Способы регулирования напряжения возбуждения

Способы регулирования напряжения возбуждения

Регулирование напряжения в электрических сетях сложно осуществлять, изменяя:
а) напряжение генераторов электростанций;
б) коэффициент трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;
в) параметры питающей сети;
г) величину реактивной мощности, протекающей по сети. Применением перечисленных способов обеспечивается централизованное регулирование напряжения, однако последние три из них могут быть применены и для местного регулирования.

Регулирование напряжений в сетях генераторами электрических станций.

Регулирование напряжения изменением коэффициента трансформации трансформаторов, изменением параметров сети, изменением величины реактивной мощности.

Рис.1. Схема регулирования напряжения трансформатора с РПН (для одной фазы)
Городские и сельские распределительные сети напряжением б—10 кВ, как правило, оборудованы трансформаторами небольшой мощности (до 400—630 кВ А), у которых коэффициент трансформации в пределах ±5% изменяется переключением ответвлений обмотки ВН при отключенном от сети трансформаторе, т. е. без возбуждения трансформатора (ПБВ). Поэтому коэффициент трансформации этих трансформаторов изменяют только либо при изменении схемы электроснабжения, либо при переходе от сезонных максимальных нагрузок к минимальным и наоборот, т. е. осуществляется сезонное регулирование. Суточное регулирование напряжения в этих сетях возлагается на ЦП. Надлежащий коэффициент трансформации на длительный сезонный период выбирают, исходя из уровня напряжения на шинах ЦП и потери напряжения в распределительной сети.
Для обеспечения централизованного суточного регулирования напряжения на подстанциях, питающих распределительные сети, устанавливают трансформаторы с РПН, переключение ответвлений у которых производится без перерыва электроснабжения потребителей. Трансформаторы снабжаются аппаратурой автоматического регулирования — регуляторами напряжения, которые входят в комплектную поставку.
Встроенные регулировочные устройства в трансформаторах напряжением 35—330 кВ размещаются в нейтрали обмоток ВН. Диапазон регулирования напряжения ± 12% или ±16% номинального напряжения, ступенями по 1,5 или 1,78%. Трехобмоточные трансформаторы 110 и 220 кВ изготовляются с РПН только на обмотке ВН, а обмотка СН имеет ответвления для изменения коэффициента трансформации ±2 — 2,5%, переключаемые без возбуждения трансформатора (ПБВ)
В качестве примера на рис.1 приведена схема регулирования напряжения для трансформатора 110 кВ с диапазоном регулирования ±16% номинального напряжения.
При увеличении коэффициента трансформации переключения будут идти в обратном порядке.
Трехобмоточные автотрансформаторы 220—330 кВ выпускаются со встроенными устройствами РПН для регулирования напряжения на стороне СН в линии. Диапазон регулирования ±12% ступенями не более 2% UН.На рис.2 приведена схема регулирования для одной фазы трехфазного автотрансформатора 330/110 кВ.

Рис.2. Схемы регулирования напряжения автотрансформаторов 220— 330/110 кВ
где ПА —переключатель ответвлений с активными сопротивлениями R, R’; И1, И2 — избиратели ступеней.

Изменение коэффициента трансформации между ВН и СН переключением ответвлений в линии СН не изменяет соотношения напряжений между обмотками ВН и НН. Поэтому автотрансформаторы такой конструкции имеют большие эксплуатационные преимущества перед автотрансформаторами с регулированием напряжения в нейтрали общей обмотки. В последнем случае, как известно, при переключении ответвлений происходит одновременное изменение числа витков обмоток ВН и СН, что приводит к изменению соотношения напряжений между обмотками ВН и НН: при увеличении напряжения на обмотке СН напряжение на обмотке НН уменьшается и, наоборот, при снижении напряжения обмотки СН напряжение обмотки НН увеличивается. Это приводит к невозможности присоединения нагрузки к обмотке НН без установки последовательно с ней линейного регулировочного автотрансформатора даже при совпадении графиков нагрузок на обмотках СН и НН.
Линейные регулировочные автотрансформаторы мощностью 16—100 MB -А напряжением 6—35 кВ, а также 63—125 MB-A 110 кВ предназначаются для установки последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, а также непосредственно в линиях электропередачи.
На рис. 103 дана схема одной фазы линейного трехфазного регулировочного автотрансформатора 10—35 кВ типа ЛТДН с реверсированием регулировочной обмотки. Диапазон регулирования линейных автотрансформаторов ±15% UН.

Рис.3. Схема одной фазы линейного регулировочного автотрансформатора типа ЛТДН
В положении, данном на рис.3, отрегулированное напряжение выше подведенного. Ток, питающий обмотку возбуждения последовательного трансформатора, проходит через ветви реактора Р в противоположных направлениях, вследствие чего результирующий магнитный потока реакторе очень мал и его сопротивление незначительно.

Регулирование напряжения в сетях изменением параметров сети

Из формулы видно, что изменением величины Хс (например, шунтированием конденсаторов при сниженных нагрузках) можно осуществлять ступенчатое регулирование напряжения сети.
В линиях дальних передач продольную компенсацию используют для повышения их пропускной способности. Число конденсаторов в батарее для продольной компенсации определяется требуемым уровнем напряжения на приемной подстанции и максимальной нагрузкой линии. В электропередачах высокого напряжения обычно компенсируют не свыше 40—50% индуктивности линии, так как большая степень компенсации может привести к ложным действиям релейной защиты, а при известных условиях и к колебательному режиму (самораскачиванию) синхронных генераторов.

Источник

Системы возбуждения синхронных генераторов

Ток, протекающий в обмотке статора, создает поле (реакцию якоря), синхронно вращающееся с ротором и влияющее на результирующий поток в воздушном зазоре машины. Степень и характер этого влияния определяют параметры машины, значение и коэффициент нагрузки cos φ. Это подтверждают внешние и регулировочные характеристики (см. рис. 9 и 10). Генератор, в свою очередь, является источником электроэнергии автономной системы и должен обеспечивать заданное качество электроэнергии в статических и динамических режимах. Наряду с обеспечением качества электроэнергии в ЭЭС реализуются различные виды защит. Например, при коротком замыкании защита системы должна быть избирательной (селективной) и отключать только поврежденные участки сети. В настоящее время селективность обеспечивают введением выдержек времени на отключение различных участков, при этом действует принцип: источник электроэнергии должен отключаться в последнюю очередь. Так как существующая защитная аппаратура срабатывает по току, то в момент отключения ток должен быть не меньше определенного значения. Таким образом, на систему возбуждения синхронного генератора (СГ) автономной системы возлагаются функции обеспечения качества электроэнергии и определенного значения тока в режиме короткого замыкания.

Способ возбуждения генератора, а именно три его компоненты: источник возбуждения; принцип регулирования; способ передачи в обмотку возбуждения электроэнергии – представляют собой важнейший фактор, влияющий на все характеристики генератора, в том числе и его конструкцию [9].

Способы передачи электроэнергии в обмотку возбуждения. Относительно передачи энергии в обмотку возбуждения различают СГ со щетками и без щеток.

Принципиальная схема СГ со щетками представлена на рис. 11. В этой схеме обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух неподвижных щеток и двух колец, расположенных на валу (изолированных от вала и одно от другого). Источником возбуждения здесь служит сам генератор.

Рис. 11. Блок-схема системы возбуждения

синхронного генератора со щетками:

САРН – система автоматического регулирования напряжения; ОВ – обмотка возбуждения; ПД – первичный двигатель

Существует достаточно много разновидностей бесщеточных синхронных генераторов. На рис. 12 представлен один из вариантов такого генератора с электромашинным возбудителем.

Рис. 12. Блок-схема системы возбуждения

бесщеточного синхронного генератора с возбудителем (В)

Принципы регулирования тока возбуждения при стабилизации напряжения синхронного генератора. Для регулирования тока возбуждения применяют разные системы, в которых использованы следующие принципы регулирования:

1) по отклонению (U);

2) по возмущению:

– токовое компаундирование – компенсация изменения значения тока нагрузки (I);

– амплитудно-фазовое компаундирование (фазовое компаундирование) – компенсация изменения значения тока и коэффициента мощности нагрузки (I, cos φ);

3) комбинированное – сочетание систем, использующих регулирование по отклонению и по возмущению.

В ЭЭС применяют все три вида систем регулирования напряжения синхронных генераторов. Каждая их них имеет свои области применения, определяемые параметрами генераторов [7].

Регулирование по отклонению, как известно, позволяет компенсировать изменение напряжения при любых видах возмущающих воздействий.

Схемы возбуждения, построенные по этому принципу, целесообразно использовать для генераторов с высоким значением ОКЗ, так как в этом случае регулируемая мощность системы возбуждения будет иметь меньшее значение. Эти схемы характеризуются большим значением коэффициента усиления по мощности и имеют тенденцию к автоколебательному режиму.

Регулирование по возмущающему воздействию компенсирует действие основных факторов, приводящих к снижению напряжения генератора, а также позволяет повысить быстродействие в переходном режиме, так как возмущение воздействует одновременно на объект управления и на его систему регулирования.

Системы возбуждения, реагирующие только на значение нагрузки (системы токового компаундирования), применяют обычно для генераторов с высоким значением ОКЗ. В этом случае регулировочные характеристики при cos φ = 0 и cos φ = 1 незначительно отличаются друг от друга (рис. 13) и точность поддержания напряжения оказывается выше, чем в случае применения генератора с низким ОКЗ.

Для генераторов с низким ОКЗ применяют, как правило, схемы возбуждения, реагирующие на значение и коэффициент мощности нагрузки, то есть схемы амплитудно-фазового (фазового) компаундирования.

0 1 I

Рис. 13. Регулировочные характеристики синхрон-ных генераторов с различными значениями ОКЗ: 1 – ОКЗ = 0,82; 2 – ОКЗ = 1,8

Комбинированное регулирование осуществляют введением в системы компаундирования обратной связи по отклонению, что повышает точность регулирования. Основную роль в таких системах играет канал по возмущению. Канал по отклонению служит для устранения второстепенных возмущений и имеет небольшую мощность. Часто его выполняют в виде корректора напряжения, который имеет два способа включения – на обмотку возбуждения или на элемент системы на стороне переменного тока.

Источник возбуждения.Питать обмотку возбуждения можно от независимого источника электроэнергии (возбудителя) и/или от собственных шин генератора. Системы, в составе которых есть независимый источник энергии, относят к системам косвенного действия. Недостатки таких систем очевидны: они имеют повышенные массогабаритные показатели и ухудшенные показатели по быстродействию, так как к инерционности генератора и системы добавляется инерционность возбудителя. Примером такой системы может служить регулятор УБК-М в генераторах серии МС [4].

Системы прямого действия не имеют независимого источника энергии и для возбуждения используют энергию самого генератора. Регулирующее воздействие в таких системах осуществляется непосредственно в цепи возбуждения генератора. Конструктивно систему возбуждения располагают над статором генератора рядом с воздухоохладителем.

Системы прямого компаундирования.В системах прямого компаундирования ток обмотки возбуждения СГ должны определять две составляющие, пропорциональные напряжению и току. Составляющая, пропорциональная напряжению, необходима для обеспечения режима холостого хода и создания основного потока возбуждения. Составляющая, пропорциональная току нагрузки, служит для компенсации тех факторов, которые вызывают снижение напряжения при изменении нагрузки, а также для обеспечения необходимого для срабатывания защитной аппаратуры значения установившегося тока короткого замыкания.

В зависимости от того, как осуществляется суммирование сигналов, пропорциональных напряжению и току, различают системы:

– прямого токового компаундирования – суммирование арифметическое (рис. 14, а);

– прямого фазового компаундирования – суммирование геометрическое (рис. 14, б).

В схеме прямого токового компаундирования (см. рис. 14, а) суммирование происходит на стороне постоянного тока. В результате фаза тока по отношению к напряжению не учитывается, поэтому ток возбуждения генератора не зависит от коэффициента мощности нагрузки, а определяется только значениями напряжения и тока статора. Такая схема обеспечивает точность лишь ±10%. К ее недостаткам можно также отнести наличие двух выпрямителей.

аб Рис. 14. Принципиальные схемы прямого компаундирования: а – токового; б – фазового; СГ – синхронный генератор; ТТ – трансформатор тока; ТН – трансформатор напряжения; В – выпрямитель; Zк – компаундирующее сопротивление

Суммирование сигналов возбуждения, пропорциональных току статора и напряжению генератора, в схеме прямого фазового компаундирования (см. рис. 14, б)происходит на стороне переменного тока, то есть с учетом фазы между напряжением и током. Геометрическое суммирование должно выполняться так, чтобы в режиме активной нагрузки угол между составляющими векторами был близок к 90° и уменьшался бы с увеличением значения φ, достигая при φ = 90° (индуктивная нагрузка) значения, близкого нулю. В этом случае ток возбуждения будет возрастать с изменением I и cos φ именно таким образом, как это необходимо нормальному синхронному генератору при сохранении его напряжения неизменным. Такое суммирование можно обеспечить как при параллельном, так и при последовательном соединении вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения, вводя в схему дополнительный элемент. Роль этого элемента станет ясной при прочтении материала, приводимого далее.

Суммирование сигналов при параллельном соединении вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения [7, 10]. На рис. 15, б приведена принципиальная схема системы при параллельном соединении вторичных обмоток тока и напряжения, причем для упрощения рассмотрен однофазный генератор.

Если пренебречь активными сопротивлениями обмоток, намагничивающими токами трансформаторов, а также активными потерями их в магнитопроводах, то расчетную схему можно представить в следующем виде (рис. 15, а).

Рис. 15. Эквивалентные схемы системы фазового компаундирования:

параллельное (а) и последовательное (б) суммирование каналов тока и напряжения; Z_к – компаундирующее сопротивление; R_в – сопротивление цепи возбуждения генератора

Используя метод суперпозиций, который можно применить при сделанных допущениях, получим:

.

Полагая внутреннее сопротивление источника тока равным бесконечности, можно записать:

,

(40)

где К_u – коэффициент трансформации по напряжению;

r_к, x_к – активное и реактивное сопротивления компаундирующего элемента;

α_u – начальная фаза напряжения.

Учитывая, что внутреннее сопротивление идеального источника напряжения можно считать равным нулю, получим:

,

(41)

где K_i – коэффициент трансформации по току;

Полагая α_u = 0 и вводя соответствующие обозначения, получим:

.

(42)

Из этого выражения следует, что величину тока возбуждения определяет геометрическая сумма двух составляющих – пропорциональной напряжению генератора и пропорциональной току его нагрузки. При этом характер суммирования зависит от Z_к.

При отсутствии компаундирующего сопротивления ток возбуждения генератора будет определять только составляющая канала напряжения и нормальная работа системы окажется невозможной. По этой причине величина Z_к и названа компаундирующим сопротивлением.

Можно сравнить два крайних режима работы генератора: активная (φ = 0) и реактивная (индуктивная, φ = 90°)нагрузки. Сравнение проведено при разных видах компаундирующих элементов в системах возбуждения: индуктивность (дроссель, φ_к = 90°) и активное сопротивление (φ_к = 0).

1. Активная нагрузка при φ = 0:

2. Реактивная (индуктивная) нагрузка при φ = 90°:

в а

Рис. 16. Векторные диаграммы параллельного соединения каналов тока и напряжения: а и в – компаундирующий элемент дросселя; б и г – активное сопротивление; а и б – активная нагрузка генератора; в и г – индуктивная нагрузка генератора

г

б

Таким образом, в случае использования в качестве компаундирующего элемента идеальной реактивной катушки (r_к = 0, φ_к = 90°) составляющие канала тока и напряжения в режиме активной нагрузки генератора образуют прямой угол. При индуктивной нагрузке оба вектора расположены на одной прямой, геометрическое суммирование переходит в арифметическое.

Если использовать в качестве компаундирующего элемента активное сопротивление, то составляющие при чисто индуктивной нагрузке будут ортогональны, а при нагрузке с φ = 0 совпадут по фазе, то есть ток возбуждения, обеспечиваемый системой, будет снижаться с уменьшением коэффициента мощности. Это находится в противоречии с задачей регулирования. Следует отметить, что в трехфазных системах возможно использование активных сопротивлений в качестве компаундирующих элементов. Однако при этом необходимо обеспечить соответствующее подключение к фазам генератора трансформаторов тока и напряжения. Ниже такая схема будет рассмотрена на рис. 19.

Система может правильно действовать также при использовании вместо дросселя конденсатора, однако в этом случае необходимо переключать какую-либо обмотку одного из трансформаторов.

Из сказанного выше следует, что точность регулирования во многом зависит от значения φ_к: с его уменьшением будет возрастать погрешность регулирования. В частности, при φ_к = 45° значения тока возбуждения в режиме активной и индуктивной нагрузок оказываются равными. Реальные компаундирующие элементы из-за неизбежных активных потерь имеют |φ_к |

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 11341 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник