Ի՞նչ է հիդրոէլեկտրակայանի գրգռման համակարգը

Բնության մեջ բոլոր գետերն ունեն որոշակի թեքություն։ Ջուրը հոսում է գետի հունով ձգողականության ազդեցությամբ։ Բարձր բարձրություններում ջուրը պարունակում է առատ պոտենցիալ էներգիա։ Հիդրավլիկ կառուցվածքների և էլեկտրամեխանիկական սարքավորումների օգնությամբ ջրի էներգիան կարող է վերածվել էլեկտրական էներգիայի, այսինքն՝ հիդրոէլեկտրաէներգիայի արտադրության։ Հիդրոէլեկտրաէներգիայի արտադրության սկզբունքը մեր էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան է, այսինքն՝ երբ հաղորդիչը կտրում է մագնիսական հոսքի գծերը մագնիսական դաշտում, այն առաջացնում է հոսանք։ Դրանց թվում՝ հաղորդչի «շարժումը» մագնիսական դաշտում իրականացվում է ջրի հոսքի կողմից տուրբինի վրա ազդելու միջոցով՝ ջրի էներգիան վերածելով պտտական ​​մեխանիկական էներգիայի, և մագնիսական դաշտը գրեթե միշտ ձևավորվում է գեներատորի ռոտորի փաթույթով հոսող գրգռման համակարգի կողմից առաջացող գրգռման հոսանքից, այսինքն՝ մագնիսականությունը առաջանում է էլեկտրաէներգիայի միջոցով։
1. Ի՞նչ է գրգռման համակարգը։ Էներգիայի փոխակերպումն իրականացնելու համար սինխրոն գեներատորին անհրաժեշտ է հաստատուն հոսանքի մագնիսական դաշտ, և այդ մագնիսական դաշտը առաջացնող հաստատուն հոսանքը կոչվում է գեներատորի գրգռման հոսանք։ Ընդհանուր առմամբ, գեներատորի ռոտորում մագնիսական դաշտի ձևավորման գործընթացը՝ համաձայն էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքի, կոչվում է գրգռում։ Գրգռման համակարգը վերաբերում է այն սարքավորումներին, որոնք սինխրոն գեներատորին ապահովում են գրգռման հոսանք։ Այն սինխրոն գեներատորի կարևոր մասն է։ Այն ընդհանուր առմամբ բաղկացած է երկու հիմնական մասից՝ գրգռման էներգաբլոկից և գրգռման կարգավորիչից։ Գրգռման էներգաբլոկը սինխրոն գեներատորի ռոտորին ապահովում է գրգռման հոսանք, և գրգռման կարգավորիչը կառավարում է գրգռման էներգաբլոկի ելքը՝ համաձայն մուտքային ազդանշանի և տրված կարգավորման չափանիշների։

2. Գրգռման համակարգի գործառույթը Գրգռման համակարգն ունի հետևյալ հիմնական գործառույթները՝ (1) Նորմալ աշխատանքային պայմաններում այն ​​մատակարարում է գեներատորի գրգռման հոսանքը և կարգավորում է գրգռման հոսանքը տրված օրենքի համաձայն՝ գեներատորի ծայրային լարման և բեռի պայմաններին համապատասխան՝ լարման կայունությունը պահպանելու համար: Ինչո՞ւ կարելի է լարման կայունությունը պահպանել գրգռման հոսանքը կարգավորելով: Գեներատորի ստատորի փաթույթի ինդուկցված պոտենցիալի (այսինքն՝ առանց բեռի պոտենցիալի) Ed, ծայրային լարման Ug, գեներատորի ռեակտիվ բեռի հոսանքի Ir և երկայնական սինխրոն ռեակտիվության Xd միջև կա մոտավոր կապ.
Ինդուկցված պոտենցիալ Ed-ը համեմատական ​​է մագնիսական հոսքին, իսկ մագնիսական հոսքը կախված է գրգռման հոսանքի մեծությունից: Երբ գրգռման հոսանքը մնում է անփոփոխ, մագնիսական հոսքը և ինդուկցված պոտենցիալ Ed-ը մնում են անփոփոխ: Վերոնշյալ բանաձևից կարելի է տեսնել, որ գեներատորի ծայրային լարումը կնվազի ռեակտիվ հոսանքի աճի հետ մեկտեղ: Այնուամենայնիվ, օգտագործողի էներգիայի որակի պահանջները բավարարելու համար գեներատորի ծայրային լարումը պետք է մնա գրեթե անփոփոխ: Ակնհայտ է, որ այս պահանջը բավարարելու միջոցը գեներատորի գրգռման հոսանքը կարգավորելն է՝ ռեակտիվ հոսանքի Ir փոփոխությանը զուգընթաց (այսինքն՝ բեռի փոփոխությանը զուգընթաց): (2) Բեռնվածության պայմանների համաձայն, գրգռման հոսանքը կարգավորվում է տրված կանոնի համաձայն՝ ռեակտիվ հզորությունը կարգավորելու համար: Ինչո՞ւ է անհրաժեշտ կարգավորել ռեակտիվ հզորությունը: Շատ էլեկտրական սարքավորումներ աշխատում են էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքի հիման վրա, ինչպիսիք են տրանսֆորմատորները, շարժիչները, եռակցման սարքերը և այլն: Դրանք բոլորը հիմնված են փոփոխական մագնիսական դաշտի ստեղծման վրա՝ էներգիան փոխակերպելու և փոխանցելու համար: Փոփոխական մագնիսական դաշտ և ինդուկցված մագնիսական հոսք ստեղծելու համար անհրաժեշտ էլեկտրական հզորությունը կոչվում է ռեակտիվ հզորություն: Էլեկտրամագնիսական կծիկներով բոլոր էլեկտրական սարքավորումները սպառում են ռեակտիվ հզորություն՝ մագնիսական դաշտ ստեղծելու համար: Առանց ռեակտիվ հզորության, շարժիչը չի պտտվի, տրանսֆորմատորը չի կարողանա փոխակերպել լարումը, և շատ էլեկտրական սարքավորումներ չեն աշխատի: Հետևաբար, ռեակտիվ հզորությունը ոչ մի դեպքում անօգուտ հզորություն չէ: Նորմալ պայմաններում էլեկտրական սարքավորումները ոչ միայն ակտիվ հզորություն են ստանում գեներատորից, այլև պետք է ռեակտիվ հզորություն ստանան գեներատորից: Եթե էլեկտրական ցանցում ռեակտիվ հզորությունը պակասում է, էլեկտրական սարքավորումները բավարար ռեակտիվ հզորություն չեն ունենա նորմալ էլեկտրամագնիսական դաշտ ստեղծելու համար: Այդ դեպքում այս էլեկտրական սարքավորումները չեն կարող պահպանել անվանական աշխատանքը, և էլեկտրական սարքավորումների ծայրային լարումը կնվազի, այդպիսով ազդելով էլեկտրական սարքավորումների բնականոն աշխատանքի վրա: Հետևաբար, անհրաժեշտ է կարգավորել ռեակտիվ հզորությունը՝ ըստ իրական բեռի, և գեներատորի կողմից արտադրվող ռեակտիվ հզորությունը կապված է գրգռման հոսանքի մեծության հետ: Կոնկրետ սկզբունքը այստեղ չի մանրամասնվի: (3) Երբ էներգահամակարգում տեղի է ունենում կարճ միացման վթար կամ այլ պատճառներով գեներատորի ծայրային լարումը լուրջ անկում է առաջացնում, գեներատորը կարող է հարկադիր գրգռվել՝ էներգահամակարգի դինամիկ կայունության սահմանը և ռելեային պաշտպանության գործողության ճշգրտությունը բարելավելու համար: (4) Երբ գեներատորի գերլարումը տեղի է ունենում հանկարծակի բեռի անջատման և այլ պատճառներով, գեներատորը կարող է հարկադիր ապամագնիսացվել՝ գեներատորի տերմինալի լարման չափազանց մեծացումը սահմանափակելու համար։ (5) Բարելավել էներգահամակարգի ստատիկ կայունությունը։ (6) Երբ գեներատորի ներսում և դրա հաղորդալարերի վրա տեղի է ունենում փուլային կարճ միացում կամ գեներատորի տերմինալի լարումը չափազանց բարձր է, ապամագնիսացումը կատարվում է արագ՝ վթարի ընդլայնումը սահմանափակելու համար։ (7) Զուգահեռ գեներատորների ռեակտիվ հզորությունը կարող է ողջամիտ բաշխվել։

3. Գրգռման համակարգերի դասակարգում։ Գեներատորի կողմից գրգռման հոսանքը ստանալու եղանակի (այսինքն՝ գրգռման էլեկտրամատակարարման մատակարարման եղանակի) համաձայն, գրգռման համակարգը կարելի է բաժանել արտաքին գրգռման և ինքնագրգռման. այլ էլեկտրամատակարարումներից ստացված գրգռման հոսանքը կոչվում է արտաքին գրգռում, իսկ գեներատորից ստացված գրգռման հոսանքը՝ ինքնագրգռում։ Ուղղման մեթոդի համաձայն՝ այն կարելի է բաժանել պտտվող գրգռման և ստատիկ գրգռման։ Ստատիկ գրգռման համակարգը չունի հատուկ գրգռման մեքենա։ Եթե այն գրգռման հզորությունը ստանում է գեներատորից, ապա այն կոչվում է ինքնագրգռման ստատիկ գրգռում։ Ինքնագրգռման ստատիկ գրգռումը կարելի է բաժանել ինքնազուգահեռ գրգռման և ինքնաբարդացող գրգռման։
Ամենատարածված օգտագործվող գրգռման մեթոդը ինքնազուգահեռ գրգռման ստատիկ գրգռումն է, ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված նկարում: Այն գրգռման հզորությունը ստանում է գեներատորի ելքին միացված ուղղիչ տրանսֆորմատորի միջոցով և ուղղումից հետո մատակարարում է գեներատորի գրգռման հոսանքը:
Ինքնա-զուգահեռ գրգռման ստատիկ ուղղիչ գրգռման համակարգի միացման սխեմա

Ինքնազուգահեռ գրգռման ստատիկ գրգռման համակարգը հիմնականում բաղկացած է հետևյալ մասերից՝ գրգռման տրանսֆորմատոր, ուղղիչ, ապամագնիսացման սարք, կարգավորման կարգավորիչ և գերլարումից պաշտպանության սարք։ Այս հինգ մասերը համապատասխանաբար կատարում են հետևյալ գործառույթները՝
(1) Գրգռման տրանսֆորմատոր. Նվազեցրեք մեքենայի ծայրում լարումը մինչև ուղղիչի լարմանը համապատասխանող լարում։
(2) Ուղղիչ. Այն ամբողջ համակարգի հիմնական բաղադրիչն է: Եռաֆազ լիովին կառավարվող կամրջային սխեման հաճախ օգտագործվում է փոփոխական հոսանքից հաստատուն հոսանքի փոխակերպման առաջադրանքն ավարտելու համար:
(3) Ապամագնիսացման սարք. Ապամագնիսացման սարքը բաղկացած է երկու մասից՝ ապամագնիսացման անջատիչից և ապամագնիսացման դիմադրությունից: Այս սարքը պատասխանատու է սարքի արագ ապամագնիսացման համար վթարի դեպքում:
(4) Կարգավորման կարգավորիչ. Գրգռման համակարգի կառավարման սարքը փոխում է գրգռման հոսանքը՝ կարգավորելով ուղղիչ սարքի թրիստորի հաղորդականության անկյունը՝ գեներատորի ռեակտիվ հզորության և լարման կարգավորման ազդեցությունը ստանալու համար։
(5) Գերլարումից պաշտպանություն. Երբ գեներատորի ռոտորի շղթան գերլարում ունի, շղթան միացվում է գերլարման էներգիան սպառելու, գերլարման արժեքը սահմանափակելու և գեներատորի ռոտորի փաթույթը և դրան միացված սարքավորումները պաշտպանելու համար։
Ինքնազուգահեռ գրգռման ստատիկ գրգռման համակարգի առավելություններն են՝ պարզ կառուցվածք, ավելի քիչ սարքավորումներ, ցածր ներդրումներ և ավելի քիչ սպասարկում: Թերությունն այն է, որ երբ գեներատորը կամ համակարգը կարճ միացված է, գրգռման հոսանքը կանհետանա կամ զգալիորեն կնվազի, մինչդեռ գրգռման հոսանքը այս պահին պետք է զգալիորեն մեծանա (այսինքն՝ հարկադիր գրգռում): Այնուամենայնիվ, հաշվի առնելով, որ ժամանակակից խոշոր բլոկները հիմնականում օգտագործում են փակ շիթեր, իսկ բարձրավոլտ էլեկտրական ցանցերը, որպես կանոն, հագեցած են արագ պաշտպանությամբ և բարձր հուսալիությամբ, այս գրգռման մեթոդն օգտագործող բլոկների թիվն աճում է, և սա նաև կանոնակարգերով և տեխնիկական պայմաններով խորհուրդ տրված գրգռման մեթոդն է: 4. Բլոկի էլեկտրական արգելակումը Երբ բլոկը բեռնաթափվում և անջատվում է, մեխանիկական էներգիայի մի մասը կուտակվում է ռոտորի հսկայական պտտական ​​իներցիայի շնորհիվ: Էներգիայի այս մասը կարող է ամբողջությամբ կանգ առնել միայն այն բանից հետո, երբ այն վերածվի մղիչ կրողի, ուղղորդող կրողի և օդի շփման ջերմային էներգիայի: Քանի որ օդի շփման կորուստը համեմատական ​​է շրջագծի գծային արագության քառակուսուն, ռոտորի արագությունը սկզբում շատ արագ է ընկնում, ապա այն երկար ժամանակ կմնա պարապուրդի մեջ ցածր արագությամբ: Երբ բլոկը երկար ժամանակ աշխատում է ցածր արագությամբ, հրող թևքը կարող է այրվել, քանի որ հրող գլխիկի տակ գտնվող հայելային թիթեղի և կրող թևքի միջև յուղային թաղանթը չի կարող հաստատվել: Այդ պատճառով, անջատման գործընթացում, երբ բլոկի արագությունը նվազում է մինչև որոշակի նշված արժեք, անհրաժեշտ է օգտագործել բլոկի արգելակման համակարգը: Բլոկի արգելակումը բաժանվում է էլեկտրական արգելակման, մեխանիկական արգելակման և համակցված արգելակման: Էլեկտրական արգելակումը նշանակում է կարճ միացնել եռաֆազ գեներատորի ստատորը մեքենայի ծայրային ելքում, գեներատորի անջատումից և ապամագնիսացումից հետո, և սպասել, մինչև բլոկի արագությունը իջնի մինչև անվանական արագության մոտ 50%-ից 60%-ը: Մի շարք տրամաբանական գործողությունների միջոցով ապահովվում է արգելակման հզորություն, և գրգռման կարգավորիչը անցնում է էլեկտրական արգելակման ռեժիմի՝ գեներատորի ռոտորի փաթույթին գրգռման հոսանք ավելացնելու համար: Քանի որ գեներատորը պտտվում է, ստատորը ռոտորի մագնիսական դաշտի ազդեցությամբ կարճ միացման հոսանք է առաջացնում: Առաջացած էլեկտրամագնիսական մոմենտը ռոտորի իներցիոն ուղղությանը հակառակ է, որը արգելակման դեր է խաղում: Էլեկտրական արգելակման իրականացման գործընթացում արգելակման էներգամատակարարումը պետք է ապահովվի արտաքինից, ինչը սերտորեն կապված է գրգռման համակարգի հիմնական սխեմայի կառուցվածքի հետ: Ստորև բերված նկարում ներկայացված են էլեկտրական արգելակի գրգռման էներգամատակարարում ստանալու տարբեր եղանակներ:
Էլեկտրական արգելակի գրգռման էլեկտրամատակարարում ստանալու տարբեր եղանակներ
Առաջին եղանակով, գրգռման սարքը ինքնազուգահեռ գրգռման միացման մեթոդ է: Երբ մեքենայի ծայրը կարճ միացված է, գրգռման տրանսֆորմատորը չունի էլեկտրամատակարարում: Արգելակի էլեկտրամատակարարումը գալիս է հատուկ արգելակային տրանսֆորմատորից, և արգելակային տրանսֆորմատորը միացված է կայանի էլեկտրամատակարարմանը: Ինչպես նշվեց վերևում, հիդրոէլեկտրակայանների մեծ մասում օգտագործվում է ինքնազուգահեռ գրգռման ստատիկ ուղղիչ գրգռման համակարգ, և ավելի տնտեսող է ուղղիչ կամուրջ օգտագործել գրգռման համակարգի և էլեկտրական արգելակային համակարգի համար: Հետևաբար, էլեկտրական արգելակի գրգռման էլեկտրամատակարարում ստանալու այս մեթոդն ավելի տարածված է: Այս մեթոդի էլեկտրական արգելակման աշխատանքային հոսքը հետևյալն է.
(1) Սարքի ելքի անջատիչը բացվում է, և համակարգը անջատվում է։
(2) Ռոտորի փաթույթը ապամագնիսացված է։
(3) Գրգռման տրանսֆորմատորի երկրորդային կողմում գտնվող սնուցման անջատիչը բաց է։
(4) Սարքի էլեկտրական արգելակի կարճ միացման անջատիչը փակ է։
(5) Էլեկտրական արգելակային տրանսֆորմատորի երկրորդային կողմում գտնվող սնուցման անջատիչը փակ է։
(6) Ուղղիչ կամրջի թրիստորը ակտիվանում է հաղորդունակություն հաղորդելու համար, և բլոկը մտնում է էլեկտրական արգելակի վիճակի մեջ։
(7) Երբ բլոկի արագությունը զրոյական է, էլեկտրական արգելակը ազատվում է (եթե օգտագործվում է համակցված արգելակում, երբ արագությունը հասնում է անվանական արագության 5%-ից 10%-ին, կիրառվում է մեխանիկական արգելակում): 5. Խելացի գրգռման համակարգ Խելացի հիդրոէլեկտրակայանը վերաբերում է հիդրոէլեկտրակայանին կամ հիդրոէլեկտրակայանների խմբին, որն ունի տեղեկատվության թվայնացում, կապի ցանց, ինտեգրված ստանդարտացում, բիզնես փոխազդեցություն, շահագործման օպտիմալացում և խելացի որոշումների կայացում: Խելացի հիդրոէլեկտրակայանները ուղղահայաց բաժանված են գործընթացային շերտի, բլոկային շերտի և կայանի կառավարման շերտի՝ օգտագործելով գործընթացային շերտի ցանցի 3-շերտ 2-ցանցային կառուցվածք (GOOSE ցանց, SV ցանց) և կայանի կառավարման շերտի ցանց (MMS ցանց): Խելացի հիդրոէլեկտրակայանները պետք է աջակցվեն խելացի սարքավորումներով: Որպես հիդրոտուրբինային գեներատորի հիմնական կառավարման համակարգ, գրգռման համակարգի տեխնոլոգիական զարգացումը կարևոր օժանդակ դեր է խաղում խելացի հիդրոէլեկտրակայանների կառուցման գործում:
Ինտելեկտուալ հիդրոէլեկտրակայաններում, տուրբին-գեներատորի հավաքածուի մեկնարկի և կանգառի, ռեակտիվ հզորության ավելացման և նվազեցման, ինչպես նաև արտակարգ իրավիճակների անջատման նման հիմնական առաջադրանքներ կատարելուց բացի, գրգռման համակարգը պետք է նաև կարողանա բավարարել IEC61850 տվյալների մոդելավորման և հաղորդակցման գործառույթները և ապահովել կայանի կառավարման շերտի ցանցի (MMS ցանց) և գործընթացի շերտի ցանցի (GOOSE ցանց և SV ցանց) հետ հաղորդակցությունը: Գրգռման համակարգի սարքը տեղակայված է ինտելեկտուալ հիդրոէլեկտրակայանի համակարգի կառուցվածքի միավորային շերտում, իսկ միաձուլվող բլոկը, ինտելեկտուալ տերմինալը, օժանդակ կառավարման բլոկը և այլ սարքեր կամ ինտելեկտուալ սարքավորումներ տեղակայված են գործընթացի շերտում: Համակարգի կառուցվածքը ներկայացված է ստորև բերված նկարում:
Ինտելեկտուալ գրգռման համակարգ
Ինտելեկտուալ հիդրոէլեկտրակայանի կայանի կառավարման շերտի հիմնական համակարգիչը համապատասխանում է IEC61850 հաղորդակցման ստանդարտի պահանջներին և MMS ցանցի միջոցով ուղարկում է գրգռման համակարգի ազդանշանը մոնիթորինգի համակարգի հիմնական համակարգչին: Ինտելեկտուալ գրգռման համակարգը պետք է կարողանա միանալ GOOSE ցանցի և SV ցանցի անջատիչների հետ՝ պրոցեսային շերտում տվյալներ հավաքելու համար: Պրոցեսային շերտը պահանջում է, որ CT, PT և տեղային բաղադրիչների կողմից ստացված տվյալները բոլորը թվային ձևաչափով լինեն: CT-ն և PT-ն միացված են միաձուլվող միավորին (էլեկտրոնային տրանսֆորմատորները միացված են օպտիկական մալուխներով, իսկ էլեկտրամագնիսական տրանսֆորմատորները՝ մալուխներով): Հոսանքի և լարման տվյալների թվայնացումից հետո դրանք միացվում են SV ցանցային անջատիչին օպտիկական մալուխների միջոցով: Տեղական բաղադրիչները պետք է միացված լինեն ինտելեկտուալ տերմինալին մալուխների միջոցով, և անջատիչը կամ անալոգային ազդանշանները փոխակերպվում են թվային ազդանշանների և փոխանցվում GOOSE ցանցային անջատիչին օպտիկական մալուխների միջոցով: Ներկայումս գրգռման համակարգը հիմնականում կապի գործառույթ ունի կայանի կառավարման շերտի MMS ցանցի և պրոցեսային շերտի GOOSE/SV ցանցի հետ: IEC61850 հաղորդակցման ստանդարտի ցանցային տեղեկատվության փոխազդեցության պահանջներին համապատասխանելուց բացի, ինտելեկտուալ գրգռման համակարգը պետք է ունենա նաև համապարփակ առցանց մոնիթորինգ, ինտելեկտուալ խափանումների ախտորոշում և հարմար փորձարկման և սպասարկման հնարավորություն: Լիարժեք ֆունկցիոնալ ինտելեկտուալ գրգռման սարքի աշխատանքը և կիրառման ազդեցությունը պետք է ստուգվեն ապագա իրական ճարտարագիտական ​​կիրառություններում: