Naturako ibai guztiek malda jakin bat dute. Ura ibaiertzean zehar isurtzen da grabitatearen eraginez. Altuera handiko urak energia potentzial ugari dauka. Egitura hidraulikoen eta ekipamendu elektromekanikoen laguntzarekin, uraren energia energia elektriko bihur daiteke, hau da, energia hidroelektrikoa sortzea. Energia hidroelektrikoa sortzearen printzipioa gure indukzio elektromagnetikoa da, hau da, eroale batek eremu magnetiko batean fluxu magnetikoaren lerroak mozten dituenean, korrontea sortuko du. Horien artean, eroalearen "mugimendua" eremu magnetikoan ur-fluxuak turbinari eragiten dionean lortzen da, uraren energia energia mekaniko birakari bihurtzeko; eta eremu magnetikoa ia beti sortzen da sorgailuaren errotore-harilketa zeharkatzen duen kitzikapen-sistemak sortutako kitzikapen-korronteak, hau da, magnetismoa elektrizitateak sortzen du.
1. Zer da kitzikapen-sistema? Energia-bihurketa gauzatzeko, sorgailu sinkronoak korronte zuzeneko eremu magnetiko bat behar du, eta eremu magnetiko hori sortzen duen korronte zuzenari sorgailuaren kitzikapen-korrontea deritzo. Oro har, indukzio elektromagnetikoaren printzipioaren arabera sorgailuaren errotorean eremu magnetiko bat sortzeko prozesuari kitzikapena deritzo. Kitzikapen-sistemak sorgailu sinkronoari kitzikapen-korrontea ematen dion ekipamendua adierazten du. Sorgailu sinkronoaren zati garrantzitsua da. Oro har, bi zati nagusi ditu: kitzikapen-potentzia-unitatea eta kitzikapen-erreguladorea. Kitzikapen-potentzia-unitateak kitzikapen-korrontea ematen dio sorgailu sinkronoaren errotoreari, eta kitzikapen-erreguladorea da kitzikapen-potentzia-unitatearen irteera kontrolatzen duena sarrera-seinalearen eta emandako erregulazio-irizpideen arabera.
2. Kitzikapen-sistemaren funtzioa Kitzikapen-sistemak funtzio nagusi hauek ditu: (1) Funtzionamendu-baldintza normaletan, sorgailuaren kitzikapen-korrontea hornitzen du, eta kitzikapen-korrontea doitzen du lege jakin baten arabera, sorgailuaren terminal-tentsioaren eta karga-baldintzen arabera, tentsio-egonkortasuna mantentzeko. Zergatik mantendu daiteke tentsio-egonkortasuna kitzikapen-korrontea doitzen? Gutxi gorabeherako erlazio bat dago sorgailuaren estatore-harilketaren Ed potentzial induzituaren (hau da, kargarik gabeko potentziala), Ug terminal-tentsioaren, sorgailuaren Ir karga-korronte erreaktiboaren eta Xd erreaktantzia sinkrono longitudinalaren artean:
Ed potentzial induzitua fluxu magnetikoarekiko proportzionala da, eta fluxu magnetikoa kitzikapen-korrontearen magnitudearen araberakoa da. Kitzikapen-korrontea aldatu gabe mantentzen denean, fluxu magnetikoa eta Ed potentzial induzitua aldatu gabe mantentzen dira. Goiko formulatik ikus daiteke sorgailuaren terminal-tentsioa gutxitu egingo dela korronte erreaktiboa handitzen den heinean. Hala ere, erabiltzailearen potentzia-kalitatearen eskakizunak betetzeko, sorgailuaren terminal-tentsioa funtsean aldatu gabe mantendu behar da. Jakina, eskakizun hori lortzeko modua sorgailuaren kitzikapen-korrontea doitzea da, Ir korronte erreaktiboa aldatzen den heinean (hau da, karga aldatzen den heinean). (2) Karga-baldintzen arabera, kitzikapen-korrontea arau jakin baten arabera doitzen da potentzia erreaktiboa doitzeko. Zergatik da beharrezkoa potentzia erreaktiboa doitzea? Ekipo elektriko askok indukzio elektromagnetikoaren printzipioan oinarrituta funtzionatzen dute, hala nola transformadoreek, motorrek, soldatzeko makinek, etab. Guztiek eremu magnetiko alterno baten ezarpenaren mende daude energia bihurtzeko eta transferitzeko. Eremu magnetiko alterno bat eta fluxu magnetiko induzitu bat ezartzeko behar den potentzia elektrikoari potentzia erreaktiboa deritzo. Bobina elektromagnetikoak dituzten ekipo elektriko guztiek potentzia erreaktiboa kontsumitzen dute eremu magnetiko bat ezartzeko. Potentzia erreaktiborik gabe, motorra ez da biratuko, transformadoreak ezingo du tentsioa eraldatu, eta ekipo elektriko askok ez dute funtzionatuko. Beraz, potentzia erreaktiboa ez da inola ere potentzia alferrikakoa. Egoera normaletan, ekipo elektrikoek ez dute potentzia aktiboa sorgailutik lortzen bakarrik, baita potentzia erreaktiboa sorgailutik ere. Sare elektrikoan potentzia erreaktiboa urria bada, ekipo elektrikoek ez dute nahikoa potentzia erreaktiboa izango eremu elektromagnetiko normal bat ezartzeko. Orduan, ekipo elektriko hauek ezin izango dute funtzionamendu nominala mantendu, eta ekipo elektrikoaren terminaleko tentsioa jaitsi egingo da, eta horrek ekipo elektrikoaren funtzionamendu normalean eragingo du. Beraz, potentzia erreaktiboa karga errealaren arabera doitzea beharrezkoa da, eta sorgailuak ematen duen potentzia erreaktiboa kitzikapen-korrontearen magnitudearekin erlazionatuta dago. Printzipio zehatza ez da hemen azalduko. (3) Zirkuitu labur bat gertatzen denean potentzia-sisteman edo beste arrazoi batzuek sorgailuaren terminaleko tentsioa larriki jaistea eragiten dutenean, sorgailua indarrez kitzikatu daiteke potentzia-sistemaren egonkortasun dinamikoaren muga eta errelearen babes-ekintzaren zehaztasuna hobetzeko. (4) Bat-bateko karga-galeraren eta beste arrazoi batzuen ondorioz sorgailuaren gaintentsioa gertatzen denean, sorgailua indarrez desmagnetizatu daiteke sorgailuaren terminaleko tentsioaren gehiegizko igoera mugatzeko. (5) Energia-sistemaren egonkortasun estatikoa hobetu. (6) Fase-faseko zirkuitulabur bat gertatzen denean sorgailuaren barruan eta bere kableetan edo sorgailuaren terminaleko tentsioa altuegia denean, desmagnetizazioa azkar egiten da istripuaren hedapena mugatzeko. (7) Paraleloan dauden sorgailuen potentzia erreaktiboa arrazoiz banatu daiteke.
3. Kitzikapen-sistemen sailkapena Sorgailuak kitzikapen-korrontea lortzeko moduaren arabera (hau da, kitzikapen-energia-iturriaren hornidura-metodoaren arabera), kitzikapen-sistema kanpoko kitzikapenean eta auto-kitzikapenean bana daiteke: beste energia-iturri batzuetatik lortutako kitzikapen-korronteari kanpoko kitzikapena deitzen zaio; sorgailutik bertatik lortutako kitzikapen-korronteari auto-kitzikapena deitzen zaio. Zuzenketa-metodoaren arabera, biraketa-kitzikapenean eta kitzikapen estatikoan bana daiteke. Kitzikapen-sistema estatikoak ez du kitzikapen-makina berezirik. Kitzikapen-energia sorgailutik bertatik lortzen badu, auto-kitzikapen-kitzikapen estatikoa deitzen zaio. Auto-kitzikapen-kitzikapen estatikoa auto-paraleloan eta auto-konposaketa-kitzikapenean bana daiteke.
Kitzikapen-metodorik erabiliena auto-paraleloan oinarritutako kitzikapen estatikoa da, beheko irudian agertzen den bezala. Kitzikapen-potentzia sorgailuaren irteerara konektatutako zuzentzaile-transformadorearen bidez lortzen du, eta zuzenketaren ondoren sorgailuaren kitzikapen-korrontea hornitzen du.
Auto-paraleloan kitzikatzen den zuzentzaile estatikoko kitzikapen-sistemaren kableatu-diagrama
Autoparaleloan kitzikapen estatikoko sistemak honako atal hauek ditu batez ere: kitzikapen-transformadorea, zuzentzailea, desmagnetizazio-gailua, erregulazio-kontrolagailua eta gaintentsioaren aurkako babes-gailua. Bost atal hauek, hurrenez hurren, funtzio hauek betetzen dituzte:
(1) Kitzikapen-transformadorea: Murriztu makinaren muturreko tentsioa zuzentzailearekin bat datorren tentsio batera.
(2) Zuzentzailea: Sistema osoaren osagai nagusia da. Hiru faseko zubi-zirkuitu guztiz kontrolatua erabili ohi da korronte alternotik korronte zuzeneko bihurketa-zeregina burutzeko.
(3) Desmagnetizazio gailua: Desmagnetizazio gailuak bi zati ditu, hots, desmagnetizazio etengailua eta desmagnetizazio erresistentzia. Gailu hau unitatearen desmagnetizazio azkarraren arduraduna da istripu baten kasuan.
(4) Erregulazio-kontrolagailua: Kitzikapen-sistemaren kontrol-gailuak kitzikapen-korrontea aldatzen du zuzentzaile-gailuaren tiristorearen eroapen-angelua kontrolatuz, sorgailuaren potentzia erreaktiboa eta tentsioa erregulatzeko efektua lortzeko.
(5) Gaintentsioaren aurkako babesa: Sorgailuaren errotorearen zirkuituak gaintentsioa duenean, zirkuitua pizten da gaintentsioaren energia kontsumitzeko, gaintentsioaren balioa mugatzeko eta sorgailuaren errotorearen harilkatzea eta hari konektatutako ekipoak babesteko.
Autoparaleloan kitzikapen estatikoaren sistemaren abantailak hauek dira: egitura sinplea, ekipamendu gutxiago, inbertsio txikia eta mantentze gutxiago. Desabantaila da sorgailua edo sistema zirkuitulaburra denean, kitzikapen-korrontea desagertu edo asko jaitsiko dela, eta kitzikapen-korrontea, berriz, asko handitu beharko litzatekeela une horretan (hau da, behartutako kitzikapena). Hala ere, kontuan hartuta unitate handi modernoek gehienbat barra itxiak erabiltzen dituztela, eta tentsio handiko sare elektrikoak, oro har, babes azkarrarekin eta fidagarritasun handiarekin hornituta daudela, kitzikapen-metodo hau erabiltzen duten unitateen kopurua handitzen ari da, eta hau ere araudiek eta zehaztapenek gomendatzen duten kitzikapen-metodoa da. 4. Unitatearen balazta elektrikoa Unitatea deskargatzen eta itzaltzen denean, energia mekanikoaren zati bat gordetzen da errotorearen inertzia birakari handiari esker. Energiaren zati hau erabat gelditu daiteke bultzada-errodamenduaren, gida-errodamenduaren eta airearen marruskadura-bero-energia bihurtu ondoren bakarrik. Airearen marruskadura-galera zirkunferentziaren abiadura linealaren karratuarekiko proportzionala denez, errotorearen abiadura oso azkar jaisten da hasieran, eta gero denbora luzez geldirik egongo da abiadura baxuan. Unitatea denbora luzez abiadura baxuan dabilenean, bultzada-kutxa erre egin daiteke, bultzada-buruaren azpiko ispilu-plakaren eta errodamendu-kutxaren arteko olio-filma ezin baita finkatu. Hori dela eta, itzaltze-prozesuan, unitatearen abiadura balio jakin batera jaisten denean, unitatearen balazta-sistema martxan jarri behar da. Unitatearen balazta balazta elektrikoan, balazta mekanikoan eta balazta konbinatuan banatzen da. Balazta elektrikoa sorgailu trifasikoaren estatorea zirkuitulaburtzean datza, makinaren muturreko irteeran, sorgailua deskonektatu eta desmagnetizatu ondoren, eta unitatearen abiadura abiadura nominalaren % 50etik % 60ra jaisteko itxarotean. Eragiketa logiko batzuen bidez, balazta-potentzia ematen da, eta kitzikapen-erreguladorea balazta elektriko modura aldatzen da sorgailuaren errotorearen harilkatzeari kitzikapen-korrontea gehitzeko. Sorgailua biratzen ari denez, estatoreak zirkuitulabur-korronte bat eragiten du errotorearen eremu magnetikoaren eraginpean. Sortutako momentu elektromagnetikoa errotorearen inertzia-norabidearen aurkakoa da, eta horrek balazta-eginkizuna betetzen du. Balazta elektrikoa gauzatzeko prozesuan, balazta-energia hornidura kanpotik eman behar da, eta hori oso lotuta dago kitzikapen-sistemaren zirkuitu nagusiaren egiturarekin. Balazta elektrikoaren kitzikapen-energia hornidura lortzeko hainbat modu erakusten dira beheko irudian.
Balazta elektrikoaren kitzikapenaren energia-iturria lortzeko hainbat modu
Lehenengo moduan, kitzikapen-gailua autoparaleloan oinarritutako kitzikapen-kableatu metodo bat da. Makinaren muturra zirkuitulabur batean dagoenean, kitzikapen-transformadoreak ez du elikadura-iturririk. Balaztatze-energia-iturria balazta-transformadore dedikatu batetik dator, eta balazta-transformadorea zentralaren energia-iturrira konektatuta dago. Goian aipatu bezala, zentral hidroelektrikoen proiektu gehienek autoparaleloan oinarritutako kitzikapen-zuzentzaile estatiko bat erabiltzen dute, eta ekonomikoagoa da zuzentzaile-zubi bat erabiltzea kitzikapen-sistemarako eta balazta elektrikoaren sistemarako. Beraz, balazta elektrikoaren kitzikapen-energia-iturria lortzeko metodo hau ohikoagoa da. Metodo honen balazta elektrikoaren lan-fluxua honako hau da:
(1) Unitatearen irteerako zirkuitu-etengailua ireki eta sistema deskonektatu egiten da.
(2) Errotorearen harilkatzea desmagnetizatuta dago.
(3) Kitzikapen-transformadorearen bigarren mailako aldeko etengailua irekitzen da.
(4) Unitateko balazta elektrikoaren zirkuitulaburreko etengailua itxita dago.
(5) Balazta elektrikoaren transformadorearen bigarren mailako aldeko etengailua itxita dago.
(6) Zubi zuzentzailearen tiristorea eroale bihurtzen da, eta unitatea balazta elektriko egoeran sartzen da.
(7) Unitatearen abiadura zero denean, balazta elektrikoa askatzen da (balazta konbinatua erabiltzen bada, abiadura abiadura nominalaren % 5etik % 10era iristen denean, balazta mekanikoa aplikatzen da). 5. Kitzikapen-sistema adimenduna Zentral hidroelektriko adimendunak informazioaren digitalizazioa, komunikazio-sarea, estandarizazio integratua, negozio-elkarrekintza, funtzionamenduaren optimizazioa eta erabaki adimendunak hartzeko gaitasuna dituen zentral hidroelektriko edo zentral hidroelektrikoen talde bat da. Zentral hidroelektriko adimendunak prozesu-geruza, unitate-geruza eta estazio-kontrol-geruzatan banatzen dira bertikalki, prozesu-geruzako sarearen (GOOSE sarea, SV sarea) eta estazio-kontrol-geruzako sarearen (MMS sarea) 3 geruzako 2 sare-egitura erabiliz. Zentral hidroelektriko adimendunak ekipamendu adimendunek lagundu behar dituzte. Hidroturbina-sorgailu multzoaren kontrol-sistema nagusia denez, kitzikapen-sistemaren garapen teknologikoak laguntza-eginkizun garrantzitsua du zentral hidroelektriko adimendunen eraikuntzan.
Zentral hidroelektriko adimendunetan, turbina-sorgailu multzoa abiaraztea eta gelditzea, potentzia erreaktiboa handitzea eta gutxitzea eta larrialdiko itzaltzea bezalako oinarrizko zereginak burutzeaz gain, kitzikapen-sistemak IEC61850 datuen modelizazio eta komunikazio funtzioak ere bete behar ditu, eta estazioko kontrol-geruzako sarearekin (MMS sarea) eta prozesu-geruzako sarearekin (GOOSE sarea eta SV sarea) komunikazioa onartu. Kitzikapen-sistemaren gailua zentral hidroelektriko adimendunaren sistemaren egituraren unitate-geruzan dago antolatuta, eta bat egiteko unitatea, terminal adimenduna, kontrol-unitate laguntzailea eta beste gailu edo ekipamendu adimendun batzuk prozesu-geruzan daude antolatuta. Sistemaren egitura beheko irudian ageri da.
Kitzikapen sistema adimenduna
Zentral hidroelektriko adimendunaren estazio-kontrol geruzaren ordenagailu nagusiak IEC61850 komunikazio-arauaren eskakizunak betetzen ditu, eta kitzikapen-sistemaren seinalea monitorizazio-sistemaren ordenagailu nagusira bidaltzen du MMS sarearen bidez. Kitzikapen-sistema adimendunak GOOSE sarearekin eta SV sareko etengailuekin konektatu ahal izan behar du prozesu-geruzan datuak biltzeko. Prozesu-geruzak eskatzen du CT, PT eta tokiko osagaiek ateratzen dituzten datuak formatu digitalean egotea. CT eta PT batze-unitatera konektatuta daude (transformadore elektronikoak kable optikoen bidez konektatuta daude, eta transformadore elektromagnetikoak kableen bidez). Korronte- eta tentsio-datuak digitalizatu ondoren, SV sareko etengailura konektatzen dira kable optikoen bidez. Tokiko osagaiak terminal adimendunera konektatuta egon behar dira kableen bidez, eta etengailua edo seinale analogikoak seinale digital bihurtzen dira eta GOOSE sareko etengailura transmititzen dira kable optikoen bidez. Gaur egun, kitzikapen-sistemak funtsean komunikazio-funtzioa du estazio-kontrol geruzaren MMS sarearekin eta prozesu-geruzaren GOOSE/SV sarearekin. IEC61850 komunikazio-arauaren sareko informazio-elkarrekintza betetzeaz gain, kitzikapen-sistema adimendunak lineako monitorizazio integrala, akatsen diagnostiko adimenduna eta proba-eragiketa eta mantentze-lan erosoak ere izan beharko lituzke. Kitzikapen-gailu adimendun guztiz funtzionalaren errendimendua eta aplikazio-efektua etorkizuneko ingeniaritza-aplikazio errealetan probatu behar dira.
Argitaratze data: 2024ko urriaren 9a
