Типы систем возбуждения генератора

Системы возбуждения генераторов

У турбогенераторов возбуждение является неотъемлемой частью, и от надёжности его работы в большой степени зависит надежная и устойчивая работа всего турбогенератора.

Обмотка возбуждения укладывается в пазы ротора генератора, и к ней с помощью контактных колец и щёток, исключением является бесщёточная система возбуждения, подводится постоянный ток от источника. В качестве источника энергии может применяться генератор постоянного или переменного тока, который принято называть возбудителем, а систему возбуждения электромашинной. В безмашинной системе возбуждения источником энергии является сам генератор, поэтому её называют системой самовозбуждения.

Основные системы возбуждения должны:

• обеспечивать надежное питание обмотки ротора в нормальных и аварийных режимах;

• допускать регулирование напряжения возбуждения в достаточных пределах;

• обеспечивать быстродействующее регулирование возбуждения с высокими кратностями форсирования в аварийных режимах;

• осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимости производить гашение поля в аварийных режимах.

Важнейшими характеристиками систем возбуждения являются: быстродействие, определяемое скоростью нарастания напряжения на обмотке ротора при форсировке V=0,632∙(Uf потUf ном)/Uf номt1, и отношение потолочного напряжения к номинальному напряжению возбуждения Uf пот/Uf ном=Кф — так называемая кратность форсировки.

Согласно ГОСТ турбогенераторы должны иметь Кф≥2, а скорость нарастания возбуждения — не менее 2 с -1 . Кратность форсировки для гидрогенераторов должна быть не менее 1,8 для коллекторных возбудителей, соединенных с валом генератора, и не менее 2 для других систем возбуждения. Скорость нарастания напряжения возбуждения должна быть не менее 1,3 с -1 для гидрогенераторов мощностью до 4 MBА включительно и не менее 1,5 с -1 для гидрогенераторов больших мощностей.

Для мощных гидрогенераторов, работающих на дальние элек­тропередачи, к системам возбуждения предъявляются более высокие требования: Кф=3—4, скорость нарастания возбуждения до 10∙Uf HMв секунду.

Обмотка ротора и системы возбуждения генераторов с косвенным охлаждением должны выдерживать двукратный по отношению к номинальному ток в течение 50 с. Для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток ротора это время сокращается до 20 с, для генераторов мощностью 800—1000 МВт принято время 15 с, 1200 МВт — 10 с (ГОСТ 533-85Е).

Мощность источника возбуждения составляет обычно 0,5 — 2% мощности турбогенератора, а напряжение возбуждения 115—575 В.

Чем больше мощность турбогенератора, тем выше напряжение и тем меньше относительная мощность возбудителя.

Системы возбуждения можно разделить на два типа: независимое (прямое) возбуждение и зависимое (косвенное) возбуждение (самовозбуждение).

К первому типу относятся все электромашинные возбудители постоянного и переменного тока, сопряжённые с валом турбогенератора (рис. 4.1).

Ко второму типу относятся системы возбуждения, получающие питание непосредственно от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы (рис. 4.2, а) и отдельно установленные электромашинные возбудители, вращаемые двигателями переменного тока, питающимися от шин собственных нужд станции (рис. 4.2, б).

Электромашинные возбудители постоянного тока (рис. 4.1, а) ранее применялись на турбогенераторах малой мощности. В настоящее время такая система возбуждения практически не применяется, так как является маломощной и при скорости вращения 3000 об/мин данную систему возбуждения трудно выполнить из-за тяжелых условий работы коллектора и щеточного аппарата (ухудшение условий коммутации).

На действующих турбогенераторах применяют:

• высокочастотную систему возбуждения;

• бесщёточную систему возбуждения;

• статическую тиристорную независимую систему возбуждения;

• статическую тиристорную систему самовозбуждения.

В перечисленных системах возбуждения возбудителем является генератор переменного тока различного исполнения, не имеющий ограничения по мощности. Для преобразования переменного тока в постоянный применяются неуправляемые и управляемые полупроводниковые выпрямители-вентили.


Принцип работы высокочастотного возбуждения (рис. 4.1, б) заключается в том, что на одном валу с генератором вращается высокочастотный генератор трёхфазного тока 500 Гц, который через полупроводниковые выпрямители В подаёт выпрямленный ток на кольца ротора турбогенератора. При такой системе возбуждения исключается влияние изменения режимов работы внешней сети на возбуждение генератора, что повышает его устойчивость при коротких замыканиях в энергосистеме.

Рис. 4.1. Принципиальные схемы независимой системы возбуждения генераторов:

а — электромашинная с генератором постоянного тока; б — высокочастотная;

СГ — синхронный генератор; ВГ — возбудитель постоянного тока;

ВЧГ — высокочастотный генератор; ПВ — подвозбудитель; В — выпрямитель

Рис. 4.2. Принципиальные схемы зависимой системы возбуждения генераторов;

ВТ — вспомогательный трансформатор; АД — асинхронный двигатель

На современных турбогенераторах высокочастотную систему возбуждения не применяют, как устаревшую. Для мощных турбогенераторов токи возбуждения составляют 5—8 кА. Это создает большие трудности подвода постоянного тока к обмотке возбуждения генератора с помощью скользящих контактов — колец и щёток. Поэтому в настоящее время для ряда генераторов применяется бесщёточная система возбуждения, в которой выпрямительное устройство располагается на роторе, а питается от обратимой машины через воздушный зазор. Поэтому электрическая связь между выпрямителем и обмоткой возбуждения выполняется жестким токопроводом без применения контактных колец и щёток.

В независимой статической системе и системе самовозбуждения применяются управляемые полупроводниковые кремниевые выпрямители — тиристоры. Это позволило увеличить быстродействие данных систем возбуждения по сравнению с системой, например, высокочастотной, где применяются неуправляемые выпрямители. Так как в данных системах возбуждения применяется группа статических управляемых выпрямителей, то для подвода постоянного тока к обмотке возбуждения генератора также применяются скользящие контакты, что является недостатком. Тиристорные системы возбуждения нашли применение для турбогенераторов мощностью 160—500 МВт. На рис. 4.2, а приведена принципиальная схема статического тиристорного самовозбуждения.

На случай повреждения системы возбуждения предусматривается установка резервных возбудителей: по одному на каждые четыре генератора.

В качестве резервного возбудителя устанавливают генераторы постоянного тока, приводимые во вращение асинхронными двигателями, подключёнными к шинам собственных нужд станции (рис. 4.2, б). Чтобы при посадке напряжения, например при КЗ, резервный возбудитель не затормозился, на его валу устанавливают маховик.

Системы возбуждения генераторов

Ниже приведены таблицы с техническими характеристиками тиристорных систем возбуждения генераторов, выпускаемых нашей компанией.

Технические характеристики СТС

Характеристика

Значение

Выпрямленное номинальное напряжение, В

Выпрямленный номинальный ток, А

Кратность форсировки по напряжению, о.е.

Кратность форсировки по току, о. е.

Длительность форсировки, о. е.

Время нарастания напряжения возбуждения до максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5% от номинального, мс

Время развозбуждения от максимального положительного до минимального отрицательного напряжения возбуждения, мс

Точность поддержания напряжения на шинах генератора относительно статической характеристики, % не хуже

Система охлаждения тиристорного выпрямителя

Технические характеристики СТН

Характеристика

Значение

Выпрямленное номинальное напряжение, В

Выпрямленный номинальный ток, А

Кратность форсировки по напряжению, о.е.

Кратность форсировки по току, о. е.

Длительность форсировки, о. е.

Время нарастания напряжения возбуждения до максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5% от номинального, мс

Время развозбуждения от максимального положительного до минимального отрицательного напряжения возбуждения, мс

Точность поддержания напряжения на шинах генератора относительно статической характеристики, % не хуже

Система охлаждения тиристорного выпрямителя

Вся продукция, производимая нашей компанией, разработана в соответствии ГОСТ 21558-2000, который регламентирует требования к системам возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Наша продукция соответствует отраслевым стандартам. После испытаний, проведенных в ОАО «НИИПТ» разработанный нами автоматический регулятор возбуждения АРВ – СДЕ сертифицирован в соответствии со стандартом СТО 59012820.29.160.20.001-2012 «СО ЕЭС», что в свою очередь позволяет использовать данный автоматический регулятор возбуждения на всей территории РФ без ограничений.

Технические данные системы возбуждения

Системы возбуждения турбо- и гидрогенераторов

Системы возбуждения генераторов имеют два независимых идентичных канала управления, на любом из которых обеспечивают:

  • пуск и остановку, начальное возбуждение и включение в сеть методом точной (автоматической и ручной) синхронизации и самосинхронизации;
  • работу в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и перегрузками в соответствии с перегрузочной характеристикой генератора;
  • устойчивую работу в переходных и аварийных режимах (набросы и сбросы нагрузки, короткие замыкания);
  • работу в режимах недовозбуждения, допускаемых генератором;
  • аварийные режимы генератора без повреждений (асинхронный ход при соответствующей для генератора мощности или асинхронные провороты с последующей ресинхронизацией или отключением генератора от сети и режимы внезапных коротких замыканий);
  • автоматическое и ручное управление возбуждением в режимах пуска и останова генератора;
  • форсировку возбуждения с заданной кратностью и развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих, соответственно, снижение или увеличение напряжения на шинах станции;
  • развозбуждение и гашение поля при нормальной остановке генератора переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим;
  • гашение поля в аварийных режимах устройством гашения поля (УГП);
  • все режимы возбуждения генератора при отключении одной параллельной ветви в любом или каждом плече преобразователя;
  • работу генератора с номинальным током возбуждения при отключении двух параллельных ветвей в любом или каждом плече преобразователя. Форсировка возбуждения при этом запрещается;
  • автоматическое снижение тока возбуждения до вступления ограничителя минимального возбуждения (ОМВ) при отключении трех и более параллельных ветвей (приравнивается к потере проводимости плеча). Форсировка возбуждения при этом запрещается;
  • регулирование тока возбуждения по отклонению и производной напряжения генератора, по отклонению и производной частоты напряжения генератора, по производной тока возбуждения;
  • дистанционное изменение уставки напряжения генератора в пределах от 80 до 110% номинального значения;
  • ограничение тока возбуждения генератора двукратным значением по отношению к номинальному току возбуждения без выдержки времени, а так же ограничение перегрузки по току возбуждения по время-зависимой характеристике;
  • ограничение минимального тока возбуждения с уставкой, зависящей от активной мощности генератора, в режиме потребления реактивной мощности из сети;
  • автоматическое уменьшение уставки напряжения генератора при снижении частоты с коэффициентом 2% по напряжению генератора на 1Гц изменения частоты;
  • автоматический и ручной перевод управления с одного канала управления на другой и обратно;
  • перевод возбуждения турбогенератора с рабочей системы возбуждения на резервный возбудитель и обратно без перерыва питания обмотки возбуждения.
Читайте также  Тойота камри 2005 генератор

Все системы возбуждения оснащены следующими защитами:
  • защитой от повышения напряжения генератора, работающего на холостом ходу;
  • защитой от неограниченной по току форсировки;
  • защитой от потери возбуждения. Защита при работе генератора в сети с уставкой If=0,1*Ifn и задержкой 1с действует на включение контактора, подключающего параллельно обмотке возбуждения гасящий резистор, и переключение канала управления. Если при этом нормальный режим возбуждения не восстанавливается, то контактор остается включенным, а на верхний уровень управления подаётся сигнал о включенном положении контактора;
  • защитой ротора от перегрузки током возбуждения. Защита трехступенчатая, имеет интегральную характеристику и фиксирует перегрев ротора. При срабатывании фиксатора перегрева в схему регулятора возбуждения подается команда на разгрузку по току возбуждения. Если команда на разгрузку не будет выполнена, то с задержкой 2 секунды, подается команда на перевод управления на другой канал управления. Если и после этого перегрузка не будет снята, то с задержкой 2 секунды, подается команда на отключение УГП;
  • защитой от «земли» в роторных цепях. Защита двухступенчатая и выдает сигналы при снижении сопротивления изоляции цепей возбуждения относительно вала генератора (или «земли» при отсутствии измерительной щетки вала). Защита выдает также сигнал при потере контакта со щеткой вала. На дисплее панели управления индицируется текущее значение сопротивления изоляции роторных цепей;
  • защитой от перенапряжений в роторных цепях. Защита выполнена с помощью тиристорного разрядника многократного действия и действует путем закорачивания обмотки возбуждения на сопротивление самосинхронизации. Значение уставки срабатывания защиты может регулироваться ступенями по 100 и 180В;
  • обеспечивается возможность настройки всех защит на другие уставки, соответствующие местным условиям.
Сигнализация и диагностика

Модули управления SINAMICS (Siemens) оснащены схемой самодиагностики. Кроме того, диагностику состояния работающего канала управления дополнительно осуществляет канал, находящийся в резерве.

Устройство диагностики фиксирует следующие неисправности оборудования:

  • потерю тока возбуждения при работе генератора в сети;
  • потерю проводимости параллельных ветвей в плече преобразователя;
  • потерю проводимости плеча преобразователя;
  • неисправность источников питания;
  • потерю оперативного тока;
  • потерю питания цепей сигнализации;
  • потерю резервного питания;
  • обрыв цепей управления выключателями.

Схемой сигнализации обеспечивается индикация состояния коммутационных аппаратов, режимных параметров и информации о возникающих неисправностях на дисплее панели управления, расположенной на двери шкафа управления возбуждением, а также передача этой информации на верхний уровень управления по прямым проводным связям и цифровому каналу.

Модуль управления SINAMICS обеспечивает следующие возможности:

  • осуществлять непрерывную самодиагностику;
  • выполнять осциллографирование процессов как во время наладки, так и при возникновении аварийной ситуации, хранение аварийных осциллограмм в энергонезависимой памяти;
  • каждый канал управления имеет в своем составе панель управления с сенсорным дисплеем 7”, на которой отображаются параметры режима работы генератора, предупредительные и аварийные сообщения. Панель управления позволяет просматривать дневник событий, а так же производить наладку системы возбуждения.

Системы возбуждения генераторов имеют следующие показатели надежности работы:

  • полный срок службы — не менее 25 лет;
  • коэффициент готовности — не менее 99,8%;
  • средняя наработка на отказ (отключение генератора) — не менее 25000 ч.

ООО «СКБ ЭЦМ» предоставляет гарантию 3 год на системы возбуждения генераторов.
По просьбе заказчика гарантийный срок может быть увеличен.

Как проверить возбуждение на генераторе

Генератор – это не просто какой-нибудь узел. По сути, он является электрической машиной, преобразующей мехэнергию в ток. Генератор обеспечивает автомашину подзарядкой, без которой та сможет продержаться в движении не больше 1-2 часов за счет аккумулятора. Узнайте, как происходит возбуждение генератора в автомобиле.

Как происходит возбуждение в гене

Электроэнергия или электрическая сила в генераторе возникает тогда, когда сквозь магнитный поток внутри перемещается проводник. Ток возникает также и в том случае, когда перемещается магнит, а проводник остается неподвижным.

Без теоретических объяснений и выводов, можно представить себе возбуждение гена так:

  • На обмотку гена подается электричество с АКБ. Электрический ток первыми принимают щетки и медные кольца.
  • Реле отсечки – специальная штука, которая не дает аккумулятору разрядиться при остановке генератора. Когда водитель включает зажигание, то напряжение поступает на реле отсечки, оно притягивает внутренние элементы генератора, тем самым, замыкаются контакты. Получается, что реле в этом случае – эффективный переходник, соединяющий обмотку гена с аккумулятором.
  • На приборной панели в салоне автомобиля предусмотрена лампочка. Она дает понять водителю, когда начинается зарядка геном АКБ. Когда включается зажигание, она горит до тех пор, пока напряжение идет с аккумулятора и гаснет, когда процесс энергополучения идет обратно.

Что такое СВ и АРВ

Система возбуждения гена – это комплекс различных устройств, включающих: возбудитель, АРВ, СГП, УБФВ, устройство развозбуждения, а также дополнительные тесто-измерители.

Система возбуждения

АРВ – это не что иное, как регулятор, функционирующий полностью на автомате. СГП – средство, которое гасит магнитное поле. УБФВ – устройство, благодаря которому осуществляется быстрая форсировка возбуждения.

Сам возбудитель является источником питания (ИП) обмотки постоянным напряжением. В данном случае ИП может быть сам ген совместно с полупроводниками и выпрямительным блоком (диодным мостом).

АРВ применяются в синхронном гене. Здесь они выполняют функцию повышения физической стабильности генерирующего устройства. Принято классифицировать АРВ на устройства с пропорциональным шагом и сильным шагом. Одни способны изменять токоэнергию по несоответствию статорного напряжения, а вторые – реагируют в более широком смысле этого слова.

Когда ток снижается, к примеру, при замыкании, предусмотрена форсировка. Она подразумевает скорое увеличение возбуждения, что влияет на остановку спадов напряжения и сохраняет устойчивость.

Корректировка и ускорение значительно повышают надежность функционирования реле.

Когда происходит отключение генератора, что тоже может вызываться внутренними замыканиями, агрегат следует развозбудить. Для этого достаточно погасить магнитполе, что даст возможность уменьшить размеры повреждения статорной обмотки.

Погасить магнитполе – это, значит, быстрое уменьшить магнитпоток возбуждения гена до величины, близкой к 0. Одновременно с этим уменьшается ЭДС агрегата.

Как погасить магнитное поле

Гашение магнитполя осуществляется с помощью АГП – особых устройств-автоматов, действующих от реле. Именно они помогают активировать сопротивление.

В генерирующих устройствах, функционирующих по принципу тиристорвозбуждения, снижение магнитполя осуществляется методом переключения основных вентилей в инверторный порядок. Тем самым, сэкономленная в обмотке энергия, передастся возбудителю или диодному мосту.

Характеризуется СВ номинальным напряжением (НТ), но оно может быть разным.

  • 100 или 600 В, если речь идет о возбуждении на выводах обмотки.
  • 100 или 8000 А, если речь идет о НТ, находящимся непосредственно в обмотке, и соответствует нормальной, стандартной работе генератора.

Следует знать, что НТ возбудителя должен составлять доли процентов от НТ генератора. Как правило, считают значения в 0,2-0,6 процентов от номинальной мощности гена.

Что касается быстродействия возбудителя, то оно зависит от скорости нарастания силы тока на обмотке индуктора (ротора).

СВ (система возбуждения) обязана рассчитываться в зависимости от работы АРВ. Другими словами, без АРВ работа допускается, но только на время, нужное для ремонта или замены. В остальных случаях использование АРВ обязательно.

Примечание. Если СВ, все же, функционирует без АРВ, то нужно обеспечить дополнительную систему защиты. Это РДУ и другие средства, способные обеспечить развозбуждение и автогашение генераторного поля.

СВ обязана обеспечивать ток в продолжительном режиме, превышая НТ генератора не менее чем на 10 процентов.

Читайте также  Тойота краун замена генератора

Бесконтактная система возбуждения

СВ также бывает полупроводниковой. В этом случае она должна иметь РВС (режим внутреннего сохранения).

Важно, чтобы защитные устройства, обеспечивающие стабильность во время перенапряжений, были многократного действия.

Состав системы возбуждения Что обеспечивает система возбуждения
трансформатор выпрямительный начальное возбуждение
трансформатор последовательный вольтодобавочный холостой ход
тиристорный преобразователь (ТВ 8-2000/) 050- 1У4) включение в сеть методом точной синхронизации в нормальных режимах и самосинхронизации в аварийных режимах
система охлаждения преобразователя работу ГГ в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и перегрузками
агрегат начального возбуждения (АН В-2) недовозбуждение в пределах устойчивой работы генератора
автоматический регулятор возбуждения (АУ1Г типа АРВ-СД) форсировку возбуждения по току и напряжению
панель гашения поля эффективное гашение поля
релейные панели развозбуждение при нормальных остановках агрегата

Разновидности СВ

СВ принято делить на 2 группы. Они классифицируются в зависимости от способа возбуждения. Различают СВ независимого типа (СВНТ) и зависимого (СВЗТ).

К СВНТ относят все возбудители, которые сопряжены с генераторным валом. По сути, они способны вырабатывать напряжение в независимом режиме.

За группу СВЗТ принимают возбудители, схватывающие вольтаж прямиком с концов основного генератора. Ток поступает через трансформаторы особого типа.

Тиристорная система возбуждения

Более выгодно смотрятся СВНТ, так как в них выработка тока не зависит от электроцепи.

Интересный момент. На генах со слабой мощностью в качестве возбудителя применяются отдельные, независимые генераторы, способные вырабатывать ток. Они соединяется с валом основного гена (синхронного).

Другие преимущества СВНТ:

  • Высокий процент быстродействия;
  • Высокая скорость нарастания тока;
  • Возможность замены тиристоров, вышедших из строя, без остановки генератора.

Однако СВНТ имеют и недостатки, связанные с самим устройством возбудителя. К примеру, если быстрота повышения возбуждения не слишком высока.

  • Слабыми в СВНТ выглядят контакты скользящего типа, так как напряжение к ним подводится через щетки.

Сегодня наиболее востребованы СВ с полупроводниковыми диодными мостами. Они построены по 3-фазной схеме, в них задействуется минимальное количество выстроенных по порядку тиристоров.

Что касается схем диодного моста, то они бывают 1-групповыми и 2-групповыми. Один выпрямитель внедрен в первом случае, два – во втором.

Токоподавателем в СВНТ является синхронный ген, нашедший место между индуктором и верхним кронштейном основного генератора.

Устройство синхронного генератора

СВЗТ менее надежна, чем первая система, так как работа возбудителя здесь полностью зависимая. Другими словами, возбудитель в этом случае будет работать только в том случае, если получит ток от сети. А в сети, как правило, часто возникают замыкания, нарушающие стабильное функционирование СВ. Получается лишняя нагрузка на СВЗТ, которая должна обеспечивать форсировку напряжения в обмотке.

Но СВЗТ в некоторых случаях имеют плюсы перед самостийными системами. Они выражаются простотой схемы. Недостатком же выступает, как и говорилось, непостоянство работы, что более всего заметно в высокомощных машинах.

По мнению экспертов, если подразумевается длительность ремонта, то лучше зарекомендуют себя СВЗТ.

Проверка возбуждения

Основными симптомами, которые доказывают неработоспособность СВ на генераторе, являются показатели внешних характеристик. Говоря иначе, если напряжение через выводы генератора не поступает, то агрегат должен самовозбуждаться по принципу. Если такого не происходит, налицо проблема.

Хорошо заметна работа генератора на дизельных агрегатах. Они получают меньшую, чем обычно дозу топлива, как только генератор развивает небольшую мощность. Таким образом, дизельная установка остается недогруженной.

Проверка системы возбуждения

Ясно, что при уменьшении подачи топлива в цилиндры, снизится и скорость движения. По ней (скорости) можно будет определить снижение напряжения генератора, следовательно, и его возбуждение.

Если в генераторе увеличивается произведение напряжения, то не должно увеличиваться магнитное насыщение СВ, иначе прочность изоляции электромашины не выдержит. Ограниченным в некоторых значениях можно назвать также генераторный ток, который в случае увеличения приведет к перегоранию обмотки якоря.

Типы систем возбуждения генератора

Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уральский государственный университет им. А.М.Горького

Математико-механический факультет
Кафедра высокопроизводительных компьютерных технологий

СОЗДАНИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

«СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ»

Дипломная работа студента 5 курса Гостюхина Олега Сергеевича
Научный руководитель Усов Алексей Степанович Ведущий инженер электро-технического отдела

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Общие сведения о генераторах и системах возбуждения генераторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … . 2.1 Виды систем . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Характеристики систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Принятие технического решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Описание контроллера . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Пример программы для контроллера . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 7. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 8. Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .

Введение
В России создана мощная энергетическая база, обеспечивающая ускоренное развитие всех отраслей народного хозяйства и широкое внедрение различных электрических приборов для бытовых нужд городского и сельского хозяйства. Существенное развитие за последние годы получили устройства и системы автоматического управления нормальными режимами, обеспечивающие оптимальное ведение режима с учетом ограничений по качеству электроэнергии. Большое внимание уделяется автоматизации распределительных сетей и подстанций. Разнообразные устройства автоматики обеспечивают комплексную автоматизацию сетей, оптимизацию нормального режима по напряжению, автоматическое восстановление питания потребителей при аварийных нарушениях. Особо важное значение для предотвращения развития аварий в энергосистемах имеет быстро развивающаяся область автоматизации – противоаварийная автоматика. Нарушение нормального режима работы одного из элементов энергосистемы, например отключение мощного генератора или сильно загруженной линии электропередачи, может отразится на работе многих других элементов энергосистемы, а при неблагоприятных условиях привести к нарушению всего технологического процесса. Другая не менее важная особенность состоит в том, что электромеханические процессы при нарушении электрической схемы или нормального режима возникают и протекают обычно так быстро, что обслуживающий персонал электростанций и подстанций оказывается не в состоянии своевременно обнаружить начало и предотвратить развитие этих процессов. Поэтому контроль и управление режимами энергосистемы представляют собой весьма сложные технические задачи. Выполнение этих задач без применения специальных технических средств во многих случаях оказывается невозможным. Рассмотренные выше, а так же другие особенности энергетического производства определили необходимость широкой автоматизации энергетических систем. Под автоматизацией энергосистем понимается оснащение их автоматическими устройствами, осуществляющими управление технологическим процессом производства, передачи и распределения электрической энергии в нормальных и аварийных условиях без участия человека в соответствии с программой, заложенной в эти устройства, и их настройка. В данной дипломной работе представлена основная часть такой системы управления.

2. Общие сведения о генераторах и системах возбуждения генераторов.

Электрический ток вырабатывается в генераторах — устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но неспособны создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжительность их действия невелика. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока . В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции . Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит , создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка , в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассмотренной модели это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока Ф= BS через каждый виток. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников , сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором . Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором . Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходиться при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами , присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока ( возбудителем ), расположенным на том же валу. В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.

Как было уже выше сказано синхронная машина состоит из статора, ротора и системы возбуждения, система возбуждения является составной частью синхронной машины. Система возбуждения представляет собой комплекс устройств, предназначенных для питания обмотки ротора синхронной машины током возбуждения.

Процессы, происходящие в синхронной машине при ее возбуждении, описываются уравнениями Парка-Горева. Они достаточно сложны, имеют нелинейный характер. Отметим только, что возбуждение синхронной машины определяющим образом влияет на такие ее параметры, как напряжение статора (при работе машины на холостом ходу), генерируемая или потребляемая реактивная мощность (при работе синхронной машины в сети в режимах, соответственно, перевозбуждения или недовозбуждения). Скорость изменения тока возбуждения синхронной машины, а также закон регулирования возбуждения являются одними из важнейших параметров обеспечения динамической и статической устойчивости энергосистемы.

Типы систем возбуждения генератора

Электродвижущая сила (ЭДС), развиваемая синхронным генератором, определяется выражением

которое показывает, что ЭДС Е, а следовательно, и напряжение на шинах генератора U находятся в прямой зависимости от магнитного потока который создается обмоткой ротора генератора, обтекаемой постоянным током. При вращении ротора генератора магнитный поток Ф пересекает витки обмотки статора w с частотой и индуцирует в них ЭДС Е.

Ток в обмотке ротора и напряжение, под воздействием которого он проходит, называются током и напряжением возбуждения генератора. К системе возбуждения генератора относятся обмотка ротора, возбудитель, ручные устройства и автоматические регуляторы, с помощью которых можно изменять напряжение и ток возбуждения. В качестве возбудителей используются генераторы постоянного тока, генераторы переменного тока повышенной частоты с кремниевыми выпрямителями, ртутные или тиристорные выпрямители.

Напряжение и ток ротора, при которых генератор работает с номинальной мощностью, номинальным напряжением статора и номинальным , также называются номинальными. Изменение этих величин для поддержания необходимого уровня напряжения статора генератора называется регулированием возбуждения, которое бывает ручным и автоматическим.

Быстрое увеличение возбуждения сверх номинального значения называется форсировкой возбуждения. При этом наибольшие возможные значения напряжения и тока ротора, которые может обеспечить возбудитель, называются потолком возбуждения, Отношение напряжения (тока) ротора при форсировке к номинальным значениям — кратность форсировки возбуждения.

Системы возбуждения синхронных машин должны иметь: необходимую мощность источников возбуждения и диапазон его изменения в зависимости от параметров режима синхронной машины;

высокую скорость нарастания ротора в условиях аварийных нарушений режима в энергосистемах, что обеспечивает быструю мобилизацию резервов реактивной мощности и предотвращает нарушение устойчивости параллельной работы.

Система возбуждения генератора должна обепечить не менее чем двукратную форсировку возбуждения и скорость нарастания напряжения не менее двух единиц возбуждения в секунду , где за единицу возбуждения принимается номинальное напряжение.

На генераторах мощностью до 150 МВт в качестве возбудителей используются генераторы постоянного тока (рис, 7.1). Основной является схема с параллельным самовозбуждением (рис. 7.1, а). Напряжение и ток возбудителя, подводимые к обмотке ротора LG, регулируются с помощью реостата RRE в цепи обмотки возбуждения LE возбудителя GE. При полностью выведенном реостате RRE (когда его сопротивление равно нулю) напряжение и ток возбудителя достигают наибольших значений, т.е. потолка возбуждения.

Схема независимого возбуждения (рис. 7.1, б) состоит из двух генераторов постоянного тока — возбудителя GE с независимым возбуждением и подвозбудителя GEA с параллельным самовозбуждением. В этой схеме напряжение и ток возбудителя могут регулироваться двумя реостатами — RRE и RREA, что обеспечивает большую плавность регулирования.

Рис. 7.1. Схемы электромашинного возбуждения с генераторами постоянного тока (возбудителями): а — схема параллельного самовозбуждения; б — схема независимого возбуждения

Как правило, вал якоря возбудителя и подвозбудителя соединен с валом ротора генератора непосредственно, что обеспечивает высокую надежность работы системы возбуждения. В отдельных случаях у турбогенераторов мощностью 300 МВт возбудитель соединяется с валом ротора генератора через редуктор для уменьшения частоты вращения якоря возбудителя. Резервные возбудители выполняются по схеме на рис. 7.1, а, причем ротор возбудителя вращается от отдельного асинхронного электродвигателя.

Система высокочастотного возбуждения, применяемая на энергоблоках мощностью 300 МВт, приведена на рис. 7.2. Основными элементами системы являются высокочастотный возбудитель GE, представляющий собой трехфазный генератор переменного тока 500 Гц, и кремниевые выпрямители VS1 и VS2. На роторе GE, связанном с валом ротора генератора, расположены три обмотки возбуждения: основная LE1, включенная последовательно с обмоткой ротора генератора Z,G, и две обмотки управления LE2 и LE3.

Рис. 7.2. Схема электромашинного возбуждения с высокочастотным генератором и полупроводниковыми выпрямителями

Питание обмоток управления производится от автоматического регулятора возбуждения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения УБФ. Питание АV и УБФ осуществляется от высокочастотного подвозбудителя GEA.

На турбо- и гидрогенераторах мощностью 200 МВт и более получила также распространение тиристорная система возбуждения, основным элементом которой являются кремниевые тиристорные управляемые выпрямители VS (рис. 7.3). Тиристор аналогично тиратрону или ртутному выпрямителю кроме двух основных электродов — анода и катода — имеет дополнительный электрод, управляющий началом работы тиристора в проводящем режиме. В момент подачи тока через управляющий электрод тиристор открывается и пропускает ток в течение остальной части положительного полупериода переменного напряжения, приложенного между анодом и катодом. Таким образом, путем изменения момента начала работы тиристора в проводящем режиме можно плавно изменять среднее значение выпрямленного тока, поступающего в обмотку ротора LG.

Переменный ток подается на тиристорные выпрямители от двух трансформаторов — выпрямительного TD подключенного к выводам генератора, и последовательного ТАЕ, включенного в цепь обмотки статора генератора со стороны его нейтральных выводов. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены прследовательно. В нормальном режиме напряжение на выпрямителях определяется в основном трансформатором TD а при близких КЗ, когда происходит глубокое снижение напряжения на выводах генератора, — трансформатором ТАЕ, по первичной обмотке которого происходит большой ток К3. При этом трансформатор ТАЕ не только компенсирует снижение напряжения на выводах генератора, но и обеспечивает уровень напряжения, достаточный для форсировки возбуждения. Тиристорный возбудитель состоит из двух групп — рабочей VS.P и форсировочной Управление их работой, ручное и автоматическое, производится через системы управления СУТ.Р и СУТ.Ф. Тиристорные системы возбуждения являются наиболее быстродействующими.

На рис. 7.4 показана схема бесщеточной системы возбуждения, которая получила свое наименование потому, что из контура выпрямитель VS1 — обмотка ротора LG исключены контактные кольца и щетки, в результате чего существенно повышена надежность работы системы возбуждения.

Рис. 7.3. Схема тиристорного возбуждения

Рис. 7.4. Схема бесщеточного возбуждения

С этой целью выпрямитель VS1 конструктивно совмещен свалом ротора генератора, вращается вместе с ним и поэтому может быть жестко соединен с обмоткой ротора. Якорь возбудителя GE, на котором в данном случае расположена трехфазная обмотка переменного тока, также соединен с валом ротора генератора, а его обмотка возбуждения (полюса) LE расположена на статоре.

Возбуждение возбудителя GE производится от высокочастотного подвозбудителя GEA через тиристорный выпрямитель VS2, который управляется с помощью автоматического регулятора возбуждения АV. Якорь подвозбудителя соединен с валом ротора генератора. Разрабатывается тиристорная бесщеточная система.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: