1.2. Автоматическое регулирование частоты вращения гидро- и турбоагрегатов
Согласно стандарту на качество электрической энергии допустимое отклонение частоты от 50Гц не должно превышать 0,2 Гц.
Регулирование частоты вращения производится (АРЧВ), который тесно связан (взаимодействует) с АРМ (автоматическое регулирование мощности) синхронного генератора.
На гидроэнергоблоках используются электрогидравлические регуляторы с ПИ и ПИД алгоритмом (электронный регулятор + электрогидравлический преобразователь + гидравлический ИМ (гидропривод) направляющего аппарата). Поддерживая частоту, АРЧВ обеспечивает баланс активных мощностей в энергосистеме, АРМ выполняет вспомогательную функцию распределения нагрузки между энергоблоками (в основном равномерное распределение нагрузки).
На тепловых энергоагрегатах АРЧВ является, по сути, стабилизирующим регулятором, а мощность регулируется АРМ (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Регулирование частоты и активной мощности на ТЭС: ДАМ – датчик активной мощности; МУТ – механизм управления турбиной
АРЧВ турбоагрегатов в основном строятся как статический П-регулятор и может являться регулятором подчиненного контура (рис. 1.12).
Рис. 1.12. Структура системы регулирования: АРЧА – автоматический регулятор частоты активной мощности
В основном применяется АРЧВ турбоагрегатов гидродинамического типа. Для примера рассмотрим типовой АРЧВ на мощности 200–1200 мВт (рис. 1.13).
Рис. 1.13. Схема гидродинамического РЧВ турбогенератора
Регулятор включает ИП (измерительный преобразователь) частоты вращения, который состоит из ленточной пружины F2 с грузилом G, удерживаемыми радиальными пружинамиFр.
С
изменением частоты пружина Fл
деформируется и изменяется просвет б
между отбойным кольцом К
и выходным соплом трубки
,
через которое вытекает масло из камеры
О
и через отверстие
цилиндра струйного следящего проводника
С3.
Таким образом, ЧВ
преобразовывается в давление масла. С3
выполняет функцию элемента сравнения
масла, пропорционального ЧВ,
с давлением, установленным ДШ(дросселирующие
шаблоны) напорной масленой линии Н1
в камере 1
золотника и моделирующим заданную ЧВ.
При изменении просвета давление в камере О увеличивается (ЧВ падает) или уменьшается (ЧВ растет). В результате букса С3 (БС3) перемещается по горизонтальной оси в том же направлении, что и кольцо К. Перемещаясь, букса изменяет открытие окон 2 и4, через которые масло уходит к промежуточному золотнику П3 по линии УП3 и на слив.
Таким образом, давление Ру определяется разностью давлений в камерах 0 и 1. Например, при повышении ЧВ БС3 перемещается влево, приоткрывая окно 4 на слив маслаС1. Давление РУ в линии УП 3 и в камере 7 промежуточного золотника ПЗ гидравлического усилителя ГУ снижается. Его букса БП3 смещается вверх отсечным горшнем 1П, приоткрываются окна 8, соединяющие через просвет В1 окно 9 с линией слива С2. В результате давление масла в камере 12 цилиндра отрицательной связи (ЦОС) и в камере15 золотника ИМ падает. Под воздействием избыточного давления пружины 16 букса Бзимперемещается вверх и, приоткрывая отсечным поршнем 5П окно и его просвет 17, соединяет окно 19 и масленую камеру 18 цилиндра гидравлического двигателя ИМодностороннего действия с линией слива. Давление в камере 18 падает и под воздействием избыточного усилия пружины 20 поршень УП и сочлененный с ним через раму 21 РК турбины перемещаются вниз, уменьшая впуск пара в турбину, и тем самым частоту ее вращения (рис. 1.13).
Новое состояние вращения турбины наступает благодаря действию жесткой отрицательной гидромеханической ОС – рычаг ОБВ с поршнем ЦОС, охватывающей ГУ в связи с уменьшением давления в камере 12; под действием пружины поршень 4П через рычаг ОБВ приподнимает поршни 1П, 3П, закрывая поршнем 1П окно 8, тем самым останавливая дальнейшее снижение давления.
Коэффициент ОС, определяемый соотношением плеч АБ и АВ, может дискретно изменяться перестановкой положений А', A" и его опоры. Механическая жесткая ООС в виде рычага, где охватывает гидравлический двигатель ИМ и также определяет его действие как апериодического звена. Механизм управления турбины МОТ служит задающим элементом установки предписанной частоты вращения. Она изменяется смещением поршня С3, рычагом, поворачиваемым червячным редуктором электродвигателя М или вручную. Смещение поршня изменяет давление масла в камере 1,а следовательно, заданную ЧВ. МУТ входит в состав САР АМ (активной мощности) илиСАР частоты сети.
На рисунке также показана линия пропорционального воздействия на ГУэлектрогидравлического преобразователя ЭГП АРМ быстродействующего (БАРМ). Кроме того, показан ограничитель мощности турбины ОМ в виде перемещаемого ручным или электрическим приводом упора У, препятствующего дальнейшему перемещению вниз буксы БПЗ.