СТАТИЧЕСКИЕ ТИРИСТОРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ
ДЛЯ  ГИДРО и ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ 

Статические тиристорные системы возбуждения серии СТ(P,Н)-1П-ХХХ-ХХХХ-УХЛ4 с цифровым управлением и регулированием возбуждения предназначены для питания автоматически регулируемым выпрямленным током обмоток возбуждения гидро и турбогенераторов  средней мощности.

Системы возбуждения могут применяться как для комплектации вновь разрабатываемых, так и реконструируемых генераторов.

Система возбуждения предназначена для работы в следующих условиях:

• высота над уровнем моря не более 1000 м;
• нормальное значение температуры окружающего воздуха от +5°С до +40°С;
• относительная влажность не более 98% при температуре +35°С.

Окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли в концен­трациях, снижающих уровень изоляция в недопустимых пределах.

Группа условий эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды М39 по ГОСТ 17516.1-90. При этом вибрация пола, где установлена система возбужде­ния, не должна превосходить ускорение 2.5м/c² в диапазоне частот 0.5-100 Гц.

Выходные параметры систем возбуждения  по току и напряжению выбираются в соответствии с  ГОСТ18142.1-80 с учетом требований ГОСТ21558-2000. По требованию заказчика могут быть установлены другие значения указанных параметров.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1.1 Основные технические данные гидрогенераторов и заменяемых систем возбуждения применительно к  параметрам  гидрогенераторов  Княжегубской ГЭС даны ниже.

1.2 В соответствии с требуемыми параметрами возбуждения гидрогенераторов предлагается статическая тиристорная система возбуждения  типа СТ(Р,Н)-1П-300-1400 УХЛ 4. Система  выполняется по схеме самовозбуждения  и содержит два преобразовательно-регулирующих  канала, что позволяет отказаться от необходимости иметь резервную систему возбуждения.  В таблице приведены основные параметры и характеристики предлагаемой системы возбуждения.

1.3 Система возбуждения  обеспечивает следующие режимы работы и парамет­ры возбуждения:

• начальное возбуждение от источника оперативного  постоянного тока 220В (аккумуляторной батареи) и от сети собственных нужд станции 380 В, 50 Гц;
• холостой ход;
• включение в сеть методом точной (автоматической и ручной) синхронизации;
• включение в сеть методом самосинхронизации (при скольжении не более 5%);
• работу в объединенной и автономной энергосистемах с нагрузками от холостого хода до номинальной, а также с перегрузками, соответствующими ГОСТ 183-74 и ГОСТ 533-85;
• устойчивое регулирование возбуждения при резко переменных нагрузках, вплоть до отдельных набросов нагрузки, вызванных одновременным включением асинхронным двига­телей с короткозамкнутым ротором общей мощностью до 30% номинальной мощности генератора;
• останов агрегата в нормальных и аварийных режимах;
• форсировку возбуждения с  настраиваемой уставкой форсировки и с возможностью дозированного воздействия на нее от устройств  противоаварийной автоматики;
• развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих соответственно снижение или увеличение напряжения на шинах станции или генератора по отношению к заданной статической характеристике;
• развозбуждение (гашение поля) при нормальном останове генератора переводом тиристорного преобразователя (в дальнейшем преобразователь) в инверторный режим;
• гашение поля в аварийных режимах при действии защит переводом преобразова­теля в инверторный режим;
• пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование напряжения статора по его отклонению от заданной статической характеристики генератора. Для расширения областей устойчивости при работе в сети под нагрузкой и повышения показателей качества переходных процессов может осуществляться стабилизация по производным на­пряжения статора и тока ротора генератора. При этом обеспечиваются следующие макси­мальные коэффициенты по каналам регулирования:
  • по пропорциональному каналу отклонения напряжения статора генератора К_OU= 120 ед.напр.возб./ед.напр.статора ( с шагом 1);
  • по  каналу  первой  производной  напряжения  статора  генератора Ku= 20 ед.напр.возб./ед.напр.статора/с (с шагом 0,001);
  • по каналу первой производной тока ротора генератора Kiif= 10 ед.напр.возб./ед.тока возб./с. (с шагом 1).

Примечание: за относительную единицу напряжения статора, напряжения и тока возбу­ждения принимаются соответствующие номинальные значения генератора.

• поддержание напряжения на выводах генератора в соответствии с заданной уставкой с точностью ±0,5% относительно заданной статической характеристики. При этом вели­чина статизма регулирования может выбираться в пределах от 0 до ±10%;
• устойчивое распределение реактивной мощности между генерато­рами соизмеримой мощности, объединенными на уровне генераторного напряжения, без использования группового регулирования или  уравнительных связей;
• разгрузка генератора по реактивной мощности с точностью ±5% от номи­нального значения при его отключении;
• программное начальное возбуждение до 95±5% номинального напряжения генератора и развозбуждение при плановом останове;
• местное и дистанционное изменение уставки регулятора напряжения в диапазоне от 80 до 110% номинального напряжения генератора;
• ограничение тока возбуждения двукратной величиной по отношению к номи­нальному току возбуждения генератора без выдержки времени, а также ограничение пере­грузки ротора по время зависимой характеристике в соответствии с данными генератора;
• ограничение минимального тока возбуждения величиной, не допускающей пере­ход генератора в режим глубокого потребления реактивной мощности (ограничение минимального тока ротора при номинальной активной нагрузке и потреблении реактивной мощности,  соответствующей соs j = 0,85) ;
• работу с устройствами группового регулирования напряжения;
• стабилизацию токов статоров параллельно работающих  блоков генератор-трансформатор, объединенных на шинах 110 кВ,  путем введения  статизма; 
• независимость напряжения на выводах генератора от частоты в диапазоне от 45 Гц и выше, с пропорциональным уменьшением напряжения при снижении частоты ниже 45 Гц;
• защиту системы возбуждения и обмотки ротора от перенапряжений при гашении поля ротора и самосинхронизации;
• контроль и измерение  изоляции обмотки ротора;
• регистрацию ненормальных и аварийных режимов работы системы возбуждения;
• возможность включения в АСУ ТП ГЭС.

1.4 Системы возбуждения выполняются с  двумя автономными и равноценными преобразовательно-регулирующими каналами. Каждый канал содержит тиристорный преобразователь, автоматический регулятор возбуждения (АРВ) с системой импульсно-фазового управления тиристорами. Любой из каналов способен самостоятельно обеспечить все режимы работы генератора, в том числе и режим форсировки возбуждения.

Один из каналов находится в работе, другой, резервный - в состоянии готовности. В резервном канале импульсы управления блокированы. В случае отказа работающего канала ав­томатически или по команде оператора в работу вводится резервный канал.

Благодаря автоматическому слежению исключаются броски тока возбуждения при пере­ключении каналов.

При помощи автоматических выключателей и разъединителей на сторонах переменного и постоянного тока может быть снято напряжение с любого преобразовательно-регулирующего канала для проведения профилактики или ремонта без перерыва в работе генератора.

2. СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. Преобразовательный трансформатор сухого исполнения типа DGH («HELMKE», Германия), или другой фирмы.

2.2. Щит возбуждения одностороннего обслуживания в составе:

• двух силовых тиристорных секций (шкафов) со встроенными блоками автоматических регуляторов возбуждения и управления;     
• распределительной секции (шкафа).

 Статическая система возбуждения СТС-2П-300-1400 УХЛ 4, схема электрическая функциональная

Статическая система возбуждения СТС-2П-300-1400 УХЛ 4, общий вид и габаритно-присоединительные размеры щита возбуждения

3.  ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

3.1. Тиристорные секции

Тиристорные секции (U1 и U2 на рисунке 1) выполнены на базе унифицированного ряда тиристорных преобразователей фирмы «SIEI». Используемые в этих преобразователях тиристоры характеризуются весьма малыми потерями и дают возможность выполнить преобразователь при применении принудительного охлаждения с одним тиристором в плече. При этом преобразователи получаются достаточно компактными и технологичными при монтаже и обслуживании.

В состав каждой тиристорной секции входит  тиристорный преобразователь, выполненный по трехфазной мостовой схеме.

Тиристорный преобразователь состоит из трёх модулей, содержащих по два тиристора, относящихся к анодной и катодной группам преобразователя. Тиристорные преобразователи снабжены предохранителями, RC-цепями, блоками оконечных усилителей, термодатчиками т.п.

Благодаря наличию выключателей и разъединителей в цепях переменного и постоянного тока тиристорная секция может быть выведена из эксплуатации для выполнения профилактических и ремонтных работ. Тиристорные модули преобразователей также легко отсоединяются для осмотра и ремонта.

Питание тиристорных секций осуществляется от преобразовательного трансформатора через автоматические выключатели QF1 и QF2 (см. рисунок 1).

3.2. Система управления и регулирования возбуждения (СУВ)

Каждый преобразовательно-регулирующий канал системы возбуждения снабжен собственным автоматическим регулятором возбуждения AV1 или AV2 (см. рисунок 1), выполняющих все функции управления, регулирования, ограничений и защит своего канала. Питание регуляторов осуществляется от преобразовательного трансформатора ТЕ через согласующие трансформаторы TU1 и TU2 и от сети собственных нужд 380В и оперативного постоянного тока  220 В при потере питания собственных нужд.

Каждый регулятор снабжен микропроцессорным блоком, обеспечивающим выполнение всех алгоритмов управления и регулирования, защит и сигнализации системы возбуждения.

Алгоритмы управления и регулирования формируются на основе внутренней математической модели генератора. Запись и накопление параметров состояния системы возбуждения позволяет вывести их для анализа переходных и аварийных процессов. В каждом регуляторе предусмотрено местное и дистанционное управление возбуждением, и автоматическое переключение каналов при отказе оборудования одной из тиристорных секций.

3.3. Пульт местного управления

Пульт местного управления содержит программируемый контроллер, дисплей и клавиатуру. При этом он способен выполнять следующие функции:

• ввод и коррекцию коэффициентов и постоянных времени регуляторов;
• ввод и коррекцию уставок;
• просмотр переменных и параметров регулирования;
• контроль состояния силовых цепей и элементов;
• контроль исправности элементов;
• автоматическое переключение преобразовательно-регулирующих каналов при отказе оборудования одного из тиристорных преобразователей;
• наглядное отображение на дисплее текущей информации и хранение предыдущей (дневник событий), хранение информации о действии внутренних защит, системы возбуждения, а также модификация параметров мониторинга и регулирования.

3.4. Защиты

3.4.1. В системе возбуждения предусмотрены следующие защиты:

• при отказе обоих каналов регулирования;
• цепей ротора от замыкания на землю (снижение изоляции);
• цепей ротора от перенапряжений посредством тиристорного разрядника;
• максимальные токовые;
• от короткого замыкания на шинах постоянного тока;
• от потери возбуждения;
• от короткого замыкания на шинах постоянного тока;
• от недопустимой длительности форсировки;
• от превышения максимального тока;
• при неуспешном инвертировании.

3.4.2. Оперативное гашение поля при нормальном останове выполняется посредством перевода тиристорных преобразователей в инверторный режим. Гашение поля ротора в аварийных режимах при действии любых защит выполняется выключателем гашения поля (при наличии) и переводом тиристорных преобразователей в ин­верторный режим. Оба способа гашения выполнены взаимонезависимыми, а при гашении поля осуществляется подхват команды до окончания процесса гашения.

3.5. Внешние команды и выходные сигналы

3.5.1. Система возбуждения обеспечивает прием из схемы управления агрегатом следующих основных релейных команд сухими контактами, рассчитанными на напряжение от 24 до 220В постоянного тока:

• возбуждение;
• положение генераторного выключателя;
• частота вращения агрегата >=95% номинального значения;
• возбуждение "больше";
• возбуждение "меньше";
• точная синхронизация;
• подгонка напряжения генератора к напряжению сети;
• разгрузка генератора по реактивной мощности до cosφ = l;
• развозбуждение;
• защиты агрегата.

3.5.2. Система возбуждения обеспечивает выдачу в систему управления агрегатом следующих основных релейных сигналов сухими контактами, рассчитанными на напряже­ние от = 24 до 220В и ток  0,5А. Активное состояние контактов - замкнутое:

• канал 1 в работе;
• канал 1 неисправен;
• канал 2 в работе;
• канал 2 неисправен;
• работа на ручном регуляторе;
• окончание подгонки напряжения генератора к напряжению сети (разрешение работы синхронизатора);
• окончание разгрузки генератора по реактивной мощности;
• работа ограничителя максимального тока возбуждения;
• работа ограничителя минимального тока возбуждения;
• неисправность системы возбуждения;
• отключение при действии внутренних защит системы возбуждения.

3.5.3. Система возбуждения предусматривает при необходимости выдачу на главный щит управления генератора аналоговых сигналов от датчиков тока и напряжения ротора.

В системе возбуждения предусмотрены технические средства для передачи по цифровому интерфейсу в схему управления агрегатом информации о состоянии оборудования системы возбуждения и ее параметров. Содержание сообщений и их форматы согласуются на стадии разработки АСУ ТП энергоблока.

4. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТОРСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И     ПРЕИМУЩЕСТВА

4.1. Тиристорная система возбуждения с одним тиристором в плече не требует дорогостоящих мероприятий, направленных на деление токов между тиристорами. Конструкция по­лучается более компактной и удобной для обслуживания и ремонта.

4.2. Вычислительные мощности микропроцессоров регуляторов позволяют стро­ить процессы регулирования наиболее адекватным для машин переменного тока образом.

4.3. В системе управления широко применены безвыводные элементы и поверхно­стный монтаж.

5. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Система возбуждения обеспечивает следующие показатели надежности:

Скачать техническое описание