Коротков В.Ф. Автоматическое управление напряжением и реактивной мощностью синхронных генераторов и электрических станций: учеб. пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.3.5. Внешние характеристики СГ, снабженного УК, при различных значе-

ниях cos

: 1 – cos

1; 2 – cos

2; 3 – cos

3; cos

> cos

2 > cos

Анализ внешних характеристик СГ, снабженного УК (рис.3.4,

3.5), показывает, что УК приблизительно обеспечивает постоянство

напряжения на выводах СГ, что характерно для регулирования по воз-

мущению при упрощенном выполнении регулятора [31].

В рассматриваемом случае основными причинами недостаточно

высокой точности регулирования напряжения являются следующие:

- УК изменяет ток возбуждения СГ при изменении тока нагрузки

даже при постоянном значении cos

не в полном соответствии с регу-

лировочной характеристикой;

- ток на выходе УК не зависит от фазы тока нагрузки СГ (cos

), а

напряжение СГ существенно от нее зависит.

В эксплуатации, если УК является единственным регулятором

возбуждения СГ, его с помощью R

настраивают так, чтобы при номи-

нальных значениях тока статора и коэффициента мощности обеспечи-

валось номинальное напряжение СГ (рис.3.6). Номинальным оно

должно быть также и в режиме холостого хода СГ. Такая настройка

УК называется «нормальной».

Рис.3.6. Внешняя характеристика СГ при нормальной настройке УК

Устройство компаундирования является весьма простым и, сле-

довательно, надежным устройством. Соответствующей настройкой УК

можно добиться того, что отклонения напряжения СГ при изменении

тока нагрузки в определенных пределах будут иметь допустимые зна-

чения.

При КЗ в электрической сети за счет увеличения тока статора СГ

устройство компаундирования увеличивает ток возбуждения, как бы

осуществляя форсировку. Однако при этом не гарантируется требуе-

мая кратность форсировки, т.к. форсировочная способность УК зави-

сит от его настройки, осуществляемой по условиям нормального ре-

жима, удаленности и вида КЗ. Поэтому для СГ, снабженных УК, до-

полнительно применяется специальное устройство УРФ.

3.3. Коррекция напряжения синхронных

генераторов, снабженных устройством

компаундирования

Требуемая точность регулирования напряжения СГ, снабженного

УК, может быть достигнута, если генератор дополнительно снабдить

регулятором по отклонению напряжения. Такой регулятор, предназна-

ченный для совместной работы с устройством компаундирования, в

электроэнергетике принято называть корректором напряжения. Это

название обусловлено тем, что корректор по мощности рассчитан

только на совместную работу с УК и не рассчитан на самостоятельное

регулирование напряжения СГ в полном диапазоне возможного его

изменения. Указанное ограничение по мощности дает возможность

питать силовые цепи корректора от измерительного трансформатора

напряжения СГ, имеющего, как известно, ограниченную мощность.

На практике получили распространение так называемые элек-

тромагнитные корректоры напряжения.

Функциональная схема корректора напряжения (рис.3.7) включа-

ет измерительный ИО и усилительный УО органы, а также устройство

изменения задания УИЗ. Кроме того, в целях повышения устойчивости

и качества регулирования обычно предусматривается гибкая обратная

связь по напряжению возбуждения ГОС.

В электромагнитном корректоре напряжения измерительный и

усилительный органы выполнены на электромагнитном принципе, а

гибкая отрицательная обратная связь осуществляется с помощью так

называемого трансформатора стабилизации.

Рис.3.7. Функциональная схема АРВ с УК и корректором напряжения:

СГ – синхронный генератор; В – возбудитель; ИО – измерительный орган на-

пряжения; УО – усилительный орган; УИЗ – устройство изменения задания;

ГОС – гибкая обратная связь; УК – устройство компаундирования

Выход корректора напряжения обычно подключается к обмотке

независимого возбуждения электромашинного возбудителя.

Измерительный орган корректора реагирует на отклонения на-

пряжения СГ, обусловленные любой причиной, что позволяет обеспе-

чить заданную точность регулирования.

Регулирование напряжения, осуществляемое корректором, стати-

ческое.

Введение гибкой отрицательной обратной связи по напряжению

возбуждения повышает устойчивость регулирования и способствует

демпфированию возникающих колебаний.

В электромагнитном корректоре напряжения измерительный ор-

ган ИО выполнен на базе насыщающегося трансформатора напряже-

ния ТИ (рис.3.8), а в качестве усилительного органа УО используется

магнитный усилитель (МУ).

Вторичная обмотка ТИ, соединенная в звезду, совместно с трех-

фазным выпрямителем образует так называемый линейный элемент,

ток на выходе которого

лэ

примерно линейно зависит от приложенно-

го к ТИ напряжения. Первичная обмотка ТИ (рис.3.8,а) или вторичная

обмотка, соединенная по схеме разомкнутого треугольника (рис.3.8,б),

совместно с выпрямителем образуют так называемый нелинейный

элемент с током на выходе

нэ

Рис.3.8. Принципиальная схема измерительного органа электромагнитного

корректора напряжения: а – 1-й вариант; б – 2-й вариант

Токи

лэ

нэ

протекают через идентичные обмотки управления

магнитного усилителя. Результирующая намагничивающая сила

управления пропорциональна разности указанных токов (предполага-

ется, что обмотки управления МУ, через которые протекают токи

лэ

нэ

, имеют одинаковое число витков).

При напряжении U, равном заданному

разность токов

лэ

нэ

равна нулю (рис.3.9).

Рис.3.9. Зависимость токов I

лэ

, I

нэ

(а) и их разности (б) от напряжения на входе

измерительного органа

При

U < U

U > U

разность токов

лэ

нэ

примерно пропор-

циональна отклонению напряжения и соответствует ему по знаку.

В электромагнитном корректоре напряжения в качестве усили-

тельного органа обычно используется дроссельный магнитный усили-

тель с внутренней и внешней обратными связями (рис.3.10).

Рис.3.10. Принципиальная схема (а) и проходная характеристика (б) магнитно-

го усилителя электромагнитного корректора напряжения

Намагничивающая сила управления пропорциональна разности

токов линейного и нелинейного элементов измерительного органа.

Коэффициент усиления (передачи) МУ может изменяться путем

изменения числа витков обмотки внешней обратной связи.

Рабочая (силовая) обмотка МУ питается от измерительного

трансформатора напряжения, устанавливаемого на выводах СГ.

По схеме включения и виду проходной характеристики различа-

ют так называемые согласованный, противовключенный и двухсистем-

ный корректоры напряжения.

Для согласованного корректора напряжения характерно сле-

дующее:

- ток выхода линейного элемента измерительного органа создает

намагничивающую силу управления магнитным усилителем, направ-

ленную согласно с намагничивающей силой внутренней обратной

связи;

- ток выхода корректора создает намагничивающую силу возбу-

ждения электромашинного возбудителя, направленную согласно с на-

магничивающей силой самовозбуждения.

Согласованный корректор напряжения имеет однополярный ток

выхода

мин

< I

макс

(рис.3.11), который может только увеличивать

возбуждение возбудителя (и следовательно, СГ) по отношению к

уровню, обусловленному током самовозбуждения и током выхода УК.

Рис.3.11. Проходная характеристика согласованного корректора напряжения

(в), полученная на основе характеристик измерительного органа (а) и магнит-

ного усилителя (б)

В нормальном эксплуатационном режиме СГ согласованный кор-

ректор напряжения работает на участке проходной характеристики,

соответствующем диапазону токов выхода

мин

< I

макс

. При этом

выбирают

> U

ном

Если напряжение СГ снижается, то ток выхода корректора увели-

чивается, и наоборот.

Наклон проходной характеристики на рабочем участке определя-

ет естественный статизм регулирования напряжения. Чем больше ко-

эффициент усиления МУ, тем круче характеристика корректора и

меньше статизм.

При

U > U

корректор работает неправильно, т.к. при увеличе-

нии напряжения ток выхода его также увеличивается, способствуя

дальнейшему повышению напряжения.

Для исключения увеличения тока при

U > U

включают на вы-

ходе корректора специальное компенсирующее устройство [32], кото-

рое обеспечивает:

- уменьшение значения I

мин

;

- исключение увеличения тока выхода корректора при

U > U

;

- выпрямление тока выхода магнитного усилителя;

- согласование параметров выходных цепей корректора с пара-

метрами обмотки возбуждения возбудителя.

В дальнейшем в целях упрощения ток выхода магнитного усили-

теля

му

будем условно отождествлять с током выхода корректора

Для правильной работы согласованного корректора напряжения

УК настраивается так, чтобы в любом режиме СГ для обеспечения

ном

UU =

при cos

макс

от корректора требовался ток не меньше

мин

, а при

cos

мин

– не больше

макс

По сравнению с нормальной настройкой, это требует некоторого

ослабления действия УК. Для этой цели следует несколько уменьшить

сопротивление установочного реостата R

УК и увеличить сопротив-

ление шунтового реостата R

в цепи самовозбуждения возбудителя

(рис.3.2).

Для противовключенного корректора характерно следующее:

- ток выхода линейного элемента измерительного органа создает

намагничивающую силу управления магнитным усилителем, направ-

ленную встречно по отношению к намагничивающей силе внутренней

обратной связи;

- ток выхода корректора создает намагничивающую силу возбу-

ждения электромашинного возбудителя, направленную встречно по

отношению к намагничивающей силе самовозбуждения.

В нормальном эксплуатационном режиме СГ противовключен-

ный корректор напряжения работает на участке проходной характери-

стики (рис.3.12), соответствующем диапазону напряжения, при кото-

ром ток выхода корректора удовлетворяет неравенству

мин

< I

макс

Поэтому выбирают

< U

ном

Наклон проходной характеристики на рабочем участке определя-

ет естественный статизм регулирования напряжения.

Противовключенный корректор имеет однополярный ток выхода,

который может только уменьшать возбуждение возбудителя (и следо-

вательно, СГ) по отношению к уровню, обусловленному током само-

возбуждения и током выхода УК.

Рис.3.12. Проходная характеристика (в) противовключенного корректора на-

пряжения, полученная на основе характеристик измерительного органа (а) и

магнитного усилителя (б)

Для правильной работы противовключенного корректора напря-

жения УК настраивается так, чтобы в любом режиме СГ для обеспече-

ния

ном

UU ≈

при cos

мин

от корректора требовался ток не меньше

мин

, а при

cos

макс

– не больше

макс

По сравнению с нормальной настройкой, это требует некоторого

усиления действия УК. Для этой цели следует несколько увеличить

сопротивление установочного реостата R

УК и уменьшить сопротив-

ление шунтового реостата R

в цепи самовозбуждения возбудителя

(рис.3.2).

Двухсистемный корректор представляет собой совокупность со-

гласованного и противовключенного корректоров, имеющих общий

измерительный орган и два магнитных усилителя и, соответственно,

два канала регулирования.

Выходы согласованной и противовключенной частей подключа-

ются к отдельным обмоткам независимого возбуждения электрома-

шинного возбудителя так, что результирующая намагничивающая си-

ла, создаваемая ими, определяется разностью их токов.

Для двухсистемного корректора выбирают

ном

U =

Наклон характеристики корректора определяет естественный

статизм регулирования напряжения.

Устройство компаундирования для работы с двухсистемным кор-

ректором напряжения настраивают нормально.

Заданное (предписанное) значение напряжения СГ может изме-

няться с помощью устройства изменения задания (УИЗ).

Рис.3.13. Схема, поясняющая изменение заданного напряжения СГ с помощью

установочного автотрансформатора (а), и схема искусственного изменения

статизма (б): G – СГ; TV – трансформатор напряжения; УАТ – установочный

автотрансформатор; ИО – измерительный орган корректора напряжения

В качестве УИЗ обычно используется так называемый устано-

вочный автотрансформатор (УАТ), включаемый между измеритель-

ным трансформатором напряжения генератора TV и входом измери-

тельного органа корректора напряжения (рис.3.13).

Измерительный орган корректора обычно настраивается на неко-

торое постоянное напряжение уставки:

constUU

устио

. (3.1)

Если пренебречь естественным статизмом корректора, который

обычно мал, то в результате функционирования корректора напряже-

ния в установившемся режиме всегда обеспечивается равенство (3.1).

С учетом коэффициентов трансформации трансформатора напряжения

и установочного автотрансформатора К

УАТ

это равенство приобре-

тает вид

constUккUккU

устнионз

УАТУАТ

===

. (3.2)

100

Из (3.2) следует, что для изменения заданного напряжения

на

выводах СГ достаточно изменить коэффициент трансформации уста-

новочного автотрансформатора.

Если, например, нужно повысить напряжение генератора, то пе-

реводом УАТ в новое положение понижают напряжение на входе из-

мерительного органа корректора. Измерительный орган воспримет это

как понижение напряжения СГ и через усилительный орган и возбуди-

тель восстановит прежнее значение напряжения на своем входе, чему

будет соответствовать более высокое напряжение на выводах СГ.

Использование установочного автотрансформатора в качестве

устройства изменения задания характерно не только для электромаг-

нитного корректора, но и для других видов АРВ, рассматриваемых

далее.

Статизм, определяемый корректором, обычно называют естест-

венным [32]. Он положительный и, как правило, мал. Однако в экс-

плуатации возникает необходимость либо искусственного увеличения

положительного статизма, либо изменения его знака. Для этой цели

используются специальные устройства искусственного изменения ста-

тизма, а именно, устройства токовой стабилизации (положительный

статизм) и токовой компенсации (отрицательный статизм). Суть дей-

ствия этих устройств состоит в том, что на вход измерительного орга-

на корректора подается дополнительное напряжение, пропорциональ-

ное току статора СГ. За счет этого с увеличением тока статора напря-

жение на входе измерительного органа корректора может увеличи-

ваться (стабилизация) или уменьшаться (компенсация) в зависимости

от выбранной полярности вводимого дополнительного напряжения.

Принцип действия устройства искусственного изменения ста-

тизма поясняет рис.3.13,б.

На вход измерительного органа корректора подается сумма двух

напряжений:

- вторичного напряжения

трансформатора напряжения TV,

подключенного к выводам СГ;

- падения напряжения на резисторе R

от вторичного тока

трансформатора тока TA в цепи статора СГ:

ск

тн

скио

RIUU

+=+=

где К

, К

– коэффициенты трансформации измерительных трансфор-

маторов напряжения и тока соответственно.

Если пренебречь естественным статизмом, то в установившемся

режиме корректор напряжения обеспечивает