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

Для обеспечения действия резервной максимальной токовой

защиты турбогенератора при близких коротких замыканиях, когда токи статора из-за системы самовозбуждения могут уменьшаться, используется реле минимального напряжения, которое сохра­

няет замкнутой цепь максимального токового реле.

Всоответствии со схемой рис. 11-6 для защиты выпрямителя

иобмотки возбуждения применяются реле 23, 24 и 30.

Реле 23 ограничивает ток возбуждения и его длительность

в режиме форсирования. Обычно предельная величина тока воз­

буждения равна 1.61 номиналь­

ного значения, что соответствует

потолочному напряжению воз­

до номинального значения. Это реле начинает действовать при больших токах и длительности, чем реле 23.

Перенапряжения ограничиваются грозовыми разрядниками

на подстанции и в дополнение к этому ослабляются главным трансформатором и трансформатором преобразователя. Кроме

того, на вторичной обмотке трансформатора преобразователя между ее фазами и каждой фазой и землей включаются емкости. Они монтируются на трансформаторе и ограничивают все виды перенапряжений, в первую очередь перенапряжения от первич­ ной стороны за счет емкостных связей между обмотками. Для ограничения перенапряжений со стороны постоянного тока ис­

пользуется защитное устройство 6.

Для питания автоматического регулятора напряжения и систе­ мы управления тиристорами требуются мощности около 2 кВА.

При этом трехфазное питание не должно прерываться более чем

170

на 200 мсек. Напряжение питания не должно быть ниже 800∕0

номинального значения. Если на электростанции нет источника

питания, удовлетворяющего этим условиям, то применяется ге­ нератор с постоянными магнитами мощностью 3 MBA. При этом

общая длина агрегата увеличивается приблизительно на 500 мм.

Согласно данным каталога фирмы «Броун Бовери» издания

1972 г., на заводах фирмы выпускаются тиристоры таблеточного типа со средним током 400 и 500 А с повторяющимися напряже­ ниями до 2500 и 1600 В, соответственно. Для вентилей могут

применяться воздушные, а также водяные охладители. Специалисты фирмы рассматривают тиристорную систему воз­

буждения в качестве основной (табл. 11-1), хотя фирма может выполнять заказы на бесщеточные возбудители с вращающимися

диодами и на системы возбуждения со вспомогательными генера­

торами и статическими диодными выпрямителями. По мнению специалистов фирмы, разработки тиристорных преобразователей настолько совершенны, что они вряд ли радикально изменятся, за исключением системы управления, которая будет переводиться

Примечание. Высота возбудителей 2600 мм, ширина 1100 мм;

шкафы управления: длина 2600 мм, высота 220 мм, ширина 800 мм.

Í1-4. ТИРИСТОРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ФИРМЫ «АСДЖЕН» (ИТАЛИЯ)

Для возбуждения турбогенераторов эта фирма применяет тот

же тип системы возбуждения, что и фирма «Броун Бовери» (рис. 11- 4). Однако в ряде случаев фирма использует питание трансфор­ матора преобразователя от собственных нужд станции с резерви­

171

рованием питания от выводов турбогенератора [111]. В отличие от фирмы «Броун Бовери» здесь модули представляют трехфазные мостовые схемы. Последовательно с вентилями включаются пре­ дохранители. Для обеспечения параллельной работы модулей используются дроссели, включаемые в цепи питания мостовой схемы. R—C-цепи и активные сопротивления обеспечивают деле­ ние напряжений между последовательно соединенными вентилями

и уменьшают уровень коммутационных перенапряжений. В блок входят сигнальные (неоновые) лампы и импульсные трансформа­ торы для каждого тиристора; 2 модуля, вентилятор с электродви­ гателем, разъединители для переменного и постоянного тока

образуют шкаф преобразователя. Для обеспечения необходимого уровня надежности каждый блок может выниматься из шкафа.

Кроме того, один шкаф в целом может быть отключен без нару­ шения работы возбудительной системы. Однако в последнем слу­

чае может потребоваться ограничение реактивной мощности турбо­

генератора.

Автоматический регулятор напряжения может работать в ре­

жиме как компенсации, так и стабилизации напряжения. В си­ стему управления преобразователями вводятся сигналы для огра­ ничения тока ротора в режиме недовозбуждения и перевозбужде­

ния. Для этой цели используются дискриминаторы активной и

реактивной мощности. Кроме того, имеется блок ограничителя ,тока возбуждения, воздействующий также на систему управления.

Система управления состоит из фазосмещающего блока и генера­ торов импульсов, число которых равно числу блоков. В системе возбуждения имеются два фазосмещающих блока: один исполь­ зуется в схеме автоматического регулирования, а второй —

всхеме ручного регулирования. C целью повышения надежности

всистеме возбуждения предусматривается несколько блоков питания:, для APB с фазосмещающим устройством, для ручного управления с фазосмещающим устройством и один блок на каждые

два импульсных генератора. Эти блоки питания имеют резервный

источник питания от инвертора, включаемого на аккумуляторную батарею.

Система управления тиристорами может работать при сниже­ нии напряжения на выводах турбогенератора до 20%. Для плав­ ного перехода на ручное управление имеется статический повто­ ритель режима цепи возбуждения.

Первая тиристорная система для турбогенератора мощностью 370 MBA была выполнена со следующими параметрами: номиналь­ ный ток возбуждения 3300 А, номинальное напряжение возбужде­

ния 415 В, потолочное напряжение 700 В. В июне 1967 г. эта

возбудительная система была подробно испытана на турбогене­

раторе мощностью 285 MBA. В связи с получением хороших ре­

зультатов она стала использоваться фирмой для всех мощных турбогенераторов.

172

«Альтѳрекс» фирма использует тиристорную систему возбуждения

«Альтирекс»,

Данная система возбуждения отличается от системы возбуж­ дения «Альтерекс» прежде всего тем, что вместо диодного выпря­ мителя в цепи возбуждения турбогенератора используется тири­ сторный выпрямитель. Это открывает возможности для ввода в систему регулирования новых сигналов. В результате этого удается повысить статическую и динамическую устойчивость

турбогенераторов, в большей мере стабилизировать их напряже­ ние и существенно улучшить демпфирование колебаний роторов

впослеаварийных режимах. Поэтому тиристорные системы воз­ буждения находят применение для турбогенераторов тех электро­ станций, где проблемы обеспечения устойчивой работы имеют особо существенное значение.

Первые две возбудительные системы «Альтирекс» были уста­ новлены на тепловой электростанции на Западе США вместе с турбогенераторами для двухвального блока этой станции и введены

вэксплуатацию в июле 1969 г. Мощность блока 750 МВт. Для

части высокого давления мощность возбудительной системы в длительном режиме равна 1700 кВт, а для части низкого давления

1200 кВт. К маю 1972 г. наибольшие по мощности турбогенера­ торы с системой «Альтирекс» имели мощность генератора 620 MBA, мощность возбудителя 2300 кВт (в Канаде); мощность генератора

675 MBA, мощность возбудителя 2870 кВт.

Компановка возбудительной системы «Альтирекс» такая же, как и системы «Альтерекс» типа «компакт». Тиристорный выпря­ митель, как и диодный, состоит из отключаемых блоков. Для упомянутого выше двухвального блока использовано 4 блока для агрегата низкого давления и 6 блоков для агрегата высокого

давления. Блоки могут быть отключены для ремонта с помощью пятиполюсного выключателя. Как и в диодной системе, отключе­ ние одного блока не отражается на работе возбудительной систе­ мы. Для охлаждения тиристоров используется та же деионизи­ рованная вода, которая идет и на охлаждение статорных обмоток турбогенераторов. Устройства управления тиристорами монти­

руются вместе с тиристорами в отключаемых блоках. Автомати­ ческий регулятор напряжения, ручное управление, управление

возбуждением возбудителя и другие устройства управления мон­ тируются в отдельном шкафу.

Возбудитель для тиристорной системы возбуждения имеет

большие размеры, чем для диодной системы. Это объясняется тем,

что возбудитель в тиристорной системе работает с полным напря­ жением для возможности практически мгновенного получения на кольцах ротора турбогенератора потолочного напряжения. В ди­

173

одной системе возбуждения возбудитель работает в длительном

выводах. Он воздействует через устройство управления на тири­ сторный выпрямитель, включаемый, как и в системе «Альтерекс»,

последовательно с диодным выпрямителем. При этом тиристорный выпрямитель получает питание от силового трансформатора

напряжения, а диодный выпрямитель — от последовательных

вольтодобавочных трансформаторов.

174

Регулятор постоянного тока поддерживает постоянство отно­ шения напряжения к частоте. Поэтому использование таких регу­

ляторов как для турбогенератора, так и для возбудителя оправ­ дано, например, во время пуска генераторов. Это особенно важно в двухвальных агрегатах для обеспечения нормальной параллель­ ной работы генераторов при скорости вращения ниже синхронной.

Для придания стройности и логической законченности описа­ нию системы возбуждения фирмы «Дженерал Электрик» рассмот­ рение системы регулирования приводится ниже, а не в гл. 13,

посвященной системам автоматического регулирования возбужде­ ния турбогенераторов.

Рис. 11-9. Принципиальная схема тиристорной системы возбуждения «Алтирекс».

1 — турбогенератор; 2 — возбудитель переменного тока; 3 — тиристор­ ный выпрямитель; 4 — APB главного генератора; 5 — регулятор по­ стоянного тока; 6 — APB возбудителя переменного тока.

Автоматический регулятор напряжения турбогенератора реа­

печения параллельной работы генератора с другими машинами и

с энергосистемой; 3) активного и реактивного токов генератора для компенсации падения напряжения с целью поддержания заданного уровня напряжения в определенной точке энерго­

системы; 4) скорости вращения агрегата, измеряемой с помощью тахометра на валу.

Из блочной схемы (рис. 11-10) видно, что измерение указанных

параметров производится с помощью соответствующих блоков. Необходимо заметить, что введение сигнала стабилизации по ско­

рости приводит к существенному улучшению демпфирования качаний ротора во время динамических режимов.

Для лучшего представления действия каналов напряжения и стабилизации на рис. 11-11 представлена структурная схема автоматического регулятора напряжения и системы возбуждения

«Альтирекс».

Наряду с блоками, входящими в систему регулирования, имеются блоки и реле, выполняющие защитные функции. К таким блокам относятся следующие.

1) Реле максимального напряжения возбуждения турбогене­

ратора и возбудителя дают импульс на переключение регулятора

175

с автоматического регулирования на регулирование постоянного тока, если тепловой эффект, созданный повышенным током воз­

буждения, превышает допустимое значение для обмотки ротора турбогенератора или возбудителя. Переключение происходит

сзаданной выдержкой времени.

2)Реле, измеряющее отношение напряжения к частоте для

турбогенератора и возбудителя, дает импульс на переключение

Рис. 11-10. Блочная схема регулирования и тиристорного возбудителя типа

«Алтирекс»,

1 — турбогенератор; 2 — турбина; з — тахогенератор; 4 — реле, реагирующее на ве­ личину отношения напряжения к частоте; 5 — блок компенсации реактивного тока и активно-реактивного тока; в — блок демпфирования колебаний ротора агрегата; 7 — APB; 8 — блок ограничения тока ротора в режиме недовозбуждения; 9 — система управ­ ления в цепи APB; 10 — блок ограничения максимального тока возбуждения; 11 — реле гашения поля в аварийных режимах; 12 — тиристорный преобразователь; 13 — реле максимального напряжения возбуждения; 14 — регулятор напряжения постоянного тока; 15 — система управления в цепи регулятора напряжения постоянного тока; 16 — пере­ ключатель для перехода от APB к регулятору напряжения постоянного тока; 17 — возбу­ дитель переменного тока; 18 — реле максимального напряжения; 19 — реле, реагирующее на величину отношения напряжения к частоте; 20 — APB; 21 — регулятор напряжения постоянного тока; 22 — система управления в цепи APB; 23 — система управления в цепи регулятора напряжения постоянного тока; 24 — переключатель для перехода от APB к регулятору напряжения постоянного тока и обратно; 25 — тиристорный выпрямитель;

26 — диодный выпрямитель; 27 — начальное возбуждение.

с автоматического регулирования на регулирование постоянного тока, если скорость агрегата снизится до 90% от номинальной.

3)Блок ограничения тока возбуждения в режиме недовозбуж-. дения действует на устройство управления тиристорным выпря­ мителем в цепи возбуждения турбогенератора, если реактивный ток в режиме недовозбуждения превысит допустимое значение.

4)Блок ограничения тока возбуждения турбогенератора дей­ ствует на устройство управления тиристорами в системе автома­ тического управления.

Тиристорная система возбуждения обеспечивает потолочное напряжение, равное 160% от номинального напряжения возбуж­ дения турбогенератора, и создает в динамических режимах отри-

176

цательное напряжение, равное 150% номинального. При испы­ таниях на заводском стенде было установлено, что при скачко­ образном изменении входного сигнала у регулятора потолочное

напряжение достигало на время менее одного периода перемен­ ного тока (60 Гц).

В заключение необходимо отметить, что, по оценке специали­ стов фирмы «Дженерал Электрик», тиристорная система возбужде­ ния имеет определенные перспективы для применения в качестве передвижной установки для резервного возбуждения. Обычно ре­

зервные возбудители представляли мотор-генераторные установки.

Одна такая установка использовалась для 4 турбогенераторов.

Однако в последние 5—6 лет все в большей мере начинает прояв-

Рис. 11-11. Структурная схема автоматического регуля­

тора напряжения и системы возбуждения «Алтирскс».

ляться тенденция свести к минимуму резервное оборудование на электростанциях. В связи с этим существенно уменьшается применение резервных возбудителей.

Фирма предложила передвижной тиристорный возбудитель в качестве резервного возбудителя для нескольких электростан­ ций. Возбудитель, размещаемый на автоприцепе, включает транс­ форматор, тиристорный выпрямитель,, барабаны с кабелем, авто­ матический регулятор напряжения и регулятор постоянного тока,

автомат гашения поля с разрядными сопротивлениями, разряд­ ники. Тиристоры имеют воздушное форсированное охлаждение от вентиляторов с электродвигателями; в системе охлаждения имеются фильтры, позволяющие вести работы в любой окружаю­

щей среде. В связи ,с использованием управляемых полупровод­ никовых вентилей такой возбудитель может быть применен для различных турбогенераторов.

Аналогичное решение в отношении резервного возбудителя начинают принимать в Англии [76], где на общей платформе устанавливается масляный трансформатор, выключатель, два

тиристорных выпрямителя, соединяемых параллельно. При этом выпрямители выполняются по трехфазным мостовым схемам. Передвижная установка снабжается барабаном с кабелем и не-

большой портативной панелью для временной установки на пульте управления станции.

116. - ТИРИСТОРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ФИРМЫ «АЕГ» (ФРГ)

Этой фирмой применяется та же принципиальная схема воз­ будительной системы, что и схема фирм«Броун Бовери» и «Асджен», т. е. схема параллельного самовозбуждения (рис. 11-12). Основное питание преобразователей производится от трансформатора соб­

ственных нужд. Однако наряду с этим предусматривается включе­ ние резервного питания от трансформатора собственных нужд, первичная обмотка которого включается на шины высокого напря­ жения станции.

В системе возбуждения имеются три одинаковых трансформа­ тора и тиристорных выпрямителя. Они могут отключаться со сто­ роны возбудителей и трансформатора тока, что позволяет осущест­ влять ремонт любого из блоков трансформатор—выпрямитель. Поэтому система возбуждения рассчитывается таким образом,

чтобы два выпрямителя могли обеспечить все режимы работы турбогенератора. Естественно, что в этих условиях отпадает необходимость в резервной возбудительной системе.

Преобразователи с устройствами управления, трансформаторы,

регулятор и другие элементы располагаются ниже уровня машин­ ного зала. В связи с этим в трансформаторах систем возбуждения используется негорючая жидкость.

Для двухполюсного турбогенератора мощностью 296 MBA

с непосредственным водородным охлаждением обмоток статора и ротора в каждом трехфазном мостовом выпрямителе имеется 24 ти­ ристора, причем каждая ветвь выпрямителя образуется из четырех параллельно соединенных тиристоров без их последовательного

включения. Охлаждение тиристоров — воздушное, от вентиля­

тора. Тиристоры винтового типа имеют средний ток 236 А и пов­ торяющееся напряжение 1800 В. Общее число тиристоров в воз­ будительной системе равно 24×3=72.

Возбудительная система рассчитана на выпрямленный ток

3260 А и напряжение 620 В. Так как номинальные значения тока

ного, а потолочное напряжение около 2 значений номинального. Трансформаторы систем возбуждения имеют мощность 1180

кВА, первичное напряжение 6300 В.

Устройства управления выпрямителями и регуляторы напря­ жения выполняются с помощью интегральных элементов и полу­ проводниковых вентилей.

Благодаря резервированию питания и деления системы на три

одинаковые части, возбудительная система фирмы «АЕГ» имеет

178

повышенный уровень надежности. Это достигается за счет увели­ чения коммутационных аппаратов и числа трансформаторов.

Рис. 11-12. Принципиальная схема тиристорной си­

стемы возбуждения фирмы АЕГ (ФРГ).

1 — турбогенератор; 2,3 — трансформаторы собственных нужд; 4—6 — трансформаторы системы возбуждения; 7—9 — тири­ сторные выпрямители; 10 — шины собственных нужд тепловой электростанции.

117. - ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ СТАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

1. К настоящему времени достаточно полно рассчитаны системы статического возбуждения в различных переходных режимах лишь при весьма упрощенном учете насыщения трансформаторов и вспомогательных генераторов. Поэтому для разработки оборудо­ вания с минимальными габаритами и весом необходимо развивать методы расчета возбудительных систем с полным учетом насыще­ ния магнитных цепей трансформаторов и генераторов.

2. В связи с необходимостью уменьшения запасов по напряже­ нию при выборе тиристоров важно развивать методы расчета перенапряжений на вентилях в различных видах аварийных ре­ жимов, включая атмосферные перенапряжения. При этом должны быть усовершенствованы механизмы защиты от перенапряжений,

в частности должны быть снижены разбросы в срабатывании ва­ куумных дуговых разрядников типа РД-2 многократного действия, применяемых в настоящее время в цепях возбуждения мощных синхронных генераторов.

12* 179