Способы повышения надежности и эффективности регулирования возбуждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способы повышения надежности и эффективности регулирования возбуждения

1. Методика и устройство для проверки и наладки систем регулирования возбуждения

возбуждение генерирующий агрегат канал

Надежная и устойчивая работа генерирующего агрегата в значительной степени зависит от качества настройки системы автоматического регулирования возбуждения. Повышение требований к показателям надежности соответственно увеличивает время, необходимое на проверку, настройку и испытания систем регулирования возбуждения в период выполнения пусконаладочных работ и планово-предупредительных ремонтов. Однако технические условия эксплуатации силового энергетического оборудования ограничивают объем и продолжительность испытательных режимов. Так, например, существенные ограничения накладываются на режим холостого хода турбогенераторов, в то время как наладка систем возбуждения требует вращения турбоагрегата с номинальным числом оборотов. Значительные ограничения испытательных режимов накладываются на проверки, связанные с перегрузкой основного энергетического оборудования. В связи с этим становится эффективным специализированное устройство для проверки регулятора возбуждения (УПР), позволяющее проводить наладку и испытания регуляторов в предпусковой период на неподвижном агрегате. УПР обеспечивает повышение надежности работы системы возбуждения за счет:

-- повышения устойчивости работы синхронных генераторов вследствие выполнения более качественной настройки АРВ;

-- исключения опасных режимов при проведении испытаний и сокращения объема испытаний на работающем агрегате;

-- снижения времени восстановления при выходе из строя блоков основного комплекта АРВ.

С помощью УПР проверяется функционирование каналов регулирования по отклонению и первой производной напряжения статора, по первой производной тока ротора, по изменению и первой производной частоты напряжения статора, а также канала жесткой обратной связи по напряжению ротора (для бесщеточных и высокочастотных систем возбуждения). УПР обеспечивает проверку работоспособности каналов ограничения максимального и минимального возбуждения, алгоритмов начального возбуждения и разгрузки генератора по реактивной мощности. Устройство представляет собой аналоговую модель синхронного генератора с системой возбуждения для ряда характерных с точки зрения проверки АРВ режимов работы и состоит из следующих четырех блоков: блока модели объекта регулирования (МОР), блока модели генератора в режиме перевозбуждения (МГУ), блока модели генератора в режиме потребления реактивной мощности (МГО), блока модели регулятора возбуждения (МРВ).

Блок МОР является простейшей аналоговой моделью системы возбуждения и синхронного генератора, работающего в режиме холостого хода. Возбудитель моделируется в соответствии с уравнениями математической модели статической или бесщеточной системы возбуждения. В основе модели синхронного генератора лежат уравнения Парка--Горева, записанные для режима холостого хода.

С помощью блока МОР можно проверить как соединенный с возбудителем регулятор возбуждения (режим комплексной проверки), так и собственно АРВ (режим автономной проверки). В первом случае на вход блока МОР подается сигнал, пропорциональный напряжению тиристорного преобразователя, через устройство гальванической развязки, которым может служить блок обратной связи (БОС) (рис. 6.1). Во втором случае на вход блока МОР поступает выходное напряжение АРВ. На выходе блока МОР формируются сигналы, пропорциональные напряжению статора U_г и его отклонению от номинального значения ДU_г, напряжению U_f, и току I_f ротора, с заданными масштабными коэффициентами. Сигналы с выхода МОР подаются на вход блоков АРВ в качестве сигналов регулирования. Таким образом, с помощью блока МОР имитируется работа системы регулирования в замкнутой схеме, что позволяет:

-- определить статические характеристики и коэффициенты передачи системы регулирования возбуждения;

-- проверить устойчивость работы в режиме холостого хода генератора и определить границы областей устойчивости в координатах коэффициентов усиления каналов регулирования по первым производным напряжения статора и тока ротора при различных коэффициентах усиления каналов регулирования по отклонению напряжения и канала ЖОС (для бесщеточных и высокочастотных систем);

-- проверить диапазон и скорость изменения уставки напряжения;

-- проверить работу канала начального возбуждения;

-- испытать в режиме автономной проверки работоспособность ограничителя двойного тока, проверить настройку характеристики ограничителя перегрузки, проверить работу ограничителя номинального тока ротора.

Наиболее характерными режимами синхронного генератора в сети с точки зрения проверки работоспособности АРВ является работа в зоне искусственной устойчивости и работа с потреблением реактивной мощности. Автоматический регулятор возбуждения, проверенный в полном объеме в этих двух крайних режимах, обеспечит высокое качество регулирования во всех остальных промежуточных режимах. Работа синхронного генератора в указанных режимах моделируется блоками МГУ и МГО.

Блок МГУ представляет собой простейшую аналоговую модель синхронного генератора, работающего с номинальной мощностью на приемную систему бесконечной мощности через дальнюю линию электропередачи, с фазовым углом между его поперечной осью и вектором напряжения шин приемной системы, превышающим 90°. Блок МГО является аналоговой моделью генератора, работающего с номинальной активной мощностью в режиме потребления реактивной мощности, с фазовым углом близким к 90°. Блоки МГУ и МГО учитывают инерционность обмотки возбуждения, механическую инерцию ротора и турбины, реакцию якоря генератора. В основе аналоговых моделей синхронного генератора лежат линеаризованные уравнения Парка--Горева. На вход блоков МГУ и МГО подается сигнал с блока МОР, пропорциональный напряжению ротора U_f, а на выходе формируются сигналы, пропорциональные отклонениям от установившихся значений напряжения статора ДU_г, частоты напряжения статора Дf, тока ротора ДI_f, а также величинам активной I_a и реактивной I_r составляющим тока статора. Выходные сигналы, сформированные с заданными масштабами, подаются на входы блоков АРВ в качестве сигналов регулирования.

Использование блоков МГО и МГУ позволяет осуществить в замкнутом контуре регулирования следующие функции:

-- проверку устойчивости регулирования возбуждения в зоне искусственной устойчивости и в режиме недовозбуждения с различными значениями коэффициентов усиления каналов стабилизации;

-- определение границы вступления в работу ограничителя минимального возбуждения, статизма и динамику ограничителя минимального возбуждения;

-- проверку работы канала разгрузки по реактивной мощности;

-- проверку работы канала сгона уставки при перегрузке по току ротора.

Блок МРВ служит для проверки блоков МГУ и МГО. Необходимость в применении блока МРВ объясняется тем, что блок МГУ апериодически неустойчив, а характеристики блока МГО близки к границе колебательной устойчивости. В связи с этим определение статических и динамических характеристик этих блоков было бы без МРВ крайне затруднительно. Блок МРВ представляет собой линейную аналоговую модель регулятора АРВ-СД. На его вход поступают сигналы ДU_г, Дf, ДI_f, формируемые на выходе блоков МГУ или МГО. На выходе блока МРВ вырабатывается сигнал управления, который подается на вход блока МГУ или МГО. Таким образом проверяется работоспособность блоков МГУ и МГО в замкнутом контуре.

Опыт использования УПР на электростанциях показал его эффективность, а надежность работы и простота применения обеспечивают его широкое внедрение в эксплуатацию.

2. Двухканальная система регулирования возбуждения

Традиционным способом повышения надежности работы оборудования является резервирование. Большое число находящихся в эксплуатации систем возбуждения включает в себя АРВ, подключенный своим выходом ко входам двух тиристорных преобразователей (рис. 6.2), каждый из которых обеспечивает все эксплуатацион ные режимы работы синхронного генератора, включая работу с номинальным током и режим форсирования возбуждения.

Рис. 6.2. Схема резервирования системы автоматического регулирования возбуждения.

Обозначения: АРВ -- автоматический регулятор возбуждения; ПДУ -- панель дистанционного управления; ТП -- тиристориый преобразователь; УК -- устройство контроля; Р -- реле.

При этом предусматривается, что на обмотку возбуждения работает один преобразователь, в то время как второй находится в горячем резерве со снятыми импульсами управления. Работа преобразователей постоянно контролируется устройством контроля. При повреждении одного из преобразователей устройство контроля осуществляет отключение импульсов управления отказавшего преобразователя и переводит систему возбуждения на резервный тиристорный преобразователь.

Резервирование АРВ осуществляется включением в структуру системы регулирования панели дистанционного управления (ПДУ), представляющей собой простейший пропорциональный регулятор напряжения статора синхронного генератора. Исправность АРВ контролируется блоком контроля, входящим в состав регулятора. Перевод системы возбуждения с АРВ на ПДУ осуществляется вручную оператором или автоматически по сигналу от блока контроля, а также при отключении автоматов основного и резервного питания и автомата напряжения статора генератора.

Одним из существенных недостатков рассмотренной системы резервирования является то, что ПДУ не обеспечивает выполнения функций; возложенных на АРВ, в частности форсирования возбуждения при коротких замыканиях в энергосистеме, снижая тем самым пределы динамической устойчивости. Переходные процессы с ПДУ отличаются повышенной колебательностью по сравнению с работой на АРВ. Другим недостатком существующей схемы является отсутствие постоянного контроля за исправностью АРВ. Алгоритм работы блока контроля предусматривает его блокировку в ряде режимов, связанных с работой ограничителей перегрузки и минимального возбуждения. Кроме того, питание блока контроля осуществляется от блоков питания АРВ и, следовательно, отказ АРВ, связанный с повреждением питания, вызывает и отказ работы блока контроля.

Устранить первый из отмеченных недостатков позволяет включение в структуру резервирования второго полноценного АРВ, а второй

недостаток устраняется путем организации постоянного контроля исправности основного АРВ во всех эксплуатационных режимах работы генератора с помощью блока контроля и диагностики (БКД), входящего в состав резервного регулятора возбуждения. При этом схема регулирования возбуждения становится двухканальной (рис. 6.3). Основной и резервный каналы регулирования включают в себя регулятор возбуждения и тиристорный преобразователь. Оба АРВ постоянно включены, и их выходы подключены ко входам преобразователей. Тиристорный преобразователь резервного канала работает без импульсов управления. Блок БКД осуществляет постоянный контроль за исправностью основного АРВ и диагностику резервного регулятора. Кроме того, БКД обеспечивает подгонку уставки резервного АРВ с тем, чтобы уравнять выходные напряжения двух регуляторов, при этом уравнивание происходит с определенной инерцией. При возникновении неисправности резервного АРВ блок БКД своевременно диагностирует появившийся отказ и выдает команду на блокировку перехода системы возбуждения на резервный канал. При отказе основного АРВ блок БКД выдает сигналы на снятие импульсов управления тиристорного преобразователя основного канала и подачу импульсов на преобразователь резервного канала.

Работа блока БКД основана на сравнении сигналов основного (U_{АРВ ос}) и резервного (U_{АРВ ос}) регуляторов возбуждения. Диагностирование резервного регулятора выполняется следующим образом. На аналоговых элементах производится определение величины интеграла

где 1/р -- оператор интегрирования.

Абсолютная величина вычисленного значения интеграла сравнивается с заданной величиной. Значение абсолютной величины интеграла, превышающее заданную величину, т. е. | I | > А, свидетельствует об отказе резервного регулятора. Действительно, при наличии подгонки его уставки интеграл I стремится к нулю. Существенное его отличие от нуля указывает на то, что в течение определенного

Рис. 6.4. Динамика работы блока БКД при неуправляемом развозбуждении основного АРВ.

времени выходные напряжения регуляторов не равны между собой. В свою очередь это указывает на отказ резервного АРВ.

Отказ основного АРВ определяется наличием существенной разности между выходными напряжениями основного и резервного регуляторов при отсутствии дисперсии выходного сигнала основного регулятора и при исправности резервного регулятора, т. е. неисправность основного АРВ определяется следующими условиями:

| U_{АРВ ос} - U_{АРВ рез} | ?B, D= 0 , | I | ? A.

На рис. 6.4 приведены осциллограммы переходного процесса, вызванного отказом основного АРВ, который привел к неуправляемому развозбуждению. В момент возникновения неисправности выходное напряжение основного АРВ вышло на предельное положительное значение, при котором его дисперсия стала равна нулю. Неуправляемое развозбуждение вызвало уменьшение напряжения статора, и резервный АРВ сформировал выходной сигнал отрицательной полярности на форсирование возбуждения. Наличие существенной разности выходных напряжений регуляторов при отсутствии дисперсии выходного напряжения основного АРВ вызвало срабатывание блока БКД и переключение системы возбуждения на резервный канал. Напряжение статора в новом установившемся режиме отличается от исходного не более чем на 1 %.

Испытания на электродинамической модели и опытная эксплуатация на электростанциях продемонстрировали работоспособность двухканальной системы регулирования возбуждения. Блок БКД своевременно определяет отказ АРВ и осуществляет переключение системы регулирования на резервный канал.