Статические тиристорные системы возбуждения генераторов до 12,5 МВт

Статические тиристорные системы возбуждения DExS.GEN предназначены для питания обмотки возбуждения генераторов малой мощности (до 12,5 МВт) автоматически регулируемым током во всех эксплуатационных режимах. Выполняет функции управления, защиты, индикации режимов работы системы возбуждения.

Системы возбуждения DExS.GEN представляют собой тиристорные возбудительные устройства с прямым цифровым управлением, изготовленные на современной элементной базе. Системы возбуждения отвечают требованиям ГОСТ 21558-2000 и обладают развитыми сервисными функциями, облегчающими наладку и эксплуатацию.

Конструкция системы возбуждения:

Конструктивно система возбуждения выполнена в одном металлическом шкафу одностороннего обслуживания степенью защиты IP22 (по требованию — IP31, IP54).

Шкаф системы возбуждения содержит:

• Аппараты защиты силовых цепей;
• Аппараты защиты цепей управления;
• Микропроцессорный регулятор возбуждения (для двухканальных систем — два независимых регулятора возбуждения);
• Тиристорный преобразователь (для систем с резервированием силовой части — два независимых тиристорных преобразователя);
• Пусковые сопротивления с тиристорным ключом;
• Цепи резервирования питания цепей управления;
• Органы управления и индикации на передней двери шкафа.

Как проводится регулировка

Порядок проведения регулировки предусматривает следующие операции:

• в начальном положении витки замкнуты, согласно нахождению замыкающих элементов избирателя;
• агрегат отключается от напряжения;
• поворотом рукоятки или включением механизированного привода перемещается замыкающий элемент избирателя с изменением рабочего количества витков на обмотке;
• агрегат включается в сеть.

Также читайте: Сколько ватт в одном киловатте
Переключение производится на необходимое значение, согласно требуемым характеристикам потребляющего оборудования.

Комплект поставки:

В комплект системы возбуждения входит:

• Шкаф системы возбуждения;
• Защитное сопротивление (внутри шкафа системы возбуждения);
• Преобразовательный трансформатор;
• Комплект технической документации на русском языке: паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации, комплект схем и чертежей, описание сервисного программного обеспечения (на электронном носителе);
• Электронный носитель с документацией и сервисным ПО;
• Комплект ЗИП (состав согласно техническим требованиям Заказчика).

*По требованию Заказчика комплект поставки может быть изменен. Точный комплект поставки указывается в паспорте на изделие.

Технические данные

Режимы работы системы возбуждения:

Система возбуждения обеспечивает:

• Начальное возбуждение до заданной уставки от источника оперативного постоянного тока =220 В или сети собственных нужд 0,4 кВ 50Гц.
• Холостой ход генератора.
• Автоматическую подгонку напряжения генератора к напряжению сети с точностью ±0,5% для обеспечения включения в сеть методом точной синхронизации.
• Автономную и параллельную работу с энергосистемой и нагрузками и перегрузками допустимыми для генератора.
• Разгрузка генератора по реактивной мощности до величины близкой к нулю при нормальном останове агрегата.
• Быстрое гашение поля генератора путём перевода работающего тиристорного выпрямителя в режим инвертирования при штатной остановке генератора и при аварийном отключении генератора при условии исправности тиристорного выпрямителя.
• При аварийном отключении генератора гашение поля дополнительно обеспечивается принудительным вводом в цепь обмотки гасящих сопротивлений.
• Автоматический и ручной режим регулирования.
• Переход из автоматического режима в ручной и обратно осуществляется безударно.
• Переход с основного регулятора на резервный и обратно осуществляется безударно (для двухканальных систем возбуждения).
• Автоматический безударный переход с основного тиристорного преобразователя на резервный (для систем возбуждения с резервированием силовой части).
• Основным режимом работы регулятора является стабилизация напряжения статора генератора со статизмом по реактивному току.
• Форсировку возбуждения с заданной кратностью по напряжению и току при нарушениях в энергосистеме, вызывающих снижение напряжения на шинах станции.
• Ограничение форсировочного значения тока возбуждения возбудителя на заданном уровне и по длительности.
• Ограничение перегрузки по току возбуждения возбудителя.
• Ограничение минимального возбуждения по заданной диаграмме допустимых режимов.
• Выдачу оперативной и аварийной сигнализации.
• Отключение возбуждения автоматически при отключении выключателя генератора под действием защит системы возбуждения или генератора.
• Местное или дистанционное изменение уставки по напряжению в диапазоне от 80 до 110% в автоматическом режиме регулятора и от 0 до 110% в ручном режиме, относительно номинального напряжения генератора.
• Поддержка напряжения на выводах генератора с точностью не хуже ±0,5% относительно установленной статической характеристики (с заданной уставкой).

Схемы генераторов с дополнительными диодами

Можно сделать схему возбуждения генератора более короткой и надежной. Ток возбуждения проходит только внутри генератора и не проходит во внешнюю цепь через замок зажигания. Для этого ток возбуждения берется с обмоток генератора, выпрямляется отдельным маленьким выпрямителем и отправляется сразу в обмотку возбуждения.

Схема с дополнительными диодами позволяет защитить аккумулятор от случайного разряда через обмотку возбуждения. В такой схеме обмотка возбуждение, на прямую, не подсоединена к выходу генератора и аккумулятора. Ток возбуждения протекает не от выхода диодного моста, соединенного с аккумулятором, а прямо от своих обмоток в обмотку возбуждения, через дополнительный выпрямитель.

Для первоначального возбуждения приходится использовать аккумулятор. Ток первоначального возбуждения, при включении замка зажигания, проходит в обмотку возбуждения через лампочку. Лампочка имеет большое сопротивление, поэтому ток в цепи возбуждения протекает маленький (лампочка светится), такого тока вполне достаточно для подмагничивания ротора. Как только ротор подмагнитился, генератор начинает вырабатывать напряжение и появляется ток в обмотках, этот ток идет через дополнительные диоды в обмотку возбуждения и намагничивание ротора возрастает, так генератор, практически сразу, возбуждается, получив первоначальный толчок маленьким током через лампочку. Дальше генератор работает уже самостоятельно, потребляя необходимый ток возбуждения через дополнительные диоды.

Цепь внешнего возбуждения остается подключенной, она используется снова при следующем запуске двигателя. Лампочка, фактически, разделяет цепь первоначального возбуждения генератора и цепь рабочего возбуждения. Ток обмотки возбуждения может достигать 5-и Ампер, но чтобы обмотка возбуждения не могла потреблять такой ток от аккумулятора, в цепи первоначального возбуждения и стоит лампочка ограничивающая этот ток. На первый взгляд проблема остается – если ротор генератора не крутится, а зажигание включено, то аккумулятор разряжается, но разражается очень маленьким током через лампочку (лампочка горит). Ток лампочки может гореть несколько дней и это не приведет к полному разряду нормального аккумулятора. Очень важное преимущество такой схемы состоит в том, лампочка не только ограничивает ток разрядки аккумулятора через обмотку возбуждения, но то, что она становится очень полезным индикатором состояния системы генератор – аккумулятор и позволят контролировать процесс зарядки аккумулятора и исправность – неисправность генератора.

Схема генератора с дополнительными диодами и регулятором напряжения типа L (D+)

Защиты системы возбуждения

Система возбуждения обеспечивает следующие виды защит:

• От потери возбуждения;
• От повышения напряжения статора генератора в режиме холостого хода;
• От снижения частоты напряжения статора генератора в режиме холостого хода;
• От превышения предельного тока возбуждения возбудителя;
• От неисправности канала управления тиристорным выпрямителем;
• От коротких замыканий на выходе преобразователя;
• От перегрузки по току возбуждения;
• От снижения сопротивления изоляции обмотки возбуждения.

Параметры и диапазон настроек приводятся в технической документации на систему возбуждения.

Срабатывание защит отображается на дисплее, записывается в журнал событий регулятора, фиксируется на выходных реле и передаётся в схему защит в виде дискретного сигнала или по цифровому интерфейсу.

Синхронизация с сетью (опция)

По согласованию с Заказчиком возбудитель может комплектоваться устройством синхронизации с сетью, при этом обеспечивается:

• Автоматическая синхронизация
• Ручная точная синхронизация

Автоматическая и ручная точная синхронизация действуют как при местном, так и при дистанционном управлении. Дополнительно для обеспечения синхронного включения генератора в сеть в синхроноскоп встроено реле контроля синхронизма, выходной сигнал этого реле последовательно соединяется с сигналом на включение сетевого выключателя.

Телеуправление (опция)

Возбудитель имеет возможность телеуправления. Телеуправление – управление, осуществляемое оперативным персоналом с удалённого узла пункта управления или диспетчерским персоналом из диспетчерского центра с использованием кодированного сигнала передаваемого по каналам связи.

По средствам телеуправления система возбуждения может принимать следующие команды:

• Увеличить уставку;
• Уменьшить уставку;
• Включить возбуждение;
• Отключить возбуждение (гашение);
• Включить регулирование по Uг (напряжению генератора);
• Включить регулирование по Q;
• Переключение регуляторов с основного на резервный и обратно;
• Сброс защит;
• Включить автономный режим;
• Включить ручной режим регулятора;
• Отключить ручной режим (включить автоматический режим) регулятора.

При необходимости объём команд согласуется с Заказчиком на стадии рабочего проектирования. Телеуправление может быть организовано с помощью специализированных сетевых карт по протоколам MODBUS RTU, MODBUS TCP/IP, PROFIBUS DP (интерфейсы RS485 и Ethernet) по согласованию с Заказчиком.

Система возбуждения обеспечивает все необходимые измерения и информационный обмен с АСУ ТП станционного уровня и взаимодействие с системами агрегатного уровня включая: измерение и выдачу сигналов по току и напряжению статора генератора, цепи возбуждения, а также частоты генератора на ГЩУ и на собственную лицевую панель, при этом предусмотрена связь с АСУ ТП станции и агрегатным уровнем по последовательному интерфейсу RS485 и (или) Ethernet. Тип протокола, тип интерфейса и объём необходимой информации, передаваемой в АСУ, должен оговариваться отдельно с каждым Заказчиком на стадии рабочего проектирования. 

Дискретные сигналы

Дискретные сигналы о состоянии технологического оборудования выводится в виде двоичных сигналов «0» «1». При этом в качестве сигнала «1» могут применяться напряжения переменного тока 220В, постоянного тока 220, 48, 24В. Каналы ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов гальванически развязаны между собой и относительно «земли».

Система управления возбуждением

Система управления возбуждением осуществляет автоматизированное управление устройствами системы возбуждения, обеспечивая функции контроля оборудования системы возбуждения.

Система возбуждения генератора выполнена по одноканальной или двухканальной (со 100% резервированием систем управления и тиристорных выпрямителей) схемам. Питание цепей управления резервируется от источника оперативного постоянного тока 220В и(или) от сети собственных нужд ~220B, в зависимости от исполнения.

В двухканальных системах каждый регулятор (АRV1 и АRV2) представляет собой полнофункциональную систему управления возбуждением генератора, обладает собственным набором аналоговых датчиков (с индивидуальной гальванической изоляцией), дискретных входов и выходов, аппаратами защиты. При повреждении работающего канала осуществляется автоматический, безударный переход на исправный регулятор.

Каждый канал обеспечивает автоматическое и ручное регулирование возбуждения, переключение между ручным и автоматическим режимами регулирования осуществляется безударно. Переключение режимов (Автоматический/Ручной) осуществляется с помощью ключа на лицевой панели шкафа (в режиме местного управления) или от ГЩУ (в режиме дистанционного управления). Также, включение ручного режима осуществляется автоматически — при потере измерительных цепей напряжения и одновременной неготовности резервного канала. Регулирование напряжения генератора, независимо от номера активного канала и режима регулирования, выполняется одним ключом на лицевой панели или ГЩУ.

Система управления состоит из следующих взаимосвязанных модулей: 1. Два независимых микропроцессорных регулятора возбуждения DExS (для двухканальных систем); 2. Коммуникационный модуль iCM; 3. Панель оператора DExS.OP.CM3; 4. Система резервирования питания собственных нужд.

Автоматический регулятор возбуждения DExS

Система управления представляет собой многопроцессорный блок управления возбуждением DExS, реализующий прямое цифровое управление тиристорным возбудителем. Применены быстродействующие процессоры цифровой обработки сигналов с блоком FPU (блок вычислений чисел с плавающей точкой).

Преимущества DExS:

• Представляет собой моноблочный встраиваемый модуль, обеспечивающий полный функционал для управления возбуждением генератора. Включает полный набор входов/выходов:
• Аналоговые входы допускают прямое измерение сигналов от базовых датчиков (ток и напряжение статора и ротора).
• 16 дискретных входов и 16 дискретных выходов =24В.
• СИФУ — 6 усилителей управляющих импульсов тиристоров.
• Высокая точность вычислений регуляторов за счёт применения чисел с плавающей точкой.
• Высокая скорость вычислений. Обработка всех аналоговых сигналов и регулятора возбуждения выполняется с постоянной частотой 10КГц.
• Полностью отсутствуют подстроечные элементы. Все уставки хранятся в энергонезависимой памяти и многократно продублированы с функцией автоматического восстановления неисправного блока уставок из резервной копии.
• Дополнительный съёмный ключ резервной копии уставок.
• Усилители импульсов тиристоров с контролем проводимости вентилей.
• Автоматическая фазировка СИФУ – корректно работает с любой фазировкой.
• Автоматическое непрерывное измерение сопротивления изоляции ротора в диапазоне 0-2000 кОм с шагом 62 Ом.
• Встроенный осциллограф 10.000 выборок в секунду для 32 каналов (32 любых выбранных 16-разрядных регистра) с настраиваемыми сценариями автозапуска, количеством пред- и поствыборок. Используется для ПНР и в качестве аварийного осциллографа. Аварийные осциллограммы переписываются в энергонезависимую память после остановки генератора.

Коммуникационный модуль iCM

Благодаря модулю iCM, внешним потребителям данных (АСУ ТП, КИПиА, панель оператора) два регулятора DExS (для систем с резервированием) представляются как одно устройство.

Коммуникационный модуль iCM предоставляет следующие сервисы:

• Синхронизация уставок регуляторов DExS (уставки DExS должны быть полностью идентичны в течение всей работы возбудителя).
• Двухсторонний обмен информацией между двумя DExS и внешними потребителями данных (панель оператора, ПЛК). Для доступа со стороны АСУ ТП, iCM оснащён:
• Ethernet 10/100T Мбит, протокол MODBUS TCP/IP
• RS485 протокол MODBUS RTU
• Передача данных «от» и «в» цепи КИПиА от централизованного источника, посредством:
• 2 входа 4-20мА
• 2 выхода 4-20мА
• 12 дискретных входов =24В
• 8 дискретных выходов =24В 150мА
• Первичное накопление данных статистики и осциллографирование на micro-SD карту объёмом до 4ГБ (8 суток непрерывной записи).

Панель оператора DExS.OP.CM3

Щитовые приборы предоставляют оперативную информацию об основных параметрах системы, при этом являются энергонезависимыми индикаторами (не требуют дополнительного источника питания). Панель оператора увеличивает информационные возможности. Панель оператора отображает детальную информацию о работе системы возбуждения и генератора, позволяет изменять уставки, просматривать архивы событий и статистику, копировать необходимую информацию на внешние накопители.

Просмотр статистики и осциллограмм из регистратора событий возможен с помощью ПО Ajuster (по интерфейсу) и панели оператора. Панель оператора предоставляет расширенный сервис по регистрации событий:

• запись осциллограмм и статистики на SD-карту (можно извлечь для расследования инцидентов);
• осциллограмма — это непрерывная запись 30 суток с частотой 100 записей всех параметров регулятора в секунду;
• осциллограмму и статистику можно скопировать на USB Flash-диск или по сети на диск удалённого сервера;
• доступ к файлам возможен через Ethernet по защищённому SSH протоколу;
• с помощью панели оператора можно просмотреть осциллограмму любого события, в пределах произвольно заданного интервала времени «до» и «после» события.

Тиристорные преобразователи

Тиристорный преобразователь (выпрямитель) выполнен по мостовой схеме: при номинальном токе возбуждения до 400А применяются тиристорные модули, установленные на охладители с естественным воздушным охлаждением; выпрямители свыше 400А изготавливаются на таблеточных тиристорах, охлаждение которых производится комбинированным способом.

Комбинированный способ охлаждения совмещает естественное и принудительное охлаждение. Специальный модуль термоконтроля измеряет температуру тиристорных сборок в нескольких точках с помощью цифровых датчиков температуры и включает вентиляторы только при нагреве свыше заданной уставки и отключает после вентиляторы охлаждения сборок до заданной температуры.

В системах возбуждения с резервным тиристорным преобразователем каждый тиристорный выпрямитель имеет автоматический выключатель на вводе и разъединитель в цепи постоянного тока. Сигналы от выключателя и разъединителя заведены в регулятор и при отключении коммутационной аппаратуры (при срабатывании защиты или в ручную), происходит автоматический переход на резервный выпрямитель.

Гашение поля

Гашение поля генераторов до 12,5 МВт осуществляется только гасящими сопротивлениями, которые подключаются параллельно обмотке возбуждения симисторным ключом (два встречно-параллельно включённых тиристора), который управляется автономно специальной платой. Уставка включения гасящих сопротивлений выбирается DIP-переключателем установленным на плате. Перед пуском генератора и до подачи тока возбуждения цепь гашения включена принудительно с помощью реле. Данная цепь гашения встроена в шкаф системы возбуждения.

Силовой трансформатор

Питание тиристорных выпрямителей основного и резервного канала осуществляется от преобразовательного трансформатора TE, который может быть подключён к шинам генератора по схеме самовозбуждения либо питаться от источника 0,4 кВ.

Питание ротора постоянным током: особенности процесса

Для того чтобы магнитное поле в роторе не меняло направления, его катушка должна питаться постоянным током одной полярности. Подвод тока к вращающейся катушке осуществляется через угольные щетки и коллекторные кольца.

Для питания обмотки ротора постоянным током применяют два способа: самовозбуждение и возбуждение от внешнего источника (обычно от аккумулятора).

Рис. 3.14. Зубчатый ротор генератора.

Возбуждение генератора: знакомство с определением

Возбуждение генератора – это процесс, который происходит на основе магнитодвижущей силы. Она выполняет процесс наведения магнитного поля, которое, в свою очередь, производит процесс образования электроэнергии. Для возбуждения генераторов первого поколения использовали специальные ротаторы постоянного тока, которые еще принято называть возбудителями. Их обмотка получала питание постоянного тока от другого генератора, его принято называть подвозбудителем. Все компоненты размещаются на одном валу, а их вращение происходит синхронно.

Обмотка возбуждения генератора: знакомство с определением

Обмотка возбуждения генератора – это один из основных конструктивных элементов синхронного генератора. Она получает питание от источника, предоставляющего постоянный ток. Чаще всего функцию источника выполняет электронный генератор напряжения. Такие регуляторы используется в новых моделях, работающих на основе самовозбудителя. А самовозбуждение, в свою очередь, основано на том, что первоначальное возбуждение происходит с помощью остаточного магнетизма магнитопровода синхронного генератора (СГ). Важно понимать, что энергия переменного тока поступает именно от обмотки статора СГ, трансформируя ее в энергию постоянного тока.

Для чего служит обмотка возбуждения генератора

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока. Ротор вращается с помощью первичного двигателя, тем самым магнитное поле, создаваемое в роторе, тоже вращается вместе с ним с той же скоростью. Теперь линии магнитного поля пересекают обмотку статора, расположенную вокруг ротора. В результате в обмотке образуемся переменная электродвижущая сила (эдс).

Катушка возбуждения генератора: знакомство с определением

Катушка возбуждения генератора – это специальный электромагнит, который используют для генерации электромагнитного поля в электромагнитных машинах. В его состав входит катушка и проволока, по которой протекает ток. Если взять к примеру вращающиеся машины, то там катушки возбуждения наматываются на специальный железный магнитный сердечник. Именно последний выполняет функцию направления силовой линии магнитного поля. В состав магнитопровода входит два основные компонента:

• Статор – он неподвижный.
• Ротор – производит вращения вокруг статора.

Силовые линий магнитного поля непрерывно проходят от от статора к ротору и обратно. Катушки возбуждения могут располагаться либо на статоре, либо на роторе.