1.3.4 Релейне управління збудженням

Швидке форсування збудження синхронних генераторів при к. з. є як указувалося, ефективним способом підвищення динамічної синхронної стійкості електроенергетичної системи. Пристрої компаундування забезпечують швидке форсування збудження за принципом дії як регулятори по збуджуючій дії — струму к. з. Проте кратність форсування збудження залежить від віддаленості к. з. і визначається точкою перетину характеристики компаундування і характеристики короткого замикання (рис. 1.18,а). При к. з. за зовнішнім (по відношенню до затисків генератора) опором форсування збудження менше , ніж при к. з. на затисках генератора, і тим менше ніж більше .

Електромагнітні коректори напруги мають обмежену потужність, при сильних (глибоких) зниженнях напруги (при к. з.) їх злагоджена з компаундуванням дія на збудник практично зникає, оскільки струм вимірювального органу знижується до нуля (показано пунктиром на рис. 1.14,в). В цьому відношенні доцільно неузгоджена з компаундуванням дія коректора на збудник. Саме тому, як указувалося, коректор фазового компаундування впливає по аналогії з протилежно включеним коректором струмового компаундування.

У зв'язку з вказаними недоліками пристрою компаундування з електромагнітними коректорами доповнюються пристроями релейного управління збудження — контактного релейного форсування збудження і розбудження (гідрогенераторів). Форсування здійснюється при зниженнях напруги генератора до ,а розбудження гідрогенераторів — при підвищеннях напруги до .

Рисунок 1.18- Характеристики і схема форсування збудження: а - визначення кратності форсування збудження пристроєм компаундування; б - схема релейного управління збудженням синхронного генератора

Вимірювальним органом пристрою служать два (KV1 і KV2) електромагнітних мінімальних реле напруги типу РН-50 (рис. 1.18,6), або двоє реле з фільтрами напруги прямої послідовності KVZI, KVZ2 і одне максимальне реле напруги KV3. По другому варіанту виконується вимірювальний орган пристроїв релейного управління збудженням синхронних генераторів, працюючих в блоці з трансформаторами.

Два мінімальних реле передбачаються для запобігання помилкового форсування збудження при перегоранні запобіжників в лініях вимірювального трансформатора напруги, коли може спрацьовувати одне з них. Тому в пристрій входить логічний елемент И у вигляді двох проміжних реле KL1 і KL2. За відсутності запобіжників (установці автоматів) використовується одне вимірювальне реле.

Виконавськими елементами пристрою релейного управління є контактори КМ1 і КМ2.

1.4 Автоматичне регулювання збудження генераторів з діодно-електромашинними збудниками

1.4.1 Виконання і дія збудників

Гранична технічно доцільна потужність електромашинного збудника постійного струму не перевищує 350—450 кВт. Необхідна потужність збудження сучасних синхронних генераторів від 200 до 800 МВт відповідно складає від 800 до 3400 кВт, а номінальні струми збудження досягають 8000 А. Тому для сучасних потужних генераторів розроблені нові системи збудження, що володіють необхідною надійністю, більш високою швидкодією і кратністю форсування збудження.

Ленінградським електротехнічним об'єднанням (ЛЕО) «Електросила» випускаються турбогенератори потужністю 200 і 300 МВт з електромашинним збудником змінного струму підвищеної частоти з некерованим напівпровідниковим випрямлячем — діодно-електромашинним збудником. Розробляються різні модифікації бесщіточного диодно-электромашинного збудження турбогенераторів потужністю 300—800 МВт.

Діодно-елоктромашинний збудник GE (рис. 1.19) представляє собою індукторний генератор з двома трифазними обмотками статора і двома силовими випрямлячами VS1 і VS2 на кремнієвих діодах, виконаними по трифазних мостових схемах і сполучених послідовно. На статорі розташовано три обмотки збудження LE збудника: обмотка самозбудження п дві обмотки автоматичних регулювань збудження — погоджено включена і протилежно включена .

Рисунок 1.19 - Схема збудження і автоматичного регулювання напруги синхронного генератора з діодно-електромашинним збудником

Ротор збудника виконаний у вигляді десятизубчастого сердечника. За наявності струму збудження і обертанні ротора магнітний струм пульсує за рахунок відмінності магнітних опорів в повітряних зазорах проти зубців і пазів ротора і наводить в обмотках статора ЕРС частотою 500 Гц. Збудник працює з самозбудженням (додатнім зворотним зв'язком) по струму ротора турбогенератора, званим також компаундуванням збудника.

В систему збудження входить підзбудник GEA у вигляді трифазного генератора з постійними магнітами на роторі. Частота напруги підзбудника 400 Гц. Підзбудник створює початкове збудження збудника при пуску турбогенератора і служить джерелом живлення електромагнітного автоматичного регулятора збудження.

Основними особливостями системи збудження є: простота і надійність схеми і конструкції (відсутність колектора, обмоток на роторі збудника і ін.); перезбуджння збудника струмом ротора турбогенератора — сильний додатнім зворотний зв'язок нормальних режимах роботи; компаундування збудника вільної складової струму ротора в аварійних режимах, особливо при перехідних процесах коротких замикань; готовність до швидкодіючого форсування збудження в аварійних режимах при значних зниженнях напруги турбогенератора за рахунок перезбудження збудника.

Три останні особливості головним чином і обумовлюють відносно високу швидкість наростання напруги і кратність форсування збудження .

Бесщіточним називається діодно-электромашинне збудження, здійснюване без щіточно-контактного апарату. Усунення контактних .колец і щіток в лнії збудження синхронного генератора істотно підвищує надійність і спрощує обслуговування генератора. На рис. 1.20 показаний один з варіантів бесщіточного збудження турбогенератора потужністю 300 МВт. Збудник GЕ генератора представляє собою синхронну машину: на її статорі розташована обмотка збудження, а трифазна обмотка змінного струму розташовується на роторі. Встановлені на валу агрегату некеровані випрямлячі безпосередньо підключені до трифазної обмотки збудника і до обмотки ротора турбогенератора. В даному варіанті збудник має три пари полюсів на статорі, тому частота трифазної напруги рівна 150 Гц. Обмотка кожної фази складається з шести віток, а некерований випрямляч, що обертається, представляє собою шість трифазних мостових схем, сполучених паралельно на стороні випрямленого струму. В схемах використовуються спеціально виготовлені, розраховані на відцентрові зусилля кремнієві діоди з прямим струмом 500 А і зворотною напругою 2000 В. Розщеплюванням трифазної обмотки збудника на шість віток забезпечується однаковий розподіл струмів в паралельно працюючих вентилях випрямляча.

Підзбудником GEA служить індукторний трифазний генератор, аналогічний використовуваному як збудника в розглянутій вище диодно-электромашинній системі збудження (див.рис. 1.19). Частота трифазної напруги індукторного генератора 500 Гц.

Підзбудник має послідовну обмотку самозбудження (струмом збудження збудника) і обмотку для управління його збудженням від автоматичного регулятора напруги AV. Для початкового збудження підзбудника передбачається короткочасне підключення акумуляторної батареї GB.

Рисунок 1.20 - Схема бесщіточного збудження і автоматичного регулювання напруги

Особливістю бесщіточного збудження є відсутність безпосереднього електричного зв'язку регулятора з лінією ротора турбогенератора. Тому зміна збудження турбогенератора можливо тільки шляхом відповідної зміни збудження збудника GE, яке створюється струмом підзбудника, випрямленим двома трифазними некерованими випрямлячами VS1 і VS2, сполученими паралельно. Управління збудженням збудника здійснюється двома керованими тиристорними перемикачами VTQ1 і VTQ2. Спільно з трансформаторами Т1 і Т2 випрямлячі і перемикачі утворюють робочу і форсуючу групи управління збудженням турбогенератора. Трансформатор TL' форсуючої групи має два вторинні обмотки, а випрямляч VS2 складається з двох трифазних мостових схем, працюючих паралельно, що необхідно для забезпечення форсування збудження турбогенератора. В нормальних режимах роботи збудження генератора створюється робочою групою.

Кремнієві діоди, що обертаються, є якнайменше надійними елементами системи збудження. Тому для забезпечення надійності в цілому передбачається надмірність по кількості необхідних діодів і можливість несиметричного навантаження збудника, що забезпечує нормальні режими і дещо знижене форсування збудження після виходу з ладу певної кількості

діодів або перегорання захисних запобіжників, включених послідовно з кожним з 36 діодів. Безконтактний контроль справності діодів і запобіжників і вимірювання струму ротора трубогенератора проводиться спеціальним пристроєм безконтактного контролю і вимірювання УБКИ.

У зв'язку з перспективністю безщіточного збудження для синхронних генераторів великої потужності необхідне зниження його інерційності , достатнє для ефективності автоматичного регулювання збудження сильної дії. Зниження постійної часу збудника до з досягається включенням в лінію його збудження баластного активного опору R_б, що вимагає відповідного збільшення потужності управління збудженням.