4. Быстродействующий автоматический регулятор мощности турбогенераторов

Как указывалось, БАРМ предназначается для безынерционного и ин­тенсивного воздействия на турбину при возникновении опасности нару­шения динамической (в аварийном режиме) или статической (в послеа- варийном режиме) устойчивости синхронной работы тепловой электро­станции с электроэнергетической системой. Для сохранения динами­ческой устойчивости, например при коротком замыкании на одной из линий двухцепной электропередачи, производится интенсивное кратко­временное снижение мощности турбины, а для предотвращения выпа­дения из синхронизма турбогенераторов, из-за уменьшающейся (после отключения поврежденной цепи линии) пропускной способности элек­тропередачи — длительное уменьшение генерируемой мощности.

Быстродействующий АРМ воздействует непосредственно на элек- трогидравлический преобразователь ЭГП, связывающий электрическую часть автоматической системы регулирования мощности с гидравличе­ской исполнительной частью АРЧВ турбины (см. рис. 3.6), или на элек­тромагниты закрытия ее регулирующих и стопорных клапанов.

Быстродействующий АРМ выполняет и защитные функции, предот­вращая разгон турбины при отключении синхронного генератора, и су­щественно повышает ее динамические свойства при переходных процес­сах, а именно приемистость — способность турбины быстро изменять развиваемую мощность.

В соответствии с назначением БАРМ функционирует как ПД-регу- лятор и использует обширную информацию как об электрических, так и тепловых и механических режимных параметрах. Поэтому его измери­тельная часть состоит из нескольких измерительных преобразователей, нелинейных функциональных преобразователей и специфических фор­мирователей сигналов, определяющих дозированные по интенсивности и длительности противоаварийные управляющие воздействия на тур­бину.

Применяются быстродействующие измерительные преобразователи активной мощности (БИПМ) и частоты напряжения синхронного гене­ратора (БИПЧ), измерительный преобразователь вращающего момен­та (мощности) турбины (ИПМТ) и датчики давления свежего пара (ДСП) — перед ЦВД турбины и перегретого — перед ЦСД [11] турбины (ДПП).

Совместно с элементами сравнения непрерывного и релейного дей­ствия и функциональными преобразователями они образуют следующие измерительные органы (ИО) и органы формирования (ОФ) сигналов до­зированных управляющих воздействий регулятора (рис. 4.3): мощно­сти турбины ИОМТ; соответствия развиваемого турбиной вращающего и тормозного моментов нагрузки генератора ИОСМ\ кратковременной (импульсной) разгрузки турбины ОФИР; ограничения мощности (дли­тельной разгрузки) турбогенератора ОФОМ; давления пара ИОДП; за­крытия клапанов турбины ИОРД (релейного действия).

Мощность турбины, равная в относительных единицах ее вращаю­щему моменту, определяется по истинной мощности синхронного гене­ратора и ускорению вращения турбины

P_T = P_r + J^, (4.4)

at

где J — общий момент инерции турбогенератора.

Поэтому измерительный орган ИОМТ содержит измерительные пре­образователи активной мощности синхронного генератора БИПМ, изме­рительный преобразователь частоты БИПЧ с дифференциатором AD и сумматор AW2, образующие измерительный преобразователь момента или мощности турбины ИПМТ, и вычитатель АН1 сигналов информа­ции о мощности турбины в виде тока /р_т и заданной мощности Р_г._пр (ток /р_Пр) синхронного генератора.

Однофазный быстродействующий БИПМ показан на схеме в целесо­образном его выполнении на двух перемножителях АХ 1, АХ2 ортого­нальных составляющих, на которые напряжение и_г и ток г_г разлагаются активными фазовращателями Ав 1, Ав2 [8]. Напряжение Up суммато­ра AW1 выходных напряжений перемножителей не содержит гармони­ческой составляющей удвоенной промышленной частоты, свойственной произведениям мгновенных синусоидальных величин, как в симметрич­ном режиме, так и в условиях несимметрии трехфазных напряжения и тока синхронного генератора: быстродействие ИПМ достигается за счет отсутствия инерционного выходного частотного фильтра.

Приемлемая инерционность БИПЧ достигается его выполнением на управляемых интеграторах (см. рис. 3.11) с выходным малоинерцион­ным ФНЧ, необходимым в связи с последующим дифференцированием его выходного напряжения. Активные дифференциатор AD, сумматоры и вычитатели выполняются на ИОУ в инвертирующем и дифференци­альном их включениях соответственно [8]. Вычитатель АН 1 выходных токов 1р_т ИПМТ и /_Рпр служит элементом сравнения непрерывного дей­ствия сигналов информации о развиваемой турбиной мощности и задан­ной нагрузке синхронного генератора.

Вычитатель АН2 выходных напряжений БИПМ и датчика давле­ния перегретого пара ДПП определяет степень несоответствия враща­ющего момента, развиваемого ЦСД и ЦНД турбины за счет потенци­альной энергии значительного объема пара в сепараторе-перегревателе СПП (см. рис. 1.4,а) и электрической нагрузки генератора при переход­ных процессах. Совместно с БИПМ и ДПП вычитатель АН2 образует измерительный орган ИОСМ, выходной сигнал которого необходим для повышения приемистости турбины. На его выходе условно стабилитро­ном VD показан многоступенчатый ограничитель интенсивности сигна­ла на закрытие клапанов турбины, которое происходит под воздействием пружин исполнительных гидравлических двигателей (см. рис. 3.6), т.е. быстрее, чем их открытие под воздействием давления масла. Ограниче­ние способствует некоторому выравниванию скоростей сброса и набора мощности турбиной при переходных процессах.

Формирователь сигнала импульсной разгрузки турбины ОФИР со­держит переключаемые ключами SA3-SA§, управляемыми от устрой­ства противоаварийной автоматики (УПА), делитель Д1-ДЗ напряже­ния Е_п источника питания и набор резисторов R4-RQ в цепи заряда конденсатора С. Они обеспечивают формирование сигнала прямоуголь­ной формы с дискретно изменяемой интенсивностью и длительностью и экспоненциальным затуханием, обеспечивающего определяемую УПА степень кратковременного снижения развиваемой турбиной мощности, необходимую для предотвращения нарушения динамической устойчиво-

О^ ПО:

Рис. 4-3. Функциональная схема быстродействующих АРМ турбогене­ратора

сти электропередачи [1]. Интенсивность сигнала пропорциональна на­пряжениям U\, U2 на входе их активного повторителя AU, длительность определяется постоянной времени заряда конденсатора С до напряже­ния ис, равного напряжению срабатывания /7_ср элемента их сравнения релейного действия (ИОУ А2 в дифференциальном включении с поло­жительной обратной связью). Он управляет ключом SA7, закорачива­ющим вход повторителя напряжений AU. Экспоненциальное затухание импульса от напряжения Uc = Д_с.р обусловливается разрядом конденса­тора С через (благодаря диоду на выходе AU) сопротивление на входе общего сумматора сигналов AW3. В реальном ОФИР предусмотрено по три (на схеме показаны две) ступени изменения как интенсивности, так и длительности (от 0,05 до 0,5 с) сигнала импульсной разгрузки [2].

При необходимости длительной разгрузки турбогенератора для пре­дотвращения нарушения статической устойчивости электропередачи устройствами противоаварийной автоматики УПА вводится в действие орган формирования сигнала ограничения мощности О ФОМ. Он содер­жит элемент запоминания предписанной мощности ЭЗМ Р_г._ир = Рг.и в доаварийном (исходном) режиме — напряжение Др_г._и и вычитатель АН3 из него напряжений Сз, U4, устанавливаемых управляемыми от УПА ключами SA8, 5Д9 и пропорциональных мощности Р_ргр разгрузки турбогенератора. Сниженная предписанная мощность в послеаварийном режиме Р_г.п.а = -Рг.и ^— Д_ргр в виде напряжения Uр_г._п._а подводится (клю­чом SA2) к элементу его сравнения (вычитатель АН 1) с напряжением на выходе сумматора AW2, отображающим мощность, развиваемую тур­биной (при этом ключ SA1 размыкается).

Измерительный орган давления свежего (перед ЦВД турбины) пара ИОДП состоит из индукционного датчика ДСП давления р_с.п и элемента сравнения его ЭДС с напряжением задающего элемента, моделирующим заданное давление р_пр (на схеме не показаны).

Релейное воздействие ИОРД на экстренное закрытие регулирующих клапанов турбины (электромагнитами ЭМ) при аварийном отключении синхронного генератора производится по дискретному сигналу от вспо­могательного контакта выключателя синхронного генератора Q_T.

Сигналы от всех измерительных органов и формирователей через суммирующий усилитель AW3 поступают в электрогидравлический преобразователь ЭГП, воздействующий на исполнительную гидравли­ческую часть АРЧВ турбины (см. рис. 3.6).