Układ samoczynnej regulacji napięcia turbogeneratorów

(1)

Nr 82

ZEbZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

. Elektryka z0 1 6 1963

JERZY KUBEK, JERZY HICKIEWICZ Katedra Maszyn Elektrycznych

EDWARD PAŁKA ZEOPd <= Katowice

UKŁAD SAMOCZYNNEJ REGULACJI NAPIĘCIA TURBOGENERATORÓW

s t r e s z c z e n i e » Omówiono zasadę działania, budowę i dane techniczne transduktorowo^-amplidynowego samoczyn

nego regulatora napięcia generatora synchronicznego, wykonanego w Katedrze Maszyn Elektrycznych Politechnik ki Śląskiej oraz różne sposoby rozwiązania napędu am=

plidyny<> Podano charakterystyczne wielkości przebiegów regulacyjnych, wyznaczone na podstawie przedstawionych oscylogramówo

1. Zadania, stawiane układom regulacji i napięcia

Zadania stawiane nowoczesnym układom regulacji napięcia można uszeregować według następującej kolejności:

1) Duża szybkość regulacji przy nagłych zakłóceniach»

2) Duża dokładność regulacjio Możliwość celowego uzależ

nienia poziomu napięcia regulowanego od szeregu czynników zakłócających np« od biernego i czynnego prądu obciążenia generatora« Ograniczenie trwałej maksymalnej mocy biernej generatora przez samoczynną zmianę napięcia zadanegOo

3) Zapewnienie stabilności statycznej i dynamicznej w szczególnych przypadkach pracy generatora np« przy bliskich zwarciach w systemie , lub przy obciążeniu pojemnościowym«,

4) Prostota obsługi i konserwacji«. Łatwość przejścia z regulacji ręcznej na automatyczną i odwrotnie« Pewność dzia

łania przy zakłóceniach ruchowych generatora, duża trwałość, prosta budowa« Należy również zwrócić uwagę na koszt układu regulacji napięcia w stosunku do łącznych kosztów turbozespołu.

(2)

WP

122 J.Kubek, T.Hickiewicz, B.Pałka

11 l i

s 2 A_{O. -rt}

a fry ąi

*3* £

(3)

KR

Układ samoczynnej regulacji napięcia turboganeratorón 123

i i

j a O &

S & * A

» h o ^ 6

Ż

fl I t>>e 3 K N tj o o o

>» » p &

*4» O W I

es • hO 4» CM

o d O B O

■H 3) P to

5 i i * -

_Si _o _o

x>h o d « «3

-9

a •

» o o ij -H

¿*3 " W A

o a o c u § § « S O N rM S ft

•*» p m o

® J, ° * L

^ a .>rs ir*

« S -h 2 « O T» fl

• • O H *

b O h « o u>

A f i l i ? “

_{« 3 0 «}

• rl B H IA

( U H f t O K

ftf**

S O S *

•H 3 Al) « M-

■o pd

08 &» h •*

Cl !» C rj •

© O +» O p v of o pd o

d>arj 'O p O. g 3 • o

S> CM G aj O

a a

«! s <H g “ 9 *>i «- S «4t I jT

«9 4i • B 5

0

m h o fl

H Cd P 4» » 0 , 0

a a 64 «

a 8 8 O P.

p. I -aft-,

h rł b

t

o O CM

&

2 4

<0 03 f>T»

+» N iH O O

§

^{0 6 0 0}•H O fl N

O C A d O - d o 3 ©*

O O Jd o u w a ® ft

0 4 » B - H t p, O O n CM O X O

• 00 E 00 D O f J4 C^-rj

Pd Cd

(4)

124 JoKubek, JeHickiewiczo Bo Pałka

20 Opis układu

Schemat ideowy regulatora napięcia w dwu wersjach A i B przedstawiono na rys01 i 20 Podstawowymi elementami układu regulacji napięcia generatora synchronicznego są: wzbudnica główna» amplidyna, wzmacniacz magnetyczny» człon pomiarowy oraz człony stabilizacyjneo Wzbudnica główna wraz z wzbudni=

cą pomocniczą umieszczona jest na wspólnym wale generatora®

Napęd amplidyny może być rozwiązany w rozmaity sposób:

1) Najkorzystniejszym rozwiązaniem» zapewniającym naj~

większą pewność ruchową jest osadzenie amplidyny na wale ge

neratora, bądź napędzanie jej z wału generatora za pośred- nictwem mechanicznej przekładni zębatej® Rozwiązanie takie wymaga jednak uzgodnień konstrukcyjnych pomiędzy zakładem wytwarzającym generatory synchroniczne, a zakładem produku- jącym regulatory i może znaleźć zastosowanie w regulatorach przeznaczonych do nowo budowanych generatorów«

2; Korzystnym i zapewniającym całkowitą pewność ruchową jest napędzanie amplidyny silnikiem bocznikowym prądu stałe- go zasilanym z podwzbudnicy umieszczonej na wspólnym wale generatora (ryso3), bądź z'prostownika stabilizowanego pra=

cującego bufor owo z baterią akumulatorowe. W tym wypadku pod- wzbudnica zasilająca silnik napędowy amplidyny nie może mieć zgodnego dozwojenia szeregowego z uwagi na możliwość wystąpienia dodatkowego sprzężenia pasożytniczego®

3) Napęd amplidyny może być też zrealizowany przy pomocy silnika asynchronicznego zasilanego z rozdzielni potrzeb

własnych (rys® 4) o zródio zasilania musi być w tym wypadku wyposażone w SZR umożliwiające przy awaryjnych obniżkach na- pięcia zasilanie silnika napędowego z rezerwowego źródła zasilania® Innym sposobem zwiększenia pewności działania ukłs- du regulacji przy zwarciowych obniżkach napięcia jest wypo

sażenie zespołu amplidyna - silnik asynchroniczny w dodatko- . wy moment bezwładności w wyniku czego otrzymuje się zwolnię- nie wybiegu zespołu przy zaniku, lub obniżce napięciao Samo powiększenie momentu bezwładności zespołu wirującego jest tylko półśrodkiem, ponieważ zapewnia prawidłowe działanie układu regulacji napięcia tylko przy ograniczonym czasie trwania zaniku napięcia® Dłuższe czasy trwania zaniku napię

cia są jednak, statystycznie biorąc, rzadkie z uwagi na funkcjonowanie szybko działających zabezpieczeń systemuo

(5)

Układ samoczynnej regulacji napięcia turbogeneratorów 125

Rys.3. Napęd amplidyny silnikiem prądu stałego

Rys.4. Napęd amplidyny silnikiem asynchronicznym zasilanym z potrzeb własnych generatora

(6)

126 JoKubekg iLHickiewicz. BąPałka

4) Napędowy silnik asynchroniczny może być również zasilany dwustronnie napięciem z transformatorów napięciowych i prądem z transformatorów prądowych (rys#5)o Przy zwarciowych obniżkach napięcia silnik zasilany jest wyłącznie z trans- formatorów prądowych»

Rys«5o Napęd amplidyny silnikiem asynchronicznym o zasilaniu napięciowo-prądowym# G-generator, TP-przekładnik prądowy, TN-przekładnik napięciowy, Jfr-silnik asynchroniczny, A-ampli-

dyna

3» Zasada działania regulatora

Regulator jest złożony z kaskady wzmacniaczy proporcjo

nalnych sterowanych z członu pomiarowo-porównawczego» Dzię

ki dużemu współczynnikowi wzmocnienia kaskady otrzymuję się regulator o charakterystyce prawie astatycznej» W celu sta

bilizacji przebiegów regulacyjnych oraz w celu nadania op

tymalnych własności dynamicznych regulator wyposażono w człony elastycznego sprzężenia zwrotnego0 Porównanie napię

cia regulowanego z zadanym odbywa się w układzie mostkowym złożonym z dwu oporów liniowych i dwu nieliniowych (żarówek zasilanych napięciem obniżonym do połowy napięcia znamiono

wego w celu powiększenia żywotności włókna)# Z przekątnej mostka zbierane jest napięcie uchybu, które steruje kaskadę wzmacniaczy# Z uwagi na zastosowanie powyższego członu po

miarowo-porównawczego usunięto całkowicie wpływ zmian często

tliwości na poziom napięcia regulowanego# Napięcie przekąt

nej mostka pomiarowo-porównawczego zasila podstawowe uzwo-

(7)

• jenie sterujące wzmacniacza magnetycznego* Jego prąd wyjścio

wy zasila podstawowe uzwojenie sterujące amplidyny* Działa

nie wzmacniacza magnetycznego z punktu widzenia wpływu na wzbudzenie generatora jest przeciwnie magnesujące* Pomocni

cze uzwojenie sterujące amplidyny, które jest zasilane prą

dem stałym pobieranym ze wzbudnicy pomocniczej działa zgod

nie magnesującoo Przy przewadze przepływu pomocniczego uzwo

jenia sterującego następuje dodatnie wysterowanie napięcia amplidyny, przy którym narasta prąd wzbudzenia generatora, przy przewadze przepływu podstawowego uzwojenia sterującego napięcie amplidyny zmienia znak i obniża prąd wzbudzenia ge

neratora*

Sprzężenia podatne regulatora otrzymano:

Dla wersji A sprzężenie od wielkości wyjściowej wzbudnicy i drugiego stopnia wzmocnienia amplidyny do wejścia wzmacnia

cza magnetycznego zrealizowane za pomocą transformatorów sta

bilizacyjnych* Sprzężenie podatne wielkości wyjściowej pier

wszego stopnia wzmocnienia amplidyny z wejściem wzmacniacza magnetycznego wykonano łącząc uzwojenie sterujące, amplidyny z uzwojeniem sterującym wzmacniacza. Dla wersji B podatne sprzężenia zwrotne od napięcia wzbudzenia oraz napięcia am^

plidyny do wejścia wzmacniacza magnetycznego zrealizowano za pomocą dwu układów RC* Dzięki powyższym sprzężeniom regula

tor powyższy jest regulatorem typu PI (.proporcjonalno-cał

kującym)* Uproszczony schemat blokowy układu regulacji na

pięcia podaje rysunek 6*

Ry3o6* Uproszczony schemat blokowy układu regulacji napięcia (wersja B)

(8)

128 JoKubek, JoHickiewiez, KoPałka

4o Kcaroguff.dae.ia ezłor-u pomiarowego

Człon pomiarowo-porównawczy regulatora zasilany jest za pomocą przekładnika napięciowego., Uzależnienie poziomu na- pięcia generatora od prądu obciążenia w celu uzyskania pożą=

danego współczynnika statyzmu napięcia generatora dokonano za pomocą kompoundacji członu pomiarowo porównawczego prądem generatora pobieranym z przekładnika prądowego., Statyzację regulatora tznQ obniżenie poziomu napięcia w funkcji, prądu biernego generatora uzyskuje się za pomocą opornika nastaw- czego kompoundacjio Uzależnienie poziomu napięcia generatora od składowej czynnej prądu obciążenia otrzymuje się za pomo

cą zmiany zaczepów indukcyjności wzajemnej0

5o Dane regulatora

Samoczynny układ regulacji napięcia generatora synchro

nicznego rozwiązano w Katedrze Maszyn Elektrycznych w posta

ci regulatora transduktorowo-amplidynowegoo Może on być za

stosowany do generatorów synchronicznych o mocach od 2 MW do 100 MW wyposażonych we wzbudnicę główną obcowzbudną oraz podwzbudnicę*

Budowa i rozmieszczenie

Zespół wirujący ampiidyna i silnik napędowy może być umieszczony obok generatora lub w oddzielnym pomieszczeniu«

Fotografię zespołu ustawionego w maszynowni obok generator przedstawia rysunek 7« Człon pomiarowo porównawczy wzmac^

niacz magnetyczny, układ kompoundacji członu pomiarowego, oraz człony stabilizacyjne mieszczą się w oddzielnej obudowie umieszczonej na typowej tablicy przekaźnikowej znajdującej

się w pomieszczeniach nastawni« Widok tego zestawu (dla wersji B) ze zdjętą obudową przedstawia fotografia na ry

sunku 8o Ponadto na tej samej tablicy umieszczone są dodat

kowe elementy regulatora, oporniki, stycznik i przekaźnik potrzebne do rozruchu zespołu wirującego.. Przełącznik regu

lacji Mręczna°automatycznaw i opornik nastawczy regulacji automatycznej umieszczone są na pulpicie generatora..

(9)

Rys.7«' Amplidyna i silnik napędowy umieszczone obok genera

tora

Dane techniczne

Zasilanie członu pomiarowo=>porównawczego z przekładników napięciowych napięciem 100 V, pobór mocy do 100 VA, oraz prądem 5A z przekładników prądowych pobór mocy do 15 VA.

Napęd amplidyny rozwiązano w dwu wersjach:

a) przy pomocy silnika asynchronicznego zasilanego z po

trzeb własnych generatora 0,4 kV,

b) przy pomocy bocznikowego silnika prądu stałego zasila

nego z podwzbudnicy napięciem 220 V,

Moc amplidyny i silnika napędowego zależna jest od mocy generatora*.

Nieczułośó na zmiany częstotliwości Kompoundacja członu pomiarowego

od składowej biernej prądu w granicach — 15%

od składowej czynnej prądu w granicach — 10%

(10)

130 J.Kubek, I«Hickiewlcz, E. Pałka

i

(11)

Układ samoczynnej regulacji napięcia turbogeneratorów 1^1

(12)

132 J.Kubek, c.Hickiewicz, 8»Pałka

«

Rys,10

(13)

Układ saaoczynntj regulacji napięcia turboganeratar6« 133

Rys.11

(14)

134 ¿•fixbek, J.Hickieniex, B^Psfck*

a

i

I

! 4

<«0 V-'

II

CL

5:

03 st»

- n Qy

Rys.12

(15)

Możliwość bezzakłóceniowego przejścia z regulacji ręcznej na automatyczną i odwrotnie»

Konserwacja

Regulator w zasadzie nie wymaga konserwacji, jedynie na

leży okresowo sprawdzić stan szczotek i komutatora amplidyny.

Omówiony regulator w wersji B (z członami stabilizacyj

nymi wykonanymi w postaci układu RC) został zamontowany na generatorze o danych = 55 MM", 1^ = 3750 A, = 10650, cos tp = 0,8, f = 50 Hz, 3000 obr/min, Xd = 200%, Xd = -20,3%»

wzbudnica główna o danych 240 kW, 440 V, 617 A, 3000 obr/min

wzbudzenie wzbudnicy głównej 220 V, 7A

wzbudnica pomocnicza 2,5 kW, 220 V, 11,4 A, 3000 obr/min amplidyna typu PVYH a 3b o danych 2,3 kW, 230 V, 10,0 A, 1500 obr/min»

Napęd amplidyny silnikiem asynchronicznym zasilanym z potrzeb własnych*

Typowe próby dynamiczne zamkniętego układu regulacji:

1) 10% skokowa zmiana nastawienia poziomu napięcia przy biegu jałowym generatora,

2) wzbudzenie generatora z regulatorem od napięcia rema

nentu do napięcia biegu jałowego,

3) wyłączenie znamionowej mocy biernej (ind) generatora przedstawiają oscylogramy na rys«5, 10, 11, 12* Charaktery

styczne wielkości przebiegów regulacyjnych, wyznaczone na podstawie powyższych oscylogramów podane są w formie tabela

rycznej pod odpowiednimi rysunkamio Czasy regulacji zgodnie z powyższymi cscylogramami, określone przez ostatnie (w tym przypadku pierwsze; przecięcie przebiegu napięcia generatora z konturem tzw» małych odchyłek regulacyjnych (— 1,5%) poda

ne są w odpowiednich tabelacho

6 0 Pomiary

(16)

136 JcKubek9 J^Hickiewicz» E&Pałka

LITERATURA

[1] W.L, i n o s c w, LoWo C u k i e r n i ks Rompoundiro- wanije i elektromagnitnyj korrektor naprjazema sin-

chronnych gienieratorow,, Moskwa 1931 o

[2] Wo K o ł e k;Praca generatora w systemie elektroenerge- tycznym« Warszawa FWT 1335*

[3] W • P a s z e k: Podstawowe własności nowoczesnych samb- czynnych regulatorów napięcia generatorów synchronicznycho Zeszyt Naukowy Polo śi0 Elektryka 3»

W

V / o P a s z e k: Sposoby powiększania prędkości regulacji napięcia generatorów synchronicznycho Archiwum Automaty- lei i Telemechaniki 2/óQ0

[5] Wo P a s z e kr Transformator różniczkujący i stabiiize*

cyjny w układzie samoczynnej regulacji napięcia genera

tora synchronicznegOo Archiwum Automatyki i Telemechani

ki 4/60*

W

O d o Ś o ł o w i e w; Awtomatizaoja energeticzeskich si=

stem0 Moskwa 19360

[7] G0F0 S t o r m: Magnitnyje ustitelio Moskwa 1S57o Tłu

macz. z angieiskiegOo

So .. ę g r z y n (red)s Podstawy automatykio PWN I9b0c

(17)

CylCTEMA. AJ3TOMAOTiECKO0 PST/JMPOBKH HAIIPHKEHMH TYPEOPEHEPATOPA

HpHBejieH n p H H m i n AeiicTBHHj K O H C T p y K U H H h T e x - HZ^ecKiie j],aHHB!e TpaHC,5yKTopHO-aMnjniflHHOBoro b b t o- M a T H ^ e c K o r o p e r y j m T o p a HanpH&eraiH c H H x p o H H o r o r e - HepaTopa, BHnoJiHeHHoro b

Kaćbejipe

SjieKTpoManmH Ch- jie3CKoro IIo.7niTexHHaecKoro M H C T H T y T a ç a Taiace p a 3 - HHe c n o c o ó H p e m e H H H

npnBO.ua

a m m O T H a o Y k a 3 a H H x a p a K T e p H H e p a 3 M e p n peryjrapoBOHHHX upoueccoB,

onpe^eJieHHBUC na o c H O B a m i H npe^CTaBJieHHHX o c u h j i j i o- rpaMM.

:.E DISPOSITIF DE LA REGULATION AUTOMATIQUE DE LA TENSION DES TURBC-GÉEÉRATEURS

On a discuté le principe du fonctionnement la construc

tion et les données techniques d’un régulateur automatique type "transducteur-amplidyne" de la tension, pour las géné

rateurs synchrones, exécutés par la Chaire des Machines Electriques de l’École Polytechnique de Silésie.

Or; a discuté de différents moyens de dénouer le problème de commande de l’amplidyne. On a donné les dimensions carac

téristiques des processus de régulation indiquées eu se ba

sant sur les oscillogrammeso