Автоматическое регулирование возбуждения

 

Основным назначением автоматического регулирования возбуждения (АРВ) является повышение устойчивости параллельной работы генераторов при нарушениях нормального режима. В этих условиях АРВ, реагируя на сравнительно небольшие отклонения напряжения (или тока) генератора от нормального значения, значительно увеличивают (форсируют) возбуждение генераторов. При увеличении (особенно форсировке) возбуждения до потолочного значения, увеличивается ЭДС генератора, что способствует повыше­нию предела устойчивости генератора.

Форсировка возбуждения генераторов облегчает и ускоряет процесс восстановления напряжения на шинах после отключения КЗ, что способствует также быстрому самозапуску электродвигателей.

В нормальных условиях АРВ обеспечивают поддержание заданного уровня напряжения и необходимое распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами.

Все автоматические регуляторы возбуждения (АРВ), применяемые на синхронных генераторах, различаются по параметру, на который они реагируют, по способу воздействия на систему возбуждения генератора и под­разделяются на три основные группы.

К первой группе относятся электромеханические АРВ. Эти АРВ реагируют на отклонение напряжения генератора от заданного значения (уставки) и воздействуют на изменение сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя. К таким АРВ относятся ранее широко применявшиеся регуляторы напряжения реостатного и вибрационного типов.

Ко второй группе относятся электрические АРВ. Эти АРВ реагируют на отклонение напряжения или тока генератора от заданного значения и подают дополнительный выпрямленный ток в обмотку возбуждения возбудителя от внешних источников питания (трансформаторов тока, напряжения или собственных нужд).

К третьей группе относятся также АРВ, применяемые в основном с выпрямительными системами возбуждения: высокочастотной, тиристорной, бесщёточной. В отличие от АРВ первой и второй группы, эти АРВ не имеют собственных силовых органов (внешних источников питания), а только управляют работой возбудителей.

Простейшим автоматическим устройством, предназначенным для быстрого увеличения возбуждения генератора в аварийном режиме, является релейная форсировка возбуждения (реле U < и контактор КФна рис. 4.9). Принцип действия форсировки состоит в том, что при значительном снижении напряжения на зажимах генератора (обычно ниже 85 % номинального) реле минимального напряжения U< замыкает свои контакты и приводит в действие контактор форсировки КФ, который, срабатывая, закорачивает сопротивление шунтового реостата в цепи возбудителя ШР.

Рис. 4.9. Схема релейной форсировки возбуждения генератора.

 

В результате ток возбуждения возбудителя быстро возрастает до максимального значения и возбуждение генератора достигает предельного значения.

Широко распространенными АРВ являются устройства ком­паундирования в сочетании с корректором напряжения (рис. 4.10, а).

 

Рис. 4.10. Схема АРВ генератора.

 

Термин «компаундирование» обозначает автоматическое регули­рование тока возбуждения машины в зависимости от тока статора. В нормальном режиме в случае увеличения тока статора (при активно-индуктивной нагрузке) напряжение генератора уменьшается, но устройство компаундирования автоматически увеличивает ток возбуждения возбудителя, а следовательно, и ток ротора генератора, благодаря чему напряжение на зажимах статора генератора восстанавливается.

Устройство компаундирования успешно работает и в аварийных режимах работы генератора, когда напряжение генератора снижается, а ток в обмотке статора значительно возрастает.

В схему компаундирования входят трансформаторы тока ТТ, вторичная обмотка которых включена на промежуточный трансформатор УТП, а также выпрямитель В1, который выпрямляет ток компаундирования перед подачей его в обмотку возбуждения возбудителя ОВВ. Ток компаундирования I_к без учета коррекции пропорционален I_г.

Компаундирование в чистом виде не может обеспечить достаточно точное поддержание напряжения генератора. Поэтому одновременно с регулированием возбуждения по току статора генератора применяется ещё регулирование по напряжению статора. Для введения регулирующего импульса по напряжению трансформатор УТП(универсальный трансформатор с подмагничиванием) оснащается еще двумя обмотками 2 и 4(рис. 4.10, а).

Ток в обмотке 2пропорционален U_r. Фаза тока I_н подобрана так, что ток I_н совпадает по фазе с реактивной слагающей тока генератора. Поэтому при чисто активной нагрузке МДС обмоток 1и 2взаимно сдвинуты на 90°, а при чисто реактивной нагрузке генератора они совпадают по фазе. Вследствие этого ток компаундирования при неизменных величинах I_г и U_tполучается тем больше, чем ниже cos φ или выше реактивная нагрузка генератора, — это так называемое фазовое компаундирование, которое обеспечивает более точное поддержание напряжения, так как ток компаундирования зависит не только от абсолютного значения тока генератора, но и от cos φ.

Через обмотку подмагничивання 4 УТПпроизводится окончательная коррекция тока компаундирования относительно заданного значения U_rпри помощи корректора напряжения.

В общем случае в состав корректора напряжения входят два измерительных элемента И1 и И2, включаемых в цепь трансформатора напряжения ТНчерез установочный автотрансформатор УAT.

Принцип действия измерительного органа корректора поясняется рис. 4.10, б. Выпрямленный ток I₁на выходе измерительного элемента И1прямо пропорционален входному напряжению. Поэтому этот элемент называется линейным.

 

Рис. 4.11. Структурная схема АРВ сильного действия

 

Выпрямленный ток I₂ на выходе элемента И2, который называется нелинейным, имеет нелинейную зависимость от входного напряжения (рис. 4.10, б). Оба тока I₁и I₂ поступают в усилитель У, который реагирует на их разность и усиливает ее. Ток выхода корректора поступает в данном случае в обмотку 4подмагничивания УТП.

Из рис. 4.10, б видно, что при снижении напряжения на входе измерительных элементов менее U₁, под действием разности токов (I₁–I₂) ток выхода корректора увеличивается. Корректор поддерживает то напряжение генератора, которое соответствует напряжению U₁ на входе измерительных элементов. С помощью автотрансформатора УATможно изменять настройку корректора.

Рассмотренная схема АРВ относится к группе регуляторов пропорционального действия, реагирующих на отклонение тока статора и напряжения статора генератора.

Разработаны и находятся в эксплуатации регуляторы сильного действия, реагирующие на скорость изменения параметров регулирования или даже на их ускорение. Устройство АРВ сильного действия в сочетании с быстродействующими системами возбуждения, имеющими высокие скорости изменения напряжения возбуждения и большие значения потолочного напряжения возбудителя,обеспечивает значительное повышение устойчивости параллельной работы генератора. При этом регулятор будет по-настоящему эффективен, если изменение возбуждения будет производиться не только с учётом изменения напряжения генератора, но и частоты в энергосистеме.

Структурная схема АРВ сильного действия приведена на рис. 4.11. Автоматическое регулирование возбуждения состоит из двух основных звеньев: измерительного звена и усилителя-сумматора.

В измерительное звено входят: блок измерения напряжения (БИН) и блок измерения частоты (БИЧ). Блок БИН содержит предвключённый элемент блок коррекции тока (БКТ), в котором происходит автоматическая коррекция измеряемого напряжения в зависимости от реактивной составляющей тока генератора. После БКТсигнал поступает на измерительные элементы (отклонение напряжения) и U' (производная напряжения), выход которых пропорционален указанным величинам. Блок БИЧ имеет измерительные элементы, выход которых пропорционален и f'.

Усилитель-сумматор представляет собой двухкаскадный магнитный усилитель, выходной сигнал которого направляется на управление рабочей и форсировочной группами тиристоров быстродействующей системы возбуждения (исполнительный элемент).

Для улучшения характеристик АРВ (повышения быстродействия и др.) в схему регулятора обычно вводят обратные связи (ОС).

 

1. П.