книги из ГПНТБ / Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения

Система самовозбуждения с последовательными вольтодоба­ вочными трансформаторами может обеспечить стабильное питание тиристорного преобразователя при симметричных и несимметрич­ ных коротких замыканиях [21]. Поэтому такая система возбуж­ дения по своим свойствам приближается к системе независимого возбуждения. Поскольку в этой системе используются только ста­

тические элементы и не требуется удвоения аппаратуры регулирования, контроля, защиты и сигнализации,

напряжение на выводах рассматриваемого генератора будет выше,

чем в простейшей схеме, соответствующей работе генератора через линию передачи на шины бесконечной мощности [40].

Тиристорные системы возбуждения, как правило, выполняются с двумя группами вентилей: рабочего и форсированного режимов. При этом используются трехфазные мостовые схемы. При нормаль­ ной работе нагрузку несет в основном тиристорный выпрямитель рабочего режима, а в режиме работы с потолочным напряжением — выпрямитель форсированного режима.

160

Двухгрупповая схема имеет следующие преимущества перед одногрупповой:

1)внутреннее резервирование в связи с возможностью обеспе­

чения возбуждения турбогенератора от одного из выпрямителей на время устранения неисправностей в другом выпрямителе;

2)уменьшение мощности, габаритов, веса и стоимости источ­

ника питания (трансформатора или вспомогательного генератора); '

это объясняется тем, что форсировочная часть обмотки источника питания (рис. 11-1—11-3) может быть выполнена уменьшенным

сечением;

3)снижение шума и вибраций вспомогательного генератора;

4)повышение кпд возбуждения;

5)уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения.

При сопоставлении обеих схем следует, однако, иметь в виду,

что недостатки одногрупповой схемы в значительной мере могут

быть устранены за счет соответствующего ее проектирования.

Это прежде всего относится к вопросам внутреннего резервирова­ ния. В настоящее время имеется тенденция к отказу от резервных

возбудителей на тепловых электростанциях. В этих условиях необ­ ходимо обеспечивать внутреннее резервирование любой схеме

преобразователя. В одногрупповой схеме такое резервирование может быть достигнуто за счет использования дополнительных бло­

ков или применения двух идентичных выпрямителей. При этом важно, чтобы было обеспечено необходимое деление токов между двумя выпрямителями. Такое деление относится не только к вы­ прямленному току, но и к току между идентичными ветвями выпрямителей. Исследования по распределению напряжений на

катушках ротора турбогенератора показали, что величины пуль­ саций выпрямленного напряжения не могут оказывать решающего

значения при выборе системы преобразования [24].

В системах тиристорного возбуждения применяются два вида гашения поля турбогенератора: оперативное и аварийное. Первое " применяется в нормальных условиях работы генераторов при от­ ключениях и остановке генератора и осуществляется путем перевода

преобразователей в инверторный режим. Для ограничения объема

повреждения генератора в случае возможных внутренних корот­ ких замыканий предусматривается второй вид гашения поля~—

аварийное быстродействующее гашение поля генератора от дей­ ствия релейных защит. В системах самовозбуждения этот вид гаше­ ния производится автоматом гашения поля (АГП), осуществляю­ щим разряд энергии ноля на дугогасительную решетку. В системах независимого возбуждения аварийное гашение осуществляется

совместным действием АГП и инверторного режима преобра­

зователя.

Защита обмотки возбуждения генератора от перенапряжений

осуществляется вакуумным разрядником многократного действия,

который включается параллельно обмотке возбуждения через

добавочное сопротивление. Такой же разрядник используется и для защиты тиристорного преобразователя. Разрядники этого вида

позволяют регулировать уставку срабатывания от 1200 до 3500 В

амплитудных. Они допускают прохождение сопровождающего тока с амплитудой до 5000 А при среднем значении до 1000А в те­ чение. 1 сек. Разрядники допускают несколько срабатываний подряд при указанных значениях сопровождающих токов.

Преобразователи со стороны питания защищаются от возможных коммутационных перенапряжений/? — С-цепями. Кроме этого, в си­ стемах самовозбуждения предусмотрено релейное развозбуждение генератора при повышении напряжения статора до 120%.

В системах независимого возбуждения релейное развозбуждение

предусмотрено на вспомогательном генераторе.

Вентили тиристорных преобразователей от токов перегрузки при коротких замыканиях защищаются быстродействующими плавкими предохранителями с сигнализацией о срабатывании.

В соответствии с требованиями к системам возбуждения син­ хронных генераторов и трансформаторов выход из работы одной параллельной ветви плеча преобразователя не должен отразиться

на работе системы возбуждения. Это требование учитывается при выборе числа тиристоров. В тех случаях, когда в любом из плеч преобразователя отключается более 2 параллельных ветвей, происходит автоматический запрет режима формирования, и ток

возбуждения снижается до уровня, соответствующего режиму работы генератора с cosφ=1.0 при данной нагрузке.

Первые образцы систем возбуждения испытываются на электро­ станциях по широкой программе, включающей как эксплуатацион­ ные статические и переходные, так и аварийные режимы работы турбогенераторов. При этом наиболее ответственными являются испытания при сбросах и набросах нагрузки, несинхронных вклю­

чениях, в асинхронных режимах и внезапных симметричных и не­ симметричных коротких замыканиях турбогенераторов. Опыты внезапных коротких замыканий проводятся как на холостом ходу генератора с напряжением статора 0.6—0.85 номинального, так

ипри работе в энергосистеме с нагрузкой, близкой к номинальной.

Впоследнем случае точка короткого замыкания максимально при­ ближается к шинам станции, а длительность его определяется из расчета устойчивости данного узла энергосистемы.

Полученные результаты используются для корректировки при­ нятых решений по параметрам и конструкции узлов оборудования с целью повышения надежности его работы.

Основными конструктивными элементами системы самовоз­ буждения являются:

1)тиристорный преобразователь с системами управления и охлаждения, а также с аппаратурой защиты, сигнализации и ди­

станционного блока ручного управления;

162

имеют исполнение в виде таблеток. Лавинные вентили выпу­

скаются на токи до 250 А, рабочее напряжение до 1000 В и имеют резьбовое крепление в охладителях.

В настоящее время для турбогенераторов применяются в ос­ новном тиристорные преобразователи с водяным охлаждением.

Однако в СССР имеется значительный опыт и по выпуску полу­ проводниковых преобразователей для возбудительных систем с воздушным охлаждением как с помощью вентиляторов, так и путем естественного охлаждения. Наибольшая мощность тиристор­ ных преобразователей в нормальном режиме составляет 3500— 4000 кВт, а в режиме форсирования длительностью до 20 сек. —

около 14 000—16 000 кВт.

Специалистами производственного объединения «Уралэлектротяжмаш» им. В. И. Ленина разработана оригинальная система

водяного охлаждения. Охладитель представляет собою отрезок трубы с одной плоской боковой гранью, в которую вворачивается тиристор. Такие охладители соединяются путем завальцовывания

с изоляционными вставками-трубками меньшего диаметра. Такая составная труба из металлических и изоляционных участков пред­

ставляет основной элемент тиристорного преобразователя. Дистил­ лированная вода, протекающая внутри такой составной трубы, охлаждает охладители с тиристорами. Вода циркулирует по замк­ нутому контуру, состоящему из насоса, теплообменника и тири­ сторного преобразователя. C целью поддержания высокого удель­ ного сопротивления дистиллята в системе охлаждения исполь­ зуется ионнообменный фильтр и применяется нержавеющая сталь. Тиристоры составной трубы включаются параллельно. Если плечо трехфазной мостовой схемы образовано 6 параллельными цепями, в каждой из которых два тиристора соединяются последовательно,

то общее число составных труб в преобразователе будет равно 12.

Эти составные трубы соединяются резинотканевыми шлангами. C целью большей равномерности в делении тока между параллель­ ными ветвями применяются электромагнитные делители тока. Для более равномерного распределения напряжения на тиристо­

рах используются активные сопротивления и КС-цепи. Кроме того, делается подбор последовательных вентилей по времени вос­ становления запирающих свойств.

Обычно для преобразователей в системах возбуждения турбо­ генераторов используются тиристоры лавинного типа 8 и

10-го класса. Как было указано выше, напряжение, соответствую­

В каждой из параллельных цепей для защиты тиристоров ис­ пользуются плавкие предохранители. Они имеют самовентиляцию или водяное охлаждение. В последнем случае предохранители уста­

навливаются на тот же радиатор, что и вентили. Предохранители

выполняются с сигнализацией о срабатывании.

164

Производственное объединение «Уралэлектротяжмаш» ис­ пользует следующее обозначение для тиристорных преобразова­

телей с водяным охлаждением:

250 X 6

KYB 8×2 ×6M,

где 250 — средний ток тиристора, 6 — число параллельно вклю­ ченных тиристоров, 8 — класс тиристора, 2 — число последова­ тельно включенных тиристоров, 6 M — шесть плеч мостовой схемы.

Выше было указано, что для возбуждения турбогенераторов используется двухгрупповая схема. В этом случае преобразователь будет состоять из трех шкафов. В двух шкафах размещаются преоб­

разователи рабочего и форсированного режимов. Каждый шкаф для указанного выше типа преобразователя имеет следующие раз­ меры: ширина 1200 мм, глубина 800 мм, высота 2400 мм. В третьем шкафу-панели размещаются устройства управления. Этот шкаф

имеет ту же глубину и высоту, но ширина его составляет 800 мм. Устройства управления полупроводникового типа обеспечивают работу обоих преобразователей.

Система полупроводникового управления, основные элементы которой изложены в [18], состоит из фильтра опорного напря­

жения, устройства фазосмещения и силового выходного блока. Опорное напряжение устройства фазосмещения имеет форму си­ нусоиды с узким добавочным пиком на ее амплитуде. Для управ­ ления используется вертикальный принцип, при этом управляю­

щее напряжение постоянного тока представляет выходное напря­ жение автоматического регулятора возбуждения (APB). Выход­

ное напряжение в устройстве фазосмещения формируется ждущим мультивибратором, что обеспечивает необходимую ширину напря­ жения на выходе устройства, а следовательно, и на выходе сило­

вого блока.

Для возбуждения вспомогательных генераторов используются

тиристорные выпрямители с воздушным естественным охлажде­

нием.

В соответствии с рис. 11-1 и 11-2 в системах самовозбуждения применяются выпрямительные и последовательные вольтодоба­ вочные трансформаторы, разработанные производственным объеди­

нением «Уралэлектротяжмаш» им. В. И. Ленина. Выпрямительные трансформаторы, или трансформаторы преоб­

разователей, изготовляются как сухие, так и с масляным охлаж­ дением. Первые применяются для внутренней, а вторые для наруж­

ной установки. Трансформаторы подключаются на линейные вы­

воды генератора без коммутационной аппаратуры. Во вторичных цепях трансформаторов предусмотрены только разъединители, позволяющие снимать напряжение с тиристорных преобразова­ телей в случае работы турбогенератора на резервном возбуждении. Серия сухих трансформаторов включает следующие трехфазные

165

трансформаторы ТСЗП-200, 400, 200, 1600 и 2500. Наибольший из этих трансформаторов имеет первичное напряжение 15.75 кВ, вторичное напряжение 482/161 В (полное напряжение для пита­

ния выпрямителя форсированного режима, а напряжение от- .

пайки — для питания выпрямителя рабочего режима), вторичные токи 1200/2200 А. Следует заметить, что основная часть вторич­

ной обмотки до отпайки имеет в 2 раза большее сечение меди, чем остальная часть обмотки. Площадь данного трансформат opa 2600 X ×1554 мм, высота 3050 мм, вес 11 т.

Серия трехфазных масляных трансформаторов имеет следую­ щие типы: ТМП-800, ТМП-1600 и ТМП-3200, каждый из которых в свою очередь имеет несколько вариантов по значениям напря­

жений и токов как первичной, так и вторичной обмоток. В ка­ честве примера можно указать на один из вариантов трансформа­ тора типа ТМП-3200. Его первичное напряжение 20 кВ, вторичное

400/259, ток 1930/2950 А, габариты 3250×2800×4000 мм (вместе

с расширительным баком), общий вес 12.2 т.

Последовательные вольтодобавочные, или сериесные, трансфор­ маторы производятся как с естественным воздушным охлажде­ нием, так и с водяным охлаждением. Они имеют сердечники с распределенными по высоте воздушными зазорами для получе­ ния пропорциональности между эдс вторичной обмотки и током первичной обмотки. Последовательные трансформаторы, как пра­

вило, включаются в нейтраль генератора и устанавливаются под его выводами. Это позволяет выполнить трансформаторы на бо­

лее низкий уровень изоляции, чем при установке в линейных вы­

(рис. 11-4). Диаметр его сердечников равен 450 мм, суммарный воздушный зазор 232 мм, ток первичной обмотки 10 200 А, на­

пряжение вторичной обмотки 135 В, вес 7.3 т. В верхней части трансформатора показаны шинопроводы. Трехфазный трансфор­ матор с водяным охлаждением рассчитан на первичный ток 12 960 А, вторичное напряжение 200 В, диаметр его сердечника равен 500 мм, суммарный зазор 232 мм, габариты 2365 X1365 X X2570 мм, вес 14.5 т.

113. - ТИРИСТОРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ФИРМЫ «БРОУН БОВЕРИ» (ШВЕЙЦАРИЯ) [136]

Структурная схема тиристорной системы возбуждения, при­ меняемой для турбогенераторов, показана на рис. 11-5. Как видно из этого рисунка, возбудительная система является простейшей

167

системой самовозбуждения без последовательных вольтодобавоч­ ных x трансформаторов. Она прошла проверку на протяжении

ряда лет и к настоящему времени стандартизована фирмой. Из бо-

•лее полной (принципиальной) схемы (рис. 11-6) видно, что система

возбуждения состоит из силового оборудования и устройств управ­ ления и регулирования. Силовое оборудование включает: транс­ форматор выпрямителя, тиристорный выпрямитель, аппаратуру гашения поля и начального возбуждения. Устройства управления

и регулирования состоят из генератора импульсов и выходных блоков, блоков питания, системы регули­ рования.

Силовое оборудование рассчитано: 1)

на длительный режим работы турбогене­ ратора при номинальных значениях тока обмотки статора, коэффициентамощности и напряжения, равного 110% номиналь­ ного значения; 2) на работу с потолочным

напряжением, равным 1.6—1.8 номиналь­ ного напряжения возбуждения, причем по­

ристоров рассчитывается исходя из максимального выпрямлен­ ного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя и коэф­

фициента запаса, который в зависимости от уровня срабатыва­ ния разрядников от грозовых перенапряжений принимается от 2.5 до 3, т. е. в нормальных условиях работы используется лишь около 30% от повторяющегося обратного напряжения тиристоров. Число параллельно включенных вентилей определяется кратко­ временными перегрузками при коротких замыканиях турбогенера­ торов, ошибочной синхронизацией, асинхронным ходом или оши­ бочной работой APB. Тиристорный преобразователь формируется из блоков (рис. 11-7), которые можно заменять без остановки ма­ шины. Неравномерность в распределении токов между параллельно включенными блоками не превышает 10%. Охлаждение блоков воздушное. В случае выхода вентилятора из строя блокируется управление тиристоров, охлаждаемых этим вентилятором, который

может быть заменен без отключения выпрямителя.

Хотя гашение поля в турбогенераторах с помощью сопротивле­ ния в цепи обмотки ротора малоэффективно, тем не менее в тири­

168

сторных системах возбуждения используется нелинейное сопро­ тивление, которое подключается в обмотке ротора до отключения главных контактов в цепи возбуждения (рис. 11-6). Нелинейное сопротивление выбирается таким образом, чтобы при разрыве наибольшего тока напряжение на обмотке возбуждения с опре­ деленным запасом было ниже испытательного напряжения.

Рис. 11-6. Принципиальная схема тиристорной системы возбуждения фирмы

«Броун Бовери».

1 — турбогенератор; 2 — повышающий трансформатор; 3 — трансформатор выпрямителя; 4 — тиристорный выпрямитель; 5 — АГП; 6 — защита от перенапряжений; 7, 8 — трансформатор и выпрямитель начального возбуждения; 9, 10 — установки для ручного и автоматического регулирования напряжения; 11—13 —' трансформаторы^тока; 14, 15 — трансформаторы напряжения; 16 — дистанционное управление уставкой; 17 — макси­ мальная защита трансформатора; 18 — выходной каскад системы импульсного управле­ ния; 19 — система импульсного управления; 20 — импульсный генератор; 21 — блоки питания; 22 — регулятор; 23 — реле ограничения тока возбуждения в режиме форси­ рования; 24 — реле минимального напряжения; 25 — реле максимального тока; 26 — реле минимального возбуждения в зависимости от угла между эдс холостого хода турбо­ генератора и шинами неизменного напряжения; 27 — сигнал блока питания; 28 — диф­ ференциальная защита блока генератор-трансформатор; 29 — контроль температуры охлаждающего воздуха тиристорного преобразователя; 30 — минимальная токовая за­ щита; 31 — газовое реле; источники питания: 32 — для испытания турбогенератора в ре­ жиме к. з., 33 — генератор с постоянными магнитами, 34 — инвертор, 35 — для стати­

ческих опытов в случае применения генератора с постоянными магнитами.

Трансформатор выпрямителя имеет повышенное напряжение короткого замыкания (4—8%) для снижения скорости нарастания

токов в вентилях и сведения к минимуму искажения напряжений

турбогенератора. При потолочном напряжении возбуждения

1.5 номинального значения типовая мощность трансформатора равна приблизительно 2.1 номинальной мощности возбуждения.

Обычно трансформатор имеет схему Y/Y и лишь при больших токах Y∕Δ.

169-