книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

ратор с частотой 500 Гц, соединенный с валом главного генератора ГГ. Обмотка переменного тока индукторного генератора состоит из двух частей, каждая из которых питает выпрямитель, собранный по мостовой схеме. Об­ мотки статора могут быть соединены звездой или треуголь­ ником. Оба выпрямителя соединяются последовательно на стороне выпрямленного напряжения.

Рис. 4-40. Схема высокочастотной системы возбужде­

ния турбогенераторов.

Для более мощных выпрямителей применяется водяное охлаждение радиаторов вентилей. Выпрямители в настоя­ щее время комплектуются кремниевыми вентилями типа ВК-200 на средний ток 200 А и обратное напряжение 500 В. Количество вентилей выбирается по режиму форси­ ровки. Максимальное значение выпрямленного напряжения в режиме форсировки, например для турбогенератора 300 МВт, составит около 1 500 В с учетом того, что выпря­ митель работает при угле коммутации у = 60°, при ко­

130

вает ток возбуждения генератора до значения заданной кратности. При длительности форсировки более 20 с гене­ ратор автоматически отключается от сети и его поле гасится. Гашение поля генератора осуществляется специальным автоматом гашения поля (АГП).

Первоначально предполагалось, что последовательная обмотка ОВВ3 увеличит скорость нарастания напряжения из-за наличия свободного тока ротора во время к. з. Однако исследования показали, что положительное дей­ ствие последовательной обмотки проявляется главным обра­ зом в послеаварийном режиме. Во время же к. з. выпрям­ ленное напряжение не только не увеличивается, а даже уменьшается и в некоторых случаях кратковременно падает до нуля. Это явление объясняется тем, что индукторный генератор имеет большие индуктивные сопротивления ха и х2, которые определяют угол коммутации. Например, испытания на турбогенераторе ТВВ-200-2 одной из ГРЭС показали, что выпрямитель работает с углом коммутации у — 60° и вынужденным углом зажигания а = 18°, В мо­ мент к. з. в обмотке возбуждения главного генератора наводится свободный ток, который может совпадать по направлению с принужденным током. Это приводит к за­ тягиванию.процессов коммутации токов в вентилях, в ре­ зультате чего выпрямитель переходит в режим к. з. При этом обмотка возбуждения главного генератора и соединен­ ная с ней последовательно обмотка ОВВх с одной стороны и обмотки статора возбудителя с другой стороны оказы­ ваются закороченными через выпрямитель,

Сзатуханием свободного тока процесс коммутации токов

ввентилях восстанавливается. Процесс перехода выпря­

мителя в режим к. з. ускоряется при наличии сопротивле­ ния, шунтирующего обмотку ОВВ1} поскольку в первый момент к. з. свободный ток замыкается через это сопротив­ ление и н. с. обмотки не увеличивается. Из-за этого напря­ жение индукторного генератора начинает увеличиваться спустя некоторое время после к. з. Аналогичное влияние оказывают другие обмотки возбуждения, расположенные на одном сердечнике, из-за наличия взаимоиндукции между ними и из-за сопротивлений, шунтирующих обмотки.

Исследования и опыт эксплуатации высокочастотной системы возбуждения позволили выявить ее недостатки и предложить мероприятия по их устранению.

Было исключено сопротивление, шунтирующее обмотку OBBv Для увеличения быстродействия системы возбужде­

1 3 3

ния и устранения влияния взаимоиндукции между обмот­ ками ОВВ2и 0ВВ3последовательно с ними включены сопро­ тивления (около 1—2 Ом), а шунтирующие их сопротивления исключены.

Раньше выпрямительные установки были чрезмерно удалены от источника питания — вспомогательного гене­ ратора. Большая длина шинного моста при частоте 500 Гц увеличивала существенно сопротивление коммутации, что, как показано выше, ухудшало быстродействие системы возбуждения и, кроме того, работу самой схемы выпрям­ ления: амплитуда его выпрямленного напряжения значи­ тельно возрастает при том же среднем значении. Разме­ щение выпрямителя как можно ближе к возбудителю и выполнение шинопроводов симметричными значительно сни­ жают кратность пульсаций, что дает возможность применить вентили с меньшим рабочим напряжением или снизить их число. А это в свою очередь уменьшает стоимость выпрямителя и сокращает его габариты.

Для улучшения динамических характеристик системы возбуждения необходимо увеличить мощность подвозбу­ дителя до 30 кВт (вместо 4,5 кВт), что позволит избежать явления развозбуждения в первый момент к. з.

В настоящее время с учетом внесения целого ряда дру­ гих изменений и уточнений в схему регулирования высоко­ частотная система возбуждения обеспечивает необходимое быстродействие (более 2 отн. ед/с) и двойную кратность форсировки при всех видах к. з. — близких и удаленных. Система возбуждения обеспечивает практически неизмен­ ное напряжение генератора во всем диапазоне изменения реактивной мощности, включая форсировку возбуждения. При изменении активной нагрузки от нуля до номинальной система возбуждения поддерживает номинальное значение cos ср. При этом напряжение генератора увеличивается на 5—7%, что достигается введением в систему регулиро­ вания положительной обратной связи по активной состав­ ляющей тока статора генератора.

Изменение частоты на 1 % приводит к изменению напря­ жения генератора в режиме х. х. на такую же величину и с тем же знаком. Полная потеря возбуждения наступает приблизительно при частоте 35 Гц.

Для возбуждения гидрогенераторов средней мощности находит применение система возбуждения с неуправляе­ мыми кремниевыми вентилями, называемая системой си­ лового фазового компаундирования. Эта система, отли-

133

чаясь от высокочастотной характеристиками, с точки зре­ ния обслуживания имеет с ней много общего.

Другим направлением в развитии вентильных систем возбуждения гидрогенераторов и турбогенераторов явля­ ется применение управляемых вентилей. До недавнего времени это были исключительно ионные системы возбуж­ дения. Однако по мере совершенствования управляемых полупроводниковых вентилей — тиристоров будут нахо­ дить все более широкое применение тиристорные системы возбуждения. В динамических характеристиках ионной и тиристорной систем возбуждения разницы нет. А по эксплу­ атационным характеристикам наиболее перспективными являются тиристорные системы возбуждения.

Регулирование возбуждения в системах с управляемыми вентилями производится изменением угла открытия вен­ тилей под действием регулятора возбуждения (обычно сильного действия). Поскольку изменение угла открытия производится практически мгновенно, то быстродействие таких систем гораздо выше, чем у электромашинных и высокочастотных систем возбуждения. Практически мгно­ венно обеспечивается потолок возбуждения с необходимой кратностью форсировки.

Для возбуждения турбогенераторов мощностью 300 МВт, а также некоторых гидрогенераторов нашла применение ионная система самовозбуждения с сериесными трансфор­ маторами (рис. 4-41).

Источником питания выпрямителя являются выпрями­ тельный трансформатор (ВТ) 2, подключенный к шинам генераторного напряжения, и сериесный трансформатор 3, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь статора со стороны нулевых выводов. Для умень­ шения мощности выпрямительного трансформатора и сни­ жения пульсаций выпрямленного напряжения в эксплуа­ тационных режимах применены две группы вентилей: рабочая и форсировочная. Форсировочная группа вентилей питается от полного вторичного напряжения выпрями­ тельного трансформатора, к которому добавлено напряжение вторичной обмотки сериесного трансформатора. Рабочая группа вентилей питается от отпайки вторичной обмотки ВТ. Выпрямительный трансформатор обеспечивает питание выпрямителя в нормальных режимах и при удаленном к. з. При близком к. з. (на выводах генератора или блоч­ ного трансформатора) питание выпрямителя обеспечивает сериесный трансформатор. •

134

Схема соединения обмоток вы прям ительного трансформатора звезда — две обратные звезды, схема преобразования шестифазная с двухфазным уравнительны м реактором .

В качестве вентилей используются ртутные вентили экси-

Рис. 4-41. Схема системы ионного самовозбуждения с последователь­ ными трансформаторами для турбогенераторов 300 МВт.

тронного типа с периодической откачкой ЭВПУ-500/2,5 (среднее значение номинального тока вентиля 500 А, обратное напряжение 2,5 кВ). В номинальном режиме через рабочую группу проходит до 60% тока возбуждения генератора, остальное через форсировочную группу, что ориентировочно соответствует углу открытия рабочей груп­ пы ар = 40°, а форсировочной — 110°.

135

Защита вентилей от обратных зажиганий осуществляется быстродействующими анодными выключателями 6 X ВАБ = = 10, которые из-за приваривания контактов при разрыве дуги оказались недостаточно надежными. Поэтому для этой же цели на вентилях устанавливается сеточная за­ щита, показавшая в процессе широкой проверки высокую надежность. Защита выпрямительного трансформатора от перенапряжений производится вилитовыми разрядниками, которые включаются на выводы вторичной обмотки тран­ сформатора (на рисунке не показана).

Защита обмотки возбуждения от перенапряжений осу­ ществляется разрядником, в случае пробоя которого об­ мотка возбуждения закорачивается на сопротивление са­ мосинхронизации. Однократность действия разрядника яв­ ляется большим недостатком, поскольку генератор с зако­ роченным ротором не может нести активную нагрузку или может нести весьма небольшую часть ее. Поэтому во избе­ жание асинхронного хода генератор необходимо разгрузить и снять возбуждение для смены сработавшего разрядника. Перспективным является применение вместо разрядников специальных тиристорных устройств ограничения напря­ жения обмотки возбуждения. Число срабатываний этих устройств практически неограниченно.

В отличие от вентильных систем возбуждения с полупро­ водниковыми выпрямителями ионные системы возбуждения имеют более разнообразные и мощные собственные нужды. Охлаждение выпрямителей осуществляется обессоленной водой (конденсатом) по замкнутому циклу. Для этой цели служит специальный теплообменник типа АТВ-3000 с ре­ гулятором непосредственного действия типа РИД на техни­ ческой воде, используемой для охлаждения конденсата. Теплообменник имеет два насоса: рабочий и резервный. Резервный насос включается автоматически от струйного реле при выходе из строя рабочего насоса. На генераторах, имеющих водяное охлаждение обмоток, насосы охлажде­ ния вентилей не устанавливаются, а система охлаждения вентилей подсоединяется к системе охлаждения обмоток.

Имеется комплекс вспомогательных устройств, обеспе­ чивающих работу ртутных вентилей: устройство возбужде­ ния и зажигания вентилей, узел запирающего напряжения, устройство сеточного управления. Все устройства устанав­ ливаются в шкафах управления ртутных вентилей (ШРВ). Все эти устройства рабочей группы вентилей получают питание непосредственно от трансформатора собственных

136

нужд. Собственные нужды вентилей форсировочной группы могут получать питание как от трансформатора, так и от собственных нужд блока через стабилизатор напряжения типа СН-7,5. Стабилизатор обеспечивает работу вентилей при уменьшении напряжения до 30% номинального и, кроме того, облегчает пуск генератора, поскольку уже при напряжении 40% номинального при возбуждении генератора от аккумуляторной батареи и полностью открытых вен­ тилях форсировочной группы обеспечивается процесс само­ возбуждения. На анодах ртутных вентилей устанавлива­ ются подогреватели, которые включаются автоматически при отключении системы ионного возбуждения. Это пре­ пятствует конденсации ртути на анодах вентилей. Каждая выпрямительная установка содержит так называемый под­ формовочный трансформатор, к которому могут подклю­ чаться ртутные вентили при длительных перерывах в работе системы ионного возбуждения. Осуществляя питание вен­ тилей от формовочного трансформатора, производят под­ формовку ртутных вентилей, т. е. прогрев вентилей неболь­

шим рабочим током (до 10% / ном).

Для возбуждения турбогенераторов мощностью 200 МВт широкое распространение получила система чисто парал­ лельного самовозбуждения. В этой системе возбуждения отсутствуют сериесные трансформаторы, а в остальном она не отличается от рассмотренной выше. Однако система чисто параллельного самовозбуждения не обеспечивает форсировку возбуждения при близком к. з., что уменьшает предел передаваемой мощности по условиям динамической устойчивости.

Резервное возбуждение генераторов с рассмотренными выше системами ионного самовозбуждения осуществляется от двигатель-генераторной установки с маховиком. Совре­ менное состояние систем ионного возбуждения позволяет говорить о целесообразности резкого сокращения (до од­ ного-двух) количества резервных возбудителей на станции.

К системам возбуждения турбогенераторов мощностью 500, 800 и 1 200 МВт предъявляются требования особо высокой надежности. Системой возбуждения, отвечающей этим требованиям, является независимая ионная система возбуждения. Аналогичные требования предъявляются к гидрогенераторам мощных гидростанций. Поэтому неза­ висимая система ионного возбуждения установлена на всех отечественных крупных гидростанциях. На рис. 4-42 представлена схема системы независимого ионного возбуж­

137

дения мощного гидрогенератора. Источником питания вы­ прямителя является вспомогательный генератор, соединен­ ный с валом главного генератора. На обмотку статора вспомогательного генератора включаются вентили форсировочной группы, на отпайку обмотки включены вентили рабочей группы. Оба выпрямителя собраны по мостовой схеме и параллельно включены на обмотку возбуждения

Рис. 4-42. Схема системы ионного возбуждения гидрогенератора.

/ — главный генератор; 2 — вспомогательный генератор; 3 — возбудитель вспомогательного генератора; 4 — трансформатор собственных нужд ионного возбуждения; 5 — автоматический регулятор возбуждения; 6, 7 — шкафы управления рабочей и форсировочной групп вентилей; 8 — ВАБ; 9 — силовой рубильник; 10 — трансформатор подформовки; 11, 12, 13 — трансформаторы постоянного тока; 14, 15 — сопротивление и контактор самосинхронизации; 16 — разрядник ротора; Ур—6р — вентили рабочей группы; 1ф— 6ф — вен*

тили форсировочной группы.

главного генератора. В нормальных режимах форсировочная группа вентилей работает с током, равным 30—25% тока возбуждения. Такому распределению тока между группами соответствует угол регулирования рабочей груп­ пы 40—45°, и форсировочной группы 110—120°. В первый момент форсировки возбуждения полностью открываются вентили форсировочной группы и весь ток возбуждения проходит через них. Но поскольку кратность форсировки по напряжению равна четырем, а по току двум, то при токе возбуждения, равном двойному номинальному, происходит ограничение форсировки. В этом случае угол открытия форсировочной группы вентилей увеличивается и ток

138

пропускают обе группы вентилей. Гашение поля в данной системе возбуждения осуществляется переводом вентилей форсировочной группы в инверторный режим: при этом рабочая группа вентилей полностью запирается. Ртутные выпрямители укомплектованы вентилями с непрерывной откачкой, т. е. каждый выпрямитель содержит автомати­ ческую систему поддерживания вакуума в вентилях. При­ меняются выпрямители типа АРМНВ-1000 х 6 (вентиль ЭВНУ-500/5). Возбуждение вспомогательного генератора осуществляется от электромашинного возбудителя, соеди­ ненного с общим валом. Оно может быть выполнено и от вентильной схемы, получающей питание от трансформа­ тора, подключенного на выводы вспомогательного генера­ тора. Для изменения тока каждой группы вентилей и общего тока обмотки возбуждения применяются специальные тран­ сформаторы тока. Назначение остальных элементов системы указано ранее.

Глава пятая

Режимы работы генераторов

5-1. Проверка совпадения чередования фаз, синхронизация и прием нагрузки

После окончания монтажа или работ в первичной цепи генератора, которые могли нарушить чередование фаз (замена обмотки статора, ремонт активной части трансфор­ матора, работающего в блоке с генератором, перемонтаж ошиновки или кабелей), необходимо проверить, совпадает ли чередование фаз генератора и сети. Включение в сеть генератора, имеющего обратное чередование фаз и, следо­ вательно, противоположный момент вращения по сравнению с системным, вызовет последствия более тяжелые, чем несинхронное включение.

Проверка совпадения чередования фаз генератора и сети производится следующим образом. Если имеется резервная система шин, то к ее трансформатору напряжения в удобном для наблюдения месте (желательно на щите управления) присоединяется указатель чередования фаз. Какой зажим указателя к какой фазе трансформатора

139