книги из ГПНТБ / Шубенко, В. А. Использование синхронных генераторов электрических станций в качестве синхронных компенсаторов учебное пособие

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР КРАСНОЯРСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

В. А. ШУБЕНКО

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

В КАЧЕСТВЕ СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

(Учебное пособие)

КРАСНОЯРСК, 1974

Определяются условия, при которых синхронные гене­ раторы (СГ) электрических станций используются для работы в режиме синхронного компенсатора (СК).

Рассмотрены применяемые способы и принципиальные схемы перевода СГ в режим СК.

Излагаются аналитический и графоаналитический ме­ тоды расчета располагаемой реактивной мощности СГ, работающего со сниженной активной нагрузкой, в том чи­ сле при отсутствии активной нагрузки (в режиме СК). На основании характеристик СГ даны методика и формулы

.для расчета тока возбуждения СГ, работающего с задан­ ной нагрузкой и в режиме СК.

Дан пример расчета экономического результата, полу­ чаемого при работе СГ Черногорской ТЭЦ (система Крас­ ноярскэнерго) в режиме СК.

Красноярский политехнический институт, 1974 г.

1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПЕРЕВОДА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

В РЕЖИМ РАБОТЫ СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА

Синхронные генераторы (СГ) электростанций работают в режиме синхронного компенсатора (СК) для производства реактивной мощности (РМ) в электроэнергетической системе, имеющей достаточный резерв активной мощности, или в те­ чение части периода суток при сниженных активных нагруз­ ках потребления, когда часть генераторов остановлена.

В зимний период на ГЭС из-за малых притоков воды ра­ ботают не все генераторы, и (при наличии дефицита РМ в си­ стеме, а также при возможности передачи ее от ГЭС в пунк­ ты потребления С Г используются в режиме СК. СГ тепловых электрических станций также используются в режиме СК.

В некоторых случаях, при минимальных нагрузках, оста­ новка СГ с отключением от системы нежелательна по усло­ виям действия релейной защиты или ограничений количества коммутациоиных онераций.

Развитие энергетики сопровождается сооружением мощ­ ных электрических станций с крупными и высокоэкономич­ ными агрегатами, при этом мелкие электростанции, введен­ ные в действие в прошлые годы, с высокой себестоимостью производства электроэнергии могут быть остановлены. В ря­ де случаев СГ таких станций переводят в режим работы С К. При этом снижаются потери активной мощности и энергии в питающих сетях, а также повышается коэффициент мощно­ сти в пунктах, связывающих сетевой район с системой.

Ротор СГ, работающего в качестве СК, приводится во вра­ щение за счет напряжения сети. В зависимости от величины тока возбуждения СК может потреблять ток, отстающий по фазе от напряжения сети (недовозбуждение) или потреблять опережающий ток (перевозбуждение).

3

2. СПОСОБЫ ПЕРЕВОДА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

В РЕЖИМ РАБОТЫ СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА

П е р е в о д СГ в р е ж и м GK б е з о т с о е д и н е н и я от т у р б и н ы . Данный метод не исключает участия СГ в покрытии активной нагрузки. Перевод таким способом гидро­ агрегатов в режим СК « обратно в генераторный производит­ ся сравнительно быстро и просто. Поэтому использование ги­ дрогенераторов в режиме <Ж получило довольно широкое распространение. Опыт перевода и использование паротурбогенераторов в режиме СК без отсоединения генератора от тур­ бины пока еще мал. На ТЭС среднего давления перевод тур­ богенераторов в режим СК без отсоединения турбины прохо­ дит успешно, но для этого необходимо в каждом конкретном случае проводить исследование режима перевода и осущест­ влять вентиляцию проточной части паровых турбин. На ТЭС высокого давления такие исследования не проводили.

П е р ев од С Г в р е ж и м СК с и с п о л ь з о в а н и е м р а с щ е п л я ю щ е й му фт ы . Для работы СГ в режиме GK без отсоединения турбины требуется расход пара на вентиля­ цию и электроэнергии на вращение ротора турбины. Во избе­ жание этих расходов используют расцепляющую муфту, по­ зволяющую на ходу отсоединить генератор от турбины. Опыт­ ный образец такой муфты находится в эксплуатации на тур­ богенераторе мощностью 30 МВт. Муфта, действующая по принципу храпового соединения, дает возможность пустить генератор с помощью турбины и после синхронизации гене­ ратора отключить турбину. Генератор остается в работе в ка­ честве СК.

Благодаря расцепляющей муфте уменьшаются потери мощ­ ности в агрегате и устраняются трудности пуска генератора, но не обеспечивается участие турбогенератора в суточном ре­ гулировании активной мощности. Для обратного перевода агрегата в генераторный режим требуется восстановить же­ сткое соединение валов, на что расходуется значительное вре­ мя.

П е р е в о д СГ в р е ж и м СК с о т с о е д и н е н и е м от т у р б и н ы . Пуск СГ без собственной турбины связан с не­ которыми затруднениями, в основном связанными с создани­ ем пусковой схемы. Так как на станциях нет специального оборудования для пуска СК, то для включения в работу СГ без турбины создают временную пусковую схему.

Перевод турбогенераторов в режим СК с отсоединением

4

их от турбины применяется довольно широко. Недостатком такого режима работы ОГ является то, что при этом генера­ торы нельзя использовать для участия в покрытии максималь­ ных нагрузок энергосистемы. Наибольшее распространение получили частотный и асинхронный способы пуска.

( Способ ч а с т о т н о г о п у с к а заключается в одновре­ менном пуске двух предварительно возбужденных СГ, один из которых (ведомый) отключен от турбины, а второй (веду­ щий) — развертывается до нормального числа оборотов соб­ ственной турбиной с ведомым ОГ.

Для перевода СГ в режим СК создают временную пуско­ вую схему. В исходном предпусковом положении ведомый и ведущий СГ включены на свободную систему шин, ток воз­ буждения в обмотках их роторов подводят от раздельных ис­ точников постоянного тока. После пуска энергоносителя в тур­ бину ведущего генератора происходит плавное развертывание его (ротора. При этом увеличиваются с нуля угловая часто­ та со и напряжение статора ведущего генератора Uj, под дей­ ствием которого в ведомом СГ возникает вращающийся маг­ нитный поток. За счет взаимодействия этого потока с магнит­ ным 'полем ротора создается вращающий момент ротора ве­ домого СГ.

До момента трогапия ротора ведомого генератора угловая частота coi является частотой скольжения двух генераторов. От ее величины зависят электромагнитный момент и мощ­ ность, с которыми ведущий генератор действует на ротор ве­ домого. При этом можно представить момент М и мощность Р двумя составляющими — синхронной и асинхронной:

Асинхронная составляющая мощности Рас зависит от па­ раметров ведомого 'генератора, характеризующих его как асинхронную машину, напряжения Ui статора ведущего ге­ нератора и от скольжения з. Мощность Рас определяют так же, как и мощность асинхронного двигателя:

2 - 2

2—3

Величина асинхронного момента при первых оборотах ве­ дущего генератора мала, так как малы напряжение, ток ста-

тора и частота скольжения. С увеличением скорости враще­ ния ведущего генератора момент быстро увеличивается. В явно1полюсных генераторах, не имеющих успокоительной об­ мотки, момент мал и при большом скольжении.

Асинхронный пуск ведомого генератора представляет не­ которую опасность для ротора, так как большие вихревые токи, возникающие в демпферных контурах, могут вызвать недоспутимый нагрев успокоительной обмотки и стали рото­ ра.

■Синхронная составляющая мощности Рс зависит от па­ раметров обоих генераторов, от их тока возбуждения и угла между роторами. Комплексное выражение синхронной мощ­ ности генератора равно произведению сопряженного вектора тока статора / на вектор ЭДС генератора Е. Для ведущего СГ

и для ведомого генератора

Токи в обмотках статора ведомого и ведущего генерато­ ров при их вращении определяют из выражения

Взаимное сопротивление z равно сумме сопротивлений статоров первого и второго генераторов и трансформаторов в пусковой цепи (если они имеются).

При первых оборотах ведущего генератора угловая час­ тота ©1 близка к нулевому значению. Поэтому практически можно считать сопротивление всей цепи чисто активным:

z = R +jX ^R .

Обозначим угол между векторами ЭДС Е\ и Е2 через 0 и направление вектора Е2 примем совпадающим с осью дейст­ вительных величин. Тогда выражение 2—7 примет вид

6

асинхронный момент. В этом случае может произойти асин­ хронный пуск, допустимость которого по нагреву ротора ве­ домого генератора должна быть проверена.

•Потребность в пуске генераторов, отсоединенных от тур­ бин, возникает на многих ГЭС ,и ТЭС, но не на всех станциях имеется достаточное количество резервных элементов для то­ го, чтобы собрать схему частотного пуска. В связи с этим за­ служивает внимания опыт станций по упрощению пусковой схемы. На многих станциях имеется лишь один резервный воз­ будитель. В этом случае пуск можно осуществить по схеме с одним возбудителем. Схема, с одним возбудителем исполь­

схеме с одним возбудителем было использовано регулируемое сопротивление в виде пускового сопротивления от асинхрон­ ного двигателя с фазным ротором. Можно использовать для этой цели и нерегулируемое сопротивление, если подходит его величина.

В связи с тем, что турбогенераторы имеют мощные демп­ ферные контуры в массе ротора, пуск может быть выполнен и без регулировочного сопротивления за счет асинхронного мо­

стотном пуске, но с возбуждением генераторов от своих воз­ будителей. Ведущий генератор вращается с номинальной ско­ ростью'при пониженном напряжении статора U i^0,5U Hr, ко­ торое уточняется расчетом по допустимой кратности пусково­ го тока статора генератора.

На ведомом генераторе перед пуском включают автомат гашения поля (АПГ) (то есть обмотку ротора замыкает на якорь), автоматический регулятор возбуждения (АРВ) отклю­ чают, реостаты в цепи возбуждения устанавливают в положе­ ние, соответствующее напряжению 0,5UHr, после чего вклю­ чают выключатель ведомого генератора. Происходит асин­ хронный пуск генератора при пониженном напряжении ана­ логично автотрансформаторному пуску СК. Однако при таком способе пуска возникают значительные механические усилия в генераторе, поэтому допустимость асинхронного пуска гене­ раторов при пониженном напряжении нужно проверять..

8

iB условиях эксплуатации .производили асинхронный безреакторный пуск СГ типа Т2-6-2 7500 кВА для работы в ре­ жиме СК. Частотный пуск в рассматриваемом случае не мог быть осуществлен, так как отсутствовала возможность пере­ вода генераторов на независимое возбуждение.

.Применялся асинхронный пуск от специально выделенно­ го турбогенератора без токоограничивающего вспомогатель­ ного оборудования. Подготовка пуска, включая сборку опера­ тивной схемы, занимает около 2 часов. Пуск выполняли от вспомогательного генератора мощностью 5000 кВА, работа­ ющего на холостом ходу с номинальной скоростью. Пускае­ мый генератор включали с обмоткой ротора, замкнутой на якорь возбудителя при действующем АГП. Подвижный кон­ такт реостата возбуждения устанавливали в такое положение, при котором возбуждение пускаемого генератора, работающе­ го с номинальной скоростью, соответствовало 0,9 номиналь­ ного напряжения на холостом ходу. Напряжение специально выделенного .вспомогательного генератора устанавливали рав­ ным 0,25 UIir, после чего к нему подключали .пускаемый гене­ ратор. Постепенным увеличением тока возбуждения вспомо­ гательного генератора напряжение, по мере повышения ско­ рости вращения пускаемого генератора, поднималось до но­ минального. Подъем напряжения в целях сокращения време­ ни пуска осуществляли с максимальной скоростью, но при этом контролировали пусковой ток статора менее мощного генератор а-так, чтобы он не превышал двойного номинально­ го тока. Контроль .за токами генераторов вели по щитовым приборам. Пускаемый генератор вошел в синхронизм через 70 сек., после присоединения его к вспомогательному гене­ ратору. Во время пуска осциллографировали токи в обмотках статора и ротора пускаемого СГ. Результаты измерений при­ ведены в табл. 1.

Данный способ перевода СГ в режим работы СК при вы­ деляемых генераторах может быть распространен на все ге­ нераторы, для которых заводом-изготовителем допускается асинхронный .пуск, например, на все генераторы серии Т2 мощностью до 12 MBA включительно.

произвести пуск генератора, отсоединенного>от турбины по известным методам не представлялось возможным. На ТЭЦ установлено два турбогенератора мощностью по 6 МВТ. По­ скольку один агрегат находится в работе, .покрывая часть

9