Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов

Подождите немного. Документ загружается.

121

кусственной устойчивости и в режиме недовозбуждения с различными

значениями коэффициентов усиления каналов стабилизации;

— определение границы вступления в работу ограничителя ми-

нимального возбуждения, статизма и динамику ограничителя мини-

мального возбуждения;

— проверку работы канала разгрузки по реактивной мощности;

— проверку работы канала сгона уставки при перегрузке по току

ротора.

Блок МРВ

служит для проверки блоков МГУ и МГО. Необходимость

в применении блока МРВ объясняется тем, что блок МГУ апериодически

неустойчив, а характеристики блока МГО близки к границе

колебательной устойчивости. В связи с этим определение статических и

динамических характеристик этих блоков было бы без МРВ крайне

затруднительно. Блок МРВ представляет собой линейную

аналоговую

модель регулятора АРВ-СД. На его вход поступают сигналы ∆UB

B, ∆f, ∆IB

формируемые на выходе блоков МГУ или МГО. На выходе блока МРВ

вырабатывается сигнал управления, который подается на вход блока

МГУ или МГО. Таким образом проверяется работоспособность блоков

МГУ и МГО в замкнутом контуре.

Опыт использования УПР на электростанциях показал его эф-

фективность, а надежность работы и простота применения обеспечивают

его

широкое внедрение в эксплуатацию.

6.2. Двухканальная система регулирования возбуждения

Традиционным способом повышения надежности работы

оборудования является резервирование. Большое число находящихся в

эксплуатации систем возбуждения включает в себя АРВ, подключенный

своим выходом ко входам двух тиристорных преобразователей (рис. 6.2),

каждый из которых обеспечивает все эксплуатацион-

Рис. 6.2. Схема резервирования системы автоматического регулирования возбужде-

ния.

Обозначения: АРВ — автоматический регулятор возбуждения; ПДУ — панель

дистанционного управления; ТП — тиристориый преобразователь; УК — устройство

122

контроля; Р — реле.

123

ные режимы работы синхронного генератора, включая работу с но-

минальным током и режим форсирования возбуждения. При этом

предусматривается, что на обмотку возбуждения работает один пре-

образователь, в то время как второй находится в горячем резерве со

снятыми импульсами управления. Работа преобразователей постоянно

контролируется устройством контроля. При повреждении одного из

преобразователей

устройство контроля осуществляет отключение

импульсов управления отказавшего преобразователя и переводит си-

стему возбуждения на резервный тиристорный преобразователь.

Резервирование АРВ осуществляется включением в структуру си-

стемы регулирования панели дистанционного управления (ПДУ),

представляющей собой простейший пропорциональный регулятор

напряжения статора синхронного генератора. Исправность АРВ кон-

тролируется блоком контроля, входящим в состав регулятора. Перевод

системы

возбуждения с АРВ на ПДУ осуществляется вручную

оператором или автоматически по сигналу от блока контроля, а также

при отключении автоматов основного и резервного питания и ав-

томата напряжения статора генератора.

Одним из существенных недостатков рассмотренной системы ре-

зервирования является то, что ПДУ не обеспечивает выполнения

функций; возложенных на АРВ, в

частности форсирования возбуж-

дения при коротких замыканиях в энергосистеме, снижая тем самым

пределы динамической устойчивости. Переходные процессы с ПДУ

отличаются повышенной колебательностью по сравнению с работой

на АРВ. Другим недостатком существующей схемы является отсут-

ствие постоянного контроля за исправностью АРВ. Алгоритм работы

блока контроля предусматривает его блокировку в ряде режимов,

связанных

с работой ограничителей перегрузки и минимального воз-

буждения. Кроме того, питание блока контроля осуществляется от

блоков питания АРВ и, следовательно, отказ АРВ, связанный с по-

вреждением питания, вызывает и отказ работы блока контроля.

Устранить первый из отмеченных недостатков позволяет включе-

ние в структуру резервирования второго полноценного АРВ, а

второй

124

недостаток устраняется путем организации постоянного контроля ис-

правности основного АРВ во всех эксплуатационных режимах работы

генератора с помощью блока контроля и диагностики (БКД), входя-

щего в состав резервного регулятора возбуждения. При этом схема

регулирования возбуждения становится двухканальной (рис. 6.3).

Основной и резервный каналы регулирования включают в себя ре-

гулятор возбуждения и

тиристорный преобразователь. Оба АРВ по-

стоянно включены, и их выходы подключены ко входам преобразо-

вателей. Тиристорный преобразователь резервного канала работает

без импульсов управления. Блок БКД осуществляет постоянный кон-

троль за исправностью основного АРВ и диагностику резервного ре-

гулятора. Кроме того, БКД обеспечивает подгонку уставки резервного

АРВ с тем, чтобы уравнять выходные

напряжения двух регуляторов,

при этом уравнивание происходит с определенной инерцией. При

возникновении неисправности резервного АРВ блок БКД свое-

временно диагностирует появившийся отказ и выдает команду на

блокировку перехода системы возбуждения на резервный канал. При

отказе основного АРВ блок БКД выдает сигналы на снятие импульсов

управления тиристорного преобразователя основного канала и

подачу

импульсов на преобразователь резервного канала.

Работа блока БКД основана на сравнении сигналов основного

АРВ ос

B) и резервного (UB

АРВ ос

B) регуляторов возбуждения. Диагно-

стирование резервного регулятора выполняется следующим образом.

На аналоговых элементах производится определение величины ин-

теграла

где 1/р — оператор интегрирования.

Абсолютная величина вычисленного значения интеграла сравни-

вается с заданной величиной. Значение абсолютной величины интег-

рала, превышающее заданную величину, т. е. | I | > А, свидетельствует

об отказе резервного регулятора. Действительно, при наличии

подгонки его уставки интеграл I стремится к нулю. Существенное его

отличие от нуля указывает на то, что в

течение определенного

Рис. 6.4. Динамика работы блока БКД при

неуправляемом развозбуждении основного АРВ.

125

времени выходные напряжения регуляторов не равны между собой. В

свою очередь это указывает на отказ резервного АРВ.

Отказ основного АРВ определяется наличием существенной

разности между выходными напряжениями основного и резервного

регуляторов при отсутствии дисперсии выходного сигнала основного

регулятора и при исправности резервного регулятора, т. е. не-

исправность основного АРВ определяется

следующими условиями:

| UB

АРВ ос

B- UB

АРВ рез

B | ≥B, D= 0 , | I | ≤ A.

На рис. 6.4 приведены осциллограммы переходного процесса, вы-

званного отказом основного АРВ, который привел к неуправляемому

развозбуждению. В момент возникновения неисправности выходное

напряжение основного АРВ вышло на предельное положительное

значение, при котором его дисперсия стала равна нулю. Неуправля-

емое развозбуждение вызвало уменьшение напряжения статора, и

резервный АРВ сформировал выходной

сигнал отрицательной поляр-

ности на форсирование возбуждения. Наличие существенной разности

выходных напряжений регуляторов при отсутствии дисперсии

выходного напряжения основного АРВ вызвало срабатывание блока

БКД и переключение системы возбуждения на резервный канал. На-

пряжение статора в новом установившемся режиме отличается от ис-

ходного не более чем на 1 %.

Испытания на электродинамической модели

и опытная эксплуа-

тация на электростанциях продемонстрировали работоспособность

двухканальной системы регулирования возбуждения. Блок БКД

своевременно определяет отказ АРВ и осуществляет переключение

системы регулирования на резервный канал.

126

Глава 7

ПАКЕТ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ «МОДЕЛЬ»

7.1. Общая информация

Пакет прикладных программ (ППП) «Модель»

представляет собой программный комплекс для выполнения всего

объема работ по проектированию и эксплуатации современных систем

регулирования возбуждения синхронных генераторов. Он позволяет

проводить анализ устойчивости станции, работающей в составе

энергообъединения, проектирование, настройку и проверку

регулятора возбуждения АРВ— СДП1 и

его блоков, а также может

быть использован в качестве учебного пособия и тренажера для

персонала электростанций. В ППП «Модель» реальная станция

замещается эквивалентным генератором, а внешняя для станции сеть

— схемой «линия—шины бесконечной мощности». Метод упрощения

строго обоснован математически и подтвержден экспериментально

(см. гл. 1).

Эти замены позволяют подробно описать

систему регулирования

возбуждения с учетом инерционных свойств и характеристик регу-

лятора и возбудителя.

Параметры схемы замещения определяются с помощью программы

«Расчет Х внешнего», использующей в качестве исходных данных

значения активной, реактивной мощностей и напряжения генератора

или шин в двух режимах работы станции. На основе полученной схе-

мы замещения ППП «Модель»

предлагает программы расчета режима

и определения необходимых для устойчивой работы коэффициентов

усиления в каналах стабилизации регулятора АРВ—СДП1.

Программа «Задать станцию» запросит у Вас данные и параметры

эквивалентного генератора и схемы замещения, а также выбранные

Вами базисные значения мощности и напряжения. Если пользователь

в своих расчетах хочет учитывать насыщение исследуемого

генератора

, существует возможность использовать реактивность

Потье, стандартные характеристики холостого хода и короткого за-

мыкания. Пользователь может выбрать один из хранящихся в памяти

вариантов для конкретного типа генератора или ввести эти данные

самостоятельно. В дальнейшем эти данные сохраняются в памяти в

течение сеанса работы со всеми остальными модулями пакета, если

Вам не

потребуется их изменить.

Программа «Нормальные режимы» снова запросит у Вас данные о

параметрах эквивалентного генератора и схемы замещения, а так-

же об интересующем Вас режиме. Пользователю предоставляется

возможность задать один из вариантов:

127

— активную и реактивную мощности и напряжение эквивалентного

генератора;

— активную мощность и напряжение эквивалентного генератора и

модуль напряжения U в центре электрических качаний. На основе этих

данных определяются все параметры, характеризующие режим

электропередачи: Р

B, QB

B, UB

B, ЕB

B, Θ, ΘB

B. Есть возможность графи-

ческого построения диаграммы режимов в координатах Р—Q или IB

B —IB

и нанесения на нее интересующего Вас режима. Кроме того, программа

предоставляет возможность получить в табличной или графической

форме статические характеристики электропередачи в зависимости от

активной мощности или полного угла, запомнить их, повторить расчет и

совместить на дисплее результаты для различных вариантов. По

желанию пользователь может получить жесткую копию экрана дисплея.

Программный модуль «Коэффициенты усиления» предложит Вам

воспользоваться введенными ранее данными о параметрах станции,

эквивалентной энергосистемы и настройке регулятора. При желании Вы

можете их изменить. После этого будет произведен расчет границы

колебательной электромеханической устойчивости. Результаты могут

быть выведены в табличном виде и в виде зависимостей K

0u max

B(P) или

0u max

B(Θ). Результаты могут быть запомнены и нанесены на графики при

последующих расчетах или выведены на печать. Подпрограмма «Расчет

B, КB

B» запросит значения мощности генератора и величины

предельного коэффициента усиления по напряжению, который Вы

хотите обеспечить в этом режиме. После этого будут выданы

рекомендации о коэффициентах усиления по параметрам стабилизации,

гарантирующих прохождение границы через заданную точку.

Программный модуль «Расчет переходных процессов» позволяет

анализировать работу станции в полученной эквивалентной схеме при

больших

и малых возмущениях. Он построен на базе программы

«CYPROS», имеющей дружественный интерфейс и предоставляющей

пользователю широкий набор сервисных функций. Регулятор моде-

лируется системой уравнений 21-го порядка, полученной на основе

частотных характеристик реального регулятора АРВ—СДП1 (гл. 5).

Математическое описание тщательно отработано на электродинами-

ческой модели и проверено на практике. Программа предоставляет

пользователю

широкий набор моделей возбудителей: статический ти-

ристорный по схеме независимого возбуждения или самовозбуждения,

диодный бесщеточный или высокочастотный (гл. 6). Переходные

процессы при малых возмущениях рассчитываются при подаче на

контрольный вход блока усиления регулятора пробного сигнала

заданной формы (ступенчатый, синусоидальный или линейно нара-

стающий) . Расчетным возмущением для исследования динамических

режимов является нормативное двухфазное

короткое замыкание на

землю на шинах станции длительностью 0.14 с. Эти расчеты позволяют

проверить правильность работы системы регулирования возбуждения и

регулятора и координировать ее с работой защит.

128

129

В модуле «Расчет блоков» более подробно задаются отдельные блоки

регулятора и исследуется динамика их работы. Вы можете изучить

характер процессов внутри блока, сравнить их с получаемыми в реальном

блоке, вызывающем опасения, и определить неисправный узел.

Программный модуль «Расчет узлов», реализованный на базе

стандартной программы «MICROCAP» [бб ], моделирует работу ос-

новных функциональных

узлов и элементов регулятора АРВ-СДП1

(фазочувствительный выпрямитель, синхронный фильтр и т. д.). С его

помощью можно получить временные диаграммы напряжений на всех

элементах узлов, воспроизвести неисправность монтажной схемы или

любого элемента и в конечном итоге точно установить причину

неправильной работы любого узла и блока. В результате значительно

сокращается время

поиска неисправности реального оборудования и

повышаются ремонтопригодность и срок службы регулятора.

ППП «Модель» — современное, обращенное к пользователю про-

граммное средство. Для его установки в описываемой версии необхо-

дим IBM-совместимый компьютер с сопроцессором, объемом ОЗУ не

менее 640 кБт и объемом внешней памяти на магнитном диске около 3

МБт. Принтер — EPSON LX-800 или совместимый с ним

. Адаптер

дисплея — EGA, VGA, SVGA. Системное программное обеспечение

— MS DOS версии не ниже 3.3.

7.2. Краткое описание модулей пакета

На рис. 7.1 показан вид экрана при запуске программы

«Модель». В левом окне перечислены все модули и утилиты ППП.

При подсвечивании маркером любой строки этого окна в правом окне

появляется краткая контекстная подсказка. Ниже приведены тексты

этих подсказок

и результаты расчетов, выполняемых в каждом мо-

дуле.

Рис. 7.2. Результат расчета внешнего эквивалентного сопротивления станции.

130

Рис. 7.3. Статические характеристики электропередачи в зависимости от активной

мощности (а) и полного угла (б).