I fiumi in natura anu tutti una certa pendenza. L'acqua scorre longu u lettu di u fiume sottu l'azione di a gravità. L'acqua à alta quota cuntene una energia potenziale abbundante. Cù l'aiutu di strutture idrauliche è apparecchiature elettromeccaniche, l'energia di l'acqua pò esse cunvertita in energia elettrica, vale à dì, generazione di energia idroelettrica. U principiu di a generazione di energia idroelettrica hè a nostra induzione elettromagnetica, vale à dì, quandu un cunduttore taglia e linee di flussu magneticu in un campu magneticu, genererà corrente. Trà elle, u "muvimentu" di u cunduttore in u campu magneticu hè ottenutu da u flussu d'acqua chì impatta a turbina per cunvertisce l'energia di l'acqua in energia meccanica rotazionale; è u campu magneticu hè guasi sempre furmatu da a corrente d'eccitazione generata da u sistema d'eccitazione chì scorre attraversu l'avvolgimentu di u rotore di u generatore, vale à dì, u magnetismu hè generatu da l'elettricità.
1. Chì ghjè u sistema d'eccitazione ? Per realizà a cunversione d'energia, u generatore sincronu hà bisognu di un campu magneticu DC, è a corrente DC chì genera stu campu magneticu hè chjamata corrente d'eccitazione di u generatore. In generale, u prucessu di furmazione di un campu magneticu in u rotore di u generatore secondu u principiu di l'induzione elettromagnetica hè chjamatu eccitazione. U sistema d'eccitazione si riferisce à l'equipaggiu chì furnisce a corrente d'eccitazione per u generatore sincronu. Hè una parte impurtante di u generatore sincronu. In generale, si compone di duie parti principali: l'unità di putenza d'eccitazione è u regulatore d'eccitazione. L'unità di putenza d'eccitazione furnisce a corrente d'eccitazione à u rotore di u generatore sincronu, è u regulatore d'eccitazione cuntrolla l'uscita di l'unità di putenza d'eccitazione secondu u signale d'entrata è i criteri di regulazione dati.
2. Funzione di u sistema d'eccitazione U sistema d'eccitazione hà e seguenti funzioni principali: (1) In cundizioni nurmali di funziunamentu, furnisce a corrente d'eccitazione di u generatore, è aghjusta a corrente d'eccitazione secondu a lege data secondu a tensione di u terminale di u generatore è e cundizioni di carica per mantene a stabilità di a tensione. Perchè a stabilità di a tensione pò esse mantenuta aghjustendu a corrente d'eccitazione? Ci hè una relazione apprussimativa trà u putenziale induttu (vale à dì u putenziale senza carica) Ed di l'avvolgimentu di u statore di u generatore, a tensione di u terminale Ug, a corrente di carica reattiva Ir di u generatore, è a reattanza sincrona longitudinale Xd:
U putenziale induttu Ed hè proporzionale à u flussu magneticu, è u flussu magneticu dipende da a magnitudine di a corrente d'eccitazione. Quandu a corrente d'eccitazione ferma invariata, u flussu magneticu è u putenziale induttu Ed fermanu invariati. Da a formula sopra, si pò vede chì a tensione terminale di u generatore diminuirà cù l'aumentu di a corrente reattiva. Tuttavia, per risponde à i requisiti di l'utente per a qualità di l'energia, a tensione terminale di u generatore deve rimanere basicamente invariata. Ovviamente, u modu per ottene questu requisitu hè di aghjustà a corrente d'eccitazione di u generatore mentre a corrente reattiva Ir cambia (vale à dì, u caricu cambia). (2) Sicondu e cundizioni di caricu, a corrente d'eccitazione hè aghjustata secondu una regula data per aghjustà a putenza reattiva. Perchè hè necessariu aghjustà a putenza reattiva? Parechji apparecchi elettrici funzionanu basatu annantu à u principiu di l'induzione elettromagnetica, cum'è trasformatori, motori, macchine di saldatura, ecc. Si basanu tutti nantu à a creazione di un campu magneticu alternatu per cunvertisce è trasferisce energia. A putenza elettrica necessaria per stabilisce un campu magneticu alternatu è un flussu magneticu induttu hè chjamata putenza reattiva. Tutti l'apparecchi elettrici cù bobine elettromagnetiche cunsumanu putenza reattiva per stabilisce un campu magneticu. Senza putenza reattiva, u mutore ùn girarà micca, u trasformatore ùn serà micca capace di trasfurmà a tensione, è parechji apparecchi elettrici ùn funzioneranu micca. Dunque, a putenza reattiva ùn hè micca una putenza inutile. In circustanze nurmali, l'apparecchi elettrici ùn solu ottenenu putenza attiva da u generatore, ma anu ancu bisognu di ottene putenza reattiva da u generatore. Se a putenza reattiva in a rete elettrica hè scarsa, l'apparecchi elettrici ùn averanu micca abbastanza putenza reattiva per stabilisce un campu elettromagneticu nurmale. Allora questi apparecchi elettrici ùn ponu micca mantene u funziunamentu nominale, è a tensione terminale di l'apparecchi elettrici calerà, affettendu cusì u funziunamentu nurmale di l'apparecchi elettrici. Dunque, hè necessariu aghjustà a putenza reattiva secondu u caricu attuale, è a putenza reattiva in uscita da u generatore hè ligata à a magnitudine di a corrente d'eccitazione. U principiu specificu ùn serà micca elaboratu quì. (3) Quandu si verifica un accidente di cortocircuitu in u sistema di putenza o altre ragioni causanu una seria calata di a tensione terminale di u generatore, u generatore pò esse eccitatu forzatamente per migliurà u limite di stabilità dinamica di u sistema di putenza è a precisione di l'azione di prutezzione di u relè. (4) Quandu a sovratensione di u generatore si verifica per via di una perdita di carica improvvisa è altre ragioni, u generatore pò esse smagnetizatu forzatamente per limità l'aumentu eccessivu di a tensione di u terminale di u generatore. (5) Migliurà a stabilità statica di u sistema di alimentazione. (6) Quandu si verifica un cortu circuitu fase-fase in u generatore è nantu à i so fili o a tensione di u terminale di u generatore hè troppu alta, a smagnetizazione hè effettuata rapidamente per limità l'espansione di l'accidentu. (7) A putenza reattiva di i generatori paralleli pò esse distribuita ragiunevolmente.
3. Classificazione di i sistemi d'eccitazione Sicondu u modu in cui u generatore ottiene a corrente d'eccitazione (vale à dì, u metudu di furnimentu di l'alimentazione d'eccitazione), u sistema d'eccitazione pò esse divisu in eccitazione esterna è autoeccitazione: a corrente d'eccitazione ottenuta da altre alimentazione hè chjamata eccitazione esterna; a corrente d'eccitazione ottenuta da u generatore stessu hè chjamata autoeccitazione. Sicondu u metudu di rettificazione, pò esse divisu in eccitazione rotativa è eccitazione statica. U sistema d'eccitazione statica ùn hà micca una macchina d'eccitazione speciale. S'ellu ottiene a putenza d'eccitazione da u generatore stessu, hè chjamata eccitazione statica d'autoeccitazione. L'eccitazione statica d'autoeccitazione pò esse divisa in eccitazione autoparallela è eccitazione autocumposta.
U metudu d'eccitazione u più cumunimenti utilizatu hè l'eccitazione statica d'eccitazione autoparallela, cum'è mostratu in a figura sottu. Ottene a putenza d'eccitazione attraversu u trasformatore raddrizzatore cunnessu à a presa di u generatore, è furnisce a corrente d'eccitazione di u generatore dopu a rettifica.
Schema di cablaggio di u sistema di eccitazione di raddrizzatore staticu di eccitazione autoparallela
U sistema d'eccitazione statica autoparallela hè custituitu principalmente da e seguenti parti: trasformatore d'eccitazione, raddrizzatore, dispositivu di smagnetizazione, controller di regulazione è dispositivu di prutezzione di sovratensione. Queste cinque parti cumpletanu rispettivamente e seguenti funzioni:
(1) Trasformatore d'eccitazione: Riduce a tensione à l'estremità di a macchina à una tensione chì currisponde à u raddrizzatore.
(2) Raddrizzatore: Hè u cumpunente principale di tuttu u sistema. Un circuitu di ponte trifase cumpletamente cuntrullatu hè spessu adupratu per compie u compitu di cunversione da AC à DC.
(3) Dispositivu di smagnetizazione: U dispusitivu di smagnetizazione hè custituitu da duie parte, vale à dì l'interruttore di smagnetizazione è a resistenza di smagnetizazione. Stu dispusitivu hè rispunsevule di a rapida smagnetizazione di l'unità in casu d'accidente.
(4) Controller di regulazione: U dispusitivu di cuntrollu di u sistema d'eccitazione cambia a corrente d'eccitazione cuntrullendu l'angulu di conduzione di u tiristore di u dispusitivu raddrizzatore per ottene l'effettu di regulà a putenza reattiva è a tensione di u generatore.
(5) Prutezzione da sovratensione: Quandu u circuitu di u rotore di u generatore hà una sovratensione, u circuitu hè attivatu per cunsumà l'energia di sovratensione, limità u valore di sovratensione è prutege l'avvolgimentu di u rotore di u generatore è i so equipaggiamenti cunnessi.
I vantaghji di u sistema d'eccitazione statica autoparallela sò: struttura simplice, menu equipaggiamentu, bassu investimentu è menu manutenzione. U svantaghju hè chì quandu u generatore o u sistema hè in cortu circuitu, a corrente d'eccitazione sparirà o diminuirà assai, mentre chì a corrente d'eccitazione duveria esse aumentata assai (vale à dì eccitazione furzata) in questu mumentu. Tuttavia, cunsiderendu chì e grande unità muderne utilizanu principalmente barre collettrici chjuse, è e rete elettriche d'alta tensione sò generalmente dotate di prutezzione rapida è alta affidabilità, u numeru di unità chì utilizanu questu metudu d'eccitazione hè in crescita, è questu hè ancu u metudu d'eccitazione raccomandatu da i regulamenti è e specifiche. 4. Frenatura elettrica di l'unità Quandu l'unità hè scaricata è spenta, una parte di l'energia meccanica hè immagazzinata per via di l'enorme inerzia rotazionale di u rotore. Questa parte di l'energia pò esse cumpletamente fermata solu dopu esse cunvertita in energia termica di attritu di u cuscinettu di spinta, di u cuscinettu di guida è di l'aria. Siccomu a perdita di attritu di l'aria hè proporzionale à u quadratu di a velocità lineare di a circunferenza, a velocità di u rotore diminuisce assai rapidamente à u principiu, è dopu resterà inattiva per un bellu pezzu à bassa velocità. Quandu l'unità funziona per un bellu pezzu à bassa velocità, a boccola di spinta pò brusgià perchè a pellicola d'oliu trà a piastra di u specchiu sottu à a testa di spinta è a boccola di u cuscinettu ùn pò esse stabilita. Per questa ragione, durante u prucessu di spegnimentu, quandu a velocità di l'unità scende à un certu valore specificatu, u sistema di frenata di l'unità deve esse messu in usu. A frenata di l'unità hè divisa in frenata elettrica, frenata meccanica è frenata cumminata. A frenata elettrica consiste à cortocircuità u statore di u generatore trifase à l'uscita di a macchina dopu chì u generatore hè disaccoppiatu è smagnetizatu, è aspittà chì a velocità di l'unità scenda à circa 50% à 60% di a velocità nominale. Attraversu una seria d'operazioni logiche, a putenza di frenata hè furnita, è u regulatore d'eccitazione passa à a modalità di frenata elettrica per aghjunghje corrente d'eccitazione à l'avvolgimentu di u rotore di u generatore. Siccomu u generatore gira, u statore induce una corrente di cortocircuitu sottu l'azione di u campu magneticu di u rotore. A coppia elettromagnetica generata hè ghjustu opposta à a direzzione inerziale di u rotore, chì ghjoca un rolu di frenata. In u prucessu di realizazione di a frenata elettrica, l'alimentazione di frenata deve esse furnita esternamente, ciò chì hè strettamente ligatu à a struttura di u circuitu principale di u sistema di eccitazione. Diversi modi per ottene l'alimentazione di eccitazione di u frenu elettricu sò mostrati in a figura sottu.
Diversi modi per ottene l'alimentazione di eccitazione di u frenu elettricu
In u primu modu, u dispusitivu d'eccitazione hè un metudu di cablaggio d'eccitazione autoparallelu. Quandu l'estremità di a macchina hè in cortu circuitu, u trasformatore d'eccitazione ùn hà micca alimentazione. L'alimentazione di frenata vene da un trasformatore di frenata dedicatu, è u trasformatore di frenata hè cunnessu à l'alimentazione di a centrale. Cum'è mintuvatu sopra, a maiò parte di i prughjetti idroelettrici utilizanu un sistema d'eccitazione di raddrizzatore staticu d'eccitazione autoparallelu, è hè più ecunomicu aduprà un ponte raddrizzatore per u sistema d'eccitazione è u sistema di frenata elettrica. Dunque, questu metudu per ottene l'alimentazione di eccitazione di u frenata elettrica hè più cumunu. U flussu di travagliu di frenata elettrica di questu metudu hè u seguente:
(1) L'interruttore di circuitu di presa di l'unità hè apertu è u sistema hè disaccoppiatu.
(2) L'avvolgimentu di u rotore hè smagnetizatu.
(3) L'interruttore di putenza nant'à u latu secundariu di u trasformatore d'eccitazione hè apertu.
(4) L'interruttore di cortocircuitu di u frenu elettricu di l'unità hè chjusu.
(5) L'interruttore di putenza nant'à u latu secundariu di u trasformatore di frenu elettricu hè chjosu.
(6) U tiristore di u ponte raddrizzatore hè attivatu per cunduce, è l'unità entra in u statu di frenu elettricu.
(7) Quandu a velocità di l'unità hè zero, u frenu elettricu hè liberatu (s'ellu si usa a frenata cumminata, quandu a velocità righjunghji u 5% à u 10% di a velocità nominale, si applica a frenata meccanica). 5. Sistema d'eccitazione intelligente A centrale idroelettrica intelligente si riferisce à una centrale idroelettrica o à un gruppu di centrali idroelettriche cù digitalizazione di l'infurmazioni, rete di cumunicazione, standardizazione integrata, interazione cummerciale, ottimizazione di l'operazione è presa di decisioni intelligente. E centrale idroelettriche intelligenti sò divise verticalmente in stratu di prucessu, stratu di l'unità è stratu di cuntrollu di stazione, utilizendu una struttura di rete à 3 strati è 2 strati di rete di strati di prucessu (rete GOOSE, rete SV) è rete di strati di cuntrollu di stazione (rete MMS). E centrale idroelettriche intelligenti anu bisognu di esse supportate da apparecchiature intelligenti. Cum'è u sistema di cuntrollu principale di u gruppu generatore di turbine idroelettriche, u sviluppu tecnologicu di u sistema d'eccitazione ghjoca un rolu impurtante di supportu in a custruzzione di centrale idroelettriche intelligenti.
In e centrale idroelettriche intelligenti, in più di compie i travaglii basi cum'è l'avviamentu è l'arrestu di u gruppu generatore di turbine, l'aumentu è a diminuzione di a putenza reattiva, è l'arrestu d'emergenza, u sistema d'eccitazione deve ancu esse capace di risponde à e funzioni di modellazione di dati è di cumunicazione IEC61850, è supportà a cumunicazione cù a rete di u stratu di cuntrollu di a stazione (rete MMS) è a rete di u stratu di prucessu (rete GOOSE è rete SV). U dispusitivu di u sistema d'eccitazione hè dispostu à u stratu unitariu di a struttura di u sistema di a centrale idroelettrica intelligente, è l'unità di fusione, u terminale intelligente, l'unità di cuntrollu ausiliaria è altri dispusitivi o equipaggiamenti intelligenti sò disposti à u stratu di prucessu. A struttura di u sistema hè mostrata in a figura sottu.
Sistema d'eccitazione intelligente
L'urdinatore principale di u stratu di cuntrollu di stazione di a centrale idroelettrica intelligente risponde à i requisiti di a norma di cumunicazione IEC61850, è manda u signale di u sistema d'eccitazione à l'urdinatore principale di u sistema di monitoraghju attraversu a rete MMS. U sistema d'eccitazione intelligente deve esse capace di cunnette si cù a rete GOOSE è i switch di rete SV per raccoglie dati à u stratu di prucessu. U stratu di prucessu richiede chì i dati emessi da CT, PT è cumpunenti lucali sianu tutti in forma digitale. CT è PT sò cunnessi à l'unità di fusione (i trasformatori elettronichi sò cunnessi da cavi ottici, è i trasformatori elettromagnetichi sò cunnessi da cavi). Dopu chì i dati di corrente è tensione sò digitalizzati, sò cunnessi à u switch di rete SV via cavi ottici. I cumpunenti lucali devenu esse cunnessi à u terminal intelligente via cavi, è i signali di switch o analogichi sò cunvertiti in signali digitali è trasmessi à u switch di rete GOOSE via cavi ottici. Attualmente, u sistema d'eccitazione hà basicamente a funzione di cumunicazione cù a rete MMS di u stratu di cuntrollu di stazione è a rete GOOSE/SV di u stratu di prucessu. In più di rispettà l'interazzione di l'infurmazioni di rete di u standard di cumunicazione IEC61850, u sistema d'eccitazione intelligente deve ancu avè un monitoraghju in linea cumpletu, una diagnosi intelligente di i guasti è un funziunamentu è una manutenzione di prova cunvenienti. L'effettu di e prestazioni è di l'applicazione di u dispusitivu d'eccitazione intelligente cumpletamente funzionale deve esse testatu in future applicazioni ingegneristiche reali.
Data di publicazione: 09-ott-2024
