Коротков В.Ф. Автоматическое управление напряжением и реактивной мощностью синхронных генераторов и электрических станций: учеб. пособие

Подождите немного. Документ загружается.

111

Перегиб характеристик УУФК при

U = U

, обусловлен увеличе-

нием тока

на выходе корректора напряжения, что вызывает резкое

увеличение тока намагничивания УТП и, следовательно, уменьшение

тока

уфк

Рабочим участком характеристик УУФК в нормальном режиме

СГ является область

U > U

На этом участке явно просматриваются

зависимости тока

уфк

от тока статора СГ, его фазы и напряжения.

Конечный наклон характеристик УУФК на рабочем участке го-

ворит о статизме регулирования напряжения СГ.

При КЗ в электрической сети ток статора СГ резко возрастает, а

напряжение снижается. УУФК переходит на участок характеристик

U < U

на котором ток

уфк

возрастает не только за счет увеличения

тока статора СГ, но и за счет уменьшения тока выхода корректора

Это способствует форсировке возбуждения СГ. Однако требуемый

уровень кратности форсировки возбуждения СГ не может быть гаран-

тирован, т.к. значение тока статора зависит от вида и места КЗ. Кроме

того, в зависимости от принятой схемы соединения вторичных обмо-

ток трансформаторов тока СГ, при одном из возможных видов двух-

фазных КЗ между разными фазами ток компаундирования может ока-

заться близким к нулю, т.е. форсировка возбуждения вообще не про-

изойдет.

В настоящее время на ряде тепловых электрических станций с

генераторами, снабженными электромашинными возбудителями, на-

ходятся в эксплуатации регуляторы возбуждения типа РВА-62. Это

устройство управляемого фазового компаундирования с использова-

нием электромагнитного корректора напряжения. На магнитный уси-

литель этого корректора через соответствующие обмотки заведены три

жесткие обратные связи:

- по току выхода корректора

;

- току выхода регулятора

уфк

;

- току статора генератора

С помощью указанных обратных связей имеется возможность в

широких пределах изменять статизм регулирования напряжения СГ,

делать его разным для разных режимов работы СГ (режим, близкий к

холостому ходу, или режим полной нагрузки), а также получать отри-

цательный статизм (за счет обратной связи по току статора СГ).

112

3.6. Релейная форсировка возбуждения и релейное

развозбуждение синхронных генераторов

с электромашинным возбудителем

Для повышения динамической устойчивости электроэнергетиче-

ской системы при аварийных снижениях напряжения, в частности при

КЗ, все СГ с электромашинным возбуждением снабжаются устройст-

вами релейной форсировки возбуждения (УРФ).

УРФ – простейший регулятор релейного действия, срабатываю-

щий при снижении напряжения СГ ниже заданного уровня и воздейст-

вующий на закорачивание (полное или частичное) сопротивления

шунтового реостата в цепи самовозбуждения электромашинного воз-

будителя (рис.3.23). Это вызывает увеличение тока самовозбуждения

до максимального значения, что, в свою очередь, вызывает увеличение

напряжения и тока возбуждения СГ до предельных значений.

Рис.3.23. Функциональная схема устройства релейной форсировки возбужде-

ния: ПО – пусковой (измерительный) орган; УО – усилительный орган; ИО –

исполнительный орган; TV – измерительный трансформатор напряжения

В качестве пускового (измерительного) органа (ПО) обычно ис-

пользуется минимальное электромеханическое реле напряжения, в

качестве усилительного – промежуточное реле, а исполнительного –

электромагнитный контактор с контактами, снабженными дугогаси-

тельным устройством.

Для исключения ложных срабатываний УРФ при неисправностях

в цепях измерительного трансформатора напряжения СГ пусковой

орган может выполняться с использованием двух минимальных реле,

включенных на одноименные междуфазные напряжения двух измери-

тельных трансформаторов напряжения СГ. Контакты этих реле вклю-

чаются последовательно, реализуя логическую схему И. Поэтому для

срабатывания ПО необходимо срабатывание обоих реле напряжения,

что практически возможно только при соответствующем снижении

напряжения СГ. При нарушении цепей напряжения одного измери-

113

тельного трансформатора сработает только одно реле напряжения, что

не вызовет срабатывания ПО. Вероятность одновременного нарушения

цепей двух трансформаторов напряжения при этом считается практи-

чески ничтожной.

Если в первичной цепи трансформатора напряжения СГ отсутст-

вуют предохранители, а вторичная цепь защищена автоматическим

выключателем, то ПО может выполняться с помощью одного мини-

мального реле напряжения [22]. При отключении автоматического

выключателя УРФ автоматически выводится из действия блок-

контактом QF1 этого выключателя.

Пример принципиальной схемы УРФ [33] приведен на рис.3.24.

При снижении напряжения СГ срабатывают реле КV1, КL1 и контак-

тор форсировки KMS, закорачивающий своими контактами шунтовой

реостат R

При работе СГ на холостом ходу УРФ выводится из действия

блок-контактом выключателя Q1 или контактом реле положения

«включено» [33]. Этим исключается возможность значительного по-

вышения напряжения на обмотке статора СГ в случае ложного сраба-

тывания УРФ.

Рассматриваемая схема УРФ обеспечивает надежное срабатыва-

ние при трехфазных КЗ в электрической сети и при КЗ между двумя

фазами, к которым присоединено реле КV1. При других видах КЗ чув-

ствительность пускового органа УРФ оказывается сниженной. Для

обеспечения большей чувствительности УРФ при разных видах не-

симметричных КЗ в качестве пускового органа может использоваться

фильтр-реле прямой последовательности [34].

Схема УРФ может быть при необходимости дополнена элемен-

тами, ограничивающими длительность форсировки, если она превысит

допустимое для ротора СГ значение.

На рис.3.24 приведена также схема релейного развозбуждения

СГ, предотвращающего чрезмерное повышение напряжения за счет

разгона турбины при сбросе нагрузки. В первую очередь это относится

к гидроагрегатам, турбины которых имеют инерционные системы ав-

томатического регулирования частоты вращения. При сбросе электри-

ческой нагрузки за время, пока система регулирования действует на

закрытие направляющего аппарата, гидротурбина успевает значитель-

но разогнаться и напряжение на СГ и связанном с ним электрообору-

довании может превысить допустимые для них значения.

114

Рис.3.24. Принципиальная схема устройства релейной форсировки и устройст-

ва релейного развозбуждения: а – поясняющая схема; б – схема цепей посто-

янного оперативного тока; G – статор СГ; LG – обмотка ротора СГ; GE – якорь

электромашинного возбудителя; LE – обмотка самовозбуждения возбудителя;

– шунтовой реостат; R

– резистор развозбуждения; Q – высоковольтный

выключатель; Q1 – блок-контакт выключателя; QF1 – блок-контакт автомати-

ческого выключателя; КV1 – минимальное реле напряжения; КV2 – макси-

мальное реле напряжения; КL1, КL2 – промежуточное реле; KMS – контактор

форсировки; KM – контактор развозбуждения; TV – трансформатор напряже-

ния

При достижении напряжением СГ заданного значения срабаты-

вает максимальное реле напряжения КV2 (рис.3.24), что вызывает сра-

батывание контактора развозбуждения KM, контакты которого дешун-

тируют сопротивление резистора R

в цепи самовозбуждения возбуди-

теля.

Напряжение срабатывания пускового органа УРФ (реле КV1) вы-

бирается по условию надежного возврата после срабатывания при дос-

тижении напряжением СГ номинального значения:

вотс

ном

кк

U =

(3.9)

где

– первичное напряжение срабатывания пускового органа;

отс

– коэффициент отстройки;

– коэффициент возврата минимального реле напряжения.

Если принять К

отс

= 1,05, К

= 1,1, то по (3.9) получим

.85,0

номф

UU =

Повышение чувствительности УРФ может быть достигнуто ис-

пользованием в пусковом органе минимального реле напряжения с

коэффициентом возврата, близким к единице.

115

Напряжение срабатывания устройства релейного развозбуждения

(реле KV2) выбирается по условию надежного возврата после срабаты-

вания при снижении напряжения СГ до номинального значения:

ном

отс

(3.10)

где

– напряжение срабатывания (первичное) устройства развозбу-

ждения.

Если принять К

отс

= 1,05 и К

=0,9, то из (3.10) имеем

≈1,2U

ном

т.е. устройство срабатывает, если напряжение СГ превысит номиналь-

ное значение на 20% и более.

3.7. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных

генераторов с высокочастотным

возбудителем

АРВ в высокочастотной системе независимого возбуждения СГ

обычно выполняется на электромагнитном принципе действия. Он

обеспечивает статическое регулирование напряжения в эксплуатаци-

онных режимах и эффективную (в пределах заданной кратности и дли-

тельности по времени) форсировку возбуждения в аварийных режи-

мах.

Функциональная схема устройства АРВ может рассматриваться

состоящей из двух частей: согласованного канала управления и проти-

вовключенного канала управления.

В совокупности указанные части образуют регулятор пропорцио-

нального действия по отклонению напряжения, функционирование

которого подобно двухсистемному корректору напряжения. Однако

регулятор рассчитан не на коррекцию, а на регулирование напряжения

во всем возможном диапазоне его изменения. В связи с этим рассмат-

риваемый регулятор, по сравнению с корректором напряжения, имеет

достаточно большую мощность, и для питания силовых цепей его тре-

буется специальный источник энергии. В высокочастотной системе

возбуждения в качестве такого источника используется либо высоко-

частотный подвозбудитель, либо высокочастотный возбудитель.

Следует отметить, что в заводской документации согласованный

канал управления называется блоком бесконтактной форсировки воз-

буждения (УБФ), а противовключенный канал управления – блоком

автоматического регулирования возбуждения (АРВ). Этими назва-

ниями (не совсем удачными) подчеркивается, что противовключенный

116

канал управления работает в нормальных эксплуатационных режимах

СГ, а согласованный канал управления обеспечивает форсировку воз-

буждения СГ в аварийных режимах.

В соответствии с функциональной схемой (рис.3.25), согласован-

ная и противовключенная части имеют общий измерительный орган

напряжения ИОН и отдельные усилительные органы УО

и УО

, вы-

полненные на базе магнитного усилителя с внутренней обратной свя-

зью. Кроме того, оба усилителя охвачены внешней гибкой отрицатель-

ной обратной связью ГОС по напряжению возбуждения СГ, что обес-

печивает повышение устойчивости системы регулирования и улучша-

ет качество переходных процессов.

Рис.3.25. Функциональная схема АРВ СГ с высокочастотным возбудителем:

G – статор СГ; GE – высокочастотный возбудитель; GEA – высокочастотный

подвозбудитель; ИОH – измерительный орган напряжения; УО

– усилитель-

ный орган согласованного канала управления; УО

– усилительный орган про-

тивовключенного канала управления; УТК – устройство токовой компенсации;

УАТ – установочный автотрансформатор; В

п/п

– выпрямитель подпора; УОФ –

устройство ограничения форсировки; УРУ – устройство релейного управле-

ния; ГОС – устройство гибкой обратной связи по напряжению возбуждения;

ASV – автомат гашения поля генератора

Для обеспечения заданного статизма регулирования напряжения,

обычно отрицательного, используется устройство токовой компенса-

ции УТК.

Кроме того, в АРВ имеются блоки и устройства, обеспечивающие

ограничение кратности и длительности форсировки возбуждения, на-

чальное возбуждение генератора, защиту генератора и цепей возбуж-

дения от чрезмерного повышения напряжения и другие функции. В

частности, ограничение кратности форсировки обеспечивается уст-

117

ройством ограничения форсировки (УОФ), а длительности форсиров-

ки – устройством релейного управления (УРУ) через УОФ.

Рис.3.26. Упрощенная принципиальная схема согласованного канала управле-

ния в АРВ СГ с высокочастотным возбудителем: УО

– магнитный усилитель

согласованного канала; ИОН – измерительный орган напряжения; ЛЭ – ли-

нейный элемент; НЭ – нелинейный элемент; В

п/п

– выпрямитель подпора

Согласованный канал управления (рис.3.26) предназначен для

осуществления форсировки возбуждения СГ в аварийных режимах.

Канал работает аналогично согласованному корректору напряжения.

Основные отличия его от корректора состоят в следующем:

- усилительный орган (магнитный усилитель) имеет трехфазное

исполнение с питанием силовых цепей от подвозбудителя (или возбу-

дителя);

- магнитный усилитель имеет дополнительную обмотку управле-

ния W

оф

током выхода УОФ;

- осуществляется подпор напряжения на выходе линейного эле-

мента измерительного органа (через выпрямитель подпора Вп/п), вы-

зывающий излом его характеристики в области малых напряжений

(рис.3.27,а). Этим предотвращается уменьшение намагничивающей

силы управления магнитным усилителем и, следовательно, его тока

выхода при глубоких снижениях напряжения СГ.

Ток выхода согласованного канала управления подается в обмот-

ку независимого возбуждения возбудителя и создает намагничиваю-

щую силу возбуждения, направленную согласно с намагничивающей

силой обмотки самовозбуждения. Поэтому при увеличении тока I

на-

магничивающая сила возбуждения возбудителя и, следовательно, ток

(напряжение) возбуждения СГ увеличиваются.

118

Проходная характеристика согласованного канала АРВ может

быть получена путем совместного рассмотрения характеристик изме-

рительного органа и магнитного усилителя (рис.3.27).

Рис.3.27. Проходные характеристики измерительного органа (а), магнитного

усилителя (б) и согласованного канала управления (в) при I

оф

Если напряжение возбуждения СГ меньше двукратного номи-

нального, то

оф

= 0

и обмотка W

оф

не оказывает влияния на ток выхо-

да согласованного канала

По аналогии с согласованным корректором, намагничивающая

сила управления магнитным усилителем определяется как

уннэуллэус

IIF −=

где

лэ

, I

нэ

– токи выхода линейного и нелинейного элементов;

ул

ун

– числа витков обмоток управления.

В нормальном режиме работы СГ ток

мал. При снижении на-

пряжения ниже

ток

резко возрастает, вызывая форсировку воз-

буждения.

Если в режиме форсировки напряжение возбуждения СГ окажет-

ся больше

в.ном

, то в обмотке W

оф

появляется ток

оф

уменьшаю-

щий ток

(совместно с увеличением тока I

) в такой степени, чтобы

обеспечивалось

=2U

в.ном

При

оф

≠0

(рис.3.28) намагничивающая сила управления маг-

нитного усилителя определяется выражением

офофуннэуллэус

WWW

IIIF −−=

где W

оф

– число витков обмотки управления магнитного усилителя,

подключаемой к выходу УОФ.

119

Рис.3.28. Проходные характеристики измерительного органа (а), магнитного

усилителя (б) и согласованного канала управления (в) при I

оф

≠ 0

За счет наличия намагничивающей силы

оф

проходные ха-

рактеристики канала (рис.3.28,в) как бы смещаются влево, что соот-

ветствует уменьшению тока

по сравнению со случаем

оф

= 0.

В переходных режимах, когда меняется напряжение возбуждения

СГ, появляется ток в обмотке W

ос

(гибкая обратная связь по напряже-

нию возбуждения СГ), что способствует демпфированию возникаю-

щих колебаний

и повышению устойчивости процесса регулирова-

ния.

Противовключенный канал управления (рис.3.29) предназначен

для регулирования напряжения СГ в нормальных эксплуатационных

режимах. Работает аналогично противовключенному корректору на-

пряжения.

Основные его отличия от корректора состоят в следующем:

- усилительный орган (магнитный усилитель с внутренней обрат-

ной связью) имеет трехфазное исполнение с питанием силовых цепей

от подвозбудителя (или возбудителя);

- магнитный усилитель имеет дополнительную обмотку управле-

ния W

оф

, подключенную к выходу УОФ.

120

Рис.3.29. Упрощенная принципиальная схема противовключенного канала

управления АРВ СГ с высокочастотным возбудителем: УО

– магнитный уси-

литель противовключенного канала; ИОН – измерительный орган напряжения;

ЛЭ – линейный элемент; НЭ – нелинейный элемент; В

п/п

– выпрямитель под-

пора

По аналогии с противовключенным корректором напряжения при

оф

= 0

намагничивающая сила управления магнитного усилителя оп-

ределяется выражением

уллэуннэуп

IIF −=

что определяет соответствующую проходную характеристику канала,

(рис.3.30,в). Рабочий участок характеристики соответствует

U > U

Учитывая, что обмоткой самовозбуждения 1 (рис.3.25) возбудитель

перевозбужден (см.2.5), ток выхода противовключенного канала

управления

подается в обмотку 3 независимого возбуждения возбу-

дителя и создает намагничивающую силу возбуждения, направленную

встречно по отношению к намагничивающей силе обмотки самовоз-

буждения 1. Поэтому при увеличении тока

(

при увеличении напря-

жения СГ) намагничивающая сила возбуждения возбудителя и, следо-

вательно, ток (напряжение) возбуждения СГ уменьшаются, а при

уменьшении

– увеличиваются.

Рабочий участок проходной характеристики противовключенного

канала управления имеет наклон (крутизну), определяемый значением

коэффициента усиления магнитного усилителя. От этого наклона зави-

сит естественный статизм регулирования напряжения на выводах СГ.