Основные параметры регулирования

Параметрами регулирования называют параметры режима синхронного генератора, в зависимости от которых изменяется выходной сигнал АРВ. Параметры режима являются рабочей информацией АРВ, поступающей от трансформаторов напряжения и тока, которая определяет свойства САР.

1. Отклонение регулируемой величины (напряжения, реактивной мощности) от предшествующего или заданного (предписанного) значения.

Регулятор замкнутой САР воспринимает это отклонение и изменяет ток возбуждения синхронной машины, стремясь восстановить заданное значение регулируемой величины. Следует отметить, что все АРВ, применяемые в эксплуатации, не содержат интегрирующих звеньев и имеют естественный положительный статизм, вследствие чего они не могут абсолютно точно поддерживать заданное значение регулируемой величины. В результате возникает статическая ошибка регулирования (отклонение регулируемой величины от заданной), значение которой тем меньше, чем больше коэффициент усиления регулятора.

При регулировании напряжения на выводах генератора по условию стабилизации (заданное напряжение ) статическая ошибка:

где – отклонение регулируемой величины при отключенном регуляторе и изменении тока статора; – коэффициент усиления разомкнутого контура регулирования, состоящего из генератора, возбудителя и регулятора;

коэффициент статизма по реактивному току системы регулирования:

Увеличение коэффициента усиления регулятора ограничено условием устойчивости САР: .

2. Главные возмущающие воздействия (параметры режима, существенно влияющие на регулируемую величину) – ток статора и угол сдвига фаз между напряжением и током синхронного генератора, реактивный ток .

При увеличении тока или угла сдвига фаз возрастает потеря напряжения в сопротивлении генератора и снижается напряжение на выводах. Для предотвращения этого изменения АРВ, реагирующий на возмущение, должен увеличить ток возбуждения так, чтобы скомпенсировать влияние возмущения на регулируемую величину.

Скорость действия разомкнутой САР достаточно велика, но точность регулирования, как правило, неудовлетворительна.

3. Производные по времени (первая и вторая) интегральных значений (не мгновенных) регулируемой величины и главных возмущающих воздействий.

Введение производных в закон регулирования значительно ускоряет процесс регулирования, не влияя на статические характеристики. Использование производных особенно эффективно при быстродействующих возбудителях.

4. Напряжение и ток ротора и их производные по времени. Они используются в местных обратных связях регулятора.

5. Параметры режима, зависящие от угла – между напряжениями генератора и приемной энергосистемы. В АРВ не используется моделирование угла и каналы телепередачи для его формирования. Чаще всего применяются отклонение и первая производная частоты. Действительно, если частота приемной энергосистемы постоянна: , то

Введение этих параметров в закон регулирования возбуждения способствует повышению устойчивости параллельной работы электростанций.

Параметры режима 1, 2 и их комбинация используются в так называемых пропорциональных регуляторах. Применение, кроме них, параметров 3, 4, 5 присуще автоматическим регуляторам сильного действия.

В настоящее время находятся в эксплуатации автоматические регуляторы возбуждения на электромагнитной, полупроводниковой, микроэлектронной и микропроцессорной элементных базах.

Рассмотрим основные устройства АРВ в следующих параграфах.

Устройства релейной форсировки возбуждения и развозбуждения

Синхронных генераторов

Эти устройства быстродействующие, их называют УБВ и УБР. Основаны на использовании измерительных органов напряжения генератора с релейными характеристиками – контактных и бесконтактных.

Задача устройства быстродействующего возбуждения (УБВ) – при аварийном понижении напряжения генератора форсировать его возбуждение до максимально допустимого (предельного) значения с целью повышения устойчивости параллельной работы генераторов, повышения надежности срабатывания релейной защиты с выдержкой времени и ускорения самозапуска электродвигателей после отключения внешних КЗ.

Требования к САР с УБВ.

1. Предельное установившееся напряжение возбудителя и предельный ток возбуждения в установившемся режиме должны быть, как правило, не менее 2,0 независимо от типа возбудителя гидрогенераторов, турбогенераторов и синхронных компенсаторов. Эти величины называют кратностью форсировки:

.

Форсировка должна быть ограничена по времени.

2. Предельное относительное напряжение возбудителя в переходном режиме при форсировке возбуждения должно быть равно 2,5÷4,0 – для гидрогенератора; 2,5 – для турбогенератора.

Увеличение напряжения в переходном режиме позволяет ускорить нарастание тока ротора до двукратного значения, после чего вступает в действие устройство ограничения форсировки, что показано сплошными линиямина рис.2.5 .

Постоянная времени обмотки ротора

;

– при разомкнутом статоре.

Рис.2.5. Изменение напряжения и тока ротора при форсировке

3. Номинальная скорость нарастания напряжения возбудителя должна быть не менее 2 о.е/с для всех основных систем возбуждения гидрогенераторов, турбогенераторов и синхронных компенсаторов.

Метод определения иллюстрируется на рис.2.6.

, если

Рис.2.6. Изменение напряжения

возбуждения при форсировке

Значение 0,632∆U_fп соответствует ординате экспоненты при абсциссе равной ее постоянной времени.

4. Запаздывание основных систем возбуждения при форсировке не должно превышать 0,03 с. «Запаздывание» представляет собой отрезок времени с момента подачи на вход АРВ сигнала на форсировку возбуждения до момента, когда напряжение возбудителя увеличится на 3% от ∆U_fп. Время достижения 95% должно быть меньше 0,08с.

Устройствами УБВ в соответствии с ПУЭ оборудованы все синхронные генераторы и компенсаторы независимо от наличия других устройств АРВ.

Устройства быстродействующего развозбуждения (УБР), которыми оснащаются только гидрогенераторы, предназначены для ограничения напряжения на выводах гидрогенератора с целью сохранения питания подключенных к нему потребителей при разгоне его после отключения основной нагрузки.

Характеристики измерительных органов УБВ и УБР показаны на рис.2.7.

Коэффициент возврата ИО:

;

ИО УБВ – минимальный,

у него ;

ИО УБР – максимальный,

у него .

Рис.2.7. Характеристики измери-

тельных органов напряжения УБВ и УБР

Отсюда напряжение срабатывания УБВ: ; напряжения срабатывания УБР: .

Рассмотрим в качестве примера принципиальную схему УБВ и УБР на электромеханических реле (рис.2.8), которая применяется с электромашинной системой возбуждения.

Измерительный орган УБВ – минимальное реле напряжения KV1 – подключен к междуфазному напряжению трансформатора напряжения TV через автомат цепей напряжения SF. При номинальном напряжении генератора и включенном SF якорь KV1 подтянут, а контакт KV1 разомкнут. Контакт реле положения включено KQC при включенном выключателе Q и контакт SF замкнуты.

При снижении напряжения генератора ниже напряжения срабатывания KV1 оно замыкает свой контакт KV1 и контактор KM1 срабатывает, шунтирует резистор в цепи самовозбуждения возбудителя , что приводит к увеличению тока возбуждения возбудителя , напряжения возбуждения генератора и напряжения статора . Если при этом напряжение не поднимется выше , то форсировка прекращается через время срабатывания реле KT.

Рис.2.8. Устройство релейной форсировки возбуждения и развозбуждения

Влияние шунтирования на поясняется на рис.2.9, где 1 – нагрузочная характеристика возбудителя, подключенного к ротору генератора; 2 – зависимость до срабатывания KM1; 3 – зависимость после срабатывания KM1 и шунтировки .

Переход из режима холостого хода (хх) в режим форсировки с предельным напряжением возбуждения происходит с постоянной времени возбудителя

.

Приведенная схема релейной форсировки возбуждения обеспечивает надежную работу при трехфазных КЗ в сети и при КЗ между двумя фазами, к которым подключено реле напряжения. Для обеспечения чувствительности к разным видам КЗ реле KV1 подключается через фильтр напряжения прямой последовательности.

Рис.2.9. Характеристика

возбудителя

Действие УБР заключается в автоматическом введении в цепь самовозбуждения возбудителя резистора путем его дешунтирования контактором KM2 при его срабатывании от реле напряжения KV2.

При быстродействующей системе возбуждения бесконтактное УБВ обеспечивает для повышения быстродействия (при ), рис.2.5.