На сахарных заводах России в настоящее время эксплуатируются более 100 турбогенераторов, мощностью от 2,5 до 12,0 МВт. Большая часть турбогенераторов находится в работе с 50-80 годов прошлого столетия.
Более 70% турбогенераторов изготовлены отечественными производителями, а именно Калужским турбинным заводом, Лысвенским электромеханическим объединением, Ленинградским объединением «Энергосила».
Основная масса турбогенераторов оборудована электромашинными возбудителями постоянного тока, приводимыми в движение от вала генератора, имеют щеточно-коллекторные узлы. Электромашинные возбудители характеризуются значительной инерционностью, а, следовательно, обладают малой скоростью нарастания напряжения возбуждения. Вследствие этого обстоятельства обслуживающий персонал ТЭЦ для обеспечения устойчивой работы и исключения аварийной остановки генератора снижает активную мощность до 85-90% от номинальной мощности генератора.
Следует отметить, что электромашинные возбудители постоянного тока при длительной эксплуатации и условий коммутации имеют значительный износ щеточно-коллекторного узла, что приводит зачастую к аварийным остановкам генератора.
Для повышения надежности работы генератора и обеспечения оптимальной электрической мощности необходимо применять быстродействующие тиристорные системы возбуждения, которые требуют в 2,5-3 раза меньше материальных затрат по сравнению с электромашинными возбудителями постоянного тока.
В настоящее время на ряде предприятий сахарной, химической промышленностей, в энергетике, как в России, так и за рубежом введены в эксплуатацию новые быстродействующие тиристорные возбудители серии УВГ для синхронных генераторов мощностью до 12 МВт.
Принцип работы тиристорной системы
На рис.1 приведена структурная схема тиристорного возбудителя.
(нажмите на рисунок, чтобы увеличить)
Основным элементом возбудителя является тиристорный преобразователь.
Питание преобразователя осуществляется от сети переменного тока через автоматический выключатель QF1 и согласующий силовой трансформатор TV1. В одну фазу вторичной обмотки трансформатора TV1 включен трансформатор тока ТА2. Напряжение на вторичной обмотке ТА2 прямо пропорционально выпрямленному току нагрузки преобразователя и используется в цепи ограничений и для стабилизации тока ротора.
В цепи двух фаз вторичной обмотки TV1 включены токовые реле защиты от короткого замыкания преобразователя (КА1, КА2). Параллельно обмотке возбуждения синхронного генератора через тиристорный ключ AS подключено сопротивление RS. Параллельно RS включен трансформатор-датчик частоты скольжения TVS, сигнал от которого поступает в блок защиты от асинхронного хода. Цепь ротора подключена к блоку сигнализации «земли» в роторе.
Система возбуждения УВГ выполняется по схеме питания тиристорного преобразователя от шин генератора через выпрямительный трансформатор TV1. Питание цепей управления и регулирования осуществляется от вторичной обмотки выпрямительного трансформатора.
Система возбуждения по требованию заказчика может быть выполнена со 100% резервированием по аппаратуре управления, регулирования и защит.
Система управления и регулирования тиристорным возбудителем выполнена на основе аналого-цифровой схемотехники и состоит из следующих основных устройств:
- автоматического PID-регулятора возбуждения;
- устройства цифровой дистанционной уставки;
- блока защиты системы возбуждения и генератора;
- устройства индикации состояния готовности системы возбуждения;
- высокоточной системы фазоимпульсного управления;
- блока стабилизированного питания.
Автоматический регулятор возбуждения выполнен по PID-закону управления.
В регуляторе предусмотрена возможность изменения его конфигурации за счет дискретного изменения коэффициента усиления, ввода или вывода дифференциальной и интегральной составляющей сигнала управления.
Реализация функций управления осуществляется путем приема преобразования и логической обработки информации от входных аналоговых датчиков и команд оператора. При этом система возбуждения обеспечивает следующие режимы и параметры тиристорного возбудителя:
- начальное возбуждение от сети собственных нужд или от источника постоянного тока 24В (аккумуляторная батарея);
- работу в объединенной или автономной энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной;
- остановку генератора при аварийных режимах;
- форсировку возбуждения с заданной кратностью и развозбуждения при нарушениях в энергосистеме, вызывающих соответственно снижение или увеличение напряжения на шинах станции или генератора по отношению к заданной статической характеристикой;
- развозбуждение и гашение поля ротора при нормальном штатном отключении генератора с переводом тиристорного возбудителя в инверторный режим;
- поддержание напряжения на шинах генератора по отклонению и интегрально—дифференцирующему закону и их комбинациях с точностью ± 0,5% относительно заданной статической характеристики;
- устойчивое и равномерное распределение реактивной мощности между однотипными генераторами, работающими параллельно между собой или с сетью неограниченной мощности;
- местное или дистанционное изменение цифровой уставки регулятора со скоростью 0,3% /с в диапазоне от 80% до 110 % номинального напряжения генератора;
- ограничение максимальной величины тока ротора генератора по время- зависимой характеристики в соответствии с его параметрами;
- ограничение минимального тока возбуждения в зависимости от величины активного тока генератора;
- отключение от сети оператором или автоматически под воздействием защит.
Система управления обеспечивает полное открытие тиристоров. Во всем диапазоне управления противофазная асимметрия импульсов управления не превышает ± 1 эл.град., междуфазная асимметрия импульсов управления ± 2 эл.град.
Тиристорный преобразователь собран на сильноточных тиристорах по трехфазной мостовой или нулевой схеме, в зависимости от параметров генератора. Охлаждение тиристоров? естественное (воздушное).
Возбудители серии УВГ имеют защиты:
- От коротких внутренних замыканий;
- От коротких внешних замыканий со стороны постоянного тока;
- От длительного синхронного режима;
- От перенапряжения в цепи ротора.
Разработка и изготовление тиристорного возбудителя производиться в строгом соответствии с параметрами обмотки возбуждения конкретного генератора, что гарантирует устойчивую работу системы.
Возбудитель обеспечивает:
- Работу в автономном режиме, без внешней энергосистемы;
- Параллельную работу с другими генераторами, а также с сетью неограниченной мощности;
- Начальное возбуждение турбогенератора;
- Автоматическое и ручное регулирование возбуждения.
Тиристорная система УВГ поставляется полностью отрегулированной и настроенной. Проверкам, регулированию и настройке подлежат только параметры характеристики, которые могут изменяться в связи с особенностью режимов работы системы возбуждения в целом.
Устройство возбуждением генератора состоит из шкафа управления двухстороннего обслуживания и отдельно стоящего силового трансформатора, входящего в комплект поставки оборудования. Шкаф управления служит для подключения тиристорного преобразователя к силовому трансформатору и обмотке возбуждения генератора, а также содержит всю аппаратуру управления, индикации.
Опыт работы возбудителей УВГ показал их эксплуатационную надежность, высокие энергетические показатели по сравнению с электромашинными возбудителями, которые требуют постоянного технического обслуживания счеточно-коллекторного узла, являющегося наиболее слабым и ненадежным элементом. Быстродействующая электронная система регулирования возбуждения обеспечивает высокую точность поддержания напряжения генератора при статических и динамических изменениях нагрузки во всем диапазоне, что позволяет повысить активную мощность генератора на 10-15%.
Целесообразно внедрять тиристорные возбудители серии УВГ на предприятиях, где имеет место значительный износ электромашинных возбудителей, отсутствует система форсировки возбуждения и наблюдается дефицит электрической мощности.
ООО ИК «Вектор» является официальным представителем Санкт- Петербургского предприятия-изготовителя тиристорных возбудителей и внедряет данные системы для генераторов.
Гарантия системы тиристорного возбуждения -18 месяцев с момента пуска, срок службы не менее 20 лет.
Стоимость изготовления, комплектации и выполнения работ составляет 1,7 млн. руб. Возможно, предусмотреть 100% резервирование.
В случае необходимости в замене электромашинных возбудителей постоянного тока синхронных генераторов мы готовы провести работы по модернизации системы возбуждения.