Статические реле

Тиристорная система возбуждения

Эта система для турбогенераторов выполняется по схеме самовозбуждении. Источником питания системы возбуждения служит специальный трансформатор Т_, подключаемый к выводам генератора О. Иногда напряжение источника питания дополняют напряжением, пропорциональным току генератора. Для этой цели используют трансреактор TAV. В систему возбуждения входят два управляемых тнрнсторных выпрямителя, Один нз ннх VST1 предназначен для форсировки возбуждения в аварийных режимах. К нему подводится полное напряжение источника питания, дополненное напряжением трансреактора. В нормальном режиме этот выпрямитель практически не действует. Для этих целей служит выпрямитель VST2, Он подключается к ответвлениям обмоток трансформатора с напряжением, не превышающим половины напряжения на их выводах. При этом обеспечивается изменение тока возбуждения генератора в нормальных режимах работы от значения холостого хода до номинального значения. Выходы выпрямителей соединены параллельно и подключены к обмотке возбуждения LG генератора. Работой выпрямителей управляет устройство АРВ. Одно из  достоинств тиристорной системы возбуждения — ее быстродействие. поэтому на генераторах с такой системой возбуждении устанавливают устройства АРВ сильного действия, основным назначением которых является повышение устойчивости параллельной работы синхронных генераторов, связанных с энергосистемой протяженными сильно загруженными линиями электропередачи. В системы электроснабжения входят электростанции местного значения с генераторами сравнительно небольшой мощности (не более 100 МВт),

имеющими, как правило, электромашинный возбудитель постоянного  тока. На генераторах таких электростанций обычно устанавливаются УАРВ пропорционального действия.

УСТРОЙСТВА АРВ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО  ДЕЙСТВИЯ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ  С ЭЛЕКТРОМАШИННЫМ ВОЗБУДИТЕЛ ЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В зависимости от характера  входных сигналов и выходных воздействий устройства АРВ пропорционального действия можно разделить на несколько видов. На генераторах с электромашинным возбудителем постоянного тока применяются устройства:

компаундирования полным током (входной сигнал — изменение амплитуды токаU/_г генератора);

компаундирования полным током с коррекцией напряжения (входные сигналы — изменения амплитуд тока и напряжения U_r генератора);

фазового компаундирования с коррекцией напряжения (входные сигналы — изменения амплитуды и фазы тока, а также амплитуды напряжения);

релейной форсировки (входной сигнал — изменение амплитуды напряжения генератора).

Первые три устройства имеют Непрерывное выходное воздействие в виде среднего значения выпрямленного тока, изменяющего непрерывно в функции входных сигналов и воздействующего на возбудитель синхронного генератора. Устройство релейной форсировки дискретно воздействует на возбудитель, закорачивая контактами реостат Rсв в цепи возбуждения возбудителя.

  Компаундирование полным током. На рис, 12,22, а дана упрощенная векторная диаграмма синхронного генератора, из которой следует, что U_r=E_q—jI_rX_d. Если ЭДС генератора Еq неизменная,

с увеличением тока статора U_г напряжение на выводах генератора снижается Зависимость U_r=f(K)—внешняя характеристика представлена на рис. 12.22, 6 прямой ас(ас'). Очевидно, напряжение U_r остается неизменный, если с возрастанием тока, например от I_Г1 до I_Г2, увеличивается ЭДС соответственно от Eq1 до Eq2 (рис. 12-22, а). Характеристика холостого хода генератора дает зависимость E_q от тока возбуждения (тока в обмотке ротора генератора) I_в. При определенных допущениях их относительные значения равны E_q = I_b. Поэтому снижение напряжения при увеличении тока I_г можно компенсировать подачей в обмотку возбуждения возбудителя (основную LE или дополнительную) тока Iрег пропорционального току генератора I_г (рис. 12,22, в). Такое автоматическое регулирование возбуждения и называется компаундированием полным током.

Ток Iper получают путем выпрямления выходного тока промежуточного трансформатора TL, входным током которого является часть вторичного тока трансформатора тока ТА, Ток I_рег можно изменять изменяя коэффициент трансформации трансформатора TL и сопротивление установочного резистора Ru В обмотке LE ток I_рег проходит в одном направлении с током самовозбужения возбудителя, общий ток возбуждения I_В.В равен их сумме. Поэтому большему току генератора соответствует большая ЭДС и внешняя характеристика аЬс_K в значительном диапазоне изменения токов I_г идет выше линии ас (рис. 12.22, б). Излом в точке в внешней характеристики abc_K объясняется тем, что по мере снижения тока генератора при малых его значениях вторичная ЭДС трансформатора TL становится меньше напряжения на обмотке возбудителя LE_, обусловленного током Iсв и выпрямитель VS устройства компаундирования закрывается. Излом отсутствует, если ток Iрег поступает не в основную, а в дополнительную обмотку возбуждения. При больших значениях тока /_г из-за насыщения магнитопроводов генератора, возбудителя и трансформаторов схемы компаундирования наблюдается некоторое снижение внешней характеристики.

Действие  устройства рассмотрено в предположении, что угол Φ между током Iг и напряжением U_r не изменяется. В действительности характер нагрузки не остается постоянным. При этом, как следует из векторной диаграммы рис. 12.22, г, для поддержания напряжения U_r неизменным при увеличении угла, например

от ф1 до ф2, и заданном токе Iг1 = Iг2 необходимо увеличивать ЭДС

от E_q1 до E_q2. Устройство компаундирования полным током этовыполнить не сможет, так как реагирует только на амплитуду (абсолютное значение) тока 1_Г, устанавливая соответствующую ЭДС Eq1 Поэтому с увеличением угла ф напряжение U_r уменьшается, хотя в меньшей степени, чем у некомпаундированного генератора. На рис. 12.22, б меньшему углу ф1 при отсутствии компаундирования соответствует внешняя характеристика abc, а большему углу Ф₂ — характеристика аЬс Тем же значениям угла при наличии компаундирования соответствуют характеристики abc_K и ab'c’_K Обычно устройство компаундирования дополняется корректорам напряжения, который реагирует на отклонение напряжения относительно заданного уровня. Такое название устройство получило потому, что оно лишь корректирует работу устройства компаундирования, выполняющего главную роль в регулировании возбуждения.

Совместная  работа устройства компаундирования и  корректора Напряжения осуществляется по двум принципиально различным  схемам, а именно:

компаундирование полным током с коррекцией напряжения; в схеме ток от устройства компаундирования и ток от корректора напряжения предварительно выпрямляются, а затем направляются в соответствующие обмотки возбуждения возбудителя; при этом схема не реагирует на угол ф сдвига фаз между_I_г и U_г;

фазовое компаундирование с коррекцией напряжения; в схеме переменный ток от устройства компаундирования определяется геометрической суммой I_г и тока, пропорционального U_Г, и зависит от тока корректора напряжения. Общий переменный ток выпрямляется; среднее значение выпрямленного тока пропорционально току Ir, напряжению U_r и углу ф сдвига фаз между ними.

Устройство компаундирования без корректора напряжения благодаря простоте, высокой надежности и достаточному быстродействию применяется в трехфазном исполнении для генераторов небольшой мощности Компаундирование полным током с коррекцией напряжения.

При наличии корректора напряжения общий магнитный поток возбуждения возбудителя изменяется не только током Iper1 от устройства компаундирования, но и током I_{рег 2} от корректора, зависящим от напряжения генератора U_Г таким образом, что снижение U_Г ведет к возрастанию I_рег2, а возрастание — к его снижению.

На рис, 12.23 а схематично изображен широко применяемый электромагнитный корректор АРУ, состоящий из измерительного органа и усилителя с выпрямителем на его выходе. Воздействующей величиной измерительного органа является напряжение U_r подводимое к нему от трансформатора напряжения TV В измерительном органе использован способ преобразования воздействующей величины в две сравниваемые, являющиеся разными ее функциями. Преобразование выполняется линейным измерительным преобразователем (линейный реактор LR с воздушным зазором в магнитопроводе и выпрямитель VS2) и нелинейным элементом (насыщающийся реактор LRT или пятистержневой насыщающийся трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в разомкнутый треугольник, и выпрямитель Ток I_Л зависит от напряжения U_r лннейно, а то нелинейно(рис. 12.23, б). Дли повышения чувствительности к несимметричным режимам измерительный орган выполняют трехфазным.

В электромагнитном корректоре применяется магнитный усилитель AL с двумя обмотками w_y управления В одну из них подается выпрямленный ток I_д, а в другую — выпрямленный ток I_нл. Обмотки управления включены встречно, поэтому выходной ток AL — ток Iper 2 — в дополнительной обмотке возбуждения LE2 пропорционален разности токов Iy=Iл-Iнл Зависимость Iy=f(U_r) имеет в некоторой области падающий характер (рис. 12.23, б). Эта область и является рабочим участком характеристики корректора. При снижении напряжения, например от Uг1 до Uг2, разность токов возрастает от I_у1 до I_у2. Соответственно увеличивается ток I_рег стремясь восстановить напряжение U_r. Рабочий участок характеристики корректора соответствует относительно небольшим снижениям напряжения, когда действие устройства компаундирования проявляется недостаточно. Если напряжение U_г превышает заданное (предписанное) значение U_гпр, то ток I_Нл становится больше тока I_л При этом корректор действует в сторону дальнейшего повышения напряжения. Для исключения этого токи в обмотках управлении выравниваются, например путем соединения их между собой диодом VD. При I_Нл>I_Л диод открывается и токи в обмотках выравниваются так, что Iy=0

Фазовое компаундирование с коррекцией напряжения. Из рассмотрения векторной диаграммы (см, рис. 12.22, г) следует, что при неизменном токе /__Г снижение напряжения происходит за счет увеличения реактивной составляющей тока I_rsinφ, поэтому для более точного регулирования U_r используется фазовое компаундирование с коррекцией напряжения, действующее в зависимости от абсолютных значений напряжения U_T, тока I_г и от угла φ сдвига между ними.  

В упрощенной схеме АРВ (рис. 12.24, а) такая зависимость достигается путем применения промежуточного трансформатора тока с подмагничнванием TLAT с двумя первичными обмотками, одна из которых w\ подключена к трансформатору тока ТА, а вторая W1" — к трансформатору напряжения ТV через балластное сопртивление Z. Результирующая магнитодвижущая сила первичных обмоток создает во вторичной обмотке ЭДС, зависящую от I_г. Сочетание тока и напряжения, подводимых к TLAT, выбиврается таким, чтобы при прочих равных условиях ЭДС обмотки од увеличивалась с увеличением т. е, чтобы возрастал ток Iр_er Кроме обмоток переменного тока промежуточный трансформатор имеет обмотку управления w_yt по которой проходит ток I_у корректора напряжения АРУ. Корректор напряжения выполняется аналогично рассмотренному выше, ио настраиваете так, что ври возрастании напряжения U_r подмагничивание трансформатора увеличивается, сердечник насыщается, коэффициент трансформции TLAT возрастает и ток в обмотке уменьшается, т. е. ток Iрег  снижается. При понижении U_r степень насыщения TLAT уменьшается, условия трансформации становятся благоприятнее,  ток Iрег увеличивается. Электромагнитный корректор напряжения, выходной ток которого при понижении напряжения U_r снижается (а не возрастает, как у корректора в схеме на рис, 12.23, называют противовключенным.

 Достоинство фазового  компаундирования состоит не только в большей, чем при токовом компаундировании, точности регулирования напряжения, но и в меньшей мощности, которую требуется получать от корректора (так как он не работает непосредственно на обмотку возбуждения). Маломощный корректор не только создает меньшую нагрузку на трансформатор напряжения, но и обладает малым запаздыванием» поэтому скорость восстановления напряжения возрастает.

Релейная форсировка. При значительных снижениях напряжения, обусловленных короткими замыканиями, рассмотренные устройства АР В не всегда работают удовлетворительно. В устройствах компаундирования ток пропорционален току к. э., поэтому при удаленных коротких замыканиях он оказывается недостаточным, а работа электромагнитных корректоров при малых напряжениях нарушается полностью, так как выходной ток /_у измерительного органа¹ снижается вплоть до нуля (см. рис. 12.23, 6). Кроме того, время реакции на изменения напряжения у рассмотренных устройств не всегда приемлемо. Поэтому в дополнение к этим устройствам на генераторах устанавливают устройства релейной форсировки возбуждения, скачкообразно (релейно) увеличивающие (форсирующие) возбуждение генератора,

В простейшем случае устройство релейной форсировки состоит из минимального реле напряжения KV и промежуточного реле ЛХ (рис. 12.24, б)_г В нормальном режиме якорь реле КУ подтянут н цепь обмотки реле KL разомкнута. При снижении напряжения генератора до значения, соответствующего уставке срабатывания реле KV, оно срабатывает и включает обмотку реле KL. Контактами реле KL закорачивается реостат R_са в цепи самовозбуждения возбудителя. При этом напряжение на обмотке возбуждения возбудителя становится максимально возможным и ток возбуждения быстро нарастает. Чтобы предотвратить действие форсировки, когда генератор отключен, оперативный ток на контакты реле KV подается через вспомогательные контакты выключателя Q

Как и рассмотренные  выше схемы защиты с минимальным  пусковым органом напряжения, релейная форсировка может подействовать неправильно при нарушениях в цепях напряжения. Для предотвращения этого применяют те же меры, что и в упомянутых схемах защиты: использование двух реле напряжения, подключенных к разным трансформаторам напряжения, применение запрета действий и др. Во вторичных цепях трансформаторов напряжения, питающих АРВ и реле напряжения релейной форсировки, предохранители, как правило, не устанавливают.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения выбирается с учетом надежного возврата реле (размыкание контактов) при номинальном напряжении. Если коэффициент отстройки принять Rотc —1,05 и коэффициент возврата 1,1 то Uc.p= =0,85.U_г.ном/Ku. Схема с одним реле напряжения имеет достаточную чувствительность при трехфазных коротких замыканиях и при замыканиях между фазами, к которым присоединено реле. Равную чувствительность к разным видам короткого замыкания можно обеспечить, если включить реле через фильтр напряжения прямой последовательности или использовать в схеме три реле.

УСТРОЙСТВО АРВ СИЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ АРВ — СДП1 СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С ТИРИСТОРНОЙ СИСТЕМОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Устройство АРВ—СДП1 является сложной автоматической системой управления. В процессе регулирования возбуждения оно выполняет ряд операций. В зависимости от режима работы генератора регулятор обеспечивает: регулирование возбуждения по заданной программе, релейную форсировку возбуждения, ограничение тока ротора в режиме потребления генератором реактивной мощности, автоматическую разгрузку генератора при перегрузке но току ротора и реактивному току статора, распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами, автоматическое изменение уставки при синхронизации, пусках и остановах генератора, а также в случае его разгрузки по реактивной мощности. Заданная программа автоматического регулирования возбуждения сильного действия обеспечивается наличием следующих каналов регулирования: по отклонению напряжения генератора Uг, по отклонению частоты df_t по отклонению тока возбуждения Iв, по скорости изменения напряжения dU_r/dt(Uг’)_t по скорости изменения частоты по скорости изменения тока возбуждения dI_B/dt(Iв). Функциональные части .автоматического регулятора возбуждения выполнены в виде блоков, элементной базой которых являются микросхемы, биполярные и униполярные транзисторы, диоды