Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Автоматические регуляторы возбуждения сильного действия

2.9.1. Общие сведения

Автоматический регулятор сильного действия называется так потому, что в отличие от пропорциональных регуляторов интенсивность его воздействия на исполнительное устройство значительно превышает необходимое значение для предотвращения изменения регулируемой величины (в разомкнутой системе).

Отличительные особенности АРВ сильного действия:

· реагирует на несколько параметров режима синхронной машины и на их производные по времени;

· имеет большие коэффициенты усиления по основным каналам регулирования и высокое быстродействие;

· применяется на турбогенераторах, гидрогенераторах и синхронных компенсаторах с быстродействующими системами возбуждения – тиристорной и высокочастотной модернизированной.

Уравнение (алгоритм) формирования выходного сигнала АРВ:

 

где – коэффициент усиления i-го канала; – передаточная функция ( ); i-й параметр регулирования или стабилизирующее воздействие (§2.3).

Основная задача конструирования АРВ сильного действия – выбор параметров регулирования и стабилизации , а также и , i=1…n.

Структура устройств АРВ сильного действия:

–измерительные цепи, формирующие электрические сигналы, пропорциональные по напряжениям и токам статора и ротора синхронной машины;

– суммирующий усилитель (электронный, магнитный, микроэлектронный или др.);

– система управления возбудителем (система сеточного управления–ССУ, система управления тиристорами–СУТ или др.);

– блок питания.

АРВ сильного действия обеспечивает:

· доведение предела статической устойчивости электропередачи до предела линии благодаря почти полной компенсации потери напряжения на реактивных сопротивлениях генераторов и трансформаторов;

· увеличение предельной передаваемой мощности по условиям динамической устойчивости благодаря интенсивному успокоению качаний после отключения коротких замыканий;

· лучшее поддержание необходимого уровня напряжения в заданной точке электропередачи и уменьшение колебаний напряжения в энергосистемах с толчкообразной нагрузкой;

· снижение стоимости изготовления генераторов в связи с понижением требований к некоторым параметрам (допустимо увеличение переходного и синхронного сопротивлений и уменьшение постоянной инерции ).

 

2.9.2. Основные этапы развития сильного регулирования возбуждения

1. Первый АРВ сильного действия был создан на электронных лампах в конце 50-х годов прошлого века для гидрогенераторов Волжской ГЭС им.В.И. Ленина (ныне Жигулевская ГЭС). Регулятор имел ПД закон регулирования напряжения с коэффициентом усиления по пропорциональной составляющей е.в.н/е.н. и использовал в качестве параметров стабилизации первую и вторую производные тока линии , или среднего тока параллельно работающих генераторов .

2. Последовавшие за этим разработки были направлены на совершенствование структуры и конструкции регуляторов, повышение надежности их работы.

Для повышения надежности усилители на электронных лампах были заменены быстродействующими магнитными усилителями. В качестве параметров стабилизации предпочтение было отдано отклонению и первой производной частоты ∆f, f’ напряжения генератора, что позволило значительно упростить схему переключения и условия эксплуатации регулятора, сделав его независимым от коммутаций в первичной схеме питания.

АРВ сильного действия на магнитных усилителях со стабилизацией «по частоте» были внедрены на Волжской ГЭС имени ХХII съезда КПСС (ныне Волжская ГЭС), на Братской и Асуанской ГЭС, на турбогенераторах ТГВ 200 и ТГВ 300 – АРВ-300 И.

Научное обобщение разработок выполнено в докторской диссертации Г.Р.Герценберга (ВЭИ): «Регуляторы возбуждения сильного действия для мощных генераторов и синхронных компенсаторов», Москва, 1965г. В то время отечественные разработки превосходили зарубежный уровень, там не было промышленного выпуска АРВ сильного действия.

3. На следующем этапе развития АРВ сильного действия, закончившемся в начале 80-х годов, был создан и серийно выпускался унифицированный регулятор АРВ-СД для всех типов синхронных машин (гидро-, турбогенераторов и синхронных компенсаторов) в составе различных типов систем возбуждения (независимых, самовозбуждения и бесщеточных). Серийный выпуск АРВ-СД продолжался до 1983г. Регулятор превосходил зарубежные разработки того времени.

АРВ-СД осуществляет пропорционально-дифференциальное (ПД) регулирование напряжения статора с фиксированным коэффициентом усиления по отклонению напряжения: k0u=15;25 или 50 е.в.н/е.н. Стабилизация режима обеспечивается сигналами изменения и первой производной частоты ∆f, f’ напряжения статора, а также первой производной тока ротора . Возбудитель охвачен жесткой (ЖОС) и гибкой (ГОС) обратными связями по напряжению ротора – .

Выполняет функции

традиционные (системные): поддержание напряжения и обеспечение устойчивости регулирования;

дополнительные: защита генератора и автоматизация технологических процессов.

Недостаток АРВ-СД – большой разброс параметров магнитных усилителей – основы элементной базы, что требовало уточнения параметров схемы на каждом генераторе по разработанным ОРГРЭС (Союзтехэнерго) методическим указаниям.

4. Четвертый этап развития АРВ сильного действия вызван совершенствованием микроэлектронной техники и моральным старением регулятора АРВ-СД. В 1977г. был разработан унифицированный полупроводниковый регулятор возбуждения типа АРВ-СДП на базе полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Структурно и алгоритмически он повторял АРВ-СД. Этой переходной моделью были оснащены шесть генераторов Саяно-Шушенской ГЭС, что позволило накопить опыт эксплуатации полупроводниковой аппаратуры. Затем серийный выпуск был прекращен.

Последним полупроводниковым регулятором аналогового типа стал регулятор АРВ-СДП1, которым с 1982г оснащались все синхронные генераторы мощностью 63 МВт и выше.

АРВ-СДП1 превосходит предшественников по своим характеристикам (меньше масса, потребляемая мощность и пр.), выполняет большое количество функций, структурно отличается частотно-зависимой характеристикой канала регулирования напряжения. Коэффициент усиления по отклонению напряжения 50; 200 е.в.н/е.н. в области частот собственных колебаний снижается, что обеспечивает устойчивость регулирования и инвариантность настройки к изменению режима работы генератора и сети.

5. Пятый этап развития АРВ сильного действия характеризуется созданием цифровых регуляторов. В начале 80-х годов созданы опытные образцы:

АРВ-СДЦ на базе микро ЭВМ «Электроника 60»;

АРВ-СДМ на базе комплекса микропроцессорных средств управляющей вычислительной техники МСУВТ-В7 (затем БИС К1810);

ЦАРВ- 1÷5.

Большое число аналоговых элементов и недостаточная производительность используемых микро ЭВМ обусловили плохие массогабаритные показатели и высокое энергопотребление регуляторов. Поэтому они не получили широкого внедрения, но явились необходимым и полезным шагом на пути создания цифровой аппаратуры управления.

Регулятор на базе микропроцессорных комплексов, получивший название АРН, выпускается в двух модификациях, предназначенных для работы в составе статической тиристорной и бесщеточной системы возбуждения. Он внедрен на ряде тепловых электростанций.

Применение микропроцессов дает явный выигрыш при реализации технологических и защитных функций за счет повышения точности, а для выполнения функций контроля, диагностики, сервиса вообще не имеет альтернативы, но главное, стимулирует поиск новых алгоритмов реализации системных функций, в том числе перестраиваемых.

 

2.9.3. Функции быстродействующих систем возбуждения с

регуляторами сильного действия

1. Системные функции:

– поддержание напряжения в точке регулирования с заданным статизмом;

– обеспечение устойчивости регулирования во всех режимах работы генератора, включая холостой ход, работу в зоне искусственной устойчивости с внешним фазовым углом, приближающимся к 900, режим недовозбуждения при больших внутренних углах генератора;

– интенсивное демпфирование малых колебаний и больших послеаварийных качаний, возникающих в энергосистеме;

– форсирование возбуждения вплоть до предельного значения при коротких замыканиях и набросках нагрузки во внешней электрической сети.

2. Технологические функции:

– программное начальное возбуждение при пуске (Ф~U/f );

– подгонка напряжения генератора к напряжению сети при автоматической точной синхронизации или управление возбуждением после включения по способу самосинхронизации;

– дистанционное изменение уставки напряжения с блочного или общестанционного щита управления;

– обеспечение работы в системе группового управления возбуждением генераторов электростанции;

– разгрузка генератора по реактивной мощности и программное развозбуждение при плановом останове генерирующего агрегата;

– поддержание по команде заданного тока ротора;

– постоянная подгонка уставки, обеспечивающая равенство выходных напряжений основного и резервного регуляторов при работе системы возбуждения на резервном АРВ.

3. Защитные функции:

– ограничение максимального тока ротора с учетом теплового состояния генератора и числа исправных вентилей преобразователя;

– ограничение перегрузки по току ротора и статора с зависимой выдержкой времени в соответствии с заданными тепловыми характеристиками генератора;

– ограничение минимального возбуждения с уставкой, зависящей от значения активной мощности генератора, что обусловлено условием нагрева торцевой зоны статора или условием устойчивости;

– ограничение максимального напряжения статора при обрыве электропередачи и повышении частоты;

– пропорциональное уменьшение напряжения статора при сильном снижении частоты (защита от перевозбуждения);

– автоматическая разгрузка генератора по реактивной мощности при повреждении вентилей преобразователя;

– ограничение максимального напряжения ротора в бесщеточных системах возбуждения.

4. Диагностические функции:

– контроль соответствия отклонения напряжения статора и выходного напряжения регулятора;

– контроль состояния выходного суммирующего усилителя;

– контроль исправности источника питания АРВ.

Блок контроля (диагностики) выдает команду перевода системы возбуждения на резервный регулятор.

 

2.9.4. Функциональная схема автоматического регулятора возбуждения

сильного действия АРВ-СДП1

На главной схеме рис.2.23,а показаны: генератор Г, подключаемый к шинам станции ЭС вместе с другими генераторами группы через трансформатор Т; система возбуждения генератора с тиристорным преобразователем ТП, питаемым от вспомогательного генератора или трансформатора ВГ или ВТ и управляемым от СУТ; первичные измерительные преобразователи–трансформаторы тока ТТ1, ТТ2, ТТ3, трансформаторы напряжения ТН1, ТН2 и блок обратной связи по напряжению ротора БОС.

Первичные измерительные преобразователи участвуют в формировании входных сигналов АРВ: , , , , ∆Uf. Выход АРВ подключается к СУТ.

В состав регулятора (рис.2.23,б) входят следующие блоки:

1. Блок уставки напряжения – БУН. Управление уставкой (Б – больше, М – меньше) осуществляется от кнопок на панели БУН или дистанционно от ключа на щите управления (блочном или общестанционном).

2. Блок напряжения – БН. Формирует сигналы отклонения напряжения генератора от заданного значения – ∆U и первой производной . На входы БН подаются напряжения от БУН, ТН1 (через трехфазный выпрямитель), БРТ1, БРТ2, ОМВ, БОР. Последние четыре блока автоматически изменяют заданное значение напряжения генератора (см. ниже).

3. Блок подгонки уставки напряжения – ПУН. После подгонки напряжения генератора к напряжению сети ПУН выдает соответствующий сигнал. Используется при точной синхронизации и при переходе с ручного управления на автоматическое.

4. Блок реактивного тока БРТ1 формирует сигнал, пропорциональный реактивной составляющей тока статора генератора. Используется для реализации заданного статизма регулирования.

5. Блок реактивного тока БРТ2 формирует сигнал, пропорциональный реактивной составляющей тока группы генераторов, объединенных шинами генераторного напряжения. Этот сигнал компенсирует падение напряжения на сопротивлении общего повышающего трансформатора Т и восстанавливает требуемый статизм регулирования напряжения на шинах ЭС ( , см. примечание к § 3.2.1).

Без учета действия ОМВ и БОР заданное значение напряжения генератора формируется по выражению:

.

6. Блок токов БТ вырабатывает напряжения пропорциональные токам статора и ротора , которые затем используются для ограничения перегрузок. Кроме того, БТ формирует сигнал стабилизации по производной тока ротора .

7. Блок измерения перегрузки БИП содержит тепловые характеристики нагрева и в зависимости от величины перегрузки отсчитывает допустимую выдержку времени и выдает сигнал о перегреве.

8. Блок ограничения тока ротора БОР осуществляет ограничение максимального тока ротора, воздействуя на систему управления тиристорами СУТ, а также уменьшает уставку напряжения генератора до допустимого уровня при перегреве генератора.

9. Блок ограничения минимального возбуждения ОМВ содержит границу допустимых режимов при потреблении реактивной мощности в координатах активной и реактивной составляющих тока статора. При выходе режима за ее пределы безинерционно увеличивается уставка напряжения статора. Граница ОМВ обеспечивает защиту торцевых зон статора от недопустимого нагрева и ограничение внутреннего угла генератора (ограничение по устойчивости).

10. Блок форсировки БФ обеспечивает форсирование возбуждения при снижении напряжения статора ниже заданной уставки, благодаря чему обеспечиваются высокие пределы динамической устойчивости.

11. Блок частоты и защиты БЧЗ формирует сигналы стабилизации, пропорциональные изменению и первой производной частоты напряжения . При одновременном увеличении напряжения статора, частоты и производной частоты, что характерно при обрыве электропередачи выход БЧЗ блокируется с целью исключения ложного форсирования.

12. Блок усиления БУ суммирует и усиливает сигналы регулирования и стабилизации, осуществляет гальваническую развязку между цепями АРВ и СУТ.

13. Блок контроля БК проверяет соответствие отклонения напряжения статора и выходного напряжения регулятора. При их несоответствии выдает команду перевода системы возбуждения на резервный регулятор через БПР на СУВ.

14. Блок промежуточных реле БПР действует на СУВ при всех нарушениях работы регулятора.

15. Блок питания БП подключен к трансформатору собственных нужд системы возбуждения. Стабилизированным напряжением +12,6 В, –12,6 В от БП питаются все блоки регулятора.

 

16. Источник питания резервный ИПР, подключенный к сети постоянного оперативного тока электростанции, автоматически обеспечивает питание регулятора при отказе БП.

Устройство блоков

Каждый блок представляет собой печатную плату с установленными на ней и соединенными электрически элементами схем: микросхемами, диодами, конденсаторами, резисторами, реле, транзисторами (биполярными и униполярными).

Микросхемы (операционные усилители) типа К553 УД используются в качестве: усилителей, нульорганов, активных дифференциаторов, интеграторов, компараторов, инверторов, сумматоров, фильтров.

На лицевых панелях каждой платы расположены: переключатели, измерительный прибор, накладки, светодиоды, гнезда контрольного входа АРВ, гнезда контрольных точек схем, движки потенциометров и резисторов, необходимые для настройки и проверки работы блоков АРВ и для контроля АРВ в эксплуатации.

Алгоритм действия АРВ-СДП1

В относительных номинальных единицах алгоритм или уравнение регулирования упрощенно имеет вид:

т.е. регулятор является пропорционально-дифференциальным по отклонению напряжения со стабилизацией режима по производной тока возбуждения, отклонению и производной частоты напряжения. Здесь: – коэффициенты усиления; – передаточные функции; – знак дифференцирования по времени.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...