Арв генератора что это

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности

Автоматическое регулирование возбуждения производится на синхронных машинах к которым относятся генераторы, двигателя обладающие высоким значением мощности и для синхронных компенсирующих устройств, используются для машин постоянного тока и в устройствах где может быть выполнено регулировка напряжения непосредственно на токосъемных кольцах обмотки возбуждения.

Главное предназначение АРВ заключается в поддержке неизменной величины напряжения в электросети на заданном уровне и для равномерного распределения реактивной мощности среди конденсаторных и тиристорно-конденсаторных батарей, являющихся источниками реактивной мощности. Для демпфирования колебаний по всем параметрам при переходе от аварийного режима к нормальному режиму работы электросети

При выполнении действия АРВ изменению подвергаются ток возбуждения машины, величина магнитного потока и ЭДС непосредственно в якорных обмотках.

Регулирование возбуждения в синхронных генераторах проводится с целью сохранения постоянного и устойчивого значения напряжения в сетях напряжения и для обеспечения параллельной работы устройств.

Машины постоянного тока регулируются для создания постоянного, устойчивой величины частоты вращения рабочей части оборудования, при влиянии на значение тока возбуждения оборудования.

АРВ различается по признаку действия:

1. Пропорциональное действие — зависит от изменения значения величины тока возбуждения относительно изменению напряжения на контактах оборудования от предусмотренного параметра.
2. Сильное действие, оборудование с таким регулированием применяется в случаях присутствия резкопеременых мощностей после чего появляется высокое колебание значения напряжения. В результате АРВ сильного действия происходит регулирование по производным всех параметров как-то: сила тока, напряжение, частота и так. далее. АРВ сильного действия способствует передаче больших мощностей по высоковольтным линиям на большие расстояния.

Пункт автоматического регулирования напряжения (ПАРН)

Устройство ПАРН рекомендуется применять в условиях сложной эксплуатации высоковольтных электрических линий 6 – 10 кВ трехфазной сети умеренного и сурового климата в котором господствуют: сильный ветер и гололед с интенсивным оледенением проводов, а также при высокой снеговой нагрузке до 250 кгс/м 2 .

Высокая протяженность воздушных линий электропередач, отражающаяся на качественных показателях электрической энергии и интенсивное присоединение новых электроприемников требует повышения пропускной способности воздушных линий, для решения этой проблемы используется пункт автоматического регулирования напряжения, работающий с применением вольтодобавочных трансформаторов.

Рис №1. Равномерное распределение нагрузок по всей протяженности воздушной линии электропередач: а. при присоединении дополнительных потребителей, б. при подключении ПАРН

Использование ПАРМ способствует улучшению показателей качества электрической энергии,а также избавление от несимметрии напряжения в сети.

Для использования в холодных северных районах в конструкции предусмотрено наличие устройства контропирующего температурный режим, который осуществляет блокировку переключения ступеней при значении температуры, при которой происходит «замерзание», загустение трансформаторного масла.

Для холодных районов ПАРН поставляется в блок-боксе с защитным утеплителем.

Блок автоматического регулирования напряжения (БАРН)

Устройство используется для регулировки высоковольтного напряжения 6 – 10 кВ в трехфазных электрических сетях с любым видом заземляющей нейтрали и может применяться для любых типов распределительных устройств подстанций, в том числе для установки в местах критического падения напряжения.

БАРН способствует повышению пропускной способности как новых, так и уже существующих воздушных линий. Наличие такого оборудования благоприятно сказывается на передаче электроэнергии на большие расстояния и устраняет асимметрию напряжения в электросетях.

Рис №2. Вольтодобавочный автрансформатор используемый в комплектации БАРН, оборудованный 32-ступенчатой регулировкой напряжения

Принцип работы БАРН происходит за счет геометрического сложения напряжений обмоток. Изменение параметров напряжения происходит при изменении полярности последовательной обмотки, при повышении напряжения полярность меняется, при понижении полярность последовательной и основной обмоток совпадает. Регулировка осуществляется электроникой в шкафу управления, которая подает команду электроприводу, перемещающему переключатель в заданное положение.

Рис №3. Электрическая схема БАРН

Автоматическое регулирование возбуждения генератора

АРВ осуществляется для изменения напряжения и тока в роторе,с целью сохранить напряжение в статоре на заданном уровне. При этом регулирование может осуществляться быстро, сверх номинального значения, такое действие называется форсировкой возбуждения.

Те значения параметров тока и напряжения, которые являются наибольшими в возбудителе называются потолком возбуждения. Отношения напряжения или тока в роторе при форсировке к номинальным значениям определяются как кратность форсировки возбудителя.

Автоматическое регулирование возбуждения выполняет следующие функции:

1. Поддержанию уровня напряжения на выводах генератора на определенном уровне.
2. Равномерное распределение реактивной нагрузки между двумя генераторами,подключенными в параллель.
3. Увеличение степени устойчивости генераторов, работающих параллельно.

Существуют 3 группы АРВ:

1. Электромеханические, реагирующие на отклонения напряжения от заданной границы уставки, работают за счет реакции на изменение сопротивления в цепях обмоток возбудителя.
2. Электрические, работают за счет подачи дополнительного тока от выпрямителя в обмотку возбуждения возбудителя от измерительного трансформатора тока или от собственных нужд.
3. Регулирование с выпрямительными системами возбуждения: высокочастотная, тиристорная, бесщеточная, эти виды АРВ служат только для управления возбудителем.

12. Автоматическое регулирование возбуждения (арв). Форсировка возбуждения

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) устанавливается на всех генераторах мощностью 3 МВт и бо­лее. В схемах возбуждения, рассмотренных ранее, условно показа­но устройство АРВ. На рис. 2.9, б видно, что АРВ воздействует на вентильную группу KS», которая выпрямляет переменный ток и подает постоянный ток в обмотку возбуждения генератора. Вели­чина этого тока зависит от напряжения на выводах генератора, что анализируется в схеме АРВ. В системе тиристорного возбужде­ния (см. рис. 2.10) устройство АРВ контролирует не только напря­жение, но и ток генератора, а также посылает импульсы для уп­равления тиристорами рабочей и форсировочной группы. На рис. 2.13 показана структурная схема АРВ сильного действия.

Напряжение статора генератора U_r подводится от трансфор­матора TV к блоку питания БН через блок компаундирования

БКТ, который необходим для распределения реактивной на­грузки между параллельно работающими генераторами. К блоку БКТ подводится также ток статора генератора от трансформа­торов тока ТА.

От блока БН передаются сигналы изменения величины напря­жения AU_n скорость изменения напряжения Щи форсировки на­пряжения ФВ в суммирующий магнитный усилитель У1.

От блока частоты БЧЗ в усилитель У1 передаются сигналы А/и/’

Для ограничения тока ротора генератора при форсировке в схеме предусмотрен блок БОР, который анализирует ток ротора и пере­дает сигнал «Ограничение перегрузки» (ОП) в усилитель У1.

Ограничитель минимального возбуждения (ОМВ) обеспечива­ет устойчивую работу генератора в режиме недовозбуждения.

Выбор каналов и коэффициентов усиления по каждому из них является сложной задачей.

Для стабилизации процесса регулирования возбуждения гене­ратора в схеме АРВ сильного действия применяется обратная связь по скорости изменения напряжения ротора генератора. Напряже­ние ротора подводится к блоку обратной связи (БОС), который воздействует на усилитель У1.

13. Автоматическое гашение магнитного поля синхронных генераторов и компенсаторов

При внезапном отключении генератора или компенсатора не­обходимо быстро уменьшить магнитный поток, что приведет к уменьшению ЭДС генератора. Чем быстрее будет погашено маг­нитное поле, тем меньше последствия короткого замыкания в ге­нераторе. Для гашения магнитного поля применяют три метода: замыкание обмотки ротора на гасительное сопротивление; включение в цепь обмотки ротора дугогасительной решетки автомата; противовключение возбудителя.

В первом методе обмотка ротора замыкается на активное со­противление, а затем отключается от источника питания. Элект­ромагнитная энергия, заключенная в обмотке возбуждения, вы­деляется в разрядном резисторе, вызывая постепенное затухание магнитного поля. Время гашения составляет несколько секунд. В мощных генераторах такая длительность гашения поля может привести к значительным повреждениям в обмотках генератора, поэтому более широкое распространение получили автоматы с дугогасительной решеткой (см. рис. 4.22). АГП включается в цепь об­мотки ротора.

При коротком замыкании (КЗ) в генераторе срабатывает реле защиты KL и отключает генератор от внешней сети, воздействуя на электромагнит отключения YA Т выключателя, а также подает импульс на отключение АГП. При отключении выключателя сна­чала размыкаются рабочие контакты 2, а затем дугогасительные 1. Возникшая дуга затягивается магнитным дутьем в дугогаситель-ную решетку и разбивается на ряд последовательных коротких дуг, существование которых поддерживается имеющимся запасом энер­гии магнитного поля обмотки возбуждения ротора. Отключившимся контактом 3 выключателя вводится сопротивление R_a в цепь воз­буждения возбудителя, что снижает ток последнего, а это влечет уменьшение напряжения, подаваемого на обмотку ротора, и, сле­довательно, уменьшение тока в роторе и энергии магнитного поля. Время гашения поля в этой схеме равно 0,5—1 с.

Рис. 2.12. Схема гашения поля ге­нератора автоматом с дугогасительной решеткой:

1, 2, 3 — контакты АГП; 4 — решетка

из медных пластин; 5 — шунтирующее

При гашении небольшого тока дуга в промежутках между плас­тинами горит неустойчиво и мо­жет погаснуть в одном из проме­жутков, вызывая разрыв цепи и перенапряжение в обмотке воз­буждения. Для того чтобы подход тока к нулевому значению был плавным, решетка автоматичес­кого выключателя шунтируется специальным набором сопротив­лений 5 (см. рис. 2.12).

Для генераторов с тиристорным возбуждением (см. рис. 2.10) возможно гашение поля путем перевода тиристоров в инверторный режим. В этом случае энергия магнитного поля обмотки возбуждения LG отдается возбуди­телю GE. Обычно используется форсировочная группа тиристоров VD2, так как более высокое напряжение этой группы позволяет быстрее погасить магнитное поле.

5.2. Назначение и виды автоматического регулирования возбуждения (арв)

Основным назначением АРВ является повышение ус­тойчивости параллельной работы генераторов при нару­шениях нормального режима (см. гл. 9). В этих условиях АРВ, реагируя на сравнительно небольшие отклонения напряжения (или тока) генератора от нормального зна­чения, значительно увеличивают (форсируют) возбужде­ние генераторов. При увеличении (особенно при форсировке) возбуждения до потолка увеличивается ЭДС генератора, что способствует повышению предела устой­чивости генератора. Форсировка возбуждения генератора 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 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, которые реагируют на отклонение напряже­ния генератора от заданного значения (уставки) и воз­действуют на изменение сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя (см. рис. 5.1, а).

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), как показано на рис. 5.1, б.

К третьей группе относятся АРВ, применяемые в ос­новном с выпрямительными системами возбуждения: высокочастотной, тиристорной, бесщеточной. В отличие от АРВ, выполняемых по схеме на рис. 5.1, б, эти АРВ не имеют собственных силовых органов (внешних источ­ников питания), а только управляют работой возбуди­телей.

5.3. Устройство быстродействующей форсировки возбуждения (убф)

Устройство быстродействующей форсировки воз­буждения в аварийных условиях, сопровождающихся глубоким понижением напряжения, производит быст­рую форсировку возбужде­ния генератора до наиболь­шего допустимого, или пото­лочного, значения. Принци­пиальная схема УБФ приве­дена на рис. 5.5. Пусковым органом схемы является ми­нимальное реле напряжения KV типа РН-54, включенное на вторичное междуфазное «напряжение трансформато­ра напряжения TV генера­тора. Реле KV при срабаты­вании воздействует на об­мотку промежуточного реле KL, которое своими контак­тами шунтирует реостат RRE в цепи обмотки возбужде­ния возбудители. При этом ток возбуждения возбудителя увеличивается до максимально возможного значения, т. е. происходит форсировка возбуждения до потолочно­го. В отдельных случаях, когда при полном шунтирова­нии реостата ток ротора может достигнуть недопустимо большого значения, шунтируется лишь часть RRE.

Уставка напряжения срабатывания минимального реле напряжения выбирается из условия возврата реле

где Rрот — сопротивление обмотки ротора генератора при рабочей температуре; U_B,_max — максимальное нап­ряжение возбудителя при форсировке.

Устройство быстродействующей форсировки возбуж­дения может действовать ложно при исчезновении нап­ряжения на обмотке реле KV. Поэтому УБФ часто вы­полняется с помощью двух минимальных реле напря­жения, контакты которых включаются последовательно. В ряде случаев применяются более совершенные схемы УБФ, в которых используются минимальные реле напря­жения, включенные через фильтр напряжения прямой последовательности.

Во всех схемах УБФ оперативный ток подается на контакты минимальных реле напряжения через контакт реле положения выключателя генератора K.QC.1 (рис. 5.5), замкнутый при включенном выключателе. При от­ключении выключателя контакт KQC.1 размыкается и выводит УБФ из работы, так как форсировка возбужде­ния генератора, работающего на холостом ходу, может привести к значительному повышению напряжения, опасному для изоляции обмоток. Кроме того, последова­тельно с контактом KV.1 включается вспомогательный контакт SFQ.1, замкнутый при включенном автомати­ческом выключателе. При отключении автоматического выключателя и исчезновении напряжения на реле KV вспомогательный контакт SFQ.1 размыкается и выводит УБФ из работы.

На мощных турбогенераторах с форсированным охлаждением обмоток, которые не допускают длительной перегрузки, применяются специальные устройства для ограничения длительности форсировки возбуждения.

Одна из таких схем при­ведена на рис. 5.6. Пуско­вым органом в этой схеме является максимальное ре­ле напряжения KV, вклю­ченное на напряжение об­мотки ротора генератора LG через делитель напря­жения R1 и R2. Уставка ре­ле KV составляет примерно 1.6 И_Нои- При срабатывании реле KV запускает реле вре­мени КТ1, которое через ус­тановленное время запуска­ет промежуточное реле KL. Это реле, сработав, само­удерживается своими кон­тактами, запускает реле времени К.Т2 и размыкаю­щим контактом KL.3 выво­дит из действия УБФ. Если вывод из действия УБФ не приведет к снижению напряжения на роторе, то реле КТ2, доработав, отключит генератор.

5.4. КОМПАУНДИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

Структурная схема устройства компаундирования (УК) возбуждения генератора приведена на рис. 5.7. Вторичный ток /₂ трансформатора тока ТА, пропорцио­нальный току генератора /_г, проходит через промежу­точный трансформатор TL, выпрямляется с помощью полупроводникового выпрямителя VS и подается в об­мотку возбуждения возбудителя GE. Выпрямленный ток, который называется током компаундирования,, проходит по обмотке LE в том же направлении, что и ток

от возбудителя /_в. Поэтому суммарный ток в обмотке возбуждения возбудителя, равный /о,в=/в+/к, зависит не только от положения реостата в цепи обмотки воз­буждения RRE, но и от тока генератора /_г.

Благодаря этому при увеличении тока статора гене­ратора устройство компаундирования увеличивает ток в обмотке LE, т. е. действует аналогично регулятору нап-

ряжения, обеспечивает поддержание напряжения и форсировку при КЗ. Уменьшение тока статора генератора сопровождается уменьшением тока /_к и соответственно тока /₀,в, что предотвращает повышение напряжения.

Основным назначением промежуточного трансформа­тора TL является согласование значений тока компаун­дирования и вторичного тока ТА, а также отделение це­пей трансформатора тока от цепей возбуждения генера­тора. Установочный реостат RRS используется для установки степени компаундирования и для плавного увеличения или уменьшения тока /_к при ‘включении и выводе из работы RRS.

При подборе сопротивления реостата RRS и коэффи­циента трансформации трансформатора TL должна быть обеспечена, с одной стороны, возможно большая форсировка возбуждения, а с другой — устойчивая ра­бота УК.

Устройство компаундирования потребляет от транс­форматоров тока значительную мощность: порядка 300—400 В-А при нормальных режимах и примерно2000—2500 В-А при форсировке. Поэтому УК подклю­чаются к отдельному комплекту трансформатора тока. Особенностью схемы при подключении УК к основ­ной обмотке LE возбуждения возбудителя является на­личие порога компаундирования. Это явле­ние состоит в том, что ток от УК начинает поступать в обмотку возбуждения возбудителя не сразу, а лишь пос-

ле того, как напряжение на выходе УК станет выше напряжения на обмотке LE, создаваемого током /_в. При наличии на возбудителе дополнительной обмотки воз­буждения УК включается на эту обмотку. Такая схема не имеет порога компаундирования и, кроме того, созда­ет меньшую нагрузку на трансформаторы тока.

Основным недостатком УК является то, что оно, реа­гируя только на изменение тока генератора и не реаги­руя на изменение напряжения и cos ф генератора, не мо­жет поддерживать постоянным напряжение на шинах генератора, если при этом ток генератора остается неиз­менным. Отсюда следует, что в зависимости от cosф нап­ряжение на выводах генератора будет изменяться, как показано на рис. 5.8, и может существенно отклоняться от нормального уровня. Пунктиром на рис. 5.8 показано изменение напряжения при отсутствии УК. Поэтому УК, как правило, дополняется автоматическим регулятором напряжения, получившим название электромагнит­ного корректора напряжения.

Другим недостатком УК является то, что оно не обеспечивает достаточной форсировки возбуждения при удаленных КЗ и других нарушениях нормального режи­ма, при которых ток генератора изменяется незначитель­но. Этот недостаток устраняется применением УБФ.

Лабы автоматика / АРВ

которое показывает, что ЭДС Е, а следовательно, и напряжение на шинах генератора U находятся в прямой зависимости от магнитного потока Ф , который создается обмоткой ротора генератора, обтекаемой постоянным током. При вращении ротора генератора магнитный поток Ф пересекает витки обмотки статора w с частотой f и индуцирует в них ЭДС Е. Ток в обмотке ротора и напряжение, под воздействием которого он проходит, называются током и напряжением возбуждения генератора. К системе возбуждения генератора относятся обмотка ротора, возбудитель, ручные устройства и автоматические регуляторы, с помощью которых можно изменять напряжение и ток возбуждения. В качестве возбудителей используются генераторы постоянного тока, генераторы переменного тока повышенной частоты с кремниевыми выпрямителями, ртутные или тиристорные выпрямители [1]. Напряжение и ток ротора, при которых генератор работает с номинальной мощностью, номинальным напряжением статора и номинальным cos ϕ , также называются номинальными. Изменение этих величин для поддержания необходимого уровня напряжения статора генератора называется регулированием возбуждения, которое бывает ручным и автоматическим. Быстрое увеличение возбуждения сверх номинального значения называется форсировкой возбуждения. При этом наибольшие возможные значения напряжения и тока ротора, которые может обеспечить возбудитель, называются потолком возбуждения. Отношение напряжения (тока) ротора при форсировке к номинальным значениям — кратность форсировки возбуждения. Системы возбуждения синхронных машин должны иметь: — необходимую мощность источников возбуждения и диапазон его изменения в зависимости от параметров режима синхронной машины; — высокую скорость нарастания ротора в условиях аварийных нарушений режима в энергосистемах, что обеспечивает быструю мобилизацию резервов реактивной мощности и предотвращает нарушение устойчивости параллельной работы. Система возбуждения генератора должна обеспечить не менее чем двукратную форсировку возбуждения и скорость нарастания напряжения не менее двух единиц возбуждения в секунду (ед. возб/с), где за единицу возбуждения принимается номинальное напряжение. На генераторах мощностью до 150 МВт в качестве возбудителей используются генераторы постоянного тока (рис. 1.). Основной является схема с параллельным самовозбуждением (рис. 1,а). Напряжение и ток возбудителя, подводимые к обмотке ротора LG, регулируются с помощью реостата RRE в цепи обмотки возбуждения LE возбудителя GE. При полностью выведенном реостате RRE (когда его сопротивление равно нулю) напряжение и ток возбудителя достигают наибольших значений, т.е. потолка возбуждения. Схема независимого возбуждения (рис. 1,6) состоит из двух генераторов постоянного тока — возбудителя GE с независимым возбуждением и подвозбудителя GEA с параллельным самовозбуждением. В этой схеме напряжение и ток возбудителя могут регулироваться двумя реостатами — RRE и RREA, что обеспечивает большую плавность регулирования. Как правило, вал якоря возбудителя и подвозбудителя соединен с валом ротора генератора непосредственно, что обеспечивает высокую надежность работы системы возбуждения. В отдельных случаях у турбогенераторов мощностью 300 МВт возбудитель соединяется с валом ротора генератора через редуктор для уменьшения частоты вращения якоря возбудителя. Резервные возбудители выполняются по схеме на рис. 1., а, причем ротор возбудителя вращается от отдельного асинхронного электродвигателя.

Рис. 1. Схемы электромашинного возбуждения с генераторами постоянного тока (возбудителями): а — схема параллельного самовозбуждения; б — схема независимого возбуждения Система высокочастотного возбуждения, применяемая на энергоблоках мощностью 300 МВт, приведена на рис. 2. Основными элементами системы являются высокочастотный возбудитель GE, представляющий собой трехфазный генератор переменного тока 500 Гц, и кремниевые выпрямители VS1 и VS2. На роторе GE, связанном с валом ротора генератора, расположены три обмотки возбуждения: основная LE1, включенная последовательно с обмоткой ротора генератора LG, и две обмотки управления LE2 и LE3. Питание обмоток управления производится от автоматического регулятора возбуждения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения УБФ. Питание АV и УБФ осуществляется от высокочастотного подвозбудителя GEA. Рис. 2. Схема электромашинного возбуждения с высокочастотным генератором и полупроводниковыми выпрямителями. На турбо- и гидрогенераторах мощностью 200 МВт и более получила также распространение тиристорная система возбуждения, основным элементом которой являются кремниевые тиристорные управляемые выпрямители VS (рис. 3). Тиристор аналогично тиратрону или ртутному выпрямителю кроме двух основных электродов—анода и катода— имеет дополнительный электрод, управляющий началом работы тиристора в проводящем режиме. В момент подачи тока через управляющий электрод тиристор открывается и пропускает ток в течение остальной части положительного полупериода переменного напряжения, приложенного между анодом и катодом. Таким образом, путем изменения момента начала работы тиристора в проводящем режиме можно плавно изменять среднее значение выпрямленного тока, поступающего в обмотку ротора LG. Переменный ток подается на тиристорные выпрямители от двух трансформаторов — выпрямительного TD, подключенного к выводам генератора, и последовательного ТАЕ, включенного в цепь обмотки статора генератора со стороны его нейтральных выводов. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены последовательно. В нормальном режиме напряжение на выпрямителях определяется в основном трансформатором TD, а при близких КЗ, когда происходит глубокое снижение напряжения на выводах генератора, — трансформатором ТАЕ, по первичной обмотке которого происходит большой ток КЗ. При этом трансформатор ТАЕ не только компенсирует снижение напряжения на выводах генератора, но и обеспечивает уровень напряжения, достаточный для форсировки возбуждения. Тиристорный возбудитель состоит из двух групп — рабочей VS.P и 2

форсировочной VS.Ф. Управление их работой, ручное и автоматическое, производится через системы управления СУТ.Р и СУТ.Ф. Тиристорные системы возбуждения являются наиболее быстродействующими. На рис. 4 показана схема бесщеточной системы возбуждения, которая получила свое наименование потому, что из контура выпрямитель VS1 — обмотка ротора LG исключены контактные кольца и щетки, в результате чего существенно повышена надежность работы системы возбуждения.

Рис. 3. Схема тиристорного возбуждения

Рис. 4. Схема бесщеточного возбуждения

С этой целью выпрямитель VS1 конструктивно совмещен с валом ротора генератора, вращается вместе с ним и поэтому может быть жестко соединен с обмоткой ротора. Якорь возбудителя GE, на котором в данном случае расположена трехфазная обмотка переменного тока, также соединен с валом ротора генератора, а его обмотка возбуждения (полюса) LE расположена на статоре. Возбуждение возбудителя GE производится от высокочастотного подвозбудителя GEA через тиристорный выпрямитель VS2, который управляется с помощью автоматического регулятора возбуждения АV. Якорь подвозбудителя соединен с валом ротора генератора. 2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ (АРВ)

Назначение АРВ

Основным назначением 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 при форсировке) возбуждения до потолка увеличивается ЭДС генератора, что способствует повышению предела устойчивости генератора. Форсировка возбуждения генератора 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. Виды АРВ Все АРВ, применяемые на синхронных генераторах, различаются по параметру, на который они реагируют, по способу воздействия на систему возбуждения генератора и подразделяются на три группы. К первой группе относятся электромеханические АРВ, которые реагируют на отклонение напряжения генератора от заданного значения (уставки) и воздействуют на изменение сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя (см. рис. 1,а).

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), как показано на рис. 1,б. К третьей группе относятся АРВ, применяемые в основном с выпрямительными системами возбуждения: высокочастотной, тиристорной, бесщеточной. В отличие от АРВ, выполняемых по схеме на рис. 1, б, эти АРВ не имеют собственных силовых органов (внешних источников питания), а только управляют работой возбудителей. 3. РЕЛЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ФОРСИРОВКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ (УБФ) И РАСФОРСИРОВКИ Устройство быстродействующей форсировки возбуждения в аварийных условиях, сопровождающихся глубоким понижением напряжения, производит быструю форсировку возбуждения генератора до наибольшего допустимого, или потолочного, значения. Принципиальная схема УБФ приведена на рис. 5. Пуск9вым органом схемы является минимальное реле напряжения KV типа РН-54, включенное на вторичное междуфазное напряжение трансформатора напряжения TV генератора. Реле KV при срабатывании воздействует на обмотку контактора КМ, который своими контактами шунтирует реостат RRE в цепи обмотки возбуждения возбудителя. При этом ток возбуждения возбудителя увеличивается до максимально возможного значения, т. е. происходит форсировка возбуждения до потолочного. В отдельных случаях, когда при полном шунтировании реостата ток ротора может достигнуть недопустимо большого значения, шунтируется лишь часть RRE. Уставка напряжения срабатывания минимального реле напряжения выбирается из условия возврата реле после отключения КЗ по формуле

U С.Р. = U НОМ /(k ОТС k В k U )

(2)

где ( U НОМ — номинальное напряжение генератора; k ОТС — коэффициент отстройки, принимаемый 1,05—1,1; k В — коэффициент возврата, составляющий не более 1,05—1,2; k U — коэффициент трансформации трансформатора напряжения. Обычно уставка минимального реле напряжения составляет 80—85% номинального напряжения генератора. Поскольку при срабатывании УБФ к обмотке возбуждения прикладывается полное напряжение возбудителя, ток в обмотке нарастает сравнительно быстро, вследствие чего рассматриваемое устройство называется устройством быстродействующей форсировки возбуждения.

Ток ротора генератора при форсировке возбуждения определяется выражением

I РОТ = U B.MAX / R РОТ

(3)

где R РОТ — сопротивление обмотки ротора генератора при рабочей температуре; U B.MAX — максимальное напряжение возбудителя при форсировке. Устройство быстродействующей форсировки возбуждения может действовать ложно при исчезновении напряжения на обмотке реле KV. Поэтому УБФ часто выполняется с помощью двух минимальных реле напряжения, контакты которых включаются последовательно. В ряде случаев применяются более совершенные схемы УБФ, в которых используются минимальные реле напряжения, включенные через фильтр напряжения прямой последовательности. Во всех схемах УБФ оперативный ток подается на контакты минимальных реле напряжения через контакт реле положения выключателя генератора KQC.1 (рис. 5), замкнутый при включенном выключателе. При отключении выключателя контакт KQC.1 размыкается и выводит УБФ из работы, так как форсировка возбуждения генератора, работающего на холостом ходу, может привести к значительному повышению напряжения, опасному для изоляции обмоток. Кроме того, последовательно с контактом КV.I включается вспомогательный контакт SF.1, замкнутый при включенном автоматическом выключателе. При отключении автоматического выключателя и исчезновении напряжения на реле KV вспомогательный контакт SF. 1 размыкается и выводит УБФ из работы.

На генераторах большой мощности релейная форсировка возбуждения не применяется из-за недостаточного быстродействия, что объясняется задержкой на срабатывание порядка 0,3 с контактора КМ На гидрогенераторах с машинными системами возбуждения применяются также релейные устройства расфорсировки (УРРФ), предназначенные для ограничения опасных повышений напряжения на выводах статора, что может произойти вследствие увеличения частоты при аварийном сбросе нагрузки. Схема УРРФ приведена на рис. 6. При повышении напряжения выше уставки срабатывания максимального реле напряжения KV2, равной 1,2 U Г. НОМ замыкаются его контакты KV2.1, после чего срабатывают промежуточное реле KL2 и контактор KМ2 . Контакты последнего КМ2.1 дешунтируют сопротивление RRE1 , включенное в цепь обмотки возбуждения возбудителя. В результате уменьшатся значения тока в обмотке возбуждения возбудителя, напряжения на зажимах якоря возбудителя, тока ротора гидрогенератора и напряжения на зажимах его статора.

Рис.	Рис. 6.
		5. Принципиальная схема УБФ	Принципиальная схема устройства
		для ограничения длительности форсировки
возбуждения

4. КОМПАУНДИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ Структурная схема устройства компаундирования (УК) возбуждения генератора приведена на рис. 7. Вторичный ток I 2 трансформатора тока ТА, пропорциональный току генератора I Г проходит через промежуточный трансформатор TL, выпрямляется с помощью полупроводникового выпрямителя VS и подается в обмотку возбуждения возбудителя GE. Выпрямленный ток, который называется током компаундирования, проходит по обмотке LE в том же направлении, что и ток от возбудителя I B . B Поэтому суммарный ток в обмотке возбуждения возбудителя, равный I О.B =I В + I K зависит не только от положения реостата в цепи обмотки возбуждения RRE, но и от тока генератора I Г. Благодаря этому при увеличении тока статора генератора устройство компаундирования увеличивает ток в обмотке LE, т.е. действует аналогично регулятору напряжения, обеспечивает поддержание напряжения и форсировку при КЗ. Уменьшение тока статора генератора сопровождается уменьшением тока I K и соответственно тока I О.B , что предотвращает повышение напряжения. Основным назначением промежуточного трансформатора TL является согласование значений тока компаундирования и вторичного тока ТА, а также отделение цепей трансформатора тока от цепей возбуждения генератора. Установочный реостат RRS используется для установки степени компаундирования и для плавного увеличения или уменьшения тока/к при включении и выводе из работы RRS. При подборе сопротивления реостата RRS и коэффициента трансформации трансформатора TL должна быть обеспечена, с одной стороны, возможно большая форсировка возбуждения, а с другой — устойчивая работа УК.

Рис. 7. Структурная схема устройства компаундирования возбуждения генератора Устройство компаундирования потребляет от трансформаторов тока значительную мощность: порядка 300—400 В-А при нормальных режимах и примерно 2000-2500 В-А при форсировке. Поэтому УК подключаются к отдельному комплекту трансформаторов тока. Особенностью схемы при подключении УК к основной обмотке LE возбуждения возбудителя является наличие порога компаундирования. Это явление состоит в том, что ток от УК начинает поступать в обмотку возбуждения возбудителя не сразу, а лишь после того, как напряжение на выходе УК станет выше напряжения на обмотке LE, создаваемого током I В . При наличии на возбудителе дополнительной обмотки возбуждения УК включается на эту обмотку. Такая схема не имеет порога компаундирования и, кроме того, создает меньшую нагрузку на трансформаторы тока. Основным недостатком УК является то, что оно, реагируя только на изменение тока генератора и не реагируя на изменение напряжения и cos ϕ генератора, не может поддерживать постоянным напряжение на шинах генератора, если при этом ток генератора остается неизменным. Отсюда следует, что в зависимости от cos ϕ напряжение на выводах генератора будет изменяться, как показано на рис. 8, и может существенно отклоняться от нормального уровня. Рис. 8. Характер изменения при разных значениях cos ϕ напряжения генератора, оснащенного устройством компаундирования: I П.К — порог компаундирования Пунктиром на рис. 8 показано изменение напряжения при отсутствии УК. Поэтому УК, как правило, дополняется автоматическим регулятором напряжения, получившим название электромагнитного корректора напряжения. Другим недостатком УК является то, что оно не обеспечивает достаточной форсировки возбуждения при удаленных КЗ и других нарушениях нормального режима, при которых ток генератора изменяется незначительно. Этот недостаток устраняется применением УБФ. 5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОРРЕКТОР НАПРЯЖЕНИЯ Электромагнитный корректор напряжения (ЭМК) представляет собой автоматический регулятор напряжения, предназначенный для использования совместно с УК возбуждения генераторов. Как показано на структурной схеме на рис. 9, ЭМК состоит из измерительного и силового органов. Измерительный орган ИО подключен к трансформатору напряжения TV 6

через установочный трансформатор TS и, реагируя на отклонения напряжения, управляет работой силового органа. Силовой орган СО получает питание от того же трансформатора напряжения и подает в дополнительную обмотку возбуждения возбудителя LE2 выпрямленный ток корректора напряжения I К.Н . Ток ЭМК проходит по обмотке LE2 в том же направлении, что и ток в основной обмотке возбуждения возбудителя LE1. Рис. 9. Структурная схема электромагнитного корректора напряжения На рис. 10 приведена упрощенная схема основных органов ЭМК. Силовой орган состоит из трехфазного магнитного усилителя МУ и выпрямительного моста VS1. Выпрямленный ток поступает в дополнительную обмотку возбуждения возбудителя. Рис. 10. Схема измерительного и силового органов ЭМК Магнитный усилитель МУ представляет собой стальной сердечник с несколькими обмотками. К силовым обмоткам СО переменного тока подается напряжение от трансформатора напряжения, под действием которого через эти обмотки, выпрямительный мост и обмотку возбуждения возбудителя проходит ток; значение его зависит от сопротивления цепи. Кроме силовых обмоток на сердечнике магнитного усилителя расположены управляющие обмотки подмагничивания Л и Н. При подаче в управляющую обмотку постоянного или выпрямленного тока сердечник магнитного усилителя подмагничивается, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления силовых обмоток и, следовательно, к увеличению тока в обмотке возбуждения возбудителя. Обмотки Л и Н с одинаковым числом витков обтекаются токами линейного ЛЭ и нелинейного НЭ элементов измерительного органа. Обмотка ПОС включена последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя и согласно с обмоткой Л. При увеличении тока в силовых обмотках выпрямительный ток, проходя по обмотке ПОС, производит дополнительное подмагничивание сердечника, что вызывает дополнительное увеличение тока в силовых обмотках и обмотке возбуждения возбудителя. Таким образом,

обмотка ПОС, называемая обмоткой внешней положительной обратной связи, усиливает действие магнитного усилителя (увеличивает коэффициент усиления). Измерительный орган действует по принципу сравнения токов линейного и нелинйного элементов. На рис. 11 приведены характеристики, показывающие зависимость токов выхода линейного и нелинейного элементов от напряжения на их входе. Рис. 11. Характеристика зависимости тока выхода линейного I Л.Э и нелинейного I Н.Э элементов от напряжения на входе измерительного органа ЭМК В качестве линейного элемента используется трехфазный дроссель с воздушным зазором L; индуктивное сопротивление которого не зависит от приложенного напряжения, поэтому ток I Л.Э проходящий через дроссель и выпрямляемый выпрямителем ВЛ, имеет линейную зависимость от приложенного напряжения и изображается прямой линией. Нелинейный элемент включает в себя трансформатор ТМ с насыщающимся сердечником и соединением обмоток звезда — разомкнутый треугольник и выпрямитель ВНЛ. При малых напряжениях от трансформатора напряжения сердечник трансформатора ТМ ненасыщен, фазные напряжения на его вторичной обмотке имеют синусоидальную форму, напряжение на разомкнутом треугольнике равно нулю и ток нелинейного элемента отсутствует. При насыщении стали сердечника трансформатора ТМ форма кривой фазных напряжений на вторичной обмотке искажается и становится несинусоидальной вследствие появления составляющих высших гармоник. Наибольшее значение имеют составляющие третьей гармоники, фазные напряжения которой совпадают по фазе. Поэтому сумма фазных напряжений на выходе ТМ равна их утроенному значению. Под действием этого напряжения проходит ток от нелинейного элемента. При повышении напряжения третья гармоника резко возрастает, поэтому зависимость тока нелинейного элемента от напряжения носит нелинейный характер. Выходы линейного и нелинейного элементов измерительного органа подключены к отдельным управляющим обмоткам магнитного усилителя силового органа так, чтобы токи в них проходили в противоположных направлениях. Из характеристик, приведенных на рис. 11, видно, что при определенном напряжении на шинах генератора U б токи в линейном и нелинейном элементах равны. Суммарный магнитный поток подмагничивания при этом будет равен нулю, чему соответствует минимальный ток, поступающий от ЭМК. При понижении напряжения генератора, например до U 1 , равенство токов в управляющих обмотках нарушается. За счет разности намагничивающих сил происходит подмагничивание сердечника магнитного усилителя и соответственно усиление тока от ЭМК, который стремится восстановить прежнее напряжение на шинах генератора. При повышении напряжения, например до U 2 , ток нелинейного элемента становится больше тока линейного элемента, что также могло бы вызвать подмагничивание магнитного усилителя и увеличение тока ЭМК. Для предотвращения такого неправильного действия ЭМК в схеме установлен блокирующий диод VD, объединяющий управляющие обмотки линейного и нелинейного элементов. Благодаря этому при повышении напряжения токи в обеих управляющих обмотках будут примерно равными и подмагничивание будет минимальным. При понижении напряжения генератора, когда ток линейного элемента больше тока нелинейного элемента, блокирующий диод тока не пропускает и на работу ЭМК не влияет.

Характеристика электромагнитного корректора, представляющая зависимость тока I K.H от напряжения на шинах генератора, представлена на рис. 12. Наклон рабочего участка характеристики аб зависит от степени подмагничивающего действия обмотки ПОС магнитного усилителя. Рис. 12. Характеристика ЭМК: аб — рабочий участок; ав и бг — нерабочие участки Точка а, в которой имеет место максимальный ток ЭМК, определяет наибольшую форсировку возбуждения, которую может обеспечить ЭМК. Минимальный ток ЭМК, который имеет место в точке б, определяет возможности ЭМК в области развозбуждения генератора при повышении напряжения на его шинах. Снижение характеристики тока выхода ЭМК на участке ав определяется тем, что одновременно со снижением напряжения на генераторе понижается напряжение питания самого ЭМК. Установочный автотрансформатор TS (см. рис. 10) служит для изменения уровня напряжения генератора, который должен поддерживать ЭМК. Рассмотренный выше ЭМК называется односистемн ым. Выход односистемного ЭМК, как правило, подключается так, чтобы ток I К.Н проходил по обмотке LE2 согласно с током I B в обмотке LE1 (рис. 13). Электромагнитный корректор напряжения с таким включением называется согласно включенным . В отдельных случаях используется такое включение выхода ЭМК, при котором ток I К.H в обмотке LE2 направлен встречно току в обмотке LE1. Электромагнитный корректор с таким включением называется противовключенным . На мощных гидрогенераторах применяются двухсистемные ЭМК, которые, как показано на рис. 13. а, состоят из двух односистемных корректоров. Один из них, ЭМК-С, согласно включенный, дает ток I К.Н.С в обмотку LE2 согласно с током в основной обмотке LE1. Второй, ЭМК-П. противовключенный, дает ток I К.Н.П во вторую обмотку LE3 в противоположном направлении. Рис. 13. Принципиальная схема включения двухсистемного ЭМК: а — схема включения; б — характеристика; УК — устройство компаундирования; У AT- установочный автотрансформатор

Характеристика двухсистемного ЭМК (рис. 13, б) подбирается так, чтобы при понижении напряжения работал ЭМК-С, а при повышении — ЭМК-П , обеспечивая как режимы форсировки, так и необходимое развозбуждение генератора. 6. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ С КОМПАУНДИРОВАНИЕМ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КОРРЕКТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ Виды АРВ с УК и ЭМК При совместном использовании УК и ЭМК могут быть осуществлены две принципиально отличные системы и соответственно два вида АРВ: 1) АРВ с компаундированием полным током, которое осуществляется путем суммирования токов от трансформаторов тока и тока от трансформатора напряжения после их отдельного выпрямления; 2) АРВ с фазовым компаундированием, которое осуществляется путем суммирования токов от трансформаторов тока и трансформатора напряжения на стороне переменного тока до их выпрямления. Автоматическое регулирование возбуждения с компаундированием полным током типа ЭПА-305 Принципиальная схема АРВ с компаундированием возбуждения полным током приведена на рис. 14. Регулятор состоит из трех устройств УК, ЭМК и УБФ (последнее на схеме не показано). Измерительный орган ЭМК состоит из насыщающегося трансформатора ТМ, выпрямителей VS1 и VS2 и реостата RR1. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора ТМ, которая выполняет функции нелинейного элемента, включен через выпрямитель VS2 реостат RR1, а к вторичной обмотке этого трансформатора, которая выполняет функции линейного элемента, подключены через выпрямитель VS1 управляющая обмотка УО магнитного усилителя МУ и реостаты RR1 и RR2. Ток I 2 , проходящий по вторичной обмотке трансформатора ТМ, находится в линейной зависимости от напряжения генератора и является током линейного элемента I Л.Э характеристика которого приведена на рис. 11. Ток I 1 в первичной обмотке трансформатора ТМ равен сумме вторичного тока и тока намагничивания трансформатора. При напряжении, когда сердечник ТМ еще не насыщен, ток I 1 имеет линейную зависимость от напряжения генератора. Параметры элементов подобраны так, чтобы при этом ток I 1 был меньше тока I 2 . С увеличением напряжения происходит насыщение сердечника трансформатора ТМ, что сопровождается резким ростом тока намагничивания, а следовательно, и тока I 1 , при этом линейность зависимости тока I 1 от напряжения нарушается и при определенном значении этого напряжения U б ток I 1 , являющийся током нелинейного элемента, сначала становится равным току I Л.Э , а затем и больше него. Силовой орган ЭМК связан с измерительным органом с помощью однофазного управляемого магнитного усилителя МУ, на сердечнике которого расположены две силовые обмотки СО, управляющая обмотка УО, обмотка стабилизации СТО и обмотка положительной обратной связи ПОС. Выпрямители VS3 в цепи силовых обмоток, включенных с разной полярностью, обеспечивают дополнительное подмагничивание сердечника магаитного усилителя выпрямленным током, проходящим по силовым обмоткам. Магнитный усилитель, в котором силовые обмотки используются для дополнительного поцмагничивания сердечника, называется магнитным усилителем с внутренней положительной обратной связью. Магнитный усилитель работает на первичную обмотку ПО выходного трансформатора ТК, к вторичной обмотке ВО которого подключен силовой выпрямитель VS4. Трансформатор ТК предназначен для согласования параметров обмотки возбуждения возбудителя LE2, на которую работает ЭМК, с параметрами последнего, а также для улучшения характеристик ЭМК.