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

Подождите немного. Документ загружается.

181

Системы ГУВ с ЦРН (без индивидуальных АРВ) находят приме-

нение в основном на гидроэлектростанциях относительно небольшой

мощности [41].

По способу распределения реактивной мощности системы ГУВ

делятся на два типа:

- с радиальным заданием реактивных нагрузок;

- уравниванием реактивных нагрузок.

В ГУВ первого типа каждый СГ электрической станции получает

от специального устройства распределения реактивных нагрузок

(УРРН) индивидуальное задание по реактивной мощности. Причем это

задание может формироваться с учетом индивидуальных особенностей

СГ, что важно для станций с разнотипными СГ.

Упрощенная функциональная схема ГУВ с ЦРН и радиальным

заданием реактивных нагрузок приведена на рис.4.8.

Рис.4.8. Функциональная схема ГУВ с ЦРН и радиальным заданием реактив-

ных нагрузок: ИП – измерительный преобразователь; ИЭ – исполнительный

элемент; УУ – установочное устройство; ЦРH – центральный регулятор на-

пряжения; УРРH – устройство распределения реактивных нагрузок

ЦРH реагирует на отклонение напряжения на шинах и через

УРРH формирует сигналы R

зi

, соответствующие предписанным значе-

ниям реактивных нагрузок генераторов. Значения R

зi

в исполнитель-

ных элементах ИЭ систем возбуждения генераторов сравниваются,

соответственно, с сигналами R

на выходах измерительных преобразо-

182

вателей ИП

несущими информацию о действительных значениях ре-

активных нагрузок генераторов.

При

iЗi

≠

на выходах ИЭ

вырабатываются сигналы

∆

зi

воздействующие на изменение возбуждения соответствующих генера-

торов.

Процесс регулирования заканчивается при восстановлении на-

пряжения на шинах и при равенстве действительной реактивной мощ-

ности каждого генератора предписанному значению, задаваемому

УРРН в зависимости от имевшего место отклонения напряжения.

Сигнал R

идентифицируется с так называемым параметром рас-

пределения, в качестве которого могут выступать:

- реактивная мощность;

- реактивный ток статора;

- ток возбуждения (ток ротора);

- напряжение возбуждения.

Воздействием на установочное устройство УУ (рис.4.8) может

изменяться заданное напряжение на шинах и реактивная мощность

всей станции как одного генератора.

Достоинство данной системы ГУВ состоит в том, что на ИЭ

каж-

дого генератора от УРРН поступает индивидуальное задание по реак-

тивной мощности, что важно, когда на станции установлены разно-

типные генераторы. Удобно также при необходимости вводить кор-

рекцию в задание для отдельных генераторов.

В зависимости от наличия или отсутствия в ИЭ

интегрирующих

элементов, автоматическое регулирование напряжения на шинах и

распределение реактивной мощности между генераторами может быть

астатическим или статическим.

Рассмотренный метод распределения реактивной мощности в

системе ГУВ может быть использован и при наличии индивидуальных

АРВ. В этом случае УРРН воздействует на изменение уставок АРВ

всех генераторов через специальные устройства. Распределение реак-

тивных нагрузок при этом получается астатическим, т.е. в точном со-

ответствии с заданными значениями, без статической ошибки.

В ГУВ с уравниванием реактивных нагрузок задание для каждого

СГ формируется автоматически пропорционально среднему значению

реактивной мощности всех СГ. При наличии на станции однотипных

СГ реактивная мощность распределяется между ними поровну (урав-

нивается).

Функциональная схема ГУВ с ЦРН и уравниванием реактивных

нагрузок изображена на рис.4.9.

183

Рис.4.9. Функциональная схема ГУВ с ЦРН и уравниванием реактивных на-

грузок: ИП – измерительный преобразователь; ИЭ – исполнительный элемент;

УУ – установочное устройство; ЦРН – центральный регулятор напряжения;

У – усилитель; СУ – схема уравнивания

При отклонении напряжения на шинах от заданного значения

ЦРН через усилитель У и индивидуальные исполнительные элементы

ИЭ вызывает изменение возбуждения генераторов. В схему уравнива-

ния СУ через измерительные преобразователи ИП

поступает инфор-

мация о фактической реактивной мощности каждого генератора, кото-

рая сравнивается с некоторым средним для всех генераторов значени-

ем. При отклонении фактической реактивной нагрузки от среднего для

всех генераторов значения вырабатываются регулирующие воздейст-

вия соответствующих знаков, которые через ИЭ

вызывают изменение

возбуждения генераторов. Процесс регулирования закончится, когда

напряжение на шинах восстановится и реактивная мощность каждого

генератора будет равна среднему значению.

Схема уравнивания работает по принципу многолучевой звезды, в

каждом луче которой действует некоторая ЭДС, пропорциональная

фактической реактивной мощности соответствующего генератора, и

включена проводимость входной цепи соответствующего исполни-

тельного элемента ИЭ

. Токи в лучах звезды, выступающие в роли ре-

гулирующих воздействий, отсутствуют, если ЭДС всех лучей равны

между собой.

184

В качестве параметра распределения реактивной мощности меж-

ду генераторами могут использоваться:

- реактивная мощность;

- реактивная составляющая тока статора;

- ток возбуждения (ток ротора);

- напряжение возбуждения.

В зависимости от принятого параметра распределения измери-

тельный преобразователь ИП

имеет соответствующее исполнение.

С помощью установочного устройства УУ можно изменять за-

данное значение напряжения на шинах и реактивную мощность всей

станции как единого генератора.

В зависимости от наличия или отсутствия в ИЭ интегрирующих

элементов, регулирование напряжения на шинах и распределение ре-

активной мощности между агрегатами может быть астатическим или

статическим.

Принцип многолучевой звезды, используемый в ГУВ с уравнива-

нием реактивных нагрузок, поясняет рис.4.10.

Рис.4.10. Иллюстрация принципа многолучевой звезды: а – схема звезды;

б – фрагмент схемы уравнивания

Напряжение между вершинами а и b многолучевой звезды опре-

деляется выражением

∑

где n – число лучей (ветвей) звезды;

E ,

Y ,

– ЭДС и проводимость в i – том луче.

185

Если принять

YYY === ...

, то,

∑

т.е. напряже-

ние

при этом будет равно среднему значению ЭДС всех ветвей.

Токи в лучах звезды определяются выражением

.)(

iiabi

YEUI −=

Если

EEE === ...

, то

iab

EU =

и токи в лучах отсутст-

вуют.

Если ЭДС в лучах не равны между собой, то во всех лучах проте-

кают токи, сумма которых в узлах a и b по первому закону Кирхгофа

равна нулю. Значение и направления токов в лучах при равных значе-

ниях проводимости

определяются соотношением между ЭДС луча

и напряжением

В схеме уравнивания (рис.4.10,б) напряжение на выходе измери-

тельного преобразователя ИП

пропорционально фактической реак-

тивной мощности (реактивному току, току или напряжению возбужде-

ния) СГ, соответствующей некоторой ЭДС

в i-той ветви. Входная

проводимость исполнительного элемента ИЭ

может рассматриваться

как проводимость

луча звезды.

Если реактивные нагрузки всех СГ равны между собой, то равны

и ЭДС ветвей схемы (лучей звезды) и токи в ветвях отсутствуют. При

этом отсутствуют сигналы на выходах исполнительных элементов ИЭ

и возбуждение СГ не изменится.

При нарушении равенства реактивных нагрузок ЭДС в ветвях

схемы уравнивания не равны между собой и в них протекают токи.

Причем в ветвях, соответствующих СГ с нагрузкой больше среднего

значения, токи имеют направление, вызывающее уменьшение реак-

тивной мощности СГ. Наоборот, в ветвях, соответствующих СГ с на-

грузкой меньше средней, токи имеют направление, при котором реак-

тивная мощность этих СГ увеличивается. Процесс перераспределения

продолжается до тех пор, пока токи во всех ветвях не станут равными

нулю, т.е. пока реактивные нагрузки всех СГ не станут равными сред-

нему значению и, следовательно, между собой.

Систему ГУВ с уравниванием реактивных нагрузок предпочти-

тельно использовать на электрических станциях с однотипными СГ.

Однако возможно применение ее и на станциях с разнотипными СГ,

186

если соответствующим образом подобрать коэффициенты передачи

измерительных преобразователей ИП.

Уравнивание реактивных нагрузок может осуществляться непо-

средственно по реактивной мощности, по реактивной составляющей

токов статора СГ, по напряжениям или токам роторов с использовани-

ем соответствующих измерительных преобразователей (датчиков).

Схемы уравнивания выполняются так, чтобы при обрыве какой-

либо ветви соответствующий СГ сохранял то значение реактивной

нагрузки, которое он имел до обрыва. Однако при этом этот СГ выпа-

дает из процесса регулирования напряжения и реактивной мощности

станции.

При отключении СГ от сети соответствующая ветвь схемы урав-

нивания также отключается.

Схема ГУВ с уравниванием реактивных нагрузок требует меньше

аппаратуры, чем аналогичная схема с радиальным заданием. Недос-

татком этой схемы является возможность уменьшения возбуждения

всех генераторов станции при замыкании между собой шинок a и b

схемы уравнивания (рис.4.9). Однако при правильном выборе соотно-

шения коэффициентов передачи ЦРН (или индивидуальных АРВ) и

системы уравнивания изменения возбуждения могут быть сведены к

минимуму.

Недостатком схемы ГУВ с радиальным заданием нагрузок явля-

ется возможность резкого изменения режима СГ при обрыве или зако-

рачивании цепей выхода от ЦРН, а также неправильное действие схе-

мы при быстром увеличении параметра распределения под воздейст-

вием индивидуальных АРВ. Поэтому такие системы ГУВ не получили

широкого распространения.

Наиболее часто системы ГУВ выполняются с уравниванием на-

грузок либо по напряжению, либо по току ротора.

В зависимости от типа возбудителя и автоматического регулято-

ра возбуждения, в настоящее время на электрических станциях ис-

пользуются системы ГУВ преимущественно двух типов [22]:

- со статическим ЦРН и статическим устройством уравнивания

реактивных нагрузок;

- с астатическим ЦРН и астатическим устройством уравнивания

реактивных нагрузок.

Системы ГУВ первого типа в основном применяются на генера-

торах с электромашинными возбудителями и регуляторами возбужде-

ния пропорционального действия, область использования которых в

настоящее время сокращается.

187

Системы ГУВ второго типа применяются на генераторах с тири-

сторными возбудителями и индивидуальными регуляторами возбуж-

дения сильного действия [22]. Инерционные астатические ЦРН и аста-

тические устройства уравнивания не мешают работе быстродейст-

вующих индивидуальных АРВ в переходных режимах. Они выполня-

ют свои функции регулирования напряжения на шинах станции и рас-

пределения реактивных нагрузок уже после завершения переходных

процессов путем корректирующих изменений уставок индивидуаль-

ных регуляторов. Уравнивание нагрузок при этом преимущественно

производится уравниванием токов в роторах [39].

В последнее время в связи с внедрением на электрических стан-

циях микропроцессорных АРВ предпочтительным становится решение

рассмотренных выше задач ГУВ не схемным путем, а программным, с

использованием средств АСУТП электрической станции.

4.7. Вопросы для самоконтроля

1. Чем определяется потребление реактивной мощности в элек-

троэнергетической системе?

2. Что понимается под регулирующим эффектом реактивной

мощности нагрузки по напряжению? Как он оценивается количест-

венно?

3. Как в общем случае выглядит статическая характеристика

реактивной мощности нагрузки?

4. По какому закону в общем случае происходит автоматическое

распределение относительных изменений реактивной мощности ме-

жду синхронными генераторами (СГ), работающими на общие шины

электрической станции?

5. Почему не применяется астатическая настройка автомати-

ческих регуляторов возбуждения (АРВ) СГ, работающих на общие

шины? При каком условии такая настройка допустима?

6. Как определяется эквивалентный коэффициент статизма для

нескольких СГ, работающих параллельно на общие шины?

7. По какому закону в общем случае происходит автоматическое

распределение относительных изменений реактивной мощности ме-

жду СГ, работающими на общие шины электрической станции через

повышающие трансформаторы?

8. По какому закону целесообразно осуществлять автоматиче-

ское регулирование напряжения на выводах СГ, работающих на общие

шины станции через повышающие трансформаторы?

188

9. В каком соотношении находятся значения изменений генери-

руемой и потребляемой реактивной мощности с величиной ее неба-

ланса, вызывающего отклонение напряжения на шинах станции?

10. На что следует воздействовать для изменения реактивной

мощности СГ?

11. Какие величины изменятся при изменении уставки АРВ одно-

го из СГ на электрической станции с несколькими СГ, оснащенными

статическими АРВ и работающими на общие шины?

12. От каких факторов зависит значение отклонения напряже-

ния на шинах электрической станции с СГ, оснащенными статиче-

скими АРВ?

13. На что следует воздействовать, чтобы изменить напряже-

ние на шинах электрической станции с СГ, оснащенными АРВ?

14. Какое назначение имеет групповое управление возбуждением

(ГУВ) СГ электрической станции?

15 .Какие основные функции возлагаются на ГУВ?

16. Какие электрические величины СГ могут использоваться в

качестве параметров распределения реактивной мощности в системе

ГУВ?

17. Как различаются системы ГУВ по способам управления на-

пряжением на шинах электрической станции и способам распределе-

ния реактивной мощности между СГ?

18. Какой принцип используется в системах ГУВ с уравниванием

реактивных нагрузок?

189

Библиографический список

1. Цукерник, Л.В. Роль М.О. Доливо-Добровольского в создании схем

компаундирования синхронных машин / Л.В. Цукерник // Электриче-

ство. – 1952 – №11. – С. 70 – 71.

2. Соловьев, И.И. Автоматизация энергетических систем / И.И. Со-

ловьев. – М.: Госэнергоиздат, 1956. – 360 с.

3. Сыромятников, И.А. Опыт эксплуатации электрических систем

СССР после введения форсировки возбуждения генераторов /И.А. Сы-

ромятников. – М.: Госэнергоиздат, 1948. – 19 с.

4. Веников, В.А. Сильное регулирование возбуждения / В.А. Веников,

Г.Р. Герценберг, С.А. Совалов, Н.И. Соколов. – М.: Госэнергоиздат,

1963. – 152 с.

5. Штрафун, Я.Н. Пути возможного развития автоматически регули-

руемых систем возбуждения турбогенераторов / Я.Н. Штрафун // Элек-

тричество. – 1959. – №12. – С. 10 – 13.

6. Глебов, И.А. Системы возбуждения мощных синхронных машин /

И.А. Глебов. – Л.: Наука, 1979. – 316 с.

7. Юрганов, А.А. Регулирование возбуждения синхронных генерато-

ров / А.А. Юрганов, В.А. Кожевников. – СПб.: Наука, 1996. – 138 с.

8. Логинов, А.Г. Микропроцессорный автоматический регулятор воз-

буждения синхронных генераторов типа AVR-2M для систем возбуж-

дения завода «Электросила» / А.Г. Логинов, А.В. Фадеев // Электро-

техника. – 2006. – №9. – С. 54 – 57.

9. Логинов, А.Г. Микропроцессорный автоматический регулятор типа

АРВ-М для систем возбуждения АО «Электросила» / А.Г. Логинов,

А.В. Фадеев // Электротехника. – 2001. – №9. – С. 66 – 70.

10. Чернышев, Е.В. Опыт промышленной эксплуатации статической

реверсивной тиристорной системы самовозбуждения на турбогенера-

торе ТЗФА-110-2У3 / Е.В. Чернышев, Г.А. Кузин, В.К. Картошкин //

Электрические станции. – 2005. – №11. – С. 6 – 8.

11. Лабуннец, И.А. Асинхронизированные турбогенераторы как сред-

ство повышения устойчивости и регулирования напряжения в элек-

трических сетях / И.А. Лабунец, П.В. Сокур, Н.Д. Пинчур [и др.] //

Электрические станции. – 2004. – №8. – С. 26 – 32.

12. Поляк, Н.А. Современные крупные двухполюсные турбогенерато-

ры / Н.А. Поляк. – М.: Энергия, 1972. – 472 с.

13. Усов, С.В. Электрическая часть электростанций / С.В. Усов,

В.В. Канстан, Е.Н. Кизеветер [и др.]. – Л.: Энергия, 1977. – 556 с.

190

14. Голоднова, О.С. Эксплуатация турбогенераторов с непосредст-

венным охлаждением / О.С. Голоднова, Л.С. Линдорф, Л.Г. Мамико-

нянц [и др.]. – М.: Энергия, 1972. – 352 с.

15. Ботвинник, А.М. Асинхронизированная синхронная машина. Ос-

новы теории / А.М. Ботвинник. – М.: Госэнергоиздат, 1960. – 70 с.

16. Дмитриева, Г.А. Перспектива применения асинхронизированных

турбогенераторов в европейской зоне ЕЭС Росси / Г.А. Дмитриева,

С.Н. Макаровский, А.Ю. Поздняков [и др.] // Электрические станции. –

1997. – №8. – С. 35 – 43.

17. Шабад, В.К. Ипользование турбогенераторов в режиме потребле-

ния реактивной мощности / В.К. Шабад, Д.В. Саленик // Энергоснаб-

жение и водоподготовка. – 2004. – №4. – С. 55 – 59.

18. Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и син-

хронных компенсаторов. Общие технические условия: ГОСТ 21558-

2000. Введ. 2003-07-01. – М.: Изд-во стандартов, 2003. – 15 с.

19. Голинкевич, Т.А. Прикладная теория надежности. Изд. 2-е, доп. /

Т.А. Голинкевич. – М.: Высш. шк., 1985. – 167 c.

20. Морозова, Ю.А. Параметры и характеристики вентильных систем

возбуждения / Ю.А. Морозова. – М.: Энергия, 1976. – 152 с.

21. Соловьев, И.И. Автоматические регуляторы синхронных генера-

торов / И.И. Соловьев. – М.: Энергоиздат, 1981. – 248 с.

22. Алексеев, О.П. Автоматика электроэнергетических систем /

О.П. Алексеев, В.Е. Казанский, В.Л. Козис [и др.]; под ред. В.Л. Козиса

и Н.И. Овчаренко. – М.: Энергоиздат, 1981. – 480 с.

23. Бобров, В.М. Модернизация высокочастотных систем возбужде-

ния турбогенераторов серии ТВВ / В.М. Бобров, С.Л. Иванов, В.В. Ки-

чаев [и др.] // Электрические станции. – 1995. – №8. – С. 27 – 31.

24. Ковальков, Г.А. Испытания тиристорной бесщеточной системы

возбуждения турбогенератора 300 МВт / Г.А. Ковальков, Ю.А. Па-

щенко, Ю.Е. Савельев [и др.] // Электрические станции. – 1984. –

№5. – С. 44 – 48.

25. Пластун, А.Т. Совмещенный многофункциональный бесщеточный

возбудитель для систем независимого возбуждения синхронных ма-

шин / А.Т. Пластун, В.И. Денисенко, А.Н. Мойсейченков [и др.] //

Электротехника. – 2006. – №1. – С. 45 – 52.

26. Цгоев, Р.С. Расширение области устойчивости синхронной маши-

ны с тиристорной бесщеточной системой возбуждения / Р.С. Цгоев //

Электро. – 2006. – №1. – С. 11 – 13.

27. Синепольский, В.А. Системы возбуждения производства ООО

«СКБ ЭЦМ» // Электрические станции. – 2006. – №7. – С. 60 – 62.