Устройство гашения поля турбогенераторов, оснащенных системой тиристорного самовозбуждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Устройство гашения поля турбогенераторов, оснащенных системой тиристорного самовозбуждения

М.Е .Гольдштейн, Е.Я.Крекер

г.Челябинск, ЮУрГУ

В статье рассматривается схема нового устройства гашения магнитного поля турбогенераторов оснащенных системами тиристорными самовозбуждения (СТС).

Гашение поля синхронного генератора производится при его плановых и аварийных отключениях от сети. В первом случае по мере разгрузки генератора для поддержания напряжения на его выводах близким к номинальному снижают ток возбуждения до величины, соответствующей току в режиме холостого хода генератора. При аварийных отключениях для снижения времени воздействия перенапряжений на изоляцию и снижения объема повреждения гасить поле надо быстрее [2].

Более 50 лет назад на заводе «Электросила» для гашения поля гидрогенераторов было разработано специальное устройство - автомат гашения поля (АГП) [2]. В последующем АГП стал применяться и для гашения поля турбогенераторов. Процессы гашения поля гидрогенераторов и турбогенераторов существенно отличается из-за большого влияния демпферной системы на этот процесс у последних. Процесс затухания токов в роторе турбогенератора продолжается и после того, как ток обмотки возбуждения (ОВ) снизится до нуля [3] .

Практика показала, что надежность тиристорных систем возбуждения достаточна, чтобы при независимом возбуждении можно было отказаться от АГП. В тиристорных системах самовозбуждения это сделать нельзя, так как при близких к генератору КЗ (либо КЗ на выводах и в обмотке статора) при снижении напряжения генератора падает напряжение возбудителя и перевод преобразователя в режим инвертирования неэффективен, поскольку инвертирование либо вообще невозможно, либо затягивается вследствие низкого напряжения на возбудителе [1].

Кроме того, прогресс в технологии и элементной базе за 50 лет, прошедших после разработки АГП, позволяет приступить к поиску альтернативных решений. АГП - надежный, но дорогой аппарат. Производство его монополизировано из-за того, что освоение производства АГП другими предприятиями (кроме ОАО «Электросила») слишком дорого. Тем не менее, библиографический анализ показал, что несмотря на актуальность задачи за последние годы в энергетике не появились решения отличающиеся от уже рассмотренных, многие из которых описаны в работе [2] и которые соответствуют предъявляемым сегодня требованиям к гашению поля и могли бы быть альтернативными применению АГП. Рассмотрим несколько устройств гашения поля (УГП), построенных на современной элементной базе. Первоначально их проверка проведена в среде Matlab.

Рис. 1. Генератор и его система возбуждения

гашение поле турбогенератор тиристорный

Схемы устройств гашения поля

Напряжение на дуге в АГП слабо зависит от тока, что обеспечивает быстрое гашение [1]. Поэтому в первую очередь рассмотрена возможность использования УГП, в состав которого входит автоматический выключатель с параллельным варистором, применяемым в ОПН. Схема системы возбуждения с таким УГП приведена на рис.1.

Расчеты показали, что для гашения поля турбогенератора мощностью 200 МВт потребовалось бы такое же количество варисторов, какое размещается в ОПН-220, что естественно неприемлемо. Других варисторов, обладающих достаточной энергоемкостью, которые конструктивно можно было бы разместить в АГП, не найдено.

2. Рассмотрена возможность использования в УГП вместо варистора параллельных линейных резисторов (рис.2,а). В таком УГП после отключения выключателя (В) поочередно один за другим отключаются резисторы. Сопротивление в контуре постепенно увеличивается. Напряжение на ОВ и ее ток в этой схеме показаны на рис.2,б и2,в. При этом чем больше количество параллельных цепочек применено, тем выше среднее значение напряжения на ОВ и тем ближе напряжение на УГП к напряжению на АГП. Обеспечить быстрое отключение резисторов УГП могут только силовые полупроводниковые приборы. В рассматриваемой схеме УГП используются полупроводниковые узлы, работающие на отключение, что делает устройство заведомо дорогим.

3. Рассмотрен еще один вариант УГП, в котором тиристоры в процессе гашения поля необходимо только включать (рис.3,а). Электрическая схема каждого из трех блоков 1--3, входящих в АГП, представлена на рис.3,б. Рассмотрим работу этой схемы. Одновременно с командой на гашение поля генератора на тиристор V1 подается импульс тока управления. При размыкании контактов автомата в работе оказываются резисторы R1, R2 и R4.

При этом, если считать, что тиристор V1-- идеальный ключ, то сопротивления R2 и R4 работают параллельно. Когда ток ОВ (или напряжение на ОВ) снизится до нормируемой величины, снимается импульс управления с V1 и подается импульс управления на тиристор V2 (время подачи импульса зависит от тока ОВ и сопротивления R3). Тиристор V2 включается.

Рис. 2

Сразу после включения V2 напряжение на резисторе R4 равно U. При этом ток тиристора V1 спадает до нуля и на нем появляется отрицательное напряжение, которое способствует его отключению. В результате срабатывания этого блока цепочка сопротивлений R1и R2 включается параллельно с R3 и R4. Подобрав величины этих сопротивлений таким образом, чтобы R1»R4<<R2»R3, можно получить существенное увеличение суммарного сопротивления блока. При этом в отличие от предыдущей схемы здесь требуется небольшая емкость (10-100 мкФ) и не нужна предварительная зарядка конденсатора (как в узле принудительной коммутации).

Рис. 3.

Рис. 4.

Последовательное срабатывание блоков 1, 2, 3 (рис.3,а) приводит к ступенчатому увеличению сопротивления УГП. При этом после срабатывания второго блока вся схема (рис.3,а) работает также, как схема одного блока (рис.3,б), т.е. разделяется на две параллельные ветви. Только после этого срабатывает блок 3. Осциллограммы напряжения на ОВ для этой схемы приведены на рис.4. В генераторах с СТС УГП необходим только при КЗ, близких к генератору, когда нет возможности гасить поле переводом преобразователя в режим инвертирования. При этом генератор обычно отключается и штатными защитами и одновременно с отключением УГП включается контактор самосинхронизации, включая сопротивление самосинхронизации параллельно обмотке возбуждения. Поэтому целесообразно совместить сопротивления УГП с сопротивлением самосинхронизации и гасить поле на резисторах УГП только при близких КЗ. Во всех остальных случаях гашения поля последовательно работающие тиристоры в УГП целесообразно закорачивать, так как при появлении перенапряжений противоположного знака они будут находиться в закрытом состоянии.

Выводы

1. Гашение поля генератора, оснащенного системой возбуждения типа СТС, во всех случаях, кроме близкого КЗ реализуется переводом преобразователя в режим инвертирования. При близком КЗ необходим ввод УГП.

2. УГП на базе варисторов, применяемых в ОПН, строить нецелесообразно из-за их низкой энергоемкости. Однако при появлении варисторов, способных рассеивать большую энергию, такое УГП может оказаться перспективным.

3. Сегодня альтернативой АГП в системах возбуждения типа СТС могут быть схемы УГП, построенные на базе параллельных линейных сопротивлений, коммутируемых тиристорными ключами. Работоспособность таких схем проверена в среде Matlab.

Литература

1. Гольдштейн М.Е., Шумилов А.С. Особенности гашения поля турбогенераторов с системой самовозбуждения без АГП // Вестник ЮУрГУ. 2001. - № 4,С 44-48.

2. Брон О.Б. Автоматы гашения магнитного поля. М.; Л.: Госэнергоиздат,1961. 138 с.

3. Гольдштейн М.Е. Вентильные системы возбуждения синхронных генераторов. - Челябинск, Изд-во ЮУрГУ, 1999. 100 с.

Размещено на Allbest.ru