Асинхронизированные турбогенераторы

Асинхронизированные турбогенераторы предназначены для работы в режимах не только выдачи, но и глубокого потребления реактивной мощности.

Классический АС-турбогенератор имеет на роторе, в отличие от синхронного, две одинаковые обмотки возбуждения, расположенные под углом 90 эл. град. относительно друг друга. Однако опыт создания АС-турбогенераторов различной мощности показал, что по ряду причин, прежде всего конструктивного характера, не всегда удается создать такую классическую структуру. Преимущественно это касается невозможности размещения ортогональных обмоток возбуждения на роторе без некоторого увеличения типовых габаритных размеров турбогенератора (прежде всего диаметра ротора и внешнего диаметра сердечника статора). При этом габариты могут быть ограничены требованиями обеспечения взаимозаменяемости статора АС-турбогенератора и его синхронного аналога либо необходимостью его установки на тот же фундамент, что и заменяемый им синхронный турбогенератор. Предельные диаметры роторов, как известно, также ограничены допустимыми окружными скоростями, что затрудняет создание классических АС-турбогенераторов больших мощностей (например, 800 МВт и более). Особенно это относится к конструкциям турбогенераторов с полностью воздушным охлаждением, где для уменьшения потерь мощности (тепловыделения) приходится снижать удельные электрические нагрузки машины.

Рассмотрим конструкции АС-турбогенераторов с несимметричной структурой обмоток возбуждения, близкие по свойствам к классическим АС-турбогенераторам и в то же время позволяющие решить в значительной мере указанные выше проблемы. Каждая из обмоток возбуждения (ОВ) подключена к управляемым реверсивным тиристорным возбудителям. Последние питаются от согласующего трансформатора (схема самовозбуждения) или от вращающегося возбудительного генератора (схема независимого возбуждения). В цепи каждой ОВ имеются устройства защиты от перенапряжений, устройства замыкания обмоток ротора накоротко или на дополнительные симметрирующие сопротивления, автоматы гашения поля. Управление возбуждением осуществляется с помощью АРВ, получающего информационные сигналы от датчиков: углового положения ротора, токов и напряжений. Нормальные режимы АС-турбогенератора обеспечиваются питанием цепей возбуждения обеих ОВ от «рабочих» (+) выпрямителей в составе реверсивных возбудителей. Встречно-параллельно включенные «нерабочие» (–) выпрямители вступают в действие при переходных процессах, возникающих при динамических возмущениях. При отказах одного из возбудителей гасится поле в соответствующей цепи, ОВ замыкается накоротко и генератор переводится на работу в синхронном режиме с одной ОВ. В случае полного отказа системы возбуждения обе ОВ замыкаются, и генератор переводится в асинхронный неуправляемый режим. Система управления АС-турбогенераторами реализует принципиальное свойство АС-машин – независимость регулирования электромагнитного момента и напряжения.

Регулирование напряжения может осуществляться эффективно во всех режимах генератора по активной нагрузке и реактивной мощности (включая режим компенсатора при полном потреблении реактивной мощности) и не влияет на общую устойчивость генератора. Основным условием обеспечения статической устойчивости является правильный выбор настройки коэффициентов обратных связей регулятора в канале регулирования электромагнитного момента. Практически это относится к АС-турбогенераторам с любой степенью несимметрии, включая вариант со «слабой» управляющей обмоткой возбуждения по поперечной оси и с регулятором, реализующим «асинхронизированный» принцип управления.

Структура двух ОВ с несовпадающими осями и наличие реверсивных возбудителей у каждой ОВ дает возможность в переходных режимах оптимально ориентировать мдс генератора с целью создания максимального тормозящего электромагнитного момента. При сильных возмущениях, когда возможности управления ограничены «потолочным» напряжением возбуждения, оптимальная ориентация мдс возбуждения достигается автоматически по командам АРВ сочетанием форсировок и расфорсировок напряжений на ОВ. Поскольку управление каналом напряжения может осуществляться независимо от электромеханического процесса качаний ротора, то в условиях, когда напряжение возбуждения не достигает потолочных значений, можно повысить качество регулирования напряжения на шинах станции. Это, в частности, способствует повышению динамической устойчивости параллельно работающих синхронных турбогенераторов и ускоряет восстановление нормального энергоснабжения потребителей.

Результаты исследований АС-турбогенераторов показали, что уровень их динамических ограничений мало зависит от режима по РМ и выше, чем у синхронных аналогов, которые в режимах потребления РМ требуют глубокого снижения нагрузки. При механических возмущениях (полный сброс момента турбины до нуля с последующим восстановлением) наличие в группе АС-турбогенераторов оказывает положительное влияние на динамические процессы параллельно работающих синхронных турбогенераторов, а в случае работы в группе только АС-турбогенераторов самораскачивание отсутствует, переходные процессы затухают очень быстро. Аналогичные результаты имеют место при КЗ – введение в группу АС-турбогенераторов приводит к существенному повышению общего предела устойчивости, что особенно проявляется при наличии таких факторов, как режимы потребления РМ и увеличенная длина линии электропередач (слабые связи). С усилением этих факторов даже относительно малое количество АС-турбогенераторов в группе оказывает все большее влияние. При сравнительно коротких линиях (сильные связи) переходные процессы синхронных и АС-турбогенераторов в группе имеют более независимый характер, при этом АС-турбогенераторы обычно возвращаются в исходные режимы, но наблюдаются случаи нарушения устойчивости синхронных турбогенераторов.

Испытания и опыт эксплуатации АС-турбогенераторов позволили подтвердить основные отличительные свойства таких генераторов, обусловливающие целесообразность их применения:

- обеспечение высокого уровня статической устойчивости во всем допустимом по условиям нагрева генератора диапазоне рабочих режимов, включая режимы глубокого потребления РМ;

- повышенное быстродействие регулирования напряжения (РМ);

- обеспечение равновысоких пределов динамической устойчивости в режимах выдачи и глубокого потребления РМ;

- поддержание высокого качества вырабатываемой электроэнергии при возмущениях в энергосистеме и в энергоблоке;

- возможность неограниченно длительных асинхронных режимов без возбуждения при обеспечении близкой к номинальной нагрузки и высокого качества электроэнергии;

- высокий уровень живучести при частичных отказах в системе возбуждения и при полной потере возбуждения (не требуется система резервного возбуждения);

- повышенный коэффициент готовности;

- повышенная ремонтопригодность системы возбуждения;

- облегченное техническое обслуживание систем возбуждения и управления;

- улучшение условий работы оперативного персонала электростанции.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: