Статические реле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Кыргызской Республики

Кыргызский Государственный Технический Университет им И. Раззакова Энергетический факультет Кафедра «Электроэнергетика»

Курсовой проект

Статические реле

Выполнил (а):

Эшимбаев Алмаз Курманбекович

гр РЗ-1-08

Проверил (а):

Такырбашев Бейшенаалы Касымалиевич

Бишкек 2012

Содержание

синхронный генератор компаундирование ток

1. Принцип действия синхронного генератора

2. Устройство синхронного генератора

3. Системы возбуждения синхронных генераторов и назначение устройств автоматического регулирования возбуждения

3.1 Электромашинная - система возбуждения с генератором постоянного тока

3.2 Диодно-электромашинная система возбуждения

3.3 Бесщеточная система возбуждения

3.4 Тиристорная система возбуждения

4. Устройства АРВ пропорционального действия синхронных генераторов с электромашинным возбудителем постоянного тока

4.1 Компаундирование полным током

4.2 Компаундирование полным током с коррекцией напряжения

4.3 Фазовое компаундирование с коррекцией напряжения

4.4 Релейная форсировка

5. Устройство АРВ сильного действия АРВ -- СДП1 синхронных генераторов с тиристорной системой возбуждения

6. Микропроцессорные автоматические регуляторы тиристорного возбуждения

7. Микропроцессорный автоматический регулятор АРВ-СДМ

8. Микропроцессорный автоматический регулятор тиристорного возбуждения синхронных генераторов типа АРВ-М

1. Принцип действия синхронного генератора

В генераторах обмотка состоит из большого числа проводов, которые, соединяясь между собой, образуют витки и катушки. Простейшим генератором может быть виток из провода / и 2, вращающийся в магнитном поле (рис. 1). Магнитное поле возбуждается I током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N--S.

Рис. 1. Схема простейшего генератора переменного тока

При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитные линии магнитного поля полюсов N -- S, вследствие чего в витке будет индуктироваться э. д. с.

Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энергии, потечет электрический ток под действием э. д. с, созданной в витке.

Полученная в таком простейшем генераторе э. д. с. будет непрерывно изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. В момент изображенный на рис. 1, проводники 1 и 2находятся под серединами полюсов и при вращении витка пересекают в единицу времени наибольшее число магнитных линий магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в витке э. д. с. будет иметь наибольшее значение.

В дальнейшем при повороте витка изменится число магнитных линий магнитного поля, пересекаемых в единицу времени проводниками 1 и 2. В момент, соответствующий повороту витка на 90° в пространстве, проводники витка будут перемещаться в вертикальном направлении, совпадающем с направлением магнитных линий магнитного поля. Следовательно, проводники 1 и 2 не пересекают магнитных линий и э.д. с. в витке равна нулю.

При повороте витка на угол, больший 90°, изменится направление перемещения этих проводников в магнитном поле, а следовательно и направление э. д. с, индуктируемой в витке.

Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равномерно, то э. д. с. будет меняться во времени синусоидально. За один оборот витка в пространстве э.д.с, индуктируемая в нем, претерпевает один период изменения.

Если виток вращается при помощи какого-либо первичного двигателя с постоянным числом оборотов п в минуту, то в этом витке индуктируется переменная э. д. с. с частотой

2. Устройство синхронного генератора

Возникновение э.д. с. в проводниках возможно как при перемещении этих проводников в неподвижном магнитном поле, так и при перемещении магнитных линий магнитного поля относительно неподвижных проводников. В первом случае полюсы, т. е. индуктирующая часть машины, возбуждающая магнитное поле, помещаются на неподвижной части машины (на статоре), а индуктируемая часть (якорь), т. е. проводники, в которых создается э.д.с. -- на вращающейся части машины (на роторе). Во втором случае полюсы помещаются на роторе, а якорь -- на статоре.

Выше мы рассмотрели принцип действия синхронного генератора с неподвижными полюсами и вращающимся якорем. В таком генераторе энергия, вырабатываемая им, передается приемнику энергии посредством скользящих контактов -- контактных колец и щеток.

Скользящий контакт в цепи большой мощности создает значительные потери энергии, а при высоких напряжениях наличие такого контакта крайне нежелательно. Поэтому генераторы с вращающимся якорем и неподвижными полюсами выполняют только при низких напряжениях (до 380/220 в) и небольших мощностях I (до 15 ква).

Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь -- на статоре.

Ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения, которая представляет собой последовательно соединенные катушки, помещенные на полюсы ротора.

Концы обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами, которые крепятся на валу машины. На кольцах помещаются неподвижные щетки, посредством которых в обмотку возбуждения подводится постоянный ток от постороннего источника энергии -- генератора постоянного тока, называемого возбудителем.

На рис. 2 показан общий вид синхронного генератора с возбудителем.

Устройство статора синхронного генератора аналогично устройству статора асинхронной машины.

Ротор синхронных генераторов выполняют либо с явно выраженными (выступающими) полюсами, либо с неявно выраженными полюсами, т. е. без выступающих полюсов.

В машинах с относительно малой скоростью вращения (при большом числе полюсов) роторы выполняют с явно выраженными полюсами (рис. 3, а), равномерно расположенными по окружности ротора.

Рис. 2. Устройство синхронного генератора: 1 - синхронный генератор, 2 - возбудитель

рис. 3. Ротор синхронной машины: а - с явно выраженными полюсами, б - с неявно выраженными полюсами

Полюс состоит из сердечника 1, полюсного наконечника 2 и катушки обмотки возбуждения 3, помещаемой на сердечнике полюса. Первичные двигатели синхронных генераторов с явно выраженными полюсами обычно представляют собой гидравлически турбины, являющиеся тихоходными машинами. Поэтому синхронные генераторы с явно выраженными полюсами называются гидрогенераторами.

При большой скорости вращения такое устройство ротора может обеспечить нужной механической прочности и поэтому у высокоскоростных машин роторы выполняют с неявно выраженными полюсами (рис. 3, б).

Сердечники роторов с неявно выраженными полюсами обычно изготовляют из цельных поковок, на поверхности которых фрезеруются пазы. После укладки обмоток возбуждения на роторе пазы его забиваются клиньями, а лобовые соединения обмотки возбуждения укрепляются стальными бандажами, помещенными на торцовых частях ротора. При такой конструкции ротора допускаются большие окружные скорости (до 180--200 м/сек).

Для генераторов с неявно выраженными полюсами первичными двигателями обычно являются паровые турбины, принадлежащие к числу быстроходных машин. Поэтому синхронные генераторы с неявно выраженными полюсами называются турбогенераторами.

Рис. 4. Генератор синхронный ОС5-51

Размещено на http://www.allbest.ru/



3. Системы возбуждения синхронных генераторов и назначение устройств автоматического регулирования возбуждения

Основным назначением устройств автоматического регулирования возбуждения (УАРВ) синхронных генераторов является повышение динамической устойчивости систем электроснабжения путем быстрого и значительного увеличения возбуждения генераторов в аварийных режимах. При этом также облегчается самозапуск электродвигателей и обеспечивается более четкая работа релейной защиты за счет уменьшения затухания тока кз. В нормальном режиме работы УАРВ поддерживает заданное напряжение на шинах электростанции или в иной точке электросистемы и обеспечивает наивыгоднейшее распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами и электростанциями. Сущность АРВ состоит в том, что автоматический регулятор воспринимает изменения напряжения или других электрических величин (например, тока) и преобразует их в изменения тока возбуждения генератора. Устройства АРВ, реагирующие на знак и значение отклонения входных параметров, называются автоматическими регуляторами пропорционального действия в отличие от регуляторов сильного действияt реагирующих не только на знак и значение, но и на скорость изменения электрических величин. Обычно используются отклонение напряжения генератора и скорость изменения напряжения, отклонение частоты ?f и скорость изменения частоты df/dt, а также скорость изменения тока возбуждения генератора dIВ/ dt. В связи с этим регулятор сильного действия оказывается довольно сложным устройством.

Схема регулятора определяется системой возбуждения, основными элементами которой являются обмотка возбуждения и источник постоянного напряжения для ее питания -- возбудитель. Обмотка возбуждения расположена на подвижной части синхронной машины--роторе -- и вращается вместе с ним, поэтому подключение обмотки к возбудителю и выполнение самого возбудителя связаны с рядом трудностей. Трудности эти возрастают по мере увеличения мощности синхронной машины. В связи с этим существуют различные системы возбуждения, которые классифицируются по виду применяемого возбудителя. Основными из них являются электромашинная и тиристорная системы возбуждения. В электромашинную систему входят:

система возбуждения с генератором постоянного тока;

система возбуждения с генератором переменного тока повышенной частоты с неуправляемым полупроводниковым выпрямтелем -- диодно-электромашинная система в ряде источников она называется системой высокочастотного возбуждения; бесщеточная система возбуждения с генератором переменного тока повышенной частоты.

Электромашинные возбудители обычно располагают непосредственно на валу синхронного генератора. Иногда под электромашинной системой понимают только систему возбуждения с генератором постоянного тока. Краткие сведения о системах возбуждения даются ниже.

3.1 Электромашинная - система возбуждения с генератором постоянного тока

В качестве возбудителя используется генератор постоянного тока GE с обмоткой возбуждении LE, включенной через реостат RE параллельно обмотке якоря по схеме самовозбуждении. При изменении тока в обмотке LE изменяется напряжение возбудителя, а, следовательно, изменяется ток в обмотке возбуждения LG синхронного генератора G которая подключается к возбудителю с помощью колец и щеток. Ток в обмотке LE можно изменять путем изменения сопротивления реостата RСВ и за счет дополнительного тока, посылаемого устройством АРВ. Возбудитель обычно наряду с основной обмоткой возбуждения LE имеет дополнительные обмотки. В таком случае выход УАРВ подключается к этим обмоткам.

В электромашинной системе возбуждения наряду с возбудителем может быть подвозбудитель. При этом основная обмотка возбуждения LE возбудителя подключается к подвозбудителю. Системы возбуждения с генераторами постоянного тока применяются на синхронных генераторах мощностью до 100 МВт. Эти ограничения связаны с трудностями изготовления электромашинного возбудителя постоянного тока требуемой мощности, которая составляет 0,4--0,6% и более от мощности турбогенератора. Для быстроходных машин (турбогенераторов) эти трудности обусловлены невозможностью выполнить возбудитель с надежно работающим коллектором.

Рис. 5. Электромашинная система возбуждения с генератором постоянного тока

3.2 Диодно-электромашинная система возбуждения

Диодно-электромашинная система возбуждения (рис. 6). Она является типовой для турбогенераторов мощностью 200 и 300 МВт. Возбудителем GE в этой системе является индукторный генератор переменного тока повышенной частоты. Силовая обмотка и обмотка возбуждения LEI--LE3 машины расположены на статоре, а ротор выполнен в виде десятизубцового колеса (сердечника). При наличии тока в обмотках возбуждения наращении ротора создается пульсирующее магнитное поле, индуцирующее в силовой обмотке возбудителя ЭДС частотой 500 Гц, Обмотка подключена к силовым выпрямителям VS1 и VS2. Выпрямленное напряжение возбудителя через кольца и щетки ротора синхронного генератора подводится к его обмотке возбуждения LG, последовательно с которой соединена основная обмотка возбуждения LE1 возбудителя. Две другие его обмотки возбуждения получают питание от УАРВ, причем обмотка LE2 включена встречно, а обмотка LE3 -- согласно с основной обмоткой LE1. В систему возбуждения входят подвозбудитель СЕЛ в виде трехфазного генератора переменного тока с частотой 400 Гц. Магнитное поле возбуждения у подвозбудителя создают постоянные магниты, расположенные на роторе. Подвозбудитель служит источником питания УАРВ и создает начальное возбуждение возбудителя при пуске турбогенератора. Возбудитель и подвозбудитель связаны с валом генератора. Достоинством рассмотренной системы возбуждения является надежность схемы в связи с отсутствием коллектора у возбудителя.

Рис. 6. Диодно-электромашинная система возбуждения

3.3 Бесщеточная система возбуждения

Бесщеточная система возбуждения (рис. 7), Здесь, как и в диодно-электромашинной системе, возбудителем GE является генератор переменного тока повышенной частоты со своеобразным расположением обмоток: обмотка возбуждении LE расположена на статоре, а трехфазная обмотка переменного тока -- на роторе. Такой генератор называют обращенным. Ротор возбудителя, как и в рассмотренных выше системах, связан с валом ротора синхронного генератора. На том же валу установлены силовые диодные выпрямители VS1. Такое конструктивное решение позволяет жестко соединить между собой обмотку ротора возбудителя, выпрямители V5/ и обмотку возбуждения LG генератора. При этом необходимость в контактных кольцах и щетках отпадает, что существенно повышает надежность всей системы возбуждения. Обмотка возбуждения LE возбудителя GE получает питание от подвозбудителя GEA. Он выполнен аналагично возбудителю в диодно-электромашинной системе возбуждения. Его оснвная обмотка возбуждения LA1 включается последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя LE а дополнительная LA2 получает питание от устройства АРВ2. Возбуждение генератора G регулируется устройством АРВ1 путем воздействии на управляемые тиристоры VTQ, При этом изменяются ток обмотке возбуждения LE возбудителя GE его ЭДС и обусловленный ею ток в обмотке ротора LG генератора G.



Рис. 7. Бесщеточная система возбуждения

3.4 Тиристорная система возбуждения

Эта система для турбогенераторов выполняется по схеме самовозбуждении. Источником питания системы возбуждения служит специальный трансформатор Т, подключаемый к выводам генератора О. Иногда напряжение источника питания дополняют напряжением, пропорциональным току генератора. Для этой цели используют трансреактор TAV. В систему возбуждения входят два управляемых тнрнсторных выпрямителя, Один нз ннх VST1 предназначен для форсировки возбуждения в аварийных режимах. К нему подводится полное напряжение источника питания, дополненное напряжением трансреактора. В нормальном режиме этот выпрямитель практически не действует. Для этих целей служит выпрямитель VST2, Он подключается к ответвлениям обмоток трансформатора с напряжением, не превышающим половины напряжения на их выводах. При этом обеспечивается изменение тока возбуждения генератора в нормальных режимах работы от значения холостого хода до номинального значения. Выходы выпрямителей соединены параллельно и подключены к обмотке возбуждения LG генератора. Работой выпрямителей управляет устройство АРВ. Одно из достоинств тиристорной системы возбуждения -- ее быстродействие. поэтому на генераторах с такой системой возбуждении устанавливают устройства АРВ сильного действия, основным назначением которых является повышение устойчивости параллельной работы синхронных генераторов, связанных с энергосистемой протяженными сильно загруженными линиями электропередачи. В системы электроснабжения входят электростанции местного значения с генераторами сравнительно небольшой мощности (не более 100 МВт),

имеющими, как правило, электромашинный возбудитель постоянного тока. На генераторах таких электростанций обычно устанавливаются УАРВ пропорционального действия.

Рис. 8. Тиристорная система возбуждения

4. Устройства АРВ пропорционального действия синхронных генераторов с электромашинным возбудителем постоянного тока

В зависимости от характера входных сигналов и выходных воздействий устройства АРВ пропорционального действия можно разделить на несколько видов. На генераторах с электромашинным возбудителем постоянного тока применяются устройства:

компаундирования полным током (входной сигнал -- изменение амплитуды токаU/г генератора);

компаундирования полным током с коррекцией напряжения (входные сигналы -- изменения амплитуд тока и напряжения Ur генератора);

фазового компаундирования с коррекцией напряжения (входные сигналы -- изменения амплитуды и фазы тока, а также амплитуды напряжения);

релейной форсировки (входной сигнал -- изменение амплитуды напряжения генератора).

Рис. 9. Схема компаундирования синхронного генератора полным током

Первые три устройства имеют Непрерывное выходное воздействие в виде среднего значения выпрямленного тока, изменяющего непрерывно в функции входных сигналов и воздействующего на возбудитель синхронного генератора. Устройство релейной форсировки дискретно воздействует на возбудитель, закорачивая контактами реостат Rсв в цепи возбуждения возбудителя.

4.1 Компаундирование полным током

На рис. 9, а дана упрощенная векторная диаграмма синхронного генератора, из которой следует, что Ur=Eq--jIrXd. Если ЭДС генератора Еq неизменная, с увеличением тока статора Uг напряжение на выводах генератора снижается Зависимость Ur=f(K)--внешняя характеристика представлена на рис. 922, б прямой ас (ас'). Очевидно, напряжение Ur остается неизменный, если с возрастанием тока, например от IГ1 до IГ2, увеличивается ЭДС соответственно от Eq1 до Eq2 (рис. 9, а). Характеристика холостого хода генератора дает зависимость Eq от тока возбуждения (тока в обмотке ротора генератора) Iв. При определенных допущениях их относительные значения равны Eq = Ib. Поэтому снижение напряжения при увеличении тока Iг можно компенсировать подачей в обмотку возбуждения возбудителя (основную LE или дополнительную) тока Iрег пропорционального току генератора Iг (рис. 9, в). Такое автоматическое регулирование возбуждения и называется компаундированием полным током.

Ток Iper получают путем выпрямления выходного тока промежуточного трансформатора TL, входным током которого является часть вторичного тока трансформатора тока ТА, Ток Iрег можно изменять изменяя коэффициент трансформации трансформатора TL и сопротивление установочного резистора Ru В обмотке LE ток Iрег проходит в одном направлении с током самовозбужения возбудителя, общий ток возбуждения IВ.В равен их сумме. Поэтому большему току генератора соответствует большая ЭДС и внешняя характеристика аЬсK в значительном диапазоне изменения токов Iг идет выше линии ас (рис. 9, б). Излом в точке в внешней характеристики abcK объясняется тем, что по мере снижения тока генератора при малых его значениях вторичная ЭДС трансформатора TL становится меньше напряжения на обмотке возбудителя LE, обусловленного током Iсв и выпрямитель VS устройства компаундирования закрывается. Излом отсутствует, если ток Iрег поступает не в основную, а в дополнительную обмотку возбуждения. При больших значениях тока /г из-за насыщения магнитопроводов генератора, возбудителя и трансформаторов схемы компаундирования наблюдается некоторое снижение внешней характеристики.

Действие устройства рассмотрено в предположении, что угол Ц между током Iг и напряжением Ur не изменяется. В действительности характер нагрузки не остается постоянным. При этом, как следует из векторной диаграммы рис. 9, г, для поддержания напряжения Ur неизменным при увеличении угла, например, от ф1 до ф2, и заданном токе Iг1 = Iг2 необходимо увеличивать ЭДС от Eq1 до Eq2. Устройство компаундирования полным током это выполнить не сможет, так как реагирует только на амплитуду (абсолютное значение) тока 1Г, устанавливая соответствующую ЭДС Eq1 Поэтому с увеличением угла ф напряжение Ur уменьшается, хотя в меньшей степени, чем у некомпаундированного генератора. На рис. 9, б меньшему углу ф1 при отсутствии компаундирования соответствует внешняя характеристика abc, а большему углу Ф2 -- характеристика аЬс Тем же значениям угла при наличии компаундирования соответствуют характеристики abcK и ab'c'K Обычно устройство компаундирования дополняется корректорам напряжения, который реагирует на отклонение напряжения относительно заданного уровня. Такое название устройство получило потому, что оно лишь корректирует работу устройства компаундирования, выполняющего главную роль в регулировании возбуждения.

4.2 Компаундирование полным током с коррекцией напряжения

Рис. 10. Схема компаундирования полным током с коррекцией напряжения

Совместная работа устройства компаундирования и корректора Напряжения осуществляется по двум принципиально различным схемам, а именно:

компаундирование полным током с коррекцией напряжения; в схеме ток от устройства компаундирования и ток от корректора напряжения предварительно выпрямляются, а затем направляются в соответствующие обмотки возбуждения возбудителя; при этом схема не реагирует на угол ф сдвига фаз между_Iг и Uг;

фазовое компаундирование с коррекцией напряжения; в схеме переменный ток от устройства компаундирования определяется геометрической суммой Iг и тока, пропорционального UГ, и зависит от тока корректора напряжения. Общий переменный ток выпрямляется; среднее значение выпрямленного тока пропорционально току Ir, напряжению Ur и углу ф сдвига фаз между ними.

Устройство компаундирования без корректора напряжения благодаря простоте, высокой надежности и достаточному быстродействию применяется в трехфазном исполнении для генераторов небольшой мощности Компаундирование полным током с коррекцией напряжения.

При наличии корректора напряжения общий магнитный поток возбуждения возбудителя изменяется не только током Iper1 от устройства компаундирования, но и током Iрег 2 от корректора, зависящим от напряжения генератора UГ таким образом, что снижение UГ ведет к возрастанию Iрег2, а возрастание -- к его снижению.

На рис, 10 а схематично изображен широко применяемый электромагнитный корректор АРУ, состоящий из измерительного органа и усилителя с выпрямителем на его выходе. Воздействующей величиной измерительного органа является напряжение Ur подводимое к нему от трансформатора напряжения TV В измерительном органе использован способ преобразования воздействующей величины в две сравниваемые, являющиеся разными ее функциями. Преобразование выполняется линейным измерительным преобразователем (линейный реактор LR с воздушным зазором в магнитопроводе и выпрямитель VS2) и нелинейным элементом (насыщающийся реактор LRT или пятистержневой насыщающийся трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в разомкнутый треугольник, и выпрямитель Ток IЛ зависит от напряжения Ur лннейно, а то нелинейно (рис. 10, б). Дли повышения чувствительности к несимметричным режимам измерительный орган выполняют трехфазным.

В электромагнитном корректоре применяется магнитный усилитель AL с двумя обмотками wy управления В одну из них подается выпрямленный ток Iд, а в другую -- выпрямленный ток Iнл. Обмотки управления включены встречно, поэтому выходной ток AL -- ток Iper 2 -- в дополнительной обмотке возбуждения LE2 пропорционален разности токов Iy=Iл-Iнл Зависимость Iy=f(Ur) имеет в некоторой области падающий характер (рис. 12.23, б). Эта область и является рабочим участком характеристики корректора. При снижении напряжения, например от Uг1 до Uг2, разность токов возрастает от Iу1 до Iу2. Соответственно увеличивается ток Iрег стремясь восстановить напряжение Ur. Рабочий участок характеристики корректора соответствует относительно небольшим снижениям напряжения, когда действие устройства компаундирования проявляется недостаточно. Если напряжение Uг превышает заданное (предписанное) значение Uгпр, то ток IНл становится больше тока Iл При этом корректор действует в сторону дальнейшего повышения напряжения. Для исключения этого токи в обмотках управлении выравниваются, например путем соединения их между собой диодом VD. При IНл>IЛ диод открывается и токи в обмотках выравниваются так, что Iy=0

4.3 Фазовое компаундирование с коррекцией напряжения

Из рассмотрения векторной диаграммы (см, рис. 9, г) следует, что при неизменном токе /_Г снижение напряжения происходит за счет увеличения реактивной составляющей тока Irsinц, поэтому для более точного регулирования Ur используется фазовое компаундирование с коррекцией напряжения, действующее в зависимости от абсолютных значений напряжения UT, тока Iг и от угла ц сдвига между ними.

В упрощенной схеме АРВ такая зависимость достигается путем применения промежуточного трансформатора тока с подмагничиванием TLAT с двумя первичными обмотками, одна из которых w\ подключена к трансформатору тока ТА, а вторая W1" -- к трансформатору напряжения ТV через балластное сопротивление Z. Результирующая магнитодвижущая сила первичных обмоток создает во вторичной обмотке ЭДС, зависящую от Iг. Сочетание тока и напряжения, подводимых к TLAT, выбиврается таким, чтобы при прочих равных условиях ЭДС обмотки од увеличивалась с увеличением т. е, чтобы возрастал ток Iрer. Кроме обмоток переменного тока промежуточный трансформатор имеет обмотку управления wyt по которой проходит ток Iу корректора напряжения АРУ. Корректор напряжения выполняется аналогично рассмотренному выше, но настраиваете так, что ври возрастании напряжения Ur подмагничивание трансформатора увеличивается, сердечник насыщается, коэффициент трансформции TLAT возрастает и ток в обмотке уменьшается, т. е. ток Iрег снижается. При понижении Ur степень насыщения TLAT уменьшается, условия трансформации становятся благоприятнее, ток Iрег увеличивается. Электромагнитный корректор напряжения, выходной ток которого при понижении напряжения Ur снижается (а не возрастает, как у корректора в схеме на рис, 10, называют противовключенным.

Достоинство фазового компаундирования состоит не только в большей, чем при токовом компаундировании, точности регулирования напряжения, но и в меньшей мощности, которую требуется получать от корректора (так как он не работает непосредственно на обмотку возбуждения). Маломощный корректор не только создает меньшую нагрузку на трансформатор напряжения, но и обладает малым запаздыванием» поэтому скорость восстановления напряжения возрастает.

4.4 Релейная форсировка

При значительных снижениях напряжения, обусловленных короткими замыканиями, рассмотренные устройства АР В не всегда работают удовлетворительно. В устройствах компаундирования ток пропорционален току к. э., поэтому при удаленных коротких замыканиях он оказывается недостаточным, а работа электромагнитных корректоров при малых напряжениях нарушается полностью, так как выходной ток /у измерительного органа1 снижается вплоть до нуля (см. рис. 10, б). Кроме того, время реакции на изменения напряжения у рассмотренных устройств не всегда приемлемо. Поэтому в дополнение к этим устройствам на генераторах устанавливают устройства релейной форсировки возбуждения, скачкообразно (релейно) увеличивающие (форсирующие) возбуждение генератора,

В простейшем случае устройство релейной форсировки состоит из минимального реле напряжения KV и промежуточного реле ЛХ. В нормальном режиме якорь реле КУ подтянут н цепь обмотки реле KL разомкнута. При снижении напряжения генератора до значения, соответствующего уставке срабатывания реле KV, оно срабатывает и включает обмотку реле KL. Контактами реле KL закорачивается реостат Rса в цепи самовозбуждения возбудителя. При этом напряжение на обмотке возбуждения возбудителя становится максимально возможным и ток возбуждения быстро нарастает. Чтобы предотвратить действие форсировки, когда генератор отключен, оперативный ток на контакты реле KV подается через вспомогательные контакты выключателя Q.

Как и рассмотренные выше схемы защиты с минимальным пусковым органом напряжения, релейная форсировка может подействовать неправильно при нарушениях в цепях напряжения. Для предотвращения этого применяют те же меры, что и в упомянутых схемах защиты: использование двух реле напряжения, подключенных к разным трансформаторам напряжения, применение запрета действий и др. Во вторичных цепях трансформаторов напряжения, питающих АРВ и реле напряжения релейной форсировки, предохранители, как правило, не устанавливают.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения выбирается с учетом надежного возврата реле (размыкание контактов) при номинальном напряжении. Если коэффициент отстройки принять Rотc -- 1,05 и коэффициент возврата 1,1 то Uc.p= =0,85.Uг.ном/Ku. Схема с одним реле напряжения имеет достаточную чувствительность при трехфазных коротких замыканиях и при замыканиях между фазами, к которым присоединено реле. Равную чувствительность к разным видам короткого замыкания можно обеспечить, если включить реле через фильтр напряжения прямой последовательности или использовать в схеме три реле.

5. Устройство АРВ сильного действия АРВ -- СДП1 синхронных генераторов с тиристорной системой возбуждения

Устройство АРВ--СДП1 является сложной автоматической системой управления. В процессе регулирования возбуждения оно выполняет ряд операций. В зависимости от режима работы генератора регулятор обеспечивает: регулирование возбуждения по заданной программе, релейную форсировку возбуждения, ограничение тока ротора в режиме потребления генератором реактивной мощности, автоматическую разгрузку генератора при перегрузке но току ротора и реактивному току статора, распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами, автоматическое изменение уставки при синхронизации, пусках и остановах генератора, а также в случае его разгрузки по реактивной мощности. Заданная программа автоматического регулирования возбуждения сильного действия обеспечивается наличием следующих каналов регулирования: по отклонению напряжения генератора Uг, по отклонению частоты dft по отклонению тока возбуждения Iв, по скорости изменения напряжения dUr/dt(Uг')t по скорости изменения частоты по скорости изменения тока возбуждения dIB/dt(Iв). Функциональные части .автоматического регулятора возбуждения выполнены в виде блоков, элементной базой которых являются микросхемы, биполярные и униполярные транзисторы, диоды.

Блок напряжения (БН) предназначен для изменения регулируемого напряжения и получения сигнала ?Ur отклонения напряжения синхронной машины от значения напряжения, заданного уставкой Uy1 и сигнала Uг'. Напряжение Uy1 является уставкой АРВ. В БН напряжение синхронной машины Ur 'сравнивается с напряжением уставки Uу1 Уставка принимается такой, чтобы ,при Ur = Urном напряжение выхода БН было равно нулю. Уставка UY1 изменяется автоматически под воздействием блока уставки напряжения (БУН), блока ограничения тока ротора (БОР), блока ограничения минимального возбуждения (БОМВ), блока реактивного тока (БРТ).

Блок уставки напряжения (БУН) служит для изменения уставки Uy1 блока БН, Предусматривается возможность дистанционного и автоматичекого изменения уставки. Автоматическое изменение уставки осуществляется в соответствии с заданной программой при пуске и останове синхронного генератора, а также в случаях его синхронизации н разгрузки по реактивной мощности при действии блока реактивного тока БРТ.

Блок подгонки уставки напряжения (БПУН) вместе с БУН автоматически изменяет уставку UYi блока БН в случаях точной синхронизации самосинхронизации, а также при переходах с резервного возбудителя на рабочий с ручного управления на автоматическое регулирование возбуждения.

Блок ограничения минимального возбуждения (БОМВ) предназначен для ограничения потребляемой из сети генератором реактивной мощности значением, допустимым для заданной активной мощности, путем ограничения минимального значения тока возбуждения, Блок ОМВ содержит устройство измерения активной составляющей тока статора. Реактивная составляющая тока поступает на вход БОМВ от БРТ. Пока реактивная мощность, потребляемая генератором из сети, не превышает допустимой, сигнал на выходе БОМВ отсутствует и БОМВ не оказывает влияния на работу УАРВ. Если потребляемая реактивная мощность превысит допустимое значение, то на выходе БOMB появляется сигнал, который поступает на вход БН. При этом уставка напряжения Uyl увеличивается, в результате этого ток возбуждения возрастает и ограничит потребление реактивной мощности.

Блок реактивного тока (БРТ) предназначен для создания необходимого статизма, обеспечивающего распределение реактивной мощности между параллельно работающим» синхронными генераторами, и для компенсации индуктивного падения напряжения в трансформаторе блока синхронный генератор--трансформатор. Компенсация падения напряжения обеспечивается путем воздействия БРТ на вход БН. С другого выхода БРТ сигнал поступает на БОМВ для ограничения минимального возбуждения и на БУИ для разгрузки по реактивной мощности.

Блок тока (БТ) предназначен для измерения тока ротора я статора оператора и получения первой производной тока ротора Iр и падения напряжения, пропорционального току ротора или статора, поступающего в блок измерения перегрузки (БИП) и в блок ограничения тока ротора (БОР) для ограничения перегрузки по току ротора статора. Напряжение на выходе БТ пропорциоиально току (ротора или статора), значение которого в данный момент времени наиболее превосходят свое допустимое значение.

Блок измерения перегрузки (БИП) фиксирует перегрузку ротора статора) генератора, ограничивает время перегрузки в зависимости от теплого состояния машины и ограничивает нагрузки в режиме остывания генератора при запрете повторной перегрузки. Блок состоит из фиксатора величины перегрузки, тепловой модели и фиксатора нагрева. Фиксатор перегрузки сравнивает напряжение уставки Uу2 с напряжением, пропорциональным току ротора статора генератора (от БТ). Фиксатор перегрузки включает в работу тепловую модель и через блок промежуточных реле (БПР) выдает сигнал о пере- 1узке генератора, а также воздействует на БОР.

Блок ограничения тока ротора (БОР) предназначен дли ограничения тока ротора в режиме перегрузки при перегреве ротора к для ограреняя тока ротора в режиме форсировки двукратной величиной по отношению к номинальному значению. В состав БОР входят: фиксатор перегрузки, устройство сигнализации о перегрузке (действует на БПР), устройство изменения ротора Uy| АРВ (действует на БН) и устройство изменения уставки тока ротора с двукратного на номинальное значение тока ротора. На вход БОР подают: напряжение с выхода БТ, напряжение с выхода БИП, пропорционально к нагреву генератора, команда от защиты ротора на ограничение перегрузки, в результате сравнения этих сигналов с уставкой напряжения UYа выдается команда на изменения уставки АРВ (БН) и предусматривается соответствующая сигнализация.

Блок частоты и защиты (БЧЗ) состоит из блока частоты и блока защиты. Блок частоты осуществляет формирование сигналов, пропорционально отклонению частоты ?f и ее производной f', используемых для регулирования ее возбуждения генератора с целью повышения устойчивости при качаниях и переходных режимах в энергосистеме. Блок защиты предназначен для отключения каналов ?f и f при увеличении либо напряжения, либо частоты выше предельно допустимых значений, а также при одновременном нх повышении выше ванного значения, например при сбросе нагрузки.

Блоя форскровки (БФ) обеспечивает форсировку возбуждения генератора при коротких замыканиях. На вход БФ подается напряжение ?UГ сравнивается с напряжением уставки Uy4, которое принимается таким, что нормальном режиме сигнал на выходе БФ отсутствует. Он появляется при коротких замыканиях в сети, поступает на вход блока усиления (БУ) и прижит к форсировке возбуждения. После отключении к.з, и восстановления напряжения генератора до 1,02 Uу4 форсировка возбуждения снимается с задержкой около 0,2 с. Уставку срабатывания можно изменять в пределах от 0,8 до 0,9 номинального напряжения генератора ступенями, равными 0,01 Uгном Коэффициент возврата БФ 1,02.

Блок обратной связи (БОС) обеспечивает в системе регулирования возбуждения жесткую отрицательную обратную связь по напряжению ротора, В состав БОС входят делитель напряжении ДН, преобразователь напряжения и измерительный элемент. Делитель напряжения предназначен для согласования напряжения ротора с входными параметрами устройства. Напряжение с выхода БОС поступает на вход БУ и используется как сигнал отрицательной обратной связи.

Блок усиления (БУ) предназначен для суммирования всех сигналов регулирования» усиления результирующего сигнала и воздействия на схему управления СУр форсированным VST1 и схему управления СУР рабочим VST2 выпрямителями тиристорного возбудителя.

Блок контроля (БК1 осуществляет контроль исправности устройства АРВ. Если г на входе УАРВ не равно нулю, а напряжение выхода Uвых отсутствует, то УАРВ неисправен. Информация о неисправности формируется в виде сигнала.

Блок промежуточных реле (БПР) используется для гальванической развязки выходных цепей сигнализации УАРВ от цепей оперативного напряжения электростанции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Функциональная схема АРВ-СПД1

6. Микропроцессорные автоматические регуляторы тиристорного возбуждения

Первый микропроцессорный автоматический регулятор тиристорного возбуждения сильного действия АРВ-СДМ был разработан в ВЭИ |8] сначала на базе микросредств управляющей вычислительной техники В7 (МСУВТ В7), затем на микропроцессорном комплекте (М ГI К) БИС серии К1810. В последнее время создана новая микропроцессорная модификация регулятора АРВ-М на микроконтроллере Е167-ЗИМ, выполненном на быстродействующем микропроцессоре SAB CI67CR-LM фирмы Siemens |9|. Эти регуляторы формируют ПД-алгоритм (АРВ-СДМ) и ПИД-алгоритм (АРВ-М) автоматического регулирования.

Основной и общей их функциональной частью (рис. 12) является вычислительная часть ВЧ. Измерительно-преобразовательная ИПЧ и исполнительная ИЧ части |4|, как это принято в цифровых автоматических устройствах на ЭВМ и микропроцессорах, объединены под общим названием УСО -- устройство связи с управляемым объектом.

Вычислительная функциональная часть выполнена на двух указанных взаиморезервируемых микро ЭВМ ЭВМI, ЭВМ2 или микропроцессорах МП1, MП2. Она программно реализует измерительные органы ИОН, ИОНЧ, ПОР u AT.; ИОТВ ИОУФ.

Измерительно-преобразовательная часть содержит активные |4| вторичные измерительные трансформаторы напряжения ИТН и тока ИТТ (или шунты), пассивные малоинерционные (ф = I мс).



Рис. 12. Функциональная схема микропроцессорного автоматического регулятора возбуждения и синхронизатора синхронного генератора первого порядка

Фильтры нижних частот ФНЧ и элементы аналогового измерительного преобразования напряжений и токов АПН и АПТ. формирующие сигналы в виде:

чисто синусоидальных напряжений, пропорциональных фазным напряжениям и токам синхронного генератора, используемые затем программными измерительными органами вычислительной части:

постоянных напряжений, пропорциональных напряжениям генератора и на шинах электростанции.

Они формируются усилителями, трехфазными выпрямителями с пассивными или активными |4| ФНЧ, входящими в состав элементов АПН и АПТ.

Аналого-дискретным преобразователем АДП формируются импульсные напряжения (длительностью ТИ = 30 мкс) управления прерываниями и микро ЭВМ в целом.

Исполнительная часть АРВ-СДМ состоит из цифро-аналогового преобразователя ЦАП, элементов аналогового гальванического отделения (развязки) ЭГР вычислительной части от исполнительной, усилителя ИУ, формирующею регулирующее воздействие на устройства УУ тиристорных преобразователей VST возбудителя GE, времяимпульсного преобразователя ВИП и выходных герконов вывода дискретных сигналов (комплекта выходных реле КBP).

Времяимпульсный преобразователь ВИП и выходные герконы вывода дискретных сигналов (комплекта выходных реле КВР) выполняют исполнительные функции автоматического синхронизатора: воздействующие на механизм изменения частоты вращения гидрогенераторов МИЧ или механизм управления паровой турбиной МУТ, представляющие собой задающие элементы (элементы уставки) АРЧВ турбин и воздействующие на включение выключателя Q синхронного генератора.

Исполнительная часть АРВ-М представляет собой разработанное устройство цифрового фазоимпульсного управления тиристорами возбудителя синхронного генератора ФИУ |9|.

Регуляторы выполняют ряд функций [8, 9] по ограничению режимных параметров (генерируемой и особенно потребляемой реактивной мощности и др.), технологических функций (управление начальным возбуждением и гашение поля генератора) и автоматической защиты управляемых тиристорных преобразователей возбудителя.

Регуляторы имеют развитый программно-аппаратный контроль исправности всех его частей.

Основной группой программ комплекса математического обеспечения АРВ-СДМ и АРВ-М являются программы автоматического регулирования возбуждения и синхронизации генератора.

7. Микропроцессорный автоматический регулятор АРВ-СДМ

Микропроцессорным автоматический регулятор АРВ-СДМ длительное время поставлялся АО "Электросила" комплектно с турбогенератором. При его создании были разработаны алгоритмы программных измерительных органов и цифровой реализации алгоритма функционирования АРВ-СД.

Измерительные органы АРВ-СДМ. Функционирование программных измерительных органов АРВ-СДМ обеспечивается импульсами управления аналого-дискретного преобразователя АДП, формирующего короткие импульсы . в моменты времени изменения знака мгновенными синусоидальными напряжениями трех фаз , , с отрицательного на положительный -- в момент положительных их переходов через нуль (рис. 13).

Рис. 13. Временные графики, иллюстрирующие виды цифровых сигналов об амплитуде напряжения, активном и реактивном токах генератора (а) и сигнала об отключении его вращения (б)

Измерительный орган амплитуды напряжения. Быстродействие вне измерительного органа напряжения АРВ-СДМ достигается фиксированием положительных амплитудных мгновенных значений напряжений трех фаз (рис. 13, а). Производится вычисление среднего значения амплитуды, которое сравнивается (путем вычитания) с заданным (предписанным) значением -- вычисляется ее отклонение. На основе численного дифференцирования определяется производная амплитуды. Указанные операции производятся за время, не превышающее одной третьей части длительности периода промышленной частоты.

Амплитуда фиксируется путем управления соответствующим каналом мультиплексора АЦП, включаемого импульсным напряжением на несколько микросекунд практически в момент прохождения фазным напряжением генератора через положительное амплитудное мгновенное значение.

Включение канала мультиплексора производится вычитающим счетчиком таковых импульсов (частотой 2 МГц), в который в момент прохождения мгновенным фазным напряжением через нуль записывается число , равное числу тактовых импульсов, которое размещается на интервале времени в четверть периода промышленной частоты. Запись числа производится импульсом формируемым АДП в момент изменения знака с отрицательного на положительный (положительного перехода через нуль) мгновенным фазным напряжением.

В момент времени Т3 обнуления счетчика по переднему фронту импульса контроллером прерываний работы микропроцессора (МП) включается в работу программа ввода информации в микро-ЭВМ и вычисления среднего значения амплитуды напряжения. Вычисления отклонения амплитуды и ее производной осуществляются отдельными программами.

Измерительный орган изменения частоты. Формирование сигналов по изменению и производной частоты производится на основе вычислений длительности периода промышленной частоты. В измерительном органе используется второй вычитающий счетчик так - токовых импульсов, в который периодически после каждого считывания до нуля вновь записывается число импульсов = Nmax (рис. 13, б). Поэтому за время, равное длительности периода промышленной частоты, число импульсов в счетчике уменьшается на небольшую часть .

Разность числа импульсов = N'a - , фиксируемых импульсными напряжениями , соответствующими положительным переходам через нуль мгновенным напряжением одной фазы, например Ua, получается пропорциональной истинной длительность и периода промышленной частоты. По трем таким замерам, = - и = N'c - , производимым с использованием напряжений , и соответственно , (на графике рис. 13, б импульсы не показаны), вычисляются средняя истинная длительность , периода и частоты , и = I/ напряжения синхронного генератора.

На рис. 13. a показаны включения (импульсами в моменты времени ) программ ввода информации и вычисления частоты. Вычисляемые через указывавшийся интервал времени Ти = (1/3) истинные значения частоты используются для формирования цифровых сигналов по изменению частоты и ее производной, выполняемых по отдельным программам.

Измерительный орган реактивного и активного тока. Н необходимое быстродействие измерительного органа достигается запоминанием мгновенного тока генератора. Для этого по задним фронтам импульсов напряжения и (рис. 13. а) включаются (в моменты T2 и T4) соответствующие каналы мультиплексора АЦП, фиксирующего в двоичном коде мгновенные значения тока одной из фаз, например = sint - ). равные в момент t-- 0 реактивной = sin, а в момент t = активной = Im cos составляющим тока синхронного генератора. Они используются для измерительного органа потребляемой генератором реактивной мощности, определяющего минимально допустимый (по условию статической устойчивости электропередачи)ток возбуждения синхронного генератора. Сигнал о минимально допустимом возбуждении формируется как функция и расчетами по отдельной программе.

Измерительный орган угла сдвига фаз. В измерительном органе угла сдвига фаз между напряжением на шинах электростанции частотой и напряжением холостого хода синхронного генератора частотой непрерывно изменяющегося при подготовке генератора к включению на параллельную работу с электроэнергетической системой (синхронизации) в функции частоты скольжения = используется времяимпупьсное преобразование фазы. Формируемый импульсом одной из фаз, например = (рис. 13, а) и аналогичным импульсом (на графиках рис. 13, а не показаны) фиксирующим переход через нуль мгновенным напряжением на тинах электростанции, времяимпульсный сигнал является линейной функцией угла сдвига [4].

Измерительное преобразование угла сдвига фаз в цифровой сигнал производится аналогично рассмотренному фиксированию длительности периода путем считывания из третьего вычитающего счетчика с периодически записываемым числом тактовых импульсов Nmax » чисел в моменты времени появления указанных импульсов напряжений , . По отдельной программе в измерительном органе вычисляется угол сдвига фаз в начальный момент воздействия на привод выключателя синхронного генератора, необходимый для совпадения по фазе напряжений на шинах электростанции и генератора в момент включения (соединения силовых контактов выключателя) -- угол опережения.

8. Микропроцессорный автоматический регулятор тиристорного возбуждения синхронных генераторов типа АРВ-М

Особенности возбуждения синхронного генератора. В последнее время в АО "Электросила" совместно с ВЭИ создано новое поколение технических средств тиристорного возбуждения синхронных генераторов [9].

Осуществляется самовозбуждение генератора двумя одинаковыми тиристорными преобразователями (из них второй резервный), управляемыми двумя (второй резервный) микропроцессорными автоматическими регуляторами возбуждения типа АРВ-М.

В цепях тиристорных преобразователей предусмотрены разъединители, а в цепи обмотки ротора генератора -- автомат гашения поля для развозбуждения генератора и контакторы подключения устройства начального возбуждения и замыкания обмотки возбуждения на резистор при самосинхронизации генератора; параллельно с его контактом включены динисторные разрядники.

Источниками информации регуляторов являются, как обычно, первичные измерительные трансформаторы напряжения и тока синхронного генератора. Информация о функционировании регуляторов отводится на сенсорный дисплей и передается в АСУ ТП электростанции. Сенсорный дисплей обеспечивает настройку регулятора и его оперативное изменение. Рабочий и резервный АРВ-М обмениваются информацией по интерфейсу.

Регуляторы воздействуют на возбудитель через разработанную цифровую исполнительную часть фазоимпульсного управления тиристорами

Автоматический регулятор АРВ-М обеспечивает более эффективное регулирование возбуждения, реализуя как пропорционально-дифференциальный (ПД), так и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) алгоритм автоматического регулирования.

Функции автоматического регулятора. Кроме собственно автоматического регулирования возбуждения АРВ-М выполняет следующие функции:

поддержание напряжения на шинах электростанции с малым статизмом (при ПД-алгоритме) или астатически (при ПИД-алгоритме);

поддержание заданной генерируемой реактивной мощности генератора:

обеспечение максимально возможной пропускной способности электропередачи, статической и динамической устойчивости электроэнергетической системы;

релейную форсировку возбуждения.

АРВ-М формирует целый ряд управляющих воздействий по ограничению режимных параметров и выполнению технологических функций.

Автоматический регулятор осуществляет ограничение: перегрузки генератора током статора и ротора с зависимым от степени перегрузки временем:

потребляемой генератором реактивной мощности при снижении возбуждения, зависящей от его активной мощности по условию статической устойчивости:

допустимого по условию насыщения магнитопровода трансформатора блока генератор -- трансформатор соотношения амплитуды и частоты напряжения.

Основными технологическими функциями АРВ-М являются |9]: осуществление начального возбуждения;

выравнивание действующих значений напряжений генератора и шин электростанции при его включении способом точной автоматической синхронизации;

обеспечение режима зарядки линии электропередачи; автоматическая разгрузка генератора по реактивной мощности; перевод тиристорного преобразователя в инверторный режим для развозбуждения генератора при нормальном останове;

воздействие на АГП в аварийном режиме с последующим переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим;