книги из ГПНТБ / Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник

тора (отрезок АД), которая приведет к ускорению рото­ ра. В этом случае площадка ускорения представляет собой фигуру АДЕ Б. После отключения поврежденной линии JI2 в работе останется Л1, что приведет к увели­ чению внешнего сопротивления до хВН2 и уменьшению максимума передаваемой мощности в соответствии с вы­ ражением (2-13) по сравнению с максимумом передавае­ мой мощности до аварии. При этом площадка торможе­ ния БВГ в представленной ситуации оказалась меньше площадки ускорения, что означает выход генератора из синхронизма. И в этом случае для сохранения устойчи­ вости параллельной работы молено применить форсиров­ ку возбуждения на время переходного электромеханиче­ ского процесса (рис. 2-11,г). При форсировке возбужде­ ния с £*Пр'=1,8 площадка торможения БВГ станет боль­ ше площадки ускорения АДЕБ. При наличии форсиро­ ванного возбуждения устойчивое равновесие между Мт и Мс имеет место при угле 6i (рис. 2-11,г). После отклю­ чения форсировки и установления нормального рабочего возбуждения устойчивое равновесие наступит при угле бг.

Из изложенного следует, что для обеспечения дина­ мической устойчивости параллельной работы генерато­ ров необходимо предъявлять определенные требования к быстродействию релейных защит, к системам возбуж­ дения синхронных генераторов и устройствам их автома­ тического регулирования,, исходя из возможных аварий­ ных ситуаций в проектируемой схеме системы. Эти тре­ бования обычно формулируются по отношению к вели­ чине форсировки возбуждения (потолок возбуждения) и скорости форсировки возбуждения. Кроме того, на си­ стемы возбуждения возлагаются функции регулирования напряжения на генераторах.

2-6. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Системами возбуждения называют устройства, обеспе­ чивающие питание обмоток возбуждения постоянным или выпрямленным током. Системы возбуждения имеют устройства ручного управления и автоматического регу­ лирования возбуждения (АРВ).

В настоящее время наибольшее распространение на­ шли следующие системы возбуждения (рис. 2-12):

1. Электромашинная система возбуждения с возбу­ дителем постоянного тока, которая может иметь незави-

4°

СйМый от напряжения генератора привод (возбудитель па общем валу с генератором) и привод, зависящий от напряжения на выводах генератора.

2. Электромашинная система возбуждения с возбу­ дителями переменного тока на общем валу с генерато­ ром. Эта система возбуждения может иметь следующие модификации:

свозбудителем промышленной частоты и неподвиж­ ным выпрямительным устройством;

свозбудителем повышенной частоты и неподвижным выпрямительным устройством;

свозбудителем переменного тока н вращающимся по­ лупроводниковым выпрямительным устройством (бесще­ точная система возбуждения).

3. Безмашинная система возбуждения с зависимым питанием.

Электромашинная система возбуждения с возбудите­ лем постоянного тока имеет якорь возбудителя, который непосредственно сочленен с валом генератора и враща­ ется с одинаковой с ним частотой вращения; ручное ре­ гулирование величины тока возбуждения генератора // осуществляется изменением напряжения на коллекторе возбудителя, последнее регулируется током возбуждения возбудителя с помощью шунтового реостата ШР.

Такие системы возбуждения успешно используются для турбогенераторов средней мощности. При увеличе­ нии мощности турбогенератора выше 150 МВт коллек­ торная машина на 3 000 об/мин не может обеспечить требуемое увеличение мощности возбудителя.

Снижение частоты вращения возбудителя выполняет­ ся либо с помощью редуктора (рис. 2-12,6), либо при­ вода от специального электродвигателя с пониженной частотой вращения (рис. 2-12,в). В последнем случае си­ стема возбуждения становится зависимой от напряжения на выводах генератора, так как приводной двигатель Д питается от шин собственных нужд через трансформатор собственных нужд ТР СИ. Чтобы уменьшить влияние кратковременных глубоких снижений напряжения на ра­ боту системы возбуждения, на валу возбудителя уста­ навливается маховик М. Зависимые машинные системы возбуждения применяются главным образом в качестве резервных.

Сувеличением мощности генераторов до 300 МВт по­ лучили распространение электромашинные системы воз­

42

буждения с возбудителями переменного тока повышен­ ной частоты (рис. 2-12,г). Возбудитель представляет со­ бой трехфазный генератор индукторного типа. У него трехфазная обмотка переменного тока 5 и обмотки воз­ буждения 1, 2, 3 заложены в пазах статора. Ротор на­ бран из листов электротехнической стали в пакеты зуб­ чатого профиля (10 зубцов при частоте 500 Гц). Перемен­ ная э. д. с. наводится в трехфазной обмотке от пульса­ ций величины магнитной индукции в пазах статора, вы­ званных изменением воздушного зазора между статором и ротором при вращении последнего.

При работе генератора на холостом ходу возбужде­ ние возбудителя В осуществляется обмоткой 2 от под­ возбудителя ПВ (постоянный магнит ротора подвозбу­ дителя находится на общем валу с ротором индукторного генератора и основного синхронного генератора) через выпрямительное устройство ВУ. В рабочем режиме всту­ пает в действие возбуждение от обмотки 1, включенной последовательно с обмоткой возбуждения основного ге­ нератора. Регулирование и форсировка возбуждения осуществляются с помощью обмотки 3 от магнитного усилителя.МУ регулятора возбуждения.

Отсутствие коллектора и обмоток на вращающемся роторе индукторного генератора позволяют значительно увеличить мощность такой машины при 3 000 об/мин по сравнению с возбудителем постоянного тока.

Рассмотренная система возбуждения имеет скользя­ щие контакты в местах подвода постоянного тока к об­ мотке возбуждения генератора. С ростом мощностей генераторов и ростом токов возбуждения возникает су­ щественная потребность освободиться и от этих скользя­ щих контактов кольца-щетки. Принципиальная схема такой системы возбуждения показана на рис. 2-12,(5. Трехфазная обмотка возбудителя и выпрямительное устройство вращаются вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора. Обмотка возбуждения возбуди­ теля располагается на статоре и питается через выпря­ мительное устройство от подвозбудителя, устройство ко­ торого аналогично устройству подвозбудителя в системе возбуждения (рис. 2-12,г). В создании и эксплуатации таких систем возбуждения возникают трудности в изме­ рениях величины тока возбуждения генератора ОВГ, замена отдельных выпрямительных элементов в группах выпрямительного устройства требует остановки гене­

43

ратора. Имеются трудности и в обеспечении быстродей­ ствующего регулирования возбуждения.

Безмашинная вентильная система возбуждения (рис. 2-12,е) получает зависимое питание от выводов генератора через выпрямительный трансформатор ВТ и последовательно включенные вторичные обмотки сериесного трансформатора СТ. Первичные обмотки сериесного трансформатора включены последовательно в цепи трех фаз статора генератора. Такое комбиниро­ ванное питание выпрямительного устройства позволяет поддерживать нужный уровень тока возбуждения син­ хронного генератора при коротких замыканиях в сетях, питающихся от него, ибо при коротких замыканиях сни­ жение напряжения на выпрямительном трансформаторе компенсируется увеличением составляющей напряжения от сериесного трансформатора.

Применение управляемых выпрямительных устройств позволяет сделать такие системы возбуждения практи­ чески безынерционными при регулировании возбужде­ ния вплоть до потолочного значения.

В рассмотренной системе возбуждения нет вращаю­ щихся машин, но трансформатор, первичная обмотка ко­ торого должна быть рассчитана на полный ток статора генератора, при соблюдении линейной зависимости меж­ ду первичным и вторичным током, столь необходимой для форсировки возбуждения при к. з., является гро­ моздким и дорогостоящим элементом схемы.

Выбор необходимой системы возбуждения помимо общих требований надежности определяется учетом кон­ кретных условий работы генераторов, мощности и даль­ ности передачи, учетом требований величины и скорости форсировки возбуждения.

2-7. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Сохранение требуемого напряжения является одним из важнейших средств обеспечения надежной и экономич­ ной работы потребителей электрической энергии.

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) призвано автоматически изменять величину э. д. с. ге­ нератора для поддержания заданного напряжения на его выводах. Изменение напряжения связано с изменением падения напряжения внутри генератора при изменении

тока его нагрузки От= Ёт— jlx d (рис. 2-13).

44

Существует несколько видов АРВ. Одна часть из них реагирует на отклонение напряжения генераторов (регу­ ляторы пропорционального действия), а другая часть способна реагировать на первую и высшие производные величины напряжения, а также на изменение угла 6. Последние получили название регуляторов возбуждения сильного действия.

Рис. 2-13. Схема компаундирования с коррекцией по напряжению.

а — схема замещения генератора; б — упрощенная схема компаундирования с двумя корректорами напряжения (/, 2).

Рассмотрим принцип действия АРВ пропорциональ­ ного действия, нашедшего широкое распространение и получившего название к о м п а у н д и р о в а н и е . Назва­ ние компаундирование перенесено от генераторов посто­ янного тока, в которых помимо шунтовой обмотки воз­ буждения для компенсации снижения напряжения от увеличения тока якоря введена еще одна обмотка воз­ буждения (последовательная), через которую протекает ток якоря. При этом с увеличением падения напряжения

45

при росте тока якоря возрастает и э. д. с. генератора. В генераторах переменного тока используется тот же принцип. Регулирование возбуждения генератора осуще­ ствляется регулированием возбуждения возбудителя (это позволяет снизить рабочие токи АРВ), а регулирование возбуждения возбудителя — выпрямленным током, про­ порциональным току статора генератора. Цепь компаун­ дирования получает питание от трансформаторов тока ТТ и через трансформатор и выпрямительное устройст­ во подает гК01Ш1 на обмотку возбуждения возбудителя OBBI в дополнение к току возбуждения гвв, регулируе­ мого шунтовым реостатом ШР. Величина первоначаль­ ного тока компаундирования задается с помощью уста­ новочного реостата гу. При этом гКОмп изменяется про­ порционально току статора и увеличивает э. д. с. гене­ ратора при возрастании нагрузки и при внешних корот­ ких замыканиях, обеспечивая задачу форсировки воз­ буждения.

Однако поддержание рабочего напряжения на выводах трехфазного генератора переменного тока не­ изменным при разных режимах работы посредством одного компаундирования невозможно, гак как на вели­ чину падения напряжения внутри генератора влияет не только величина тока статора, но и фазовый сдвиг между напряжением и током. Из формулы (1-9), при­ нимая во внимание, что активное сопротивление гене­

паундирование. Поэтому в дополнение к компаундирова­

к дополнительным обмоткам возбуждения возбудителя ОВВП и OBBIII. Корректор 1 посылает ток iKOppi в том случае, когда компаундирование не справляется и напря­ жение оказывается ниже заданного. Корректор 1 рабо­ тает в поддержку возбуждения, его называют согласно включенным. Корректор 2 работает в том случае, когда напряжение оказывается выше заданного. Корректор 2 посылает ток противоположного направления по срав­ нению с током корректора 1, он размагничивает возбу­ дитель и снижает э. д. с. генератора (противовклгочен-

46

ный корректор). Совместное использование компаундйрования и коррекции по напряжению позволяет обеспе­ чить достаточную точность поддержания напряжения на

выводах генератора.

На рис. 2-14 приведена схема АРВ пропорциональ­ ного действия, получившая название у п р а в л я е м о г о ф а з о в о г о к о м п а у н д и р о в а н и я . Схема включает в себя следующие основные элементы: универсальный

Ри,с. 2-14. Упрощенная схема управляемого фазового компаундиро­

вания.

трансформатор с подмагничиванием УТП, корректор на­ пряжения КН, дроссель Др и выпрямительное устрой­ ство ВУ.

Трансформатор УТП имеет четыре обмотки. Обмотка 1 обтекается переменным током, пропорциональным току генератора /г, обмотка 2 — переменным током /н, про­ порциональным напряжению генератора. Обмотка 3 является вторичной, ток /к после выпрямления (iK) по­ дается в обмотку возбуждения возбудителя ОВВ.

Фаза тока /н подобрана так, что ток /н совпадает по фазе с реактивной слагающей тока генератора. В силу этого при чисто активной нагрузке генератора намаг­ ничивающие силы обмоток 1 \\ 2 сдвинуты друг относи­ тельно друга на 90°, при чисто реактивной нагрузке ге­ нератора они совпадают по фазе. Таким образом, ток компаундирования tK определяется как величинами тока и напряжения генератора, так и фазовым углом сдвига между векторами напряжения и тока статора (при мень­ шем угле получается наименьший ток компаундирова-

47

ноя и при 90й получается наибольший ток компаунди­

рования). Поэтому схема на рис. 2-14 получила название схемы фазового компаундирования.

Однако в чистом виде фазовое компаундирование то­ же не обеспечивает достаточной точности поддержания напряжения. В случае работы генератора с опережаю­ щим током нагрузки (емкостная нагрузка генератора) при увеличении тока в статоре напряжение на его за­ жимах будет не уменьшаться, а возрастать. Для того чтобы снизить э. д. с. генератора в случае повышения напряжения и поддержать заданное напряжение гене­ ратора, в схеме управляемого фазового компаундирова­ ния тоже применен корректор напряжения КН.

В ряде случаев форсировки возбуждения, обеспечи­ ваемой устройствами компаундирования, оказывается недостаточно. Поэтому предусматривается специальная быстродействующая (релейная) форсировка возбужде­ ния.

Принципиальная схема р е л е й н о й ф о р с и р о в к и возбуждения показана на рис. 2-12,а. В качестве чувст­ вительного элемента в этой схеме используются реле на­ пряжения PH с размыкающими контактами. При глубо­ ком снижении напряжения (реле задается уставка 0,85 Дном) на шинах станции PH замыкает свои кон­ такты, обеспечивая тем самым цепь постоянного тока для питания обмотки контактора форсировки КФ. Кон­ тактор форсировки своим контактом шунтирует сопро­ тивление шунтового реостата и создает наибольший ток в обмотке возбуждения возбудителя. Последнее приво­ дит к появлению предельного значения напряжения возбудителя, соответственно предельного значения тока возбуждения и предельного значения э. д. с. генератора, необходимого для обеспечения динамической устойчиво­ сти генератора.

2-8. УСТРОЙСТВА БЫСТРОГО РАЗВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

Устройства быстрого развозбуждения нужны для того, чтобы как можно быстрее погасить магнитное поле ге­ нератора (погасить э. д. с. генератора) и уменьшить по­ вреждения при пробоях изоляции обмогок статора. По этой причине они получили название автоматов гашения поля (АГП).

48

Прервать Фок возбуждений разрыйом цепи у моЩИьВс

генераторов нельзя из-за возникающих при этом пере­ напряжений в цепи ротора. Величина перенапряжений зависит от величины тока возбуждения и индуктивности

но превышать прочность изоляции обмотки возбуждения. Все устройства гашения поля призваны к быстрому га­ шению магнитной энергии, обусловленной током возбуж­ дения.

В одной из схем АГП (рис. 2-12,а) эта энергия гасит­ ся на постоянном омическом сопротивлении гг, получив­ шем название гасительного. Контакты АГП регулиру­ ются так, чтобы при отключении АГП сначала замыкал­ ся контакт KI (это позволяет избежать разрыва цепи ротора), а затем размыкался контакт К2.

Процесс затухания тока после отключения АГП опи­ сывается уравнением

решение которого относительно тока (рис. 2-15) дает:

При этом напряжение на кольцах ротора после от­ ключения АГП подчиняется закону

U^ = z L f 4 t + * /'7 = — *Уг.

т. е. меняет знак и равно падению напряжения на гаси­ тельном сопротивлении.

Таким образом, увеличение гт позволяет уменьшить постоянную времени гашения поля Тти ускорить процесс гашения поля, но при этом возрастает перенапряжение на кольцах ротора в процессе гашения поля. Обычно выбирается гг= (4-т-6)г/. Процесс гашения тока продол­ жается несколько секунд. Такие схемы АГП применяют­ ся для турбогенераторов средней мощности.