3 Анализ и выбор современных систем возбуждения

Системы возбуждения генераторов Капчагайской ГЭС, в связи с выработкой ресурса, устаревшей, неремонтопригодной элементной базой, высокой повреждаемостью, сопровождающейся значительным материальным ущербом для станции и потребителей, и в целях предотвращения полного останова генераторов, необходимо заменить на современные, высоко надежные системы возбуждения с регуляторами на базе микропроцессорных контроллеров.

Рассмотренное техническое состояние эксплуатируемого оборудования систем возбуждения Капчагайской ГЭС и проведенный анализ показывают, 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.

Учитывая, что в настоящее время выпускаются тиристорные преобразователи с естественным воздушным охлаждением, целесообразно рассмотреть вопрос о замене имеющихся тиристорных преобразователей на тиристорные преобразователи с естественным воздушным охлаждением с тиристорными столбами таблеточных вентилей.

Для модернизации системы возбуждения на Капчагайской ГЭС необходимо запросить и проанализировать техническую информацию заводов-изготовителей современных систем возбуждения, а также их ценовые предложения. После чего выбрать наиболее оптимальную, отвечающую требованиям эффективности и надежности систему возбуждения, подходящую по параметрам и по цене.

Для выбора завода (фирмы) поставщика оборудования была запрошена техническая информация и ценовые предложения от заводов-изготовителей:

1. НПО «ЭЛСИБ» ОАО, г. Новосибирск;

2. Фирма «АВВ»;

3. ЗАО «Неваэлектромаш», г. Санкт-Петербург;

4. ООО «СКБ ЭЦМ», г. Екатеринбург.

НПО «ЭЛСИБ» ОАО, г. Новосибирск

Система возбуждения типа СТС-КНФ-400-1400-2,5-13,8-11П УХЛ4.

Система возбуждения выполнена по одногрупповой схеме и имеет один преобразовательно-регулирующий канал с двумя параллельно включенными тиристорными мостами, находящимися в работе, и двумя идентичными каналами регулирования. При возникновении неисправностей в одном из мостов тиристорный преобразователь обеспечивает все режимы возбуждения генератора, включая форсировку.

Резервирование выполняется как по силовой части - каждый мост тиристорного преобразователя обеспечивает все режимы возбуждения генератора, включая форсировку, так и по каналам регулирования.

Силовая часть тиристорного преобразователя состоит из двух параллельно включенных трехфазных нереверсивных мостов с одним тиристором в каждом плече.

Тиристорные преобразователи выполняются на трехфазных нереверсивных мостовых тиристорных выпрямителях с одним тиристором типа Т273-2000-28 кл. в каждом плече. Преобразователи оснащены принудительной системой охлаждения с двумя вентиляторами и не имеют ограничений по режиму работы системы возбуждения при выходе из строя одного вентилятора. Система управления, регулирования и защиты СТС выполнена на базе промышленного компьютера.

Автоматическое регулирование возбуждения выполняется с использованием аппарата нечетких функций.

Начальное возбуждение генератора производится с помощью устройства начального возбуждения от сети собственных нужд электростанции напряжением 380 В переменного тока или от сети постоянного тока напряжением 220 В.

Система управления и регулирования состоит из двух идентичных независимых каналов, каждый из которых включает в себя автоматический регулятор возбуждения (АРВ) и систему импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователем. Каждый канал оснащен собственной резервной системой электропитания постоянного тока с напряжением 220 В.

В системе управления СТС используется цифровое микропроцессорное управление. Работа автоматического регулятора возбуждения реализована с использованием аппарата нечетких функций. В СИФУ реализован алгоритм предельного быстродействия с формированием линейной передаточной функции преобразователя. Система осуществляет предварительную и текущую диагностику узлов щита возбуждения, хранение основных параметров мониторинга, запись и хранение информации о действии внутренних защит в дневнике событий с многостраничным меню. При возникновении аварийной ситуации осуществляется запись и хранение информации, предшествующей аварии. Предусмотрены средства, позволяющие прочесть всю записанную информацию на дисплее текущей информации, для чего предусмотрен терминал оперативного управления щита возбуждения.

Основные параметры системы возбуждения приведены в таблице 3.1.

Система возбуждения обеспечивает следующие режимы работы гидрогенератора:

а) пуск, начальное возбуждение, включение в сеть методом точной синхронизации в нормальных и самосинхронизации в аварийных режимах энергосистемы;

б) режим холостого хода генератора с плавным изменением напряжения в пределах от 80% до 110% номинального напряжения генератора;

в) работу генератора в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной, работу в режимах, определяемых диаграммой мощности генератора, а также работу с перегрузками, допускаемыми гидрогенератором;

г) устойчивую работу генератора в переходных и аварийных режимах (набросы и сбросы нагрузки);

д) остановку генератора в нормальных и аварийных режимах.

Система возбуждения в режиме автоматического регулирования возбуждения обеспечивает:

а) параметры возбуждения генератора, указанные в таблице 3.1;

б) автоматическое регулирование возбуждения с использованием аппарата нечетких функций;

в) дистанционное изменение уставки напряжения генератора в пределах от 80 до 110 % номинального значения;

г) поддержание действующего значения напряжения с точностью ±1 % в заданной точке регулирования в соответствии с заданными уставкой и статизмом в нормальных режимах работы генератора в диапазонах тока возбуждения до 110 % номинального;

д) форсировку возбуждения с заданной кратностью и развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих, соответственно, снижение или увеличение напряжения на шинах станции;

е) ограничение тока возбуждения генератора двухкратным значением по отношению к номинальному току возбуждения без выдержки времени, а также ограничение перегрузки по току возбуждения по временной характеристике;

ж) ограничение минимального тока возбуждения с уставкой, зависящей от значения активной мощности генератора, в режиме потребления реактивной мощности из сети;

з) гашение поля при нормальной остановке генератора переводом преобразовательно-регулирующего канала в инверторный режим, а в аварийных режимах автоматом гашения поля (АГП) с одновременным переводом преобразовательно-регулирующего канала в инверторный режим;

и) разгрузку генератора по индуктивной мощности до нуля с запретом форсировки при перегорании одного предохранителя в плече преобразовательно-регулирующего канала при наличии запрета на перевод возбуждения на резервный преобразовательно-регулирующий канал; при этом ток возбуждения автоматически ограничивается;

к) разгрузку генератора по реактивной мощности до вступления ограничителя минимального возбуждения (ОМВ) с запретом форсировки при потере проводимости плеча работающего преобразовательно-регулирующего канала или при нарушении температурного режима в работающем преобразовательно-регулирующем канале и при наличии запрета на перевод возбуждения на резервный преобразовательно-регулирующий канал;

л) начальное возбуждение генератора от устройства начального возбуждения (УНВ), получающего питание от сети 0.4 кВ собственных нужд станции через разделительный трансформатор или от аккумуляторной батареи. Подключение УНВ к ротору осуществляется через выпрямитель и токоограничивающее сопротивление. УНВ обеспечивает ток, приблизительно равный (5-8) % тока ротора холостого хода;

м) работу генератора в системе группового управления возбуждением;

н) система возбуждения соответствует требованиям ГОСТ 21558-2000.

Система возбуждения оснащена следующими видами защит от различных видов повреждений или нарушений нормального режима её работы:

- защита обмотки ротора и тиристорного преобразователя от перенапряжений;

• технологические защиты тиристорного преобразователя (в том числе и защита тиристорного преобразователя от перегрева);

• защита обмотки ротора генератора от перегрузки;

• защита от тока ротора, превышающего двукратное значение, при отказе устройств ограничения;

• защита от замыканий на землю в цепи возбуждения генератора;

• защита от короткого замыкания на стороне выпрямленного напряжения тиристорных преобразователей;

• защита от снижения частоты отключенного от сети генератора;

• защита от потери возбуждения;

- защита выпрямительного трансформатора. Срабатывание любого устройства защиты фиксируется.

Фирма «АВВ»

Система возбуждения типа UNITROL-5000-A5T-O/U2H1-D1600.

Система содержит двухканальный автоматический регулятор напряжения с полным резервированием для всех элементов системы управления, что обеспечивает максимальную надежность. Реализованные в регуляторе ограничители гарантируют удержание рабочей точки генератора в области допустимых значений для любых режимов эксплуатации.

Регулятор ручного управления (регулятор тока возбуждения) содержится в каждом канале, предназначен для управления возбуждением и используется для обеспечения дополнительного резервирования а также для для выполнения пуско-наладочных работ.

Два силовых тиристорных моста для обеспечения необходимого тока возбуждения, с резервированием по схеме 1+1.

Автомат гашения поля (номинальный ток 1600 А) установленный на стороне постоянного тока, и нелинейный разрядный резистор. Цепь гашения поля для гашения энергии запасенной в обмотке ротора при штатных и аварийных отключениях двигателя, что предохраняет обмотку ротора и систему возбуждения от повреждений.

Цепь начального возбуждения предусматривающая начальное возбуждение либо от линии собственных нужд, либо от аккумуляторной станции.

Встроенные функции каждого канала:

• Автоматический регулятор возбуждения;

• «Мягкий» пуск;

• Настраиваемый статизм по активному/реактивному току;

• Ограничитель V/Hz;

• Ограничитель перевозбуждения;

- Ограничитель недовозбуждения, по заданному соотношению P/Q с учетом величины напряжения на зажимах генератора;

- Ограничитель тока статора;

- Функции слежения по выходу, обеспечивающая безударное переключение между каналами АВТО/РУЧН и режимами работы;

• Контроль коэффициента мощности или реактивной мощности;

• Автоматическия разгрузка генератора по реактивной мощности. Стандартные функции контроля:

• Контроль исправности предохранителей трансформатора напряжения;

• Функция слежения;

- Отслеживание температуры выпрямительного трансформатора возбуждения.

Стандартные функции защиты:

- Защита от перегрузки по току. Дополнительные функции:

• Системный стабилизатор PSS (в соответствии со стандартом IEEE 421 тип 2А);

• Реле защииты от замыкания обмотки возбуждения на землю;

• Симметричный фильтр.

Функции управления, контроля и защит реализованы в программном обеспечении автоматического регулятора напряжения.

Система возбуждения соответствует требованиям ГОСТ 21558-2000.

В таблице 3.2 приведены технические характеристики системы возбуждения.

Входные и выходные сигналы при использовании двух плат ввода/вывода:

• 15 оптоизолированных входов 24В/5мА постоянного тока, которые могут быть активированы с помощью внешних сухих контактов. Источник постоянного тока 24В для этих контактов находится на плате ввода/вывода и имеет защиту от коротких замыканий;

• 19 релейных выходов с переключающими контактами, рассчитанными на напряжение 250В постоянного или переменного тока и ток до 16А при замыкании контактов или 2А (500ВА, 50 Вт акт. нагр.) при размыкании контактов;

• 7 аналоговых входов, ±10В;

- 6 гальванически не развязанных выходов для связи с внешними устройствами, требуется установка дополнительных преобразователей, выполняющих функции преобразования в токовый сигнал 4...20мА и гальванической развязки.

Терминал управления возбуждением.

Система поставляется с Терминалом Управления Возбуждением (ECT). ECT используется для управления и контроля системой возбуждения UNITROL-5000.

ECT - это мощный промышленный ПК, имеющий удобный интерфейс и следующие функции:

• 15 дюймовый дисплей с сенсорным управлением;

• Протокол Modbus TCP;

• Панель управления устанавливаемая как местная или как удаленная;

• Защищенные паролем уровни доступа;

• Возможность выбора языка (вкл. русский);

- Режимы работы, положение рабочей точки, уровень доступа к управлению терминалом и описание вышеизложенного в ИО (через меню доступа к интерактивной ИО);

- Отображение диаграммы мощности генератора с указанием положения рабочей точки, характеристик ограничителей и зоны устойчивой работы;

- Отображение текущих значений сигналов, характеризующих работу системы возбуждения, таких как величины тока и напряжения возбуждения, тока и напряжения статора, величины активной и реактивной мощности, температуры ротора и пр.;

• Отображение упрощенной мнемосхемы системы возбуждения с указанием текущих значений основных величин;

• Текущие параметры (включая возможность изменения значений параметров, таких как коэффициенты усиления, постоянные времени регулятора и пр.);

- Настройки ECT, уровни доступа, язык;

- Режим осциллографа (регистратора) с достаточной ёмкостью памяти для непрерывной записи в течении 24 часов.

ЗАО «Неваэлектромаш», г. Санкт-Петербург

Система возбуждения типа СТС-М-400-1400-2.

Предлагаемая система возбуждения изготавливается с использованием современной элементной базы. Аппаратура управления и защиты выполнена с применением современной компьютерной технологии, отличается надежностью и простотой в эксплуатации.

Тиристорная система самовозбуждения типа СТС-М-400-1400-2 имеет 100% резерв (два независимых идентичных канала) по микропроцессорному регулированию и управлению возбуждения, современные методы контроля и возможность работы с АСУ ТП станции.

Резервирование тиристорного преобразователя выполнено по схеме «(m-1)» ветвь.

Система возбуждения соответствует требованиям ГОСТ 21558-2000. Основные технические параметры системы возбуждения представлены в таблице 3.3.

Питание цепей управления и регулирования осуществляется от выводов генератора (с вторичной стороны преобразовательного трансформатора).

Система имеет два идентичных канала регулирования (один - основной, другой - резервный); каждый с системой управления тиристорами. Они связаны с тиристорным преобразователем через платы выходных усилителей.

Все микропроцессорные устройства объединены сетью типа CAN. Система возбуждения может работать в составе АСУ ТП энергоблока. Для отображения текущей информации, просмотра дневника событий и т.п. в шкафу управления устанавливается универсальный пульт оператора УНИПО.

Все устройства выполнены на единой элементной базе. Их основой является плата контроллера универсальная с 32-разрядным микроконтроллером фирмы Motorola типа МС 68376 на 20 МГц.

Все устройства имеют встроенные функции самоконтроля и диагностики, существенно повышающие надежность системы в целом и сокращающих время поиска неисправностей.

Информация о работе устройств передается в СУВ, сортируется и далее передается при необходимости на блочный или центральный щит управления, в АСУ ТП, а также она может быть просмотрена с помощью панели УНИПО.

Настройка автоматических регуляторов возбуждения, параметров защит под требования объекта осуществляются с помощью УНИПО.

Система возбуждения выполняется одногрупповой. Тиристорный преобразователь, собранный по трехфазной мостовой схеме, через автоматический выключатель QR подключается к преобразовательному трансформатору ПТ. Преобразовательный трансформатор жестко до генераторного выключателя подсоединяется к шинам генератора.

Преобразователь собран на сильноточных тиристорах Т353-800 (800 А, 28 класс по напряжению) и имеет пять параллельных ветвей. Охлаждение тиристоров - естественное воздушное. От коммутационных перенапряжений тиристорный мост защищен R-C цепочками, установленными параллельно каждому вентилю.

Для питания собственных нужд системы возбуждения предусмотрен трансформатор собственных нужд, который подключается к вторичной обмотке преобразовательного трансформатора.

Защита тиристорного преобразователя и обмотки ротора от перенапряжений осуществляется тиристорным разрядником многократного действия. При срабатывании разрядника обмотка ротора замыкается на сопротивление Я_Защ. Гашение разрядника производится путем шунтирования его контактором.

Гашение поля генератора производится переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим, либо устройством гашения поля УГП (автоматический выключатель на стороне переменного тока преобразователя).

Для режима начального возбуждения предусмотрено устройство начального возбуждения, получающего питание от сети собственных нужд 380 В электростанции, либо от аккумуляторной батареи.

Цифровая система управления, регулирования и защиты имеет 100% резерв (канал 1 и канал 2).

В каждом канале блок универсального микроконтроллера реализует функции регулятора возбуждения (АРВ), системы управления тиристорами (СУТ), системы управления возбуждением СУВ и функции защит системы возбуждения (ЗВ).

Автоматический регулятор возбуждения АРВ осуществляет поддержание напряжения на выводах генератора по ПИД закону в соответствии с заданной уставкой и статизмом в нормальных режимах работы генератора, имеет стабилизирующие каналы регулирования по отклонению напряжения статора и производным напряжения статора и тока ротора.

По факту выявления неисправности регулятора микропроцессорная система управления возбуждением (СУВ) автоматически производит переключение на резервный регулятор при условии его исправности, при этом выдается соответствующая сигнализация на щит управления.

СУВ осуществляет автоматизированный контроль аппаратуры системы возбуждения, обеспечивая функции технологического управления режимами возбуждения генератора, мониторинга системы возбуждения и т.д.

Вся информация отображается на местном пульте и заносится в "дневник" с указанием последовательности событий.

Система возбуждения обеспечивает автоматический пуск и автоматический останов агрегата, а также следующие режимы работы гидрогенератора:

- программное начальное возбуждение за время не более 15 с от источника оперативного постоянного тока 220 В (аккумуляторной батареи) либо от шин собственных нужд станции 0,4 кВ;

• холостой ход;

• подгонку напряжения генератора к напряжению сети с точностью +0,5%;

• включении в сеть методом точной синхронизации;

• включение генератора в сеть методом самосинхронизации;

- поддержание напряжения генератора в соответствии с заданной уставкой при работе в энергосистеме с точностью 0,5%;

- работу в объединенной и автономной энергосистемах при отклонениях напряжения генератора +7.5% от номинального и частоты + 3% от номинального значения частоты с нагрузками от холостого хода до номинальной, а также с перегрузками, соответствующими ГОСТ 183-74 ;

- устойчивое регулирование возбуждения при резкопеременных нагрузках, вплоть до отдельных набросов нагрузки, вызванных одновременным включением асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором общей мощностью до 30% номинальной мощности генератора;

- форсировку возбуждения с заданной кратностью по напряжению и току при нарушениях в энергосистеме, вызывающих снижение напряжения на шинах станции;

• развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих увеличение напряжения на шинах станции;

• гашение поля при действии защит переводом преобразователя в инверторный режим с отключением устройства гашения поля;

• разгрузку генератора по реактивной мощности до величины близкой к нулю при плановом останове генератора;

• отключение от сети оператором или автоматически, в том числе, под действием защит.

Тиристорный преобразователь.

Преобразователь собран по трехфазной мостовой схеме из унифицированных тиристорных блоков. Блок содержит силовой тиристор VS (Т353-800 28 класса), предохранитель (ПП57 34671 с плавкой вставкой 315 А, 660 В), демпфирующую цепь R-C (60 Ом, 0,25 мкФ), делитель тока - дроссель и выходное устройство системы управления - плату выходных трансформаторов, состоящее из выходного трансформатора и панели с диодами. Предохранитель имеет блок-контакт, который используется в схеме контроля перегорания предохранителей.

Вентиль имеет двухсторонний охладитель. Охлаждение тиристоров -естественное воздушное. Общее количество параллельных ветвей преобразователя - 5. При выходе из строя одной параллельной ветви преобразователь обеспечивает без ограничения все режимы работы генератора вплоть до форсировки. При выходе из строя 2-х параллельных ветвей производится запрет форсировки и обеспечивается режим работы генератора с номинальной активной мощностью при номинальном напряжении на выводах и запасом по статической устойчивости не менее 20% номинальной активной мощности, при этом ток возбуждения равен току возбуждения холостого хода. При выходе из строя 3-х ветвей осуществляется гашение поля генератора.

Оборудование начального возбуждения.

В систему входит следующее оборудование:

- при питании от аккумуляторной батареи станции: контактор, разделительные диоды, резистор для ограничения величины тока;

- при питании от автономного источника переменного тока: контактор, трансформатор, диодный мост.

Оборудование гашения поля.

При действии защит гашение поля осуществляется переводом преобразователя в инверторный режим с отключением устройства гашения поля. Защита от перенапряжений в цепи возбуждения.

Тиристорный разрядник: 2 встречно-параллельных тиристора, блок измерения и управления.

Устройства защиты системы возбуждения включает:

• максимальную токовую защиту преобразовательного трансформатора;

• токовую отсечку преобразовательного трансформатора;

• защиту от внутренних коротких замыканий преобразователя;

• защиту от замыкания между шинами постоянного тока преобразователя;

- защиту от потери возбуждения;

- защиту от несимметричных режимов работы преобразовательной установки;

• от повышение напряжения статора генератора на холостом ходу;

• от снижения частоты на холостом ходу;

• защиту ротора от перенапряжений в переходных и аварийных режимах;

• защиту от замыканий ротора на землю. Регулятор возбуждения.

Регулятор возбуждения, осуществляющий регулирование по PID закону, совместно с системой возбуждения реализует следующие функции:

- поддержание напряжения на выводах генератора в соответствии с заданной уставкой с точностью + 0,5% относительно заданной статической характеристики. При этом величина статизма регулирования может устанавливаться в диапазоне от + 10% до -20%;

• стабилизацию режимов генератора с помощью системного стабилизатора и стабилизатора внутреннего движения; стабилизация осуществляется регулированием по отклонению частоты генератора и ее производной, а также производной тока ротора генератора;

• программное начальное возбуждение до 95+5% номинального напряжения генератора;

• изменение уставки со скоростью 0,5% в секунду в диапазоне от 80 до 110% номинального напряжения генератора;

• форсирование возбуждения с настраиваемой уставкой реле форсировки при глубоких снижениях напряжения на выводах генератора по отношению к заданной статической характеристике;

- ограничение минимального тока возбуждения в зависимости от величины активного тока;

• ограничение перегрузки ротора по времязависимой характеристике в соответствии с данными завода изготовителя генератора;

• устойчивое распределение реактивной мощности между однотипными генераторами, объединенными на уровне генераторного напряжения, без использования группового регулирования или уравнительных поперечных связей;

• работу с устройствами группового регулирования напряжения;

• разгрузку генератора по реактивной мощности с точностью +5% от своего номинального значения при повреждении преобразовательной установки;

• уменьшение уставки с коэффициентом 2% по напряжению генератора на 1 Гц изменения частоты при уменьшении частоты генератора от 50 Гц до 45 Гц;

- постоянную подгонку выхода регулятора канала, находящегося в резерве, к выходу регулятора рабочего канала;

- сигнализацию о режиме работы генератора и системы возбуждения.

В случае выхода из строя регулятора возбуждения в системе возбуждения в резервном канале регулирования имеется идентичный регулятор, который поддержит заданную уставку по напряжению и ток ротора останется без изменения.

Система управления возбуждением.

Система управления возбуждением (СУВ) и система информации выполнены на базе микропроцессорных средств управляющей вычислительной техники. СУВ осуществляет автоматизированное управление устройствами системы возбуждения, обеспечивая функции технологического управления режимами генератора, контроля оборудования системы возбуждения, информационные функции и т.д. Вся информация отображается на местном пульте и записывается в память компьютера с указанием последовательности событий ("дневник событий"). Реализация этих функций осуществляется путем приема, преобразования и логической обработки информации от дискретных и аналоговых датчиков и команд оператора или автоматики станции с последующей выработкой управляющих воздействий на исполнительные органы и выдачей сообщений оператору. Система позволяет включаться в АСУ ТП станции при помощи сухих контактов.

Панель местного управления.

Универсальный пульт оператора (УНИПО) служит для индикации информации, необходимой при работе оператора. УНИПО состоит из двух устройств - алфавитно-цифрового дисплея, светодиодов и клавиатуры.

Посредством нажатия кнопок на панели ПИУ на дисплей выводится информация о сообщениях, зарегистрированных при работе системы управления возбуждением генератора (MCT/B), в буферах неисправностей каналов, в буферах готовности каналов, в буфере неисправностей системы питания и в буфере аппаратуры управления силовых цепей.

Панель местного управления с дисплеем LCD обеспечивают выполнение следующих функций:

• местное и дистанционное изменение уставки АРВ;

• выбор и переключение каналов;

• индикацию состояния оборудования системы возбуждения;

• индикацию аварийных ситуаций и дневника событий;

• вывод на дисплей режимных параметров генератора и системы возбуждения;

• выбор, установку, изменение коэффициентов усиления по каналам регулирования АРВ;

- передачу информации и прием команд с блочного щита управления.

ООО «СКБ ЭЦМ», г. Екатеринбург

Система возбуждения типа СТСГМП1-400-1400-2,5 УХЛ4.

СТС содержит два канала управления и регулирования - основной (ОКУ) и резервный (РКУ). ОКУ выполнен на базе промышленного контроллера типа SIMOREG SM производства фирмы SIEMENS AG. РКУ выполнен на базе аналоговой техники и обеспечивает регулирование возбуждения по пропорциональному закону в диапазоне токов возбуждения от фиксированного минимального до номинального значения.

Ввод в работу РКУ производится как автоматически при возникновении неисправности основного канала, так и вручную.

Вентильная секция выполнена по 3-х фазной мостовой схеме выпрямления и содержит по четыре параллельно включенных тиристора типа Т253-1000-24 в каждом плече моста.

СТС обеспечивает все режимы возбуждения генератора при отключении одной параллельной ветви в любом или каждом плече преобразователя.

При отключении двух параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя СТС обеспечивает работу генератора с номинальной активной мощностью и cospp =1. Форсировка возбуждения при этом запрещается.

При отключении трех параллельных ветвей или плеча преобразователя СТС обеспечивает разгрузку генератора по реактивной мощности до вступления ограничителя минимального возбуждения (ОМВ) и запрет форсировки.

Система возбуждения соответствует требованиям ГОСТ 21558-2000. Основные технические параметры системы возбуждения представлены в таблице 3.4.

СТС оснащена следующими защитами:

• от неуправляемой форсировки;

• от повышения напряжения генератора на холостом ходу;

• от перегрузки ротора током возбуждения;

- от снижения сопротивления изоляции цепей возбуждения относительно корпуса;

- от перенапряжений в роторных цепях.

СТС оснащена устройством диагностики, фиксирующим следующие неисправности оборудования:

- потерю тока возбуждения при работе генератора в сети;

• потерю проводимости одной параллельной ветви в плече преобразователя;

• потерю проводимости двух параллельных ветвей в плече преобразователя,

• потерю проводимости плеча преобразователя;

• неисправность источников питания;

• потерю импульсов управления тиристорами на выходе РКУ;

• потерю оперативного тока;

• потерю резервного питания.

СТС оснащена приборами, измеряющими ток и напряжение ротора, выпрямленное напряжение каждого преобразовательного канала.

Система защиты, сигнализации и диагностики SIMOREG обеспечивает следующие возможности:

• определение режима работы контроллера через индикацию параметров. Постоянно доступны для индикации около 50 параметров и еще около 300 могут быть выведены на индикацию программным подключением;

• запоминание (осциллографирование) до 10 величин, каждая из которых может быть получена в любой из программно доступных контрольных точек. С помощью программы Drive Monitor для каждой величины можно задать момент времени начала или окончания запоминания. Период дискретности для режима трассировки может быть установлен в пределах 3-300 мс;

- запоминание номера и времени наступления каждого из восьми последних аварийных состояний с формированием сообщений, содержащих их характеристики;

- фиксацию состояний нарушения нормальной работы без последующего отключения с индикацией предупреждения о нарушении и автоматическим сбросом при исчезновении условий возникновения нарушения. При этом изменяется состояние соответствующего дискретного выхода и мигает индикатор на панели управления оператора.

SIMOREG позволяет подключение РС-совместимого компьютера со специальным программным обеспечением Drive Monitor для проведения пусконаладочных работ. При этом обеспечивается:

• управление режимами работы системы возбуждения;

• отображение значений измеряемых параметров;

• протоколирование изменений параметров режима.

SIMOREG имеет в своем составе панель управления с жидкокристаллическим дисплеем и клавиатурой (OP1S), которая позволяет:

• управлять режимами работы системы возбуждения;

• отображать значение пяти любых из измеряемых параметров;

- при нормальных условиях, сопротивление изоляции силовых токоведущих цепей и цепей вторичной коммутации, связанных с силовыми цепями, относительно заземленного корпуса и остальных цепей не менее

5МОм.

Изоляция силовых токоведущих цепей систем возбуждения и цепей вторичной коммутации, связанных с силовыми цепями, относительно заземленного корпуса и остальных цепей выдерживает без повреждений в течение 1 мин испытательное напряжение переменного тока частотой 50Гц, равное 3500В.

Устройство начального возбуждения (УНВ) обеспечивает начальное возбуждение от сети постоянного тока 220В. Величина потребляемого тока при этом не превышает 10% от номинального значения тока холостого хода гидрогенератора.

В таблице 3.5 представлены следующие показатели надежности, которые имеет СТС.

Таблица 3.5 Показатели надежности системы возбуждения типа

СТСГМП1-400-1400-2,5 УХЛ4
Полный срок службы, лет, не менее	25
Коэффициент готовности, %, не менее	99,8
Средняя наработка на отказ (отключение генератора), ч, не менее	25000

Выбор оптимальной, отвечающей требованиям эффективности и надежности системы возбуждения

Анализ технической информации показывает, что оборудование всех заводов - поставщиков удовлетворяет требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ21558-2000 «Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов», и может быть применено для реконструкции возбуждения генераторов Капчагайской ГЭС.

Все рассматриваемые системы возбуждения, по представленной информации позволяют реализовать функцию группового регулирования возбуждением генераторов.

Выводы анализа показывают, что в системах возбуждения заводов изготовителей НПО «ЭЛСИБ» ОАО, г. Новосибирск и Фирма «АВВ» не указана возможность включения генераторов в сеть методом самосинхронизации. Это является большим минусом, так как Капчагайская ГЭС является частоторегулирующей станцией в регионе, и при понижении частоты до 48,65 Гц в энергосистеме, срабатывает автоматический пуск генераторов и генераторы запускаются и включаются в сеть методом самосинхронизации [8].

Так же в системе возбуждения «АВВ» не предусмотрена токовая защита выпрямительного трансформатора со стороны питания, а так же учет расхода электроэнергии на возбуждение - не предусмотрены трансформаторы тока на вводах с питающей стороны трансформатора. В связи с внедрением автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), в системах возбуждения должен предусматриваться учет расхода электроэнергии.

По сравнению с другими фирмами-производителями у ООО «СКБ ЭЦМ», имеется преимущество в плане «живучести» системы. Обуславливается это тем, что СТС содержит два канала управления и регулирования - основной и резервный. На первый взгляд это покажется не таким уж и большим преимуществом, ведь практически все современные системы возбуждения содержат два канала управления, но суть заключается в том, что у системы возбуждения ООО «СКБ ЭЦМ» основной канал управления выполнен на базе микропроцессорной техники (промышленный контроллер SIMOREG SM), а резервный канал управления - на базе аналоговой техники. Наличие резервного аналогового канала управления и регулирования создает, кроме повышения «живучести», также значительные удобства при выполнении испытаний. Так при необходимости внесения изменений в настройку основного канала достаточно перейти на резервный канал на работающем в сети генераторе [11].

Так же плюсом является тот факт, что в системе возбуждения ООО «СКБ ЭЦМ» в качестве системы управления применяется блок управления SIMOREG SM, серийно выпускаемый фирмой SIEMENS, что гарантирует высокое качество контроллера, возможность получения запчастей и технической поддержки при обслуживании.

В условиях современной рыночной экономики не маловажным критерием является ценовое предложение фирм-производителей. Ниже, в таблице 3.6 приведены ценовые предложения фирм-производителей систем возбуждения:

Как видно из таблицы 3.6, по ценовым предложениям также выигрывает фирма-производитель ООО «СКБ ЭЦМ», г. Екатеринбург.

С учетом преимуществ по техническим возможностям и ценовых предложений, к реализации рекомендуется система возбуждения СТСГМП1 -400-1400-2,5 УХЛ4, ООО «СКБ ЭцМ», г. Екатеринбург, как отвечающая требованиям устойчивого регулирования, быстродействия, надежности, обеспечения автоматического пуска генераторов, реализации функции группового регулирования, и наиболее низкой стоимости.

Выбрав оптимальную, отвечающую требованиям эффективности и надежности систему возбуждения, ее необходимо исследовать.