Автоматическое регулирование напряжения

В белорусской энергосистеме автоматическое регулирование напряжения на шинах электростанции было внедрено в 1979 году на Лукомльской ГРЭС и в 1986 году на Березовской ГРЭС.

Современные требования по надежности, точности, скорости регулирования и работе электростанций в предельных режимах по потреблению реактивной мощности потребовали выполнить модернизацию систем регулирования, находящихся в эксплуатации почти 25 лет.

Такая работа была проведена на Лукомльской ГРЭС в 2002;2003 годах, в результате которой создано совершенно новое устройство на современной элементной базе с усовершенствованной структурной схемой и расширенными функциональными возможностями.

Структурно система автоматического регулирования напряжения (САРН) состоит из астатического регулятора напряжения шин 330кВ и астатического регулятора распределения реактивной мощности между генераторами. Критерием распределения служит величина располагаемой реактивной мощности генератора.

Законы регулирования и параметры настройки позволяют одновременно достигать номинального тока ротора на всех генераторах в режиме выдачи реактивной мощности. Потребление реактивной мощности ограничивается тепловой характеристикой генератора либо пределом устойчивости, причем, как и в режиме выдачи, все генераторы достигают предела одновременно независимо от характеристики.

Автоматическое регулирование напряжения — процесс поддержания напряжения в узловых точках электрической системы в заданных пределах, осуществляемый для обеспечения допустимых условий работы потребителей электроэнергии и собственной системы, а также для повышения экономичности их работы.

Убольшинства потребителей электроэнергии допускаются длительные отклонения напряжения отноминального не более чем на ±5%. Превышение номинального напряжения приводит к сокращению срокаслужбы потребителей электроэнергии, уменьшение — снижает производительность и экономичность работыпотребителей, пропускную способность линий электропередачи, может нарушить устойчивость работысинхронных машин и асинхронных двигателей.

Необходимость АРН вызывается переменными режимами работы потребителей и источниковэлектроэнергии. Так, с увеличением нагрузок возрастает сила тока в сети, а следовательно, и потеринапряжения в различных её участках, вследствие чего напряжения у потребителей могут выходить задопустимые пределы. В связи с этим на шинах электростанций и на шинах вторичного напряжения районныхподстанций осуществляется, как правило, встречное (согласное) регулирование, при котором с увеличениемнагрузок напряжение держится выше номинального, а при снижении нагрузок — понижается. Это уменьшаетразмах отклонений напряжений у потребителей. Однако в общем случае такое регулирование не исключаетнеобходимости АРН у каждого потребителя.

АРН на электростанциях осуществляется регулированием возбуждения синхронных генераторов. На подстанциях АРН осуществляется регулированиемвозбуждения синхронных компенсаторов, если они установлены на этих подстанциях, или автоматическимизменением под нагрузкой коэффициента трансформации трансформаторов, а также регулированиеммощности батарей статических конденсаторов. У потребителей электроэнергии АРН осуществляетсярегулированием возбуждения мощных синхронных двигателей и регулированием мощности батарейстатических конденсаторов. Вопрос о конкретном выборе регулирующих устройств решается на основетехнико-экономического анализа.

Автоматическое регулирование напряжения синхронных генераторов компаундированием основано на изменении возбуждения возбудителя в зависимости от величины тока статора генератора.

Автоматическое регулирование напряжения синхронного генератора небольшой мощности может осуществляться с помощью магнитного усилителя.

Основные задачи автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности:

• 1) обеспечение требуемого напряжения потребителей (качества электроэнергии);
• 2) обеспечение рациональных перетоков реактивной мощности в энергосистеме;
• 3) повышение динамической устойчивости в аварийных режимах.

Для решения этих задач применяются:

• — автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) СГ электростанций;
• — регулирование возбуждения синхронных компенсаторов и двигателей;
• — регулирование мощности управления статистических источников реактивной мощности;
• — автоматическое регулирование коэффициентов трансформации трансформаторов.

Решение вышеперечисленных задач с помощью АРВ СГ.

1. Поддержание напряжения Согласно государственному стандарту отклонение напряжения не должно превышать ±5% в нормальном режиме и ±10% - в послеаварийном.

При увеличении нагрузки и отсутствии регулирования возбуждения наблюдается снижение напряжения. Для поддержания напряжения необходимо увеличить эдс генератора.

Таким образом, задача АРВ — воздействие на возбуждение с целью стабилизации напряжения. Необходимо отметить, что степень возбуждения зависит от текущего коэффициента мощности.

Рис. 1. Векторная диграмма в режиме поддержания напряжения

автоматический регулирование напряжение ток При активно-индуктивной нагрузке, а также при активно-емкостной нагрузке увеличение тока должно сопровождаться увеличением эдс. При этом чем «более» увеличивается нагрузка, тем меньше степень воздействия на возбуждение должен иметь АРВ. При ц > И увеличение нагрузки должно сопровождаться снижением возбуждения. На практике в большинстве случаев нагрузка является активно-индуктивной, поэтому логика работы АРВ, работающая по разомкнутому принципу следствия: увеличивается возбуждение при увеличении тока с коэффициентом, обратно пропорциональному коэффициенту мощности.

2. Обеспечение рациональных перетоков реактивной мощности в энергосистеме Задача сводится к регулированию реактивной мощности, вырабатываемой генератором:

• — ее стабилизации при изменении активной мощности;
• — слежению за заданным значением, вырабатываемым общестанционной системой на основе задания для электростанций.
• 3. Сохранение или повышение статической устойчивости.

Рис. 2. Запас устойчивости при регулировании возбуждения

Увеличение возбуждения приводит к увеличению запаса статической устойчивости при сохранении выработки активной мощности Р1 = Р2 или сохранению запасов устойчивости при увеличении выработки (Р1 — Р2).

4. Повышение динамической устойчивости в ЭЭС в аварийных режимах связано с быстрым восстановлением напряжения в процессе отключения КЗ, а также во время восстановления синхронной работы СГ в случае наступления ХХ, это достигается в частности путем воздействия на возбуждение СГ.

Виды регуляторов возбуждения.

• 1. Пропорционального действия по отклонению напряжения и по возмущению током нагрузки с релейным или бесконтактным устройствомфорсировки возбуждения.
• 2. Пропорционально-дифференци

Возбудители СГ.

1. Электромашинный возбудитель постоянного тока (рис. 1.17).

Рис. 3. Схема электромашинного возбуждения постоянного тока

GE — генератор постоянного тока с параллельным самовозбуждением (положительная ОС по напряжению возбуждения).

Обмотка возбуждения (ОВ) генератора СЕ состоит из двух частей, одна из которых включена параллельно якорю, вторая управляющая, которая питается от АРВ прямого действия (АРВ питается от напряжения генератора и управляется им). Он представляет собой магнитный усилитель, питание которого производится геометрической суммой токов, первый из которых пропорционален току генератора, а второй — напряжению генератора со сдвигом по фазе на. Таким образом, результирующий сигнал при (активной нагрузке генератора) будет минимальным, а при (ХХ) — максимальным.

Поэтому питание магнитного усилителя определяется не только нагрузкой и напряжением генератора, но и потребителя. Чем больше, тем менее интенсивно должно увеличиваться возбуждение при изучении нагрузки.

Описанным выше способом реализуется система по отклонению напряжения и по возмущению нагрузки генератора. Кроме того, схема предусматривает релейно-контактную форсировку возбуждения при снижении напряжения более чем на 10% с возбуждением на контакт КМ1.

2. Электромашинный возбудитель переменного тока.

Рис. 4. Схема электромашинного возбуждения переменного тока

В схеме используется обращенный индукторный генератор переменного тока повышенной частоты (с большим числом полюсов), имеющий 3 обмотки возбуждения:

• 1) LE1 — последовательного самовозбуждения;
• 2) включенная согласно LE1 обмотка форсировки возбуждения LE2, питаемая от устройства форсировки возбуждения (УФВ);
• 3) включенная встречно LE1 и LE2 обмотка управления LE3, питаемая от АРВ.

Особенностью возбудителя является сильное перевозбуждение током ротора генератора, поэтому АРВ всегда действует на снижение возбуждения. АРВ функционирует только по отклонению напряжения генератора и построен как регулятор прямого действия на магнитном усилителе. Форсировкавозбуждения осуществляется компенсацией магнитного потока обмотки LE3 магнитным потоком обмотки LE2 и питаемой УФВ при значительном снижении напряжения генератора или возбудителя. Для обеспечения форсировки, а также для создания начального возбуждения генератора при пуске используется ток подвозбудителя GEA.

В рассмотренной схеме возбудители обладают следующими недостатками: 1-я схема — наличие колец ротора, наличие коллектора у МПТ, малая скорость нарастания напряжения в процессе форсировки; 2-я схема — те же недостатки — за исключением коллектора — плюс отсутствие регулирования по возмущению.

3. Возбудитель с обращенным синхронным многополюсным генератором и вращающимся выпрямителем (рис. 1.19).

Рис. 5. Схема возбуждения с обращенным синхронным многополюсным генератором и вращающимся выпрямителем

АРВСД — автоматический регулятор возбуждения сильного действия.

Преимущество возбудителя: отсутствие щеточных контактов.

Недостаток: инерционность регулирования возбуждения основного генератора, связанная с инерционностью возбудителя.

4. Тиристорное возбуждение.

Рис. 6. Схема тиристорного возбуждения

Преимущество: повышенное быстродействие Недостаток: наличие щеточных контактов.