4 Исследование оптимального варианта системы возбуждения

Статическая тиристорная система самовозбуждения с микропроцесорным управлением типа СТС ГМП1 -400-1400-2,5 УХЛ4 [12]. Структура условного обозначения системы возбуждения приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Структура условного обозначения системы возбуждения

СТСГМП	Статическая тиристорная система самовозбуждения
	гидрогенератора с микропроцесорным управлением
1	Количество силовых преобразовательных каналов
400	Номинальное напряжение, В
1400	Номинальный ток, А
2,5	Кратность форсировки по напряжению
УХЛ4	Климатическое исполнение и категория размещения

СТС предназначена для питания обмотки возбуждения синхронного гидрогенератора автоматически регулируемым выпрямленным током.

СТС представляет собой комплекс оборудования, необходимый и достаточный для возбуждения гидрогенератора во всех режимах работы.

СТС имеет следующие основные технические данные и характеристики приведенные в таблице 4.2.

СТС содержит один тиристорный преобразователь с двумя каналами управления и регулирования - основным (ОКУ) и резервным (РКУ).

ОКУ выполнен цифровым на базе микропроцессорного модуля

управления SIMOREG 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.

Каждый преобразовательный канал подключается к источнику питания и нагрузке с помощью разъединителей, что позволяет вывести один из каналов из работы для производства профилактических работ.

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.

Упрощенная принципиальная электрическая схема системы возбуждения типа СТСГМП1-400-1400-2,5 УХЛ4 приведена на рисунке 4.1. СТС выполнена по одногрупповой схеме параллельного самовозбуждения с одним преобразователем.

Силовая часть преобразователя состоит из вентильной секции СВ-4, подключенной к источнику питания непосредственно, а к обмотке возбуждения с помощью выключателя QR, расположенного в шкафу ШВ.

Управление СТС производится аппаратурой управления и регулирования, выполненной на базе модуля управления SIMOREG SM, расположенного в шкафу управления возбуждением ШВ1 .

СТС обеспечивает следующие режимы работы генератора:

- Автоматическое и ручное управление возбуждением генератора, в том числе в режимах пуска и останова.

- Автоматический и ручной перевод управления с ОКУ на РКУ. Обратный перевод производится по команде оператора.

- Пуск и остановку, начальное возбуждение и включение в сеть методами точной (автоматической и ручной) синхронизации и самосинхронизации.

- Регулирование тока возбуждения по отклонению и производной напряжения генератора, по отклонению и производной частоты напряжения генератора, по производной тока возбуждения.

• Регулирование возбуждения по пропорциональному закону в диапазоне токов возбуждения от фиксированного минимального до номинального значения при работе на РКУ.

• Работу в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и перегрузками в соответствии с перегрузочной характеристикой генератора.

• Работу в схеме уравнивания реактивной мощности между параллельно работающими однотипными генераторами.

• Устойчивую работу в переходных и аварийных режимах (набросы и сбросы нагрузки, внезапные короткие замыкания).

• Работу в режимах недовозбуждения, допускаемых генератором.

• Форсировку возбуждения с заданной кратностью и развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих, соответственно, снижение или увеличение напряжения на шинах станции.

• Развозбуждение и гашение поля при нормальной остановке генераторов переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим.

• Гашение поля в аварийных режимах устройством гашения поля (УГП).

- Все режимы работы преобразователя при отключении одной параллельной ветви в любом или каждом плече преобразователя.

• Работу генератора с током возбуждения 1020А при отключении двух параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя. Форсировка возбуждения при этом запрещается.

• При работе на ОКУ автоматическое снижение тока возбуждения до вступления ограничителя минимального тока возбуждения (в дальнейшем «ОМВ») при отключении трех параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя. Форсировка возбуждения при этом запрещается.

• Дистанционное изменение уставки напряжения генератора в пределах от 80 до 110% номинального значения.

• Ограничение тока возбуждения генератора двукратным значением по отношению к номинальному току возбуждения без выдержки времени.

• Ограничение минимального тока возбуждения с уставкой, зависящей от активной мощности генератора, в режиме потребления реактивной мощности из сети.

- Автоматическое уменьшение уставки напряжения генератора при снижении частоты с коэффициентом 2% по напряжению генератора на 1Гц изменения частоты.

В состав СТС входят следующие составные части:

• трансформатор преобразовательный TU (ТСЗП-1600/15В У3);

• секция вентильная СВ-4,

• шкаф возбуждения и управления ШВ,

• микропроцессорный модуль управления SIMOREG SM,

• шкаф резисторов ШР.

Устройство и работа системы возбуждения.

СТС содержит трансформатор возбуждения TU, вентильную секцию СВ-4, шкаф возбуждения ШВ и шкаф резисторов ШР.

Трансформатор возбуждения TU подключен непосредственно к статорному шинопроводу и к тиристорному преобразователю.

Вся коммутационная аппаратура и электронные устройства схемы управления, регулирования, защиты и сигнализации расположены в шкафу ШВ. СВ-4 подключается к обмотке возбуждения с помощью выключателя QR.

Защита роторных цепей и СВ-4 от перенапряжений осуществляется устройством защиты от перенапряжений УЗП, состоящим из тиристорного разрядника FV и разрядного резистора Rcc.

Выключатель QR совместно с УЗП образуют устройство гашения поля УГП.

Команды управления выключателем, подачи возбуждения и гашения, изменения уставки АРВ подаются с верхнего уровня управления (в дальнейшем по тексту «ВУУ»).

Включение генератора в сеть методами точной синхронизации и самосинронизации обеспечивается в режиме автоматического пуска при работе на ОКУ и в режиме пооперационного пуска при работе на РКУ.

Для повышения «живучести» СТС питание измерительных цепей напряжения производится от разных трансформаторов напряжения:

• от трансформатора TV1 через выключатель SF-ОКУ производится питание цепей напряжения ОКУ,

• от трансформатора TV2 через выключатель SF-РКУ производится питание цепей напряжения РКУ.

СТС оснащена устройством диагностики, фиксирующим следующие неисправности оборудования:

• отключение одной параллельной ветви в любом или каждом плече преобразователя. Ограничений в работу при этом не вводится;

• отключение двух параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя. При этом обеспечивается работа генератора с током возбуждения 1020А. Форсировка возбуждения при этом запрещается;

• отключение трех параллельных ветвей или плеча преобразователя. При этом производится разгрузка генератора по реактивной мощности до вступления ОМВ и запрет форсировки;

• неисправность источников питания;

• потерю возбуждения генератора, работающего в сети;

• отказ СФУ в РКУ (по потере питания).

При возникновении неисправностей на внешний клеммник шкафа ШВ выдаются следующие сигналы:

• аварийное отключение СТС;

• обрыв цепей управления выключателем QR;

• потеря оперативного тока СТС;

• потеря питания цепей сигнализации;

• ограничение режимов;

• потеря питания защит СТС;

• вызывной сигнал;

• неисправность (общий сигнал).

Возникающие неисправности фиксируются схемой диагностики и АС, визуализируются с помощью ячейки ЯИС и дисплея панели управления PMU или OP1S. Расшифровка сообщений ячейки ЯИС произведена в виде надписей на фасаде двери шкафа ШВ. При возникновении любой неисправности на верхний уровень управления подаются общий сигнал «Неисправность» и вызывной сигнал продолжительностью около 12 с.

В СТС выполнены следующие защиты:

- защита от повышения напряжения генератора, работающего на холостом ходу. Защита с уставкой U^^^Usn действует без выдержки времени на отключение УГП;

• защита трансформатора возбуждения. Защита с уставкой К^З^^ТгП и выдержкой времени Tз ~15мс действует на отключение УГП и выдает сигнал на отключение генератора от сети;

• защита от неограниченной по току форсировки. Защита с уставкой Iср=2,2Ifn действует мгновенно на переключение канала управления и (при продолжении форсировки) с выдержкой времени ~1,7с на отключение УГП;

• защита от потери возбуждения. Защита при работе генератора в сети с уставкой If=0,1*Ifn и задержкой ~1,7с действует на включение КСС и переключение каналов управления. Если при этом нормальный режим возбуждения не восстанавливается, то КСС остается включенным, а на ВУУ подается сигнал о включенном положении КСС;

• защита от снижения сопротивления изоляции цепей возбуждения;

• защита от земли в роторных цепях. Защита двухступенчатая и выдает сигналы при снижении сопротивления изоляции цепей возбуждения относительно вала генератора (или «земли» при отсутствии измерительной щетки вала) до значений 50кОм и 10кОм (заводская установка). Обеспечивается возможность настройки при вводе в эксплуатацию на другие уставки, соответствующие местным условиям. Защита выдает также сигнал при потере контакта со щеткой вала;

• защита от перенапряжений в роторных цепях. Защита выполнена с помощью тиристорного разрядника многократного действия и действует путем подключения параллельно обмотке возбуждения сопротивления самосинхронизации;

• защита от перегрузки ротора током возбуждения.

СТС оснащен 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.

Система защиты, сигнализации и диагностики SIMOREG обеспечивает следующие возможности:

• определение режима работы контроллера через индикацию параметров. Постоянно доступны для индикации около 50 параметров;

• 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;

• 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.

В СТС выполнено устройство выравнивания нагрузки по реактивной мощности между параллельно работающими генераторами. Схема подключения по цепям выравнивания реактивной мощности приведена на рисунке 4.8. Функционирует схема следующим образом:

При поступлении команды «Вкл. уравнивание по Q» в шкафах ШВ систем возбуждения СТС-Г1 включается реле К1. Замыкающими контактами реле в модули управления SIMOREG систем возбуждения СТС-Г2, СТС-Г3, СТС-Г4 подается команда «Установка возбудителя ведомым в схеме уравнивания».

При наличии этой команды в схеме модулей управления систем возбуждения СТС-Г2, СТС-Г3, СТС-Г4 сигнал «Разрешение передачи»=0, что означает запрет на передачу данных.

В модуле управления системы возбуждения СТС-Г1 при поступлении команды «Вкл. уравнивание по Q» сигнал «Разрешение передачи»=1 и передача данных разрешена. Таким образом, модуль управления системы возбуждения СТС-Г1, если она введена в работу и отсутствуют неисправности, вызывающие ограничение в режимах работы, всегда пребывает в роли ведущего.

Значение уставки по реактивной мощности генератора Г1 задается оператором, а затем в виде задания передается по цифровому каналу параллельно в СТС-Г2... СТС-Г4.

Если в СТС-Г1 возникает неисправность, вызывающая ограничение в режимах работы или отключение генератора Г1, то ведущим автоматически становится модуль управления в СТС-Г2 и т. д.

При последующем вводе в работу Г1, модуль управления в СТС-Г1 автоматически становится ведущим.

Устройство и работа составных частей.

Тиристорный преобразователь.

Силовая часть тиристорного преобразователя выполнена вентильной секции СВ-4, принципиальная электрическая схема приведена на рисунке 4.9.

на базе которой

СВ-4 выполнена по полностью управляемой трехфазной мостовой схеме выпрямления и содержит в каждом плече моста четыре параллельно включенных тиристорных блока БТС1-1. Для ограничения коммутационных перенапряжений на входе СВ-4 включены демпфирующие RC-цепи.

Принципиальная электрическая схема блока БТС1 -1 приведена на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 Принципиальная электрическая схема вентильного блока БТС1-1

Блок БТС1 -1 содержит тиристор VS с охладителями для двухстороннего естественного воздушного охлаждения. Оребрение охладителей выполнено под углом 45° к вертикали, благодаря чему сводится к минимуму подогрев вышерасположенных блоков потоком воздуха от нижерасположенных блоков. Последовательно с каждым тиристором включен быстродействующий предохранитель. В цепь каждого тиристора включен воздушный дроссель L индуктивностью около 9 мкГн, обеспечивающий неравномерность деления тока между тиристорами плеча не более 20% при номинальной нагрузке.

Информация в схему диагностики о потере проводимости ветви вырабатывается трансформатором 2Т1 и связанными с его вторичной обмоткой элементами с индексом 2 и 4. При наличии тока в ветви транзисторы 2V4 и 4V5 открыты. Свечение светодиода 2V3 свидетельствует о протекании тока через тиристор. Одноименные контакты Х1:1 и Х1:2 блоков БТС1-1 одного плеча соответственно объединяются и образуют нижние плечи делителей напряжения. Верхние плечи образуются резисторами, расположенными в ячейках УИКВ (сигнал снимается с Х1:1) и СФУ (сигнал снимается с Х1:2). Напряжение, снимаемое с делителя, имеет минимальное значение, когда ток проводят все ветви, и возрастает по мере увеличения числа отключенных параллельных ветвей в плече.

Формирование управляющих импульсов при работе основного канала управления производится с помощью импульсного трансформатора 3Т1, а при работе резервного канала управления - трансформатора 4Т1.

В шкафу СВ-4 установлены две несущие рамы, на каждой из которых устанавливаются специальные изоляционные детали - держатели. В каждом держателе имеются два зафиксированных болта с опорными шайбами, на которые устанавливаются шины и блоки тиристоров. На каждую раму устанавливается 12 блоков тиристоров - по 6 блоков с передней и задней стороны.

Соединение блоков по цепям вторичной коммутации между собой и с внешней схемой производится с помощью разъемов. На ответной части разъема нанесен номер блока в соответствии с электрической схемой СВ-4. Такая конструкция позволяет при необходимости быстро произвести замену блока.

На входе преобразователя установлены трансформаторы тока, служащие для измерения тока возбуждения, и треугольник демпфирующих цепей RC, ограничивающий уровень коммутационных перенапряжений.

Шкаф возбуждения ШВ.

В состав шкафа возбуждения ШВ входит следующая аппаратура:

• трансформатор собственных нужд ТСН;

• выключатель QR;

• выключатели SF1... SF6;

• ячейка управления выключателем УВ;

- устройство начального возбуждения УНВ, состоящее из контактора начального возбуждения КНВ, диода 1V2 и резисторов 1R1... 1R7;

• контактор самосинхронизации КСС;

• устройство защиты от перенапряжений УЗП;

• измерительный шунт RS;

• измерительные преобразователи тока и напряжения EA и EV;

• вольтметры PV1, PV2 и амперметр PA;

• модуль управления SIMOREG;

• комплект электронных ячеек: СВС, ЯП1, ЯП2, ЯП3, УИКВ, ЯД, ЯЗ,

ЯЗЗ, УРК, СФУ и ЯИС;

- световые индикаторы HLR, HLG и HL, сигнализирующие положение выключателя QR и подаче сигнала «неисправность»;

• лампы освещения EL1, EL2, выключатели SA1, SA2 и розетка XS;

• клеммник Х1 для связи с внешней схемой.

Тиристорный разрядник УЗП состоит из встречно-параллельно включенных тиристоров 2VS1, 2VS2 со схемой управления. Величина уставки срабатывания УЗП определяется количеством последовательно включенных стабилитронов, часть из которых может быть выведена из работы установкой соответствующей перемычки. При срабатывании УЗП обмотка возбуждения закорачивается на сопротивление Rcc. При этом по сигналу о срабатывании УЗП производится:

• при работе на ОКУ перевод управляющих импульсов тиристоров одного из плеч преобразователя в область инверторного режима;

• при работе на РКУ съем управляющего импульса с тиристоров 2-го плеча СВ-4.

В обоих случаях в кривой выпрямленного напряжения образуется провал, вследствие чего тиристор разрядника выключается. В качестве сигнала о включении УЗП используется напряжение, снимаемое с стабилитронов 2V14,

2V15.

Силовые контакты выключателя включены последовательно, так что при его отключении в контуре протекания тока образуется три разрыва. Напряжение на электрической дуге каждого разрыва составляет -400В, а суммарное напряжение -1200В. Под действием этого напряжения включается тиристор 2VS2 в УЗП, и напряжение, прикладываемое к цепям возбуждения, ограничивается значением, соответствующим уставке разрядника. Ток ротора переключается в разрядную цепь, состоящую из тиристора 2VS2 и сопротивления самосинхронизации Rcc. При этом дуга на контактах выключателей гаснет, а ток ротора затухает в разрядной цепи. Кроме того, при отключении QR включается и остается включенным контактор самосинхронизации КСС, шунтирующий своими силовыми контактами разрядник УЗП.

Ячейка УВ (UV02 - ячейка управления выключателем).

Принципиальная электрическая схема ячейки УВ приведена на рисунке 4.11 . УВ функционирует следующим образом:

Команда на включение выключателя поступает на управляющий электрод тиристора 1 V1. Тиристор 1 V1 включается при условии, что отсутствует команда на отключение QR (в противном случае открывается транзистор 1 V2 и блокирует команду на включение QR). При включении тиристора 1 V1 на катушки электромагнитов YA1 и YA2 привода подается напряжение и выключатель включается.

Команда на отключение выключателя поступает одновременно на управляющие электроды тиристоров 2V1 и 3V1. Через тиристор 2V1 подается команда на электромагнитный привод, а через тиристор 3V1 - на независимый расцепитель.

Оптроны и реле выполняют следующие функции:

4V1 - контроль наличия оперативного тока выключателя и выдача сигнала о потере оперативного тока на потенциале +ШС;

4V6 - выдача сигнала о потере оперативного тока на потенциале +24В; 5V1 - контроль исправности цепи отключения независимым расцепителем;

5V2 - выдача сигнала о включенном положении выключателя; 7К1 - выдача сигнала об обрыве цепи независимого расцепителя; 8К1 - контроль наличия напряжения питания цепей сигнализации. С помощью транзистора 7V1 осуществляется блокировка схемы контроля цепи независимого расцепителя при отключенном выключателе.

В функциональном отношении схема управления и регулирования состоит из двух частей - основного и резервного каналов управления. Общими для обоих каналов являются следующие функциональные устройства:

• трансформатор собственных нужд ТСН;

• ячейка индикации ЯИС;

• ячейка защит ЯЗ;

• ячейка земляной защиты ЯЗЗ.

Трансформатор ТСН питается от шин А, В, С параллельно с вентильной секцией. Номинальное выходное напряжение ТСН равно 380В. Нулевой вывод вторичной обмотки глухо заземлен.

Ячейка ЯЗ (Z008 - ячейка защит).

Принципиальная электрическая схема приведена на рисунке 4.12. В ячейке выполнены следующие защиты:

Защита от повышения напряжения генератора, работающего на холостом ходу. Схема защиты выполнена на элементах схемы с индексом 1. На вход схемы поступает измерительное напряжение генератора (3х100В). Резистором 1 R2 защита отстраивается от допустимого перенапряжения статора генератора или блочного трансформатора (заводская установка Us=1,2*Usn). При превышении напряжением генератора напряжения уставки открываются транзистор 1 V3 и выходной транзистор оптопары 1 V5. Если генератор отключен от сети, то с задержкой около 0,1с открываются транзисторы 1 V7, 1V8, в схему управления поступает команда на отключение УГП и подается сигнал в ячейку ЯИС;

Защита от КЗ трансформатора возбуждения выполнена на элементах схемы с индексом 3. В качестве контролируемого параметра используется сигнал, пропорциональный первичному току трансформатора возбуждения. Этот сигнал формируется элементами схемы с индексом 2. На первичные обмотки трансформаторов 2Т1, 2Т2 поступает напряжение, снимаемое с резисторов R3, R4, установленных на панели А2 вне ячейки. Резисторы включены в цепи трансформаторов тока, установленных на стороне сетевой обмотки трансформатора возбуждения. При наладке значение сигнала, снимаемого с резистора 2R1, устанавливается равным 5В при номинальном токе возбуждения. Компаратор 3А1 срабатывает при значении сигнала в контрольной точке « If» пропорциональном 3,6* Ifn, т.е. 18В. При этом с задержкой -15мс открываются транзисторы 3V5, 3V7, в схему управления поступает команда на отключение УГП и подается сигнал в ячейку ЯИС;

Защита от неограниченной форсировки выполнена на элементах схемы с индексом 4. При превышении током возбуждения значения 2,2* Ifn открываются транзисторы 4V4, 4V6, в схему управления поступает команда на переключение канала управления и подается сигнал в ячейку ЯИС. Если в течение -1,7с снижение тока возбуждения не произойдет, открываются транзисторы 4V10, 4V12, в схему управления поступает команда на отключение УГП и подается сигнал в ячейку ЯИС;

Защита от потери возбуждения выполнена на элементах схемы с индексом 5. При работе генератора в сети и снижении тока возбуждения ниже значения 0,1*Ifn с задержкой -1,7с открываются транзисторы 5V5, 5V7, в схему управления поступают команды на переключение канала управления, включение КСС и сигнал в ячейку ЯИС. Если при этом восстановится требуемое значение тока возбуждения, то КСС отключается. В противном случае КСС остается включенным, на ВУУ подаются вызывной сигнал и сигнал «неисправность», в ячейке ЯИС активируется сигнал «R^ включен».

На клемму Х9:3 подается команда на включение КСС при самосинхронизации.

В ячейке ЯЗ выполнены схема контроля наличия напряжения питания цепей сигнализации и контроля наличия резервного питания РКУ (элементы схемы с индексом 7 и 8).

Питание ячейки ЯЗ осуществляется напряжением ±24В параллельно от основного и резервного каналов. Питание микросхем производится стабилизированным напряжением ±12В.

Ячейка ЯИС (S003 - ячейка индикации).

Принципиальная электрическая схема приведена на рисунках 4.13 и 4.14. ЯИС выполняет следующие функции:

• индикацию с помощью светодиодов событий без запоминания и выдачи сигналов во внешние цепи. Для этого служат 5 каналов, элементы которых имеют индексы от 1 до 4;

• индикацию с помощью светодиодов событий с выдачей во внешние цепи вызывного сигнала и сигнала «Неисправность» без запоминания. Для этого служат 8 каналов, элементы которых имеют индексы от 5 до 12;

• индикацию с помощью светодиодов событий с выдачей во внешние цепи вызывного сигнала и сигнала «Неисправность» с запоминанием. Для этого служат 14 каналов, элементы которых имеют индексы от 13 до 26. Индикация снимается после квитирования схемы;

• на элементах схемы с индексом 27 выполнена схема формирователя длительности вызывного сигнала. Вызывной сигнал отличается от сигнала «Неисправность» тем, что подается на 10.12с при возникновении каждой последующей неисправности, а сигнал «Неисправность» включается и остается включенным при появлении первого сигнала неисправности, фиксируемого с запоминанием.

Защита от снижения сопротивления изоляции цепей возбуждения.

В части материального исполнения схема защиты состоит из двух частей:

• основная часть, выполняющая защитные функции, выполнена в виде ячейки ЯЗЗ (Z005 - ячейка земляной защиты);

• вторая часть, выполняющая функции вычислителя текущего значения сопротивления изоляции, выполнена в АС в виде программного продукта. Значение сопротивления изоляции выводится на дисплей панели управления OP1S. Функция вычисления и индикация значения сопротивления изоляции реализуется только при включенном АС.

Принципиальная электрическая схема ячейки ЯЗЗ приведена на рисунке 4.15. ЯЗЗ содержит следующие функциональные устройства:

- источник контрольного стабилизированного напряжения 180В, выполненный на трансформаторах Т1, Т2 и элементах схемы с индексом 2. Этот источник с частотой ~0,5Гц подключается оптоэлектронным реле 2V5 между плюсовой шиной цепей возбуждения и измерительной щеткой вала. При этом от плюсовой шины через резистор R5=51кОм (установлен вне ячейки на рубильнике QS), резисторы 2R4, 2R5 и сопротивление изоляции протекает ток, значение которого определяется значением сопротивления изоляции, напряжением возбуждения, а при подключении источника контрольного напряжения - и значением этого напряжения;

- формирователь и распределитель импульсов (микросхемы D1 - D4), управляющий транзисторами 3V1 - 3V4 и задающий алгоритм работы схемы измерения падения напряжения на резисторе 2R5;

три схемы выборки - хранения, фиксирующие в соответствии с заданным алгоритмом значение падения напряжения на резисторе 2R5.Считывание сигнала происходит в момент приложения к затвору полевого транзистора (4V1 - 6V1) отрицательного напряжения, что возможно при поступлении на базу управляющего транзистора (3V2 - 3V4) сигнала лог.1. Алгоритм работы схем выборок - хранения выбран с учетом распределенной емкости цепей возбуждения относительно вала (корпуса) генератора и задан комбинацией сигналов, поступающих на входы микросхем D4.1, D3.3, D3.1 и базу транзистора 3V1 с выхода делителя частоты D2:

• схема выборки - хранения, выполненная на элементах с индексом 4, фиксирует значение измеряемого напряжения при приложении к сопротивлению изоляции напряжения возбуждения и контрольного напряжения в начале полупериода импульса контрольного напряжения (чтобы использовать влияние тока заряда емкости изоляции в схеме выявления потери контакта со щеткой вала);

• схема выборки - хранения, выполненная на элементах с индексом 5, фиксирует значение измеряемого напряжения при приложении к сопротивлению изоляции напряжения возбуждения и контрольного напряжения в конце полупериода импульса контрольного напряжения (чтобы исключить влияние тока заряда емкости);

- схема выборки - хранения, выполненная на элементах с индексом 6, фиксирует значение измеряемого напряжения при приложении к сопротивлению изоляции только напряжения возбуждения так же в конце полупериода импульса контрольного напряжения (чтобы исключить влияние тока заряда емкости).

Фиксация измеряемого напряжения в начале полупериода контрольного напряжения обеспечивает за счет всплеска тока заряда емкости существенное значение измеряемого сигнала даже при высоких значениях сопротивления изоляции. На элементах с индексом 10 выполнена схема фиксации потери контакта со щеткой вала. Компаратор на микросхеме 10А1 переключается, когда значение входного сигнала становится меньше 0,6 В. При этом в ячейку ЯИС подается сигнал «обрыв щетки вала».

Фиксация измеряемого напряжения в конце полупериода контрольного напряжения позволяет практически исключить влияние емкостных токов на результаты измерений. На элементах с индексом 7 выполнена схема измерителя, позволяющая по результатам двух измерений выделить составляющую, значение которой определяется только контрольным напряжением.

На входе операционного усилителя 7А2 производится алгебраическое сложение проинвертированного результата измерений при подключенном источнике контрольного напряжения и результата измерений при приложении к сопротивлению изоляции только напряжения возбуждения. В результате на выходе операционного усилителя формируется сигнал, значение которого определяется параметрами контрольного напряжения и сопротивления изоляции.

С помощью резистора 7R6 настройка схемы производится таким образом, чтобы при металлическом коротком замыкании цепи возбуждения на вал генератора напряжение в контрольной точке «КИ» имело значение 10В.

Устройство 7А5 представляет собой датчик напряжения, передающий сигнал с выхода измерителя на вход вычислителя с обеспечением гальванической развязки. Питание датчика осуществляется напряжением ±12В от интегральных стабилизаторов напряжения 7А3, 7А4.

На элементах с индексом 8 выполнена первая ступень схемы фиксации снижения сопротивления изоляции. С помощью резистора 8R1 схема настраивается на выдачу предупредительного сигнала «Rи<mm» (заводская установка - 50кОм).

На элементах с индексом 9 выполнена вторая ступень схемы фиксации снижения сопротивления изоляции. С помощью резистора 9R1 схема настраивается на выдачу аварийного сигнала «Rи=0» (заводская установка -

10кОм).

Резервный канал управления РКУ.

В состав РКУ входит следующая аппаратура:

• ячейка фазового управления U016 (в дальнейшем ячейка «СФУ»);

• ячейка управления резервным каналом U013 (в дальнейшем ячейка

«УРК»);

• ячейка резервного питания Р001 (ЯП3), унифицированная по схеме с ячейкой ЯП1 ;

• выключатели SF4... SF6.

Ячейка СФУ (U016 - ячейка фазового управления).

Принципиальная электрическая схема ячейки СФУ приведена на рисунках 4.16 и 4.17. Ячейка служит для выполнения следующих функций:

• формирования шести пакетов управляющих импульсов, следующих один за другим со сдвигом в 60 эл. град.;

• изменения фазы управляющих импульсов относительно напряжения питания вентильной секции в соответствии с сигналом управления, поступающим от регулятора возбуждения;

- установки угла инвертирования по внешней команде;

- организации по внешней команде провала в выпрямленном напряжении с целью выключения тиристорного разрядника;

• снятия управляющих импульсов со всех каналов управления при поступлении команды «запрет»;

• обработки информации о потере проводимости тиристоров и выдаче соответствующих сигналов.

В ячейке СФУ расположен источник питания резервного канала управления, состоящий из трансформаторов Т1.Т3, выпрямителя на диодах V1 - V12 и интегральных стабилизаторов напряжения А1, А2. Трансформаторы Т1.Т3 питаются от трансформатора ТСН, подключенного к шинам переменного тока вентильной секции, и используются поэтому также как источники синхронизирующего напряжения.

Ячейка СФУ содержит шесть каналов фазосмещения и формирования управляющих импульсов. Схемы нечетных каналов (индекс 1, 3, 5) отличаются от схемы четных каналов (индекс 4, 6, 2) наличием у последних инверторов на операционных усилителях 4А1, 6А1, 2А1.

Фазные синхронизирующие напряжения А, В, С поступают на входы соответственно 1, 3 и 5-го каналов. Работа каналов фазосмещения и формирования управляющих импульсов рассматривается на примере 1 -го канала.

Через фильтр 1 R1, 1C1 на вход компаратора напряжения 1А1 поступает напряжение фазы А. С помощью резистора 1 R1 осуществляется сдвиг фазы входного напряжения на 30 эл. град., так что образующееся на выходе компаратора 1А1 прямоугольное напряжение по фазе совпадает с коммутирующим (линейным) напряжением первого плеча СВ-4.

На усилителе 1А2 собран формирователь пилообразного напряжения. Когда напряжение на выходе 1А1 отрицательное, на выходе 1А2 присутствует положительное напряжение, равное падению напряжения на диоде 1 V4. В течение положительного полупериода прямоугольного напряжения напряжение на выходе 1А2 линейно нарастает до амплитуды минус 9В при частоте входного напряжения 50Гц (настраивается резистором 1 R4).

На входе усилителя 1А3 производится алгебраическое сложение пилообразного напряжения с напряжением управления, поступающим с выхода усилителя 7А1. Когда пилообразное напряжение начинает превышать по абсолютной величине напряжение управления, на выходе компаратора 1А3 формируется сигнал лог.1. В моменты времени, когда на всех входах микросхемы D1:1 присутствует сигнал лог.1, на ее выходе устанавливается сигнал лог.0. Наличие сигнала лог.0 на выходе D1:1 вызывает открытие транзисторов 1V8, 1V9 и подачу управляющих импульсов на тиристоры плеча 1 в СВ-4, а также съем управляющих импульсов с тиристоров плеча 5, так как при этом на выходе микросхемы D1:3 устанавливается сигнал лог.1 и транзисторы 5V8 ,5V9 закрываются. На вход 2 микросхемы D1:1 сигнал лог.1 прикладывается с частотой работы генератора импульсов, выполненного на микросхеме D3. Поэтому управляющий импульс формируется в виде пакета однополярных импульсов.

При поступлении сигнала о работе УЗП открывается транзистор оптопары 8V2. При этом происходит съем управляющих импульсов с тиристоров плеча 2. В кривой выпрямленного напряжения образуется участок отрицательного напряжения, что вызывает запирание тиристора разрядника. В результате снимается команда «провал» и подача управляющих импульсов возобновляется.

При поступлении команды «запрет» (например, при работе на ОКУ) открывается транзистор 8V3 и управляющие импульсы снимаются одновременно во всех каналах;

Напряжение управления формируется усилителем 7А1 и является алгебраической суммой трех составляющих:

- напряжения управления, поступающего от регулятора возбуждения

(вход АРВ);

- напряжения смещения, снимаемого с резистора 7R1;

- напряжения команды «Инвертор». Эта команда преобладает над остальными сигналами.

На транзисторах 7V2, 7V4 и диоде 7V3 выполнена схема ограничения предельного угла инвертирования a_max на уровне, определяемом выходным напряжением эмиттерного повторителя 7V4. На базу транзистора 7V4 поступает напряжение, образованное в результате детектирования и фильтрации конденсатором 7С2 пилообразных напряжений всех шести каналов. Значение этого напряжения пропорционально амплитуде пилообразного напряжения и обратно пропорционально частоте напряжения генератора.

Формирование сигналов, пропорциональных числу непроводящих ветвей, производится схемой, выполненной на элементах с индексом 9. Сигналы, пропорциональные числу непроводящих ветвей, поступают на клеммы ХО1:2...ХО6:2 и далее через разделительные диоды 9V1...9V6 на сигнальную шину проходит максимальный из сигналов.

Фиксация потери проводимости тиристоров в СВ-4 производится схемами, выполненными на элементах с индексами 10.12.

Схемы фиксации вводятся в работу при токе возбуждения If>0,2Ifn. Блокировка осуществляется схемой, выполненной на элементах с индексом 13. Порог срабатывания компаратора 13А1 устанавливается с помощью резистора

13R2.

Схема фиксации на элементах с индексом 10 с помощью резистора 10R2 настраивается на срабатывание при отказе одной ветви в плече. При этом ограничений в режимах возбуждения нет, в ячейку ЯИС поступает сигнал «Потеря 1 ветви».

Схема фиксации на элементах с индексом 11 с помощью резистора 11 R2 настраивается на срабатывание при отказе двух ветвей в плече. При этом в ячейку ЯИС поступает сигнал «Потеря 2 ветвей».

Схема фиксации на элементах с индексом 12 с помощью резистора 12R2 настраивается на срабатывание при отказе трех ветвей в плече. При этом в ячейку ЯИС поступает сигнал «Потеря плеча».

При работе на РКУ при поступлении сигналов «Потеря 2 ветвей» или «Потеря плеча» воздействием на уставку вручную следует установить ток возбуждения равным соответственно 1020А и 460А.

Ячейка УРК (U013 - ячейка управления резервным каналом).

Принципиальная электрическая схема ячейки приведена на рисунках 4.18 и 4.19. УРК обеспечивает только пооперационное включение генератора в сеть методами точной синхронизации и самосинхронизации.

Ячейка содержит следующие функциональные узлы:

• схему запоминания положения выключателя генератора. Схема выполнена на триггере D1:1-D1:2. Сигналы о положении выключателя, управляющие триггером, подаются через микросхемы гальванической развязки 1V3, 1V6;

• схему запоминания команд «Возбуждение» и «Гашение». Схема выполнена на триггере D1:3-D1:4. Команды, управляющие триггером, подаются через микросхемы гальванической развязки 2V5, 2V6. Переключение триггера сначала в положение «гашение», а затем «возбуждение» производится также при включении генератора в сеть методом самосинхронизации;

• схему управления контакторами начального возбуждения КНВ. Схема выполнена на элементах с индексами 3;

• схему, формирующую команду «запрет» на включение КНВ и сигнал «В работе РКУ». Схема выполнена на элементах с индексом 4. Схема управления и автоматики СТС выполнена таким образом, что сигнал «Запрет» подается при работе ОКУ или при отключении выключателя SF4 в цепи питания СФУ от шин тиристорного преобразователя. При наличии команды блокируется работа схемы включения КНВ, а при ее отсутствии формируется сигнал «В работе РКУ»;

• схему автоматического регулятора возбуждения резервного канала (в дальнейшем РРВ). РРВ выполнен на элементах схемы с индексами 5 - 9;

- источник выпрямленного напряжения ±24В, выполненный на трансформаторе Т1 и выпрямителе V1. Питание трансформаторов производится от сети 0,4кВ собственных нужд станции, так что схема выполняет функцию резервного источника питания.

Функционирование ячейки УРК при включении генератора в сеть методом точной синхронизации.

При поступлении команды «Возбуждение» триггер D1.3-D1.4 переключается. При этом:

• открываются транзисторы 2V10, 2V12 и во внешнюю схему подается сигнал «Возбуждение подано»;

• на все входы микросхемы 4D1:1 поступают сигналы лог.1, на оба входа микросхемы 4D2:1 - сигналы лог.0. Сигналом лог.1 с выхода микросхемы 4D2:1 открывается транзистор 3V5, включается оптоэлектронное реле 3V6 и во внешнюю схему подается команда на включение КНВ. Одновременно начинается заряд конденсаторов 3С2 ,3С3;

• если в течение примерно 10с ток СВ-4 не достигнет значения (0,12-0,15) Ifn, открываются транзисторы 3V9, 3V10. При этом на входы микросхемы D2.3 поступает сигнал лог.0, в результате чего сигналом лог.0, устанавливающимся на выходе микросхемы D2.4, триггер D1.3-D1.4 переключается в положение «гашение», с выхода микросхемы D1:3 в ячейку СФУ подается команда на инвертирование, снимается сигнал «Возбуждение подано» и во внешнюю схему подается сигнал «Неуспешное НВ»;

- если же процесс начального возбуждения протекает успешно, то выходной сигнал усилителя 3А1 становится отрицательным, на входе 2 микросхемы 4D1:1 устанавливается потенциал лог.0. При этом снимается команда на включение КНВ, и разряжаются конденсаторы 3С2, 3С3. Генератор возбуждается до напряжения, определяемого настройкой РРВ.

Последующие операции по синхронизации генератора и включению его в сеть производятся по командам оператора.

Функционирование ячейки УРК при включении генератора в сеть методом самосинхронизации.

При поступлении команды «СС» триггер D1:3-D1:4 переключается в состояние «гашение». При этом:

- в ячейку СФУ подается команда на инвертирование;

• на выходах микросхем 4D1:1 и 4D2:1 при этом устанавливаются соответственно сигналы лог.1 и лог.0, что обеспечивает блокирование работы схемы на включение КНВ и формирование сигнала «Неуспешное НВ»;

• после снижении тока возбуждения до нуля (если генератор был уже возбужден), а в противном случае вслед за командой «СС», по команде оператора генератор включается в сеть;

• при этом на выходе микросхемы D1.1 устанавливается сигнал лог.1, а на выходе микросхемы D2:1 с задержкой примерно 0,5с (необходимой для затухания переходных процессов в генераторе после его включения в сеть) устанавливается потенциал лог.0 и триггер D1:4-D1:3 переключается в состояние «возбуждение», команда на инвертирование снимается и генератор возбуждается.

Воздействием на уставку РРВ устанавливается требуемый режим работы генератора.

Описание схемы РРВ.

Схема РРВ содержит следующие функциональные устройства:

• схему задания, изменения и хранения значения отклонения уставки напряжения генератора от номинального значения (элементы схемы с индексом 5);

• схему подгонки угла регулирования РРВ к углу регулирования АРВ ОКУ при работе последнего (элементы с индексом 9);

- схему собственно регулятора возбуждения пропорционального действия (элементы с индексом 6);

• схему ограничителя максимального тока возбуждения (элементы с индексом 7);

• схему ограничителя минимального тока возбуждения (элементы с индексом 8).

Величина отклонения уставки напряжения генератора от номинального значения, выраженная восьмизначным числом в двоичной системе, записана в восьмиразрядном реверсивном счетчике, выполненном на микросхемах 5D4, 5D5. Максимальному значению уставки (110%) соответствует число 11111111, минимальному (80 %) - 00000000, номинальному (100%) - 01010101. Это число преобразуется в постоянное напряжение цифро-аналоговым преобразователем, собранным по схеме R-2R на резисторах 5R16...5R31. При подаче напряжения питания в счетчик записывается число, соответствующее номинальной уставке напряжения.

При поступлении команды на увеличение (уменьшение) уставки напряжения на вход счетчика поступают счетные импульсы напряжения, увеличивающие (уменьшающие) его состояние на 1. Изменение состояния счетчика будет происходить до снятия команды или до заполнения (обнуления) счетчика.

Счетные импульсы вырабатываются генератором импульсов, собранным на микросхеме 5D6, счетчике 5D7 и дешифраторе 5D8.

Действие команды на увеличение уставки блокируется схемой ограничителя максимального тока возбуждения при превышении током возбуждения номинального значения. При этом по цепи ОП на вход микросхемы 5D3:1 поступает сигнал лог.0.

Действие команды на уменьшение уставки блокируется схемой ограничителя минимального тока возбуждения при снижении тока возбуждения ниже допустимого значения. При этом по цепи ОМВ на вход микросхемы 5D3:2 поступает сигнал лог.0.

При одновременном поступлении команд на увеличение и уменьшение уставки на выходе микросхемы 5D3:4 устанавливается сигнал лог.1, блокирующий работу генератора счетных импульсов.

Команда на изменение состояния счетчика запоминается триггером 5D1:3 - 5D1:4 (5D2:3 - 5D2:4) в то время, когда на выводе 2 счетчика 5D7 присутствует сигнал лог.0. В это время дешифратором 5D8 вырабатываются счетные импульсы, поступающие на вход счетчиков 5D4, 5D6. Если на указанном выводе появляется сигнал лог.1, то изменение состояния триггера запрещено. Для исключения возможности сбоя в работе схемы при поступлении команды переноса при заполнении (обнулении) счетчика 5D4, импульс, поступающий на вход 5D5, отстает по времени.

На усилителе 6А1 собран пропорциональный регулятор напряжения с коэффициентом регулирования равным 5 о.е.в./о.е.н.

Напряжение уставки, представляющее собой сумму напряжения, снимаемого с движка резистора 6R2 и напряжения с выхода цифро-аналогового преобразователя, сравнивается на входе усилителя 6А1 с напряжением обратной связи по напряжению генератора. Датчик напряжения генератора выполнен на трансформаторах Т2, Т3, выпрямителе на диодах 6V1...6V6, нагрузочном резисторе 6R1.

К входу 6А1 подключены так же выходы ограничителей максимального и минимального тока возбуждения, не допускающие увеличение тока возбуждения выше номинального или снижение его ниже допустимого при работе на РРВ.

Ограничитель максимального тока возбуждения выполнен на усилителе 7А1, на входе которого производится алгебраическое суммирование текущего значения тока возбуждения с напряжением уставки, значение которого устанавливается с помощью резистора 7R1. При превышении током возбуждения заданного значения на выходе 7А1 устанавливается отрицательный потенциал. При этом в схеме осуществляется запрет на увеличение уставки и происходит изменение выходного напряжения РРВ, так что ток возбуждения снижается до заданного значения.

Ограничитель минимального возбуждения (ОМВ) выполнен на элементах схемы с индексом 8 и включает в себя:

- датчик активного тока генератора, состоящий из трансформатора Т4, фазочувствительного выпрямителя (трансформатор Т2, усилитель 8А2 и транзистор 8V9), фильтра 8R13 - 8C2, нормирующего усилителя 8А3;

- выходную часть ограничителя, состоящую из усилителя 8А1 и транзистора 8V7.

На выходе 8А2 (контрольная точка Ip1) образуется двухполярный сигнал, пропорциональный активной составляющей тока генератора, а на выходе 8А3 -пропорциональный активной составляющей тока генератора сигнал отрицательной полярности.

На входе усилителя 8А1 алгебраически суммируются три сигнала:

- сигнал «Ifmin», значение которого с помощью резистора 8R2 устанавливается пропорциональным допустимому току возбуждения при равной нулю активной мощности генератора;

- сигнал «IF», пропорциональный текущему значению тока возбуждения;

- сигнал «Ifmin(p)», пропорциональный активной составляющей тока генератора и действующий на повышение уставки ОМВ.

При снижении тока возбуждения ниже уставки ОМВ на выходе 8А1 устанавливается положительный потенциал. При этом в схеме осуществляется запрет на снижение уставки и происходит изменение выходного напряжения РРВ, так что ток возбуждения возрастает до требуемого значения.

На входе усилителя 9А1 выходное напряжение РРВ сравнивается с напряжением, поступающим от АС и пропорциональным углу регулирования. В зависимости от рассогласования этих напряжений на выходе схемы подгонки формируются сигналы, управляющие уставкой таким образом, чтобы напряжение на выходе РРВ равнялось напряжению АС. О наличии рассогласования сигнализирует свечение светодиода 9V7 U^^/OU^o/.

При работе генератора на холостом ходу (и при переводах возбуждения на резервный возбудитель в системах возбуждения турбогенераторов) действие ОМВ блокируется путем подачи на вход 8А1 положительного напряжения по цепям соответственно ХХ или QR2.

Основной канал управления ОКУ.

В состав ОКУ входит следующая аппаратура:

• ячейка согласования входных сигналов СВС (R006);

• ячейка усиления импульсов и контроля проводимости ветвей УИКВ

(U015);

• ячейка питания ЯП1 (Р001);

• ячейка резервного питания ЯП2 (Р004);

• ячейка датчиков ЯД (D003);

• микропроцессорный модуль управления SIMOREG.

Ячейка СВС (R006 - ячейка согласования входных сигналов).

Принципиальная электрическая схема ячейки приведена на рисунке 4.20. Ячейка СВС служит для гальванической развязки входных и выходных сигналов и команд, имеющих потенциал 220В, от потенциала 24В, на котором происходит обмен информацией с АС.

Ячейка содержит 12 идентичных по схеме каналов, для которых входной сигнал имеет потенциал 220В, и 11 также идентичных по схеме каналов, для которых входной сигнал имеет потенциал 24В.

Чтобы исключить съем команды «Возбуждение» при потере оперативного тока, команда запоминается с помощью триггера, выполненного на элементах схемы с индексом 24.

Питание ячейки осуществляется напряжением +24В от АС.

Ячейка УИКВ (U015 - ячейка усиления импульсов и контроля проводимости ветвей).

Принципиальная электрическая схема ячейки приведена на рисунке 4.21 . Ячейка УИКВ служит для согласования АС с вентильной секцией СВ-4 и выполняет следующие функции:

- усиление управляющих импульсов, выполняемое транзисторами 1V1-6V1;

- формирование аналогового сигнала, значение которого зависит от количества ветвей в плече СВ-4, потерявших проводимость.

В ячейке выполнены источники выпрямленного напряжения ±24В (трансформаторы Т1...Т3, диоды V1...V12) и 500В (трансформаторы Т1...Т3, диоды 8V1.8V4), служащие для питания соответственно электронных ячеек и

модуля SIMOREG.

Ячейка ЯП2 (P004 - ячейка резервного питания).

Принципиальная электрическая схема ячейки приведена на рисунке 4.22. Ячейка ЯП2 служит для обеспечения резервного питания электронных устройств ОКУ от сети 0,4кВ собственных нужд станции.

Ячейка содержит два источника выпрямленного напряжения, выполненных с помощью трансформаторов Т1.. .Т3 и выпрямителей на диодах V1..V12 (выходное напряжение +24В) и V15...V18 (выходное напряжение 500В).

Рисунок 4.22 Принципиальная электрическая схема ячейки ЯП2 (P004) Ячейки ЯП1, ЯП3 (P00I).

Принципиальная электрическая схема ячейки приведена на рисунке 4.23. Ячейки ЯП1 , ЯП3 служат для обеспечения резервного питания путем преобразования постоянного напряжения 220В в гальванически развязанные напряжения источников ±24В и 500В.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное выполнен по полумостовой схеме на транзисторах 1 V2, 2V2, конденсаторах 1С1, 2С1, трансформаторе Т1 и соответствующих диодных выпрямителях с конденсаторными фильтрами.

Управление транзисторами преобразователя осуществляется схемой, содержащей:

- генератор импульсов на микросхеме D1, конденсаторе С2 и резисторе

R3;

• делитель частоты на микросхеме D2;

• схему совпадения на микросхеме D3;

• усилители тока управления на транзисторах 1 V1, 2V1.

Схема совпадения обеспечивает время на восстановление запирающей способности силовых транзисторов и продолжительность импульса базового тока, необходимые для исключения протекания через транзисторы сквозного

тока.

Рисунок 4.23 Принципиальная электрическая схема ячеек ЯП1, ЯП3 (P001)

Ячейка ЯД (D003 - ячейка датчиков).

Принципиальная электрическая схема ячейки приведена на рисунке 4.24. Каждый датчик состоит из согласующего трансформатора и электронной части, формирующей выходной сигнал датчика. В ячейке ЯД выполнены схемы следующих датчиков:

• датчик напряжения Us генератора (элементы схемы с индексом 1 и 2);

• датчик активного тока Ip генератора (элементы схемы с индексом 3);

• датчик реактивного тока Iq генератора (элементы схемы с индексом 3);

• датчик реактивного тока блока Iqбл_. (элементы схемы с индексом 4). Питание схемы ячейки ЯД осуществляется стабилизированным

напряжением +12В от интегральных стабилизаторов А1, А2.

Состав, устройство и работа модуля SIMOREG.

Состав модуля SIMOREG.

В состав модуля SIMOREG входят:

• базовая электронная плата CUD1 (С98043-А7001),

• плата интерфейса с силовой частью С98043-А7042,

• плата импульсных трансформаторов С98043-А7043,

• плата интерфейсная С98043-А7009,

• панель индикации PMU (С98043-А7005),

• адаптер локальной шины LBA,

• плата дополнительная ADB,

• две платы расширения EB1,

• панель оператора OP1S.

Устройство и работа модуля SIMOREG.

Базовая электронная плата представляет собой микропроцессорный контроллер, выполняющий функции системы автоматического регулирования, системы импульсно-фазового управления, функции защиты, сигнализации и диагностики. Все перечисленные функции реализуются программным путем.

Плата интерфейса с силовой частью выполняет функции преобразования сигналов обратных связей для системы регулирования, управления силовой коммутационной аппаратурой, ввода сигналов диагностики из силовой части.

Плата импульсных трансформаторов выполняет функцию усиления и потенциального разделения импульсов управления для тиристорного преобразователя, вырабатываемых микропроцессорным устройством.

Панель индикации PMU снабжена пятиразрядным индикатором, тремя светодиодными индикаторами и тремя клавишами параметрирования. На панели управления находится также соединитель типа X300 с интерфейсом USS, соответствующим стандарту RS232 или RS485. Панель PMU обеспечивает все необходимое для регулирования и настройки, а также отображение измеренных значений, необходимых для запуска модуля.

Интерфейсная плата предназначена для связи базовой электронной платы с платой интерфейса, силовой частью и панелью PMU.

Платы расширения EB1 обеспечивают увеличение количества дискретных и аналоговых входов и выходов контроллера.

Панель оператора OP1S выполняет функции аналогичные PMU, но с более широкими возможностями. Панель управления OP1S расположена на двери шкафа. Панель OP1S подключается к АС с помощью соединителя X300. Панель OP1S имеет ЖКИ дисплей с количеством символов 4х16, предназначенный для отображения имен параметров в виде простого текста. В качестве языка отображения можно выбрать немецкий, английский, французский, испанский или итальянский. Пользуясь панелью OP1S можно сохранять наборы параметров для их последующей загрузки в другие устройства.

Параметрирование модуля SIMOREG можно также осуществить через стандартный РС-совместимый компьютер с установленным программным обеспечением Drive Monitor. ЭВМ подключается к базовому блоку с помощью последовательного интерфейса. Этот интерфейс используется во время запуска, для сохранения параметров при выключении, а также для диагностики во время работы. Более того, обновленное программное обеспечение можно загрузить через этот интерфейс для хранения во флэш- памяти.

Адаптер LBA предназначен для установки плат CUD1, EB1. Платы ADB предназначены для установки плат EB1 в адаптер LBA.

Интерфейс USS обеспечивает связь контроллера с РС-совместимым компьютером.

Программное обеспечение АС состоит из отдельных функциональных блоков, выполненных в цифровом виде (как программные устройства). В программном обеспечении выделяются коннекторы, бинекторы и параметры.

Все выходные переменные и результаты промежуточных вычислений внутри функциональных блоков доступны в виде «Коннекторов» (например, для последующей обработки в виде входного сигнала на другой функциональный блок или для осциллографирования этого сигнала). Величины, которые доступны через коннекторы, соответствуют выходным сигналам (обозначаются буквой «К», например, К9131 - коннектор, в котором записано текущее значение напряжения статора генератора).

Все двоичные выходные параметры и необходимые двоичные выходные сигналы функциональных блоков доступны через «Бинекторы» (коннекторы для двоичных сигналов). Бинекторы могут принимать значения логической единицы «1» или логического нуля «0». Бинекторы обозначаются буквой «В», например, В0024 - бинектор, отображающий положение выключателя генератора. При включенном в сеть генераторе В0024=1.

Параметры служат для подключения к входу функционального блока необходимых коннекторов или бинекторов, а так же для задания выбранной конфигурации функционального блока или задания численных величин. Параметры обозначаются буквой «Р» или «U».

Считывание значений аналоговых и дискретных сигналов (значения величин, записанных в коннекторы, и состояние бинекторов) производится с помощью параметров наблюдения, обозначаемых как «r» и «n». Некоторые параметры наблюдения жестко закреплены за определенными коннекторами и бинекторами. Значения остальных коннекторов и бинекторов могут быть считаны выполнением специальной процедуры выбора. В обоих случаях считывание производится с помощью панелей управления PMU или OP1S, либо РС-совместимого компьютера с установленным программным обеспечением Drive Monitor.

В АС выполнены следующие укрупненные функциональные блоки:

• блок датчиков параметров;

• блок автоматического регулятора напряжения АРВ с СИФУ;

• блок ограничителей;

• блок системного стабилизатора;

• блок уставки АРВ;

• блок управления режимами работы;

• блок диагностики;

• блок контроля проводимости параллельных ветвей;

• сервисный блок.

Блок датчиков параметров.

Функциональная схема блока датчиков параметров представлена на рисунке 4.25. В блоке выполнены схемы следующих датчиков:

Датчик напряжения и частоты напряжения питания возбудителя.

Напряжение статора генератора после преобразования в ячейке датчиков ЯД поступает в АС. Значение напряжения записано в коннекторе К0017 и доступно для визуализации в точке замера r004. Номинальному напряжению статора соответствует 100%. Для обеспечения этого условия служит параметр Р721, позволяющий изменять коэффициент передачи датчика.

В коннекторе К0305 записано значение напряжения питания преобразователя, отличающееся (в относительных единицах) от напряжения статора генератора на величину падения напряжения в трансформаторе возбуждения. Просуммировав эту величину с величиной, пропорциональной току возбуждения, получаем расчетное значение напряжения генератора в коннекторе К9120. Параметры U099.02 и U099.03 служат для задания необходимых коэффициентов пропорциональности. В параметре Р078.1 записано напряжение питания преобразователя, умноженное на 0,7.

Переключение с измеренного на расчетное значение напряжения происходит при отключении выключателя в цепи измерения напряжения статора, отказе источника питания ячейки датчиков, а так же в случае отличия измеренного напряжения от расчетного более чем на 10%.

Датчики составляющих тока статора.

Величина, пропорциональная активному току генератора, после преобразования в ячейке датчиков ЯД поступает в АС. Значение активного тока записывается в коннектор К0015 при условии, что нет команды на разгрузку (B9451=1) и включены датчики {B9351=1, что имеет место при включенном в сеть генераторе (B9556=1) и исправных датчиках (B9350=1)}. Число, записанное в коннектор К0015, доступно для визуализации в точке замера r003. Номинальному активному току соответствует 100%. Для обеспечения этого условия служит параметр Р711, позволяющий изменять коэффициент передачи датчика. Для обеспечения устойчивости в режиме ОМВ в цепь этого сигнала введена инерционность с постоянной времени 5с (задается параметром Р715). Если число, записанное в коннектор К0015, становится меньше 20%, схемой выделения предельного значения формируется сигнал Ip=0 (в бинектор B9176 записывается лог. 1. Сигнал используется в схеме системного стабилизатора для блокировки канала интенсивности.

Величина, пропорциональная реактивному току генератора, после преобразования в ячейке датчиков ЯД поступает в АС. Значение реактивного тока записано в коннекторе К0011 (запись значения тока производится только при B9351=1) и доступно для визуализации в точке замера r001. Номинальному реактивному току соответствует 100%. Для обеспечения этого условия служит параметр Р701, позволяющий изменять коэффициент передачи датчика.

Коннекторы К0011 и К0015 обнуляются при неисправных датчиках (B9351=0) или работе генератора на холостом ходу. В коннектор K0015 записывается значение, равное 0 также при поступлении команды на разгрузку генератора по реактивной мощности.

Датчик напряжения сети.

Измерительное напряжение сети подключается в АС. После нормализации параметрами Р078.02 и U099.04 значение напряжения сети записано в коннекторе К9147. Номинальному значению напряжения сети соответствует 100%.

Если напряжение сети превышает 70% номинального значения, схемой фиксации достижения сигналом порогового значения в бинектор B0120 записывается лог.1, что является разрешением на работу схемы подгонки напряжения генератора к напряжению сети при включении генератора в сеть методом точной синхронизации.

Датчик тока возбуждения.

Сигнал, пропорциональный току возбуждения, поступает на клеммы Х3:1...4 от трансформаторов тока, установленных на входе преобразователя. После обработки и нормализации параметром U099.01 значение тока возбуждения If записано в коннекторе К9150. Номинальному значению тока возбуждения соответствует 50%.

Сигнал If используется в AC в схемах ограничителей, системного стабилизатора и контроля проводимости параллельных ветвей, а также поступает на вход схемы сравнения, фиксирующей предельные значения If.

При If > IfKm на выходе схемы формируется сигнал If >1 (B9154=1), запрещающий прохождение команды на увеличение уставки АРВ.

При K9150 < K9529=5% (устанавливается в параметре U099.29) на выходе схемы формируется сигнал If =0 (B9155=1), используемый в схеме формирования разрешения на включение генератора в сеть при точной синхронизации.

Блок автоматического регулятора напряжения АРВ с СИФУ. Функциональная схема блока АРВ представлена на рисунке 4.26. В блоке выполнены следующие функциональные устройства:

• регулятор напряжения;

• система импульсно-фазового управления преобразователем (СИФУ);

• формирователь «провала» для отключения Rcc.

Регулятор напряжения.

Напряжение статора Us (коннектор K9131) с датчика напряжения поступает на вход сумматора, где оно алгебраически суммируется с напряжением уставки Us* (коннектор К9127) и корректируется сигналом статизма Uct (коннектор К9153). Сигнал статизма пропорционален реактивному току генератора Iq (коннектор K0011). Коэффициент статизма задан в параметре U099.23 и записан в коннекторе K9523. Выходной сигнал сумматора (отклонение напряжения, записанное в коннекторе K0165) поступает на вход регулятора напряжения.

Регулятор напряжения состоит из быстродействующего канала с коэффициентом усиления Ю011=3*Кф, (где Кф - кратность форсировки по напряжению, 3 - коэффициент записанный в параметре U537.01), определяющим динамические свойства системы возбуждения, и интегрального канала с постоянной времени ^011=1,5/^01^ (где 1,5с записано в параметре U539.01), обеспечивающим точность поддержания напряжения генератора.

Выходной сигнал регулятора напряжения записывается в коннектор К9304 и поступает на вход сумматора, где к нему добавляется выход системного стабилизатора (коннектор К9217).

С выхода сумматора сигнал (К9133) поступает на вход схемы выбора выходного сигнала. При отсутствии команды на разгрузку (B9380=0) в коннектор K9214 записывается значение коннектора K9133, в противном случае (B9380=1) - значение коннектора K9211 (выход ОМВ). Коннектор K9214 подключен к входу ограничителя выхода АРВ, где он ограничивается сверху (при действии ограничителя максимального тока возбуждения) или снизу (при действии ОМВ). Фактически на выходе ограничителя (коннектор К9167) присутствует либо выход канала отклонения напряжения (в нормальном режиме) либо выход ограничителей.

Система импульсно - фазового управления СИФУ.

Модуль управления СИФУ выполнен в виде программного блока, недоступного для перепрограммирования. Выходными сигналами блока являются шесть импульсов, следующих друг за другом с интервалом 60°эл. При наладке могут изменяться:

- установленное в параметре P152 количество периодов синхронизирующего напряжения, в течение которого производится усреднение времени, по которому вычисляется частота питающего напряжения;

• заданная значением, установленным в параметре P079, длительность выходных импульсов. При P079=0 формируются узкие импульсы длительностью -0,89мс. При P079=1 формируются широкие импульсы длительностью на 0,1мс меньше интервала проводимости тиристоров (1 -3-5, 2-4-6);

• задание на перевод тиристорного преобразователя в режим работы диодного преобразователя, когда управляющие импульсы подаются одновременно на все тиристоры. Режим диодного преобразователя возможен только при наличии команды «Возбуждение» (B0160=1) и отсутствии либо недопустимом снижении синхронизирующего напряжения;

- задание режима блокирования (снятия) управляющих импульсов производится установкой соответствующего значения в бинектор, выбранный в параметре P177 (в данном случае B9490). При B9490=0 управляющие импульсы снимаются. Это свойство СИФУ используется в схеме выбора канала управления.

Сигнал задания для СИФУ (коннектор K0101) является результатом суммирования выходного сигнала АРВ (K9167), сигнала K9430, пропорционального уставке напряжения Us* (K9127, коэффициент пропорциональности задан в параметре U099.11) и сигнала K9197, в котором записано напряжения смещения, пропорциональное текущему значению активной составляющей тока генератора (коэффициент пропорциональности задан в параметре U099.12). Прохождение сигнала блокируется триггером при неисправном блоке датчиков. В результате во всех статических режимах выход сигнал АРВ близок к нулю.

Коннектор K0101, в котором записано значение угла регулирования, поступает на вход ограничителя угла регулирования. Параметрами P150 и P151 задаются значения максимального и минимального углов регулирования. С выхода ограничителя сигнал записывается в коннектор K0100 и поступает на

вход СИФУ.

В коннекторе K0101 текущее значение угла регулирования записано в цифровой форме. РКУ воспринимает параметрические сигналы в аналоговой форме. Поэтому содержание коннектора K0101 (при наличии команды «возбуждение») или коннектора K9518 (при отсутствии команды «возбуждение») обрабатывается и преобразуется с помощью ЦАП в аналоговый сигнал.

Блок ограничителей.

Функциональная схема блока ограничителей представлена на рисунке 4.27. В блоке выполнены следующие функциональные устройства:

• ограничитель максимального тока возбуждения;

• ограничитель минимального тока возбуждения;

• ограничитель реактивного тока;

• ограничитель «В/Гц»;

• ограничитель перегрузки по току возбуждения.

Ограничитель максимального тока возбуждения.

Уставка ограничителя максимального тока возбуждения задается параметром U665 на уровне двукратного тока возбуждения (U665=100).

При отказе двух параллельных ветвей в плече вентильной секции СВ-4 бинектор B9384 принимает значение лог. 1 и уставка ограничителя снижается до значения тока, заданного в параметре U667 (U667=50 - запрет форсировки).

При работе генератора на холостом ходу бинектор B9557=1 и уставка ограничителя максимального тока возбуждения снижается до значения, заданного параметром U668 (задается на уровне 1,1 тока возбуждения на холостом ходу генератора).

Выбранное значение уставки записано в коннекторе К0510. Оно сравнивается с текущим значением тока возбуждения. Разность текущего и заданного значения записывается в коннектор K9121 и после усиления (коэффициент усиления задается параметром U537.02) и интегрирования (постоянная времени интегрирования задается параметром U539.02) без задержки воздействует на ограничитель выхода АРВ в качестве верхнего предела (коннектор К9314).

Благодаря введению в состав ограничителя интегрального канала характеристика ограничителя максимального тока возбуждения астатическая.

Ограничитель минимального тока возбуждения.

Уставка ограничителя минимального тока возбуждения (К9212) задается в параметре U099.13 на уровне 20% номинального значения (U099.13=10). Затем алгебраическая сумма уставки и текущего значения тока возбуждения, записанного в коннекторе K9150, записывается в коннектор K9122, усиливается (коэффициент усиления записан в параметре U099.10) и записывается в коннектор K9145. Затем этот сигнал сравнивается схемой выделения максимального значения с выходным сигналом ограничителя реактивного тока (K9123). На выход схемы (коннектор K9193) проходит максимальный из сравниваемых сигналов. При действии ОП (В9674=0) уставка ограничителя минимального тока возбуждения увеличивается до 80% номинального значения (задается в параметре U099.09), что позволяет избежать глубоких провалов тока возбуждения при восстановлении напряжения генератора.

Ограничитель реактивного тока.

Уставка ограничителя реактивного тока получается путем суммирования величины, записанной в параметре U099.08 и определяющей уровень допустимого реактивного тока при нулевой активной нагрузке генератора, и числа, записанного в коннекторе К0172, являющегося нелинейной функцией активного тока генератора. Вид этой нелинейности (характеристика ОМВ) задается параметрами Р520...Р530. Параметр Р520 задает значение коннектора К0172 при активном токе генератора равном 0, Р521 - при 10% номинальной активной нагрузки, Р522 - при 20% и т.д. Р530 задает значение К0172 при активной нагрузке равной и большей номинальной.

Значение уставки записано в коннекторе К0171. Оно сравнивается с текущим значением реактивного тока генератора. Разность текущего и заданного значения записывается в коннектор К9123 и сравнивается с выходным сигналом ограничителя минимального тока возбуждения. На выход схемы (коннектор K9193) проходит максимальный из сравниваемых сигналов.

После усиления (коэффициент усиления задается параметром U537.03) и интегрирования (постоянная времени интегрирования задается параметром U539.03) сигнал ограничителя записывается в коннектор К9324 и поступает на вход схемы ограничения.

Благодаря введению в состав ограничителя интегрального канала характеристика ОМВ астатическая.

При поступлении команды на разгрузку по реактивной мощности при останове агрегата устанавливается B9380=1, В9360=0 и B9451=0. Поэтому на вход сумматора схемы ОМВ вместо числа, записанного в коннекторе K9508, подается сигнал 0%, а значение активного тока генератора, записанное в коннекторе К0015 устанавливается равным 0. Таким образом задание реактивного тока генератора, записанное в К0171 становится равным 0. Так как при разгрузке в коннектор K9214 вместо выходного сигнала регулятора напряжения (K9133) записывается сигнал Ifmin (K9211), задание для СИФУ принимает значение, при котором ток возбуждения снижается до уровня, обеспечивающего работу генератора с cosq)=1 при текущем значении активной нагрузки генератора.

Ограничитель В/Гц.

Ограничитель В/Гц снижает значение уставки напряжения генератора при работе его на холостом ходу. В случае снижения частоты ниже 49Гц (98% -задается параметром U099.19) разница значений частоты и 49Гц записывается последовательно в коннекторы К9126, K9460, K9218 снижая значение уставки напряжения генератора на 2% при снижении частоты на 1Гц.

Ограничитель перегрузки ОП.

Максимально допустимый ток ротора равен двукратному номинальному, время его действия ограничивается допустимой длительностью форсировки возбуждения. Меньшие перегрузки разрешаются в течение времени, зависящего от их кратностей. Перегрузочная способность генератора задается заводом-изготовителем в виде перегрузочной характеристики, определяющей допустимое время перегрузки в зависимости от ее кратности. В ОП реализована перегрузочная характеристика, проходящая несколько ниже заводской характеристики. Выходной сигнал ОП действует на снижение уставки напряжения Us* генератора.

В исходном состоянии ток возбуждения не превышает допустимое значение, выход ОП (К9344) равен нулю, о чем свидетельствует логическая 1, записанная в бинекторе В9674. При этом бинекторы В9663=0 и В9673=1, в результате чего В9551=1, и рост выхода ОП в К9344 запрещен.

При снижении напряжения в энергосистеме АРВ, с целью его поддержания, будет увеличивать ток возбуждения.

Перегрузочная характеристика ОП построена с помощью блока нелинейности и ПИ-регулятора.

ПИ-регулятор используется для отсчета времени нагрева и остывания генератора. При превышении током возбуждения допустимого значения начинается отсчет допустимого времени Т, определяемого характеристикой блока нелинейности и величиной. Ток возбуждения начинает снижаться. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока в коннекторе К9129 не появится 0. Это произойдет при токе возбуждения равном 0,95 номинального значения.

После этого начнется процесс остывания генератора. Время остывания рассчитывается так же, как и время нагрева, и определяется значением параметров U283.01=U283.02=1,56.

Т=1000/1,56/0,5=1282с-21 мин.

При начале остывания в В9663 записывается 0, однако, состояние триггера сохраняется (В9551=0), поэтому в случае дальнейшего снижения напряжения в энергосистеме выход ОП будет расти и не допустит роста тока возбуждения.

По истечении времени остывания в бинекторе В9673 появится 1, переключающая триггер, в результате чего в В9551 появится 1, препятствующая поступлению положительного значения на вход ПИ-регулятора. Поэтому при дальнейшем снижении напряжения в энергосистеме ток возбуждения увеличится, и процесс отсчета времени - ограничения перегрузки повторится.

При восстановлении напряжения в энергосистеме, для того чтобы не допустить чрезмерного снижения тока возбуждения, необходимо как можно быстрее снизить выход ПИ-регулятора. С этой целью его постоянная времени уменьшается в 10 раз (записано в параметре U099.25). Кроме того, в этом режиме работает ограничитель минимального тока возбуждения, препятствующий снижению тока возбуждения ниже 80% номинального значения.

Блок системного стабилизатора.

Системный стабилизатор включает в себя следующие каналы:

- производной тока возбуждения. Коэффициенты Ki'f и Ki'fmax задаются соответственно параметрами U099.15 и U099.33;

• производной напряжения генератора. Коэффициент Ku' задается параметром U099.14;

• производной частоты. Коэффициенты Kf' и Kf'max задаются соответственно параметрами U099.17 и U099.35;

• отклонения частоты. Коэффициенты Kdf и Kdfmax задаются соответственно параметрами U099.16 и U099.34.

Сумма выходных сигналов каналов производной частоты (K9155) и отклонения частоты (K9157) записывается в коннектор K9125 и поступает на вход сумматора совместно с выходными сигналами каналов производной тока возбуждения (K9179) и производной напряжения (K9432). Результат суммирования записывается в коннектор K9124 и поступает на вход ограничителя.

Выходной суммарный сигнал производных, а так же сигнал производной тока возбуждения, действующие на увеличение тока возбуждения, блокируются при увеличении напряжения генератора более, чем на 5% (dUs>5%). При dUs<5% блокируются сигналы, действующие на снижение тока возбуждения. Кроме того, суммарный сигнал производных полностью блокируется при Ip=0 и при работе на РКУ. Блокировка снимается с задержкой 1с (устанавливается в параметре U453).

Блок защиты и контроля проводимости тиристоров. В блоке реализованы следующие функции:

• фиксация потери питания в ячейке УИКВ;

• фиксация отказа одной параллельной ветви в плече моста СВ-4;

• фиксация отказа двух параллельных ветвей в плече моста СВ-4;

- фиксация отказа трех параллельных ветвей в плече моста СВ-4 (приравнивается к отказу плеча).

Контроль проводимости тиристоров.

Схема контроля проводимости тиристоров вводится в работу при If> 0,2Ifn (задается параметром U099.07 с учетом того, что номинальному току возбуждения соответствует 50% на выходе датчика тока возбуждения). В коннекторе К5101 записывается число, пропорциональное количеству отказавших тиристоров в плече преобразователя. Параметр U756.1 выбирается таким образом, чтобы при отказе плеча это число равнялось 100% при номинальном напряжении питания УИКВ. Так как напряжение питания УИКВ не стабилизировано, то для исключения погрешности, вызванной колебанием напряжения питания, вычисляется отношение чисел, записанных в коннекторах К5102 и К5101. Полученная величина записывается в коннекторе К9142 и затем поступает на вход трех схем сигнализаторов предельного значения с фильтрацией (постоянная времени 1000мс). Уставки (предельные значения) заданы в параметрах U099.20=10, U099.21=25 и U099.22=50.

При отказе одной параллельной ветви в любом или каждом плече преобразователя формируется предупреждение А019 «Отказ 1 ветви». При этом ограничений режима не вводится.

При отказе двух параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя формируется предупреждение А020 «Отказ 2пар. ветвей». При этом автоматически вводятся ограничение тока возбуждения на уровне 40% номинального значения и запрет форсировки.

При отказе трех параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя (что считается отказом плеча) формируется предупреждение А023 «Отказ плеча». При этом уставка напряжения генератора автоматически снижается до вступления ОМВ.

Панель оператора OP1S.

Внешний вид панели оператора OP1S приведен на рисунке 4.28.

На дисплее панели отображаются данные об активном и реактивном токе, напряжении статора генератора, а так же значение сопротивления изоляции цепей возбуждения (100% соответствует сопротивления изоляции равное

1МОм).

Система защиты, сигнализации и диагностики.

Программным обеспечением контроллера предусмотрены следующие возможности системы защиты, сигнализации и диагностики:

- 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. Перечень параметров индикации приведен в таблице 4.3;

- запоминание («осциллографирование») до 9 «аналоговых» и 16 дискретных величин. Можно задать момент времени начала 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. Перечень аварийных и предупредительных сообщений контроллера приведен в таблицах 4.4 и 4.5.

Продолжение таблицы 4.3

г951	Описание сбоя
n009	Нагрузка процессора
n042	Память предупреждений, которые появились с моменты последнего включения питания	J002 - память А017.. .А032
		J003 - память А033.. .А048
n762.2	Напряжение питания УИКВ	Номинальному значению соответствует 100%
n762.3	Напряжение питания РКУ	Номинальному значению соответствует 100%
n762.4	Напряжение питания защит	Номинальному значению соответствует 100%
n762.6	Напряжение питания датчиков	Номинальному значению соответствует 100%
n768.1	Выход АРВ	В статических режимах не более 2%

Таблица 4.4 Перечень предупредительных сообщений

Индикация | Сообщение Примечание

A018	Короткое замыкание бинарных выходов	Сигнализирует о наличие КЗ на выходе одного из выбираемых цифровых выходов
A019	Отказ 1 параллельной ветви	Сигнализирует об отказе 1 параллельной ветви в плече преобразователя
A020	Отказ 2 параллельных ветвей	Сигнализирует об отказе 2 параллельных ветвей в плече преобразователя
A021	Потеря питания от СН	Сигнализирует о потере питания от СН в течение 40с
A023	Отказ плеча	Сигнализирует об отказе плеча преобразователя
A024	Отказ датчиков	Сигнализирует об отказе датчиков из-за потери питания, отключения выключателя в цепи цепей измерения напряжения статора или обрыва этих цепей
A027	Потеря питания от ТП	Сигнализирует о потере питания от ТП в течение 10с
A028	Потеря резервного питания	Сигнализирует о потере резервного питания в течение 10с

А033 | Потеря питания РКУ | Сигнализирует о потере питания РКУ

Заключение

Системы возбуждения генераторов относятся к числу наиболее ответственных элементов генератора [5]. Система возбуждения генератора должна быть выполнена с максимальной надежностью и эффективностью. Работа системы возбуждения существенно влияет на устойчивость работы генераторов, и соответственно, энергосистемы в целом [8]. Система возбуждения должна обеспечить нормальное, безаварийное функционирование генераторов.

Актуальность проблемы модернизации существующей системы возбуждения Капчагайской ГЭС возникла, в связи с двукратной выработкой своего ресурса (ресурс - 20 лет, станция эксплуатируется с 1970 года - 43 года), характеризующегося крайним износом, высокой степенью аварийности и практически неремонтоспособностью.

Целью диссертационной работы является - повышение эффективности и надежности системы. Обеспечение более надежной работы системы возбуждения генераторов.

В связи с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования:

1. Исследовать существующую систему возбуждения.

2. Провести анализ известных на сегодняшний день систем возбуждения разных производителей.

3. Выбрать оптимальную, отвечающую требованиям эффективности и надежности систему возбуждения.

4. Исследовать выбранную систему возбуждения.

Результаты исследования опубликованы в сборнике трудов научно-практической конференции магистрантов «Энергетика, радиотехника, электроника и связь», АУЭС, 2013 г. [13].

В первом разделе работы изучены краткие характеристики и параметры гидрогенераторов и существующей системы возбуждения Капчагайской ГЭС.

Проведен анализ состояния и определены недостатки существующей системы возбуждения гидрогенераторов Капчагайской ГЭС.

Оборудование существующей системы возбуждения физически и морально устарело, 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). ЗИП практически исчерпан. За время эксплуатации было выявлено ряд серьезных недостатков в работе системы возбуждения.

Проведенный анализ показывает, что назрела настоятельная необходимость в срочной полной замене устаревших систем возбуждения на современные, высоконадежные, с сухими тиристорами с воздушным охлаждением, и системами управления и регулирования на микропроцессорах.

Во втором разделе рассмотрены требования к системе возбуждения для реконструкции Капчагайской ГЭС.

Оборудование, применяемое для реконструкции системы возбуждения Капчагайской ГЭС, должно отвечать требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ 21558-2000 «Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Общие технические условия».

В третьем разделе проведен анализ современных систем возбуждения.

Для модернизации системы возбуждения на Капчагайской ГЭС была запрошена и проанализирована техническая информация и ценовые предложения следующих заводов-изготовителей современных систем возбуждения:

1. НПО «ЭЛСИБ» ОАО, г. Новосибирск;

2. Фирма «АВВ»;

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

4. ООО «СКБ ЭЦМ», г. Екатеринбург.

На основе проведенного анализа была выбрана наиболее оптимальная, отвечающая требованиям эффективности и надежности система возбуждения, подходящая по техническим характеристикам, параметрам и по цене.

В четвертом разделе исследована выбранная система возбуждения. Тиристорная микропроцессорная система возбуждения СТСГМП1-400-1400-2,5 УХЛ4 имеет ряд особенностей, заключающихся в следующем:

- вентильные секции выполнены с естественным воздушным охлаждением, при этом оригинальная конструкция охладителей позволяет уменьшить габариты при сохранении удобства обслуживания;

- является одной из лучших по надёжности системой возбуждения, за счёт введения в преобразователь двух резервных параллельных ветвей в плече и применения двух каналов управления, каждый из которых имеет автоматический регулятор возбуждения, систему управления тиристорами и функциональные блоки, реализующие схемы управления, защиты и сигнализации;

• гашение поля генератора замыканием обмотки возбуждения на сопротивление Ясс с помощью тиристорного разрядника и недорогих быстродействующих выключателей делает сопоставимым время гашения с временем, получаемым при использовании дорогостоящего автомата гашения типа АГП;

• микропроцессорный АРВ имеет второй альтернативный канал измерения напряжения генератора, подключенный к анодному напряжению тиристорного преобразователя, что повышает «живучесть» системы при неисправности в цепях напряжения;

- введенный в микропроцессорный АРВ алгоритм блокирования каналов стабилизации при динамических изменениях режима энергосистемы позволяет обеспечить хорошую динамику изменения напряжения возбуждения при коротких замыканиях и сбросах мощности в энергосистеме;

- ряд сервисных устройств, запрограммированных в АРВ (источник контрольного входа, функциональный генератор сигналов, регистратор-осциллограф аварийных процессов), позволяет использовать при проверках и настройках каналов контроллера традиционные методики и навыки работы с аналоговым оборудованием, что полезно на этапе перехода от аналоговой к цифровой технике.

Как уже отмечалось, в системе возбуждения СТСГМП1-400-1400-2,5 УХЛ4 тиристорные преобразователи выполнены с естественным воздушным охлаждением. Естественное воздушное охлаждение тиристоров хотя и уступает принудительному воздушному и водяному по эффективности теплоотвода, зато многократно выигрывает у них по уровню эксплуатационных расходов и надежности.

Вентильная секция в СТС содержит четыре параллельно включенных тиристора в каждом плече моста. При этом все режимы возбуждения гидрогенератора обеспечиваются при отключении одной параллельной ветви в каждом плече преобразователя. При отключении двух параллельных ветвей в плече обеспечивается работа гидрогенератора с номинальной активной мощностью и cosq)=1. Форсировка возбуждения при этом запрещается. В установившемся режиме работы с номинальным током возбуждения температура полупроводниковой структуры тиристоров составляет 79°С при полном числе тиристоров и 91°С при отключении одного тиристора в любом или каждом плече преобразователя. В конце 50-ти секундной форсировки температура полупроводниковой структуры достигает соответственно 87°С и 103°С, что значительно меньше предельно допустимой температуры, равной

125°С.

Так как интенсивность отказа тиристоров зависит от температуры в степени 3,66, то наработка на отказ резко возрастает, что обуславливает надёжную работу тиристоров.

Статистическая обработка результатов эксплуатации тиристорных преобразователей, работающих в составе систем возбуждения генератора, оснащенных блоками управления SIMOREG и выполненных либо с одной резервной параллельной ветвью показала, что средняя наработка на отказ составляет около 60000 часов и продолжает увеличиваться по мере накопления опыта эксплуатации.

С целью повышения «живучести» СТС содержит два канала управления и регулирования - основной и резервный. Наличие резервного аналогового канала управления и регулирования создает, кроме повышения «живучести», также значительные удобства при выполнении испытаний [11]. Так при необходимости внесения изменений в настройку основного канала достаточно перейти на резервный канал на работающем в сети генераторе. В условиях, когда на станции отсутствует резервный возбудитель, неоспоримым преимуществом СТС является возможность выполнения профилактических работ на одном из каналов без отключения генератора от сети.

Примененный в качестве системы управления блок управления SIMOREG представляет собой промышленный контроллер, серийно выпускаемый фирмой SIEMENS. Применение оборудования, выпускаемого в массовых количествах такой фирмой, как SIEMENS, гарантирует высокое качество контроллера, возможность получения запчастей, технической помощи при обслуживании и последующей модернизации оборудования.

Экспериментальные данные показали, что после реконструкции системы возбуждения, работа системы возбуждения стала более надежной и эффективной.

Ниже приведены проблемы в эксплуатации старой системы возбуждения и преимущества новой:

1. Протечки в системе охлаждения тиристорного преобразователя - в СТС охлаждение естественное.

2. Потеря управляющего импульса тиристорного преобразователя, пробой тиристора, при этом система не могла обеспечить все режимы работы генератора - СТС обеспечивает работу генератора с номинальной активной мощностью, даже при отключении двух параллельных ветвей в плече преобразователя.

3. Большие колебания напряжения и тока ротора, большой ток ротора на х.х. (пульсирующий), не регулируется реактивная нагрузка. Причины: отказ в работе блока частоты и защиты БЧЗ, операционного блока ОБ, блока напряжения БН - с целью повышения надежности, СТС содержит два канала управления и регулирования - основной канал управления (ОКУ) и резервный канал управления (РКУ). ОКУ выполнен на базе микропроцессорного контроллера SIMOREG, а РКУ - на базе аналоговой техники.

Устаревшая аппаратура требует постоянного повышенного внимания эксплуатационного персонала, большего объема работ - исходя из стабильности работы СТС и экономии на трудозатраты, экономия электроэнергии за год составляет 164 тыс.кВт*часов.

Список использованной литературы

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1988.

2. Электрическая часть станций и подстанций / под ред. А.А. Васильева. - М.: Энергия, 1972.

3. Технические данные завода-изготовителя на гидрогенераторы типа СВ-

1225/130-56.

4. Выписки из журналов дефектов Капчагайской ГЭС, подтверждающие высокую аварийность оборудования систем возбуждения в связи с износом и старением.

5. Усов С.В. Электрическая часть электростанций. Л.: Энергия, 1977.

6. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнергет. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1985.

7. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. - Л.: Наука,

1985.

8. Пособие для изучения «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей»: Раздел 6. Электрическое оборудование. Раздел 7. Оперативно-диспетчерское управление/Под редакцией К.М. Антипова. - М.: Энергия, 1979.

9. Глебов И.А. Научные основы проектирования систем возбуждения мощных синхронных машин. - Л.: Наука, 1988.

10. Вадатурский В.М. Системы возбуждения и регулирования синхронных двигателей и генераторов мощностью от 100 до 1000 квт и свыше 1000 квт. -

М., 1971.

11. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов, Санкт-Петербург, «Наука», 1996.

12. СТСГМП1-400-1400-2,5 УХЛ4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1СМ.572035.ТО., ООО «СКБ ЭЦМ», г.Екатеринбург, 2007.

13. Тузельбаев А.Е. Исследование системы возбуждения гидрогенерато­ров Капчагайской ГЭС. Сборник трудов научно-практической конференции магистрантов «Энергетика, радиотехника, электроника и связь». Алматы,

АУЭС, 2013.

Приложение 1. Статистика отказов системы возбуждения

Сведения по отказам систем возбуждения гидроагрегатов Капчагайской ГЭС с 1980 по 2006г.
|			Отказавший узел, элемент
Год	Дата отказа	Причина отказа системы возбуждения (причины потери возбуждения и т.п.)	Силовое оборудование	Преобразо­ватель	АРВ	Цепи защиты измерения сигнали­зации
1 2 3 4 5 6 7
1980	04.10	Г-4. Большие колебания ^от. !рот. Q			Отказ в работе блока БЧЗ
1981	15.06	Г-4. Большие колебания ^от. !рот. Q		Неисправность блока ПУ-3 и БПС-1
1981	13.07	Г-4. Потеря управляющего импульса ТП		Неисправность блока 5 БС-3
1981	14.07	Г-1. Потеря управляющего импульса ТП		Пробой тиристоров 23Т6, 52Т6 неисправность блока ПУ-2 и ПУ-5
1981	29.10	Г-1. Не регулируется реактивная нагрузка			Отказ в работе потенциал регулятора блока БН
1983	30.08	Г-1		Обрыв в импульсном трансформаторе
1984	30.08	Г-3			Отказ в работе ОМВ
1984	18.09	Г-2. Броски по току ротора реактивной мощности			Отказ в работе блока БН
1985	08.01	Г-2. Броски по току ротора реактивной мощности			Отказ в работе блока БН
1985	18.12	Г-2. Потеря управляющего импульса ТП		Неисправность блока ПУ-4
1987	14.03	Г-1 проф.восстановление		Замена конденсаторов потерявших емкость и динисторов
1987	04.10	Г-2 Срыв управляющих импульсов ТП		Неисправность блока ПУ-2

Продолжение приложения 1

Окончание приложения 1

1	2	3	4	5	6	7
				Заменен
1997	19.06	Г-1. Периодический срыв		динистор блока
		управляющего импульса		сигнализации ШТВ-2
		Г-3. Отказ в регулировании АРВ			Блок БН.
1997	27.06				Дефект в реле РУМ
						Схема
1997	04.07	Г-2. Отсутствует				управл.
		самовозбуждение				Дефект реле.
1997	05.10	Г-3. Нет тока в фазе В,		Перегорел
		2-ая ветвь 6-ое плечо		предохранитель
1997	27.11	Г-2. Срыв управляющего импульса		Заменен блок ПУ-1
1998	26.03	Г-2. Срыв управляющего импульса		Неисправность силового блока
					Блок ОБ.
1998	15.10	Г-2. Большой ток ротора на холостом ходу (пульсирующий)			Неисправно сть в цепи производно й тока ротора
2000	11.01	Г-2. Срыв управляющего импульса		Неисправность силового блока 4БС-2, 4БС-3
2000	08.11	Г-2. Нет тока в фазе С, 6-ая ветвь 5-ое плечо		Обрыв провода на импульсном трансформаторе
2000	13.11	Г-2. Нет тока в фазе А, 2-ая ветвь 2-ое плечо		Перегорел предохранитель
				Заменен
2001	20.06	Г-1. Периодический срыв		динистор блока
		управляющего импульса		сигнализации ШТВ-2
2002	07.06	Г-4. Большая пульсация напряжения ротора Ирот			Неисправ-сть блока ОБ
2002	19.07	Г-4. Срыв управляющего импульса		Заменен блок ПУ-1
2002	06.08	Г-3. Срыв управляющего импульса		Заменен блок ПУ-6
2003	19.05	Г-3			Отказ в работе блока ОМВ
2004	08.04	Г-2. Срыв управляющего импульса		Заменен блок ПУ-5
			На Г-1-Г-4
1987			вышло из строя
-	-		49 тиристоров
2006			ТЛ-250, 7-9 класса