный - тип ТСВ-4000;

г) автоматический регулятор возбуждения сильного действия - тип APB-

СД;

д) устройство начального возбуждения.

Одногрупповой управляемый тиристорный преобразователь питается от суммарного напряжения выпрямительного трансформатора ТМП-1600/10В и последовательного вольтодобавочного трансформатора ТСВ-4000-1.

Тиристорный возбудитель представляет собой быстродействующую систему с управляемыми полупроводниковыми вентилями обеспечивающую питание обмотки возбуждения гидрогенератора автоматически регулируемым выпрямленным током.

Система возбуждения обеспечивает двойной потолок по напряжению возбуждения в момент 3-х фазного замыкания на стороне высокого напряжения блока.

Тиристорный возбудитель совместно с автоматическим регулятором возбуждения обеспечивает следующие режимы работы генератора:

• пуск с включением в сеть методом точной синхронизации или самосинхронизации;

• режимы холостого хода и нагрузочные, включая режим синхронного компенсатора и недовозбуждения;

• режим форсировки;

• гашение поля и развозбуждение;

- режимы нормальной и аварийной остановки. Гашение поля генератора при нормальной остановке осуществляется переводом тиристоров в инверторный режим [1].

На гидроагрегатах установлены тиристорные возбудители типа ВТС 415x2 - 2000 со следующими основными параметрами приведенные в таблице 1.2.

Автоматический регулятор возбуждения сильного действия АРВ-СД-11 предназначен для поддержания заданного уровня напряжения на шинах 220 кВ ГЭС, для повышения статической и динамической устойчивости для демпфирования качаний в после аварийных режимах. Регулятор воздействует на систему сеточного управления тиристорного возбуждения. При неисправном АРВ оно отключается, регулировка возбуждения переводится на ручное управление. На ручном управлении обеспечивается плавное регулирование тока возбуждения от 0.7 1_хх до 1,2 1_ном. Длительная работа без АРВ не допускается [8].

АРВ обеспечивает ограничение величины тока при форсировке. АРВ формирует, преобразует и усиливает необходимые сигналы в соответствии с выбранным законом (алгоритмом) автоматического регулирования. Регулирующее воздействие в АРВ-СД обычно вырабатывается: по отклонению АИг и по производной напряжения генератора, по изменению частоты и производной частоты и по производной тока ротора [10].

Тиристорный возбудитель после остановки агрегата любой длительности допускает немедленный пуск. Тиристорный возбудитель обеспечивает требуемые режимы работы гидрогенератора при изменении частоты в пределах 48^52 Гц длительно и при частоте 40^80 Гц кратковременно.

Начальное возбуждение генератора обеспечивается агрегатом начального возбуждения, а также по схеме самовозбуждения от напряжения, наводимого на статоре генератора за счет остаточной намагниченности ротора генератора.

Анализ состояния и определение недостатков существующей системы возбуждения гидрогенераторов Капчагайской ГЭС.

Состояние оборудования систем возбуждения Капчагайской ГЭС (тиристорные преобразователи КУВ 250x6/6x3 - 6АМ с АРВ СД), в связи с почти двукратной выработкой своего ресурса (ресурс - 20 лет, станция эксплуатируется с 1970 года - 43 года), характеризуется крайним износом, высокой степенью аварийности и практически неремонтоспособно.

Системы возбуждения физически и морально устарели. Основными компонентами эксплуатируемых систем возбуждения являются:

1. Тиристорные преобразователи с водяной системой охлаждения на штыревых тиристорах

2. Системы управления и автоматические регуляторы типа АРВ-СД на магнитных усилителях

3. Система группового регулирования, основными элементами которой являются сельсин-датчики и приемники.

Перечисленное оборудование снято с производства и не выпускается заводами - изготовителями более 25 лет. При выходе из строя или повреждениях отдельных деталей или элементов для их замены нет аналогов.

Элементная база автоматических регуляторов типа АРВ-СД отстала от современной, практически на два поколения (операционные усилители, микропроцессоры). Устаревшая, громоздкая аппаратура требует постоянного повышенного внимания эксплуатационного персонала, большего объема работ по профилактическому восстановлению работоспособности оборудования.

Элементная база оборудования системы возбуждения давно снята с производства. ЗИП практически исчерпан. Из-за старения изоляции имеют место повреждения трансформаторов в панелях СУТ и АРВ-СД. Конденсаторы в процессе длительной эксплуатации теряют емкость, в результате чего "плывут" характеристики функциональных блоков АРВ-СД.

За время эксплуатации было выявлено ряд серьезных недостатков в работе системы возбуждения. Невозможна работа тиристорного преобразователя при отключении АРВ-СД, вследствие дрейфа угла управления в сторону закрытия при повышении частоты и снижении напряжения на генераторе.

Некоторые аварии произошедшие на Капчагайской ГЭС связаны с потерей возбуждения генераторов, в результате больших динамических возмущений в энергосистеме в послеаварийных режимах. Регуляторы возбуждения не справляются с возложенными на них функциями. Давно назрела необходимость их замены на новое поколение полупроводниковых регуляторов, которые по качеству переходных процессов, области устойчивости и быстродействию значительно превосходят АРВ-СД на магнитных усилителях [6].

Большие хлопоты эксплуатационному персоналу создает система водяного охлаждения тиристорными преобразователями из-за необходимости постоянного ухода за теплообменниками, насосами, трубами и т.д.

На первом этапе эксплуатации дистиллированную воду системы охлаждения приходилось менять каждый день. Ионообменные фильтры несколько смягчили ситуацию, но в последнее время возникли значительные трудности по комплектованию необходимыми химическими реагентами.

В летнее время при повышении температуры воздуха в машзале Капчагайской ГЭС до 40⁰С, срабатывает сигнализация о срыве управляющих импульсов системы управления тиристоров. Наблюдаются постоянные колебания напряжения возбуждения.

Ниже приводится статистика отказов систем возбуждения представленная эксплуатацией Капчагайской ГЭС начиная с 1980 года (приложение 1). За это время произошло 46 отказов различной степени тяжести [4].

Наибольший ущерб наносят аварии с потерей собственных нужд и посадкой станции на нуль (31.05.1988 г.), а также аварии с потерей устойчивости по линиям связи с системой (Л203, Л204) (14.11.87 г., 31. 05.88 г., 11.06. 1988 г.).

Через шины 220 кВ станции проходит транзитная связь по линиям 220 кВ с остродефицитным Талдыкорганским энергорайоном. Транзит на Талдыкорганский район - за 2005 год составил 531млн кВт^-час, средняя мощность - 60 МВт.

Неудовлетворительная работа АРВ СД, потеря возбуждения, приводит к асинхронному ходу станции относительно системы (09.03. 1997 г.) и ее развалу.

В последних случаях происходит отделение Талдыкорганского дефицитного энергорайона и погашению большого числа потребителей.

Отмечено шесть случаев отказов ограничителей минимального возбуждения (ОМВ).

В условиях рынка, отказы и аварии связанные с неудовлетворительной работой систем возбуждения и сопровождающиеся недоотпуском электроэнергии могут повлечь многомиллионные санкции потребителей на бесперебойное снабжение электроэнергией.

Останов станции или сброс нагрузки сопровождаются снижением расхода воды в нижний бьеф и временным обмелением русла реки Или, что в свою очередь приводит к экологическому ущербу.

Несовершенство принципиальных решений, устаревшее, изношенное оборудование систем возбуждения снижает надежность эксплуатации всей станции и приводит к высокой ее аварийности.

Проведенный анализ показывает, что назрела настоятельная необходимость в срочной полной замене устаревших систем возбуждения (тиристорные преобразователи КУВ 250x6/6x3 - 6АМ с АРВ СД) на современные, высоконадежные, с сухими тиристорами с воздушным охлаждением, и системами управления и регулирования на микропроцессорах.