Ár í náttúrunni hafa allar ákveðinn halla. Vatn rennur meðfram árfarveginum undir áhrifum þyngdaraflsins. Vatn í mikilli hæð inniheldur mikla stöðuorku. Með hjálp vökvakerfa og rafsegulbúnaðar er hægt að breyta orku vatns í raforku, það er að segja vatnsaflsframleiðsla. Meginreglan á bak við vatnsaflsframleiðslu er rafsegulörvun, það er að segja þegar leiðari sker segulflæðislínur í segulsviði myndar hann straum. Meðal þeirra er „hreyfing“ leiðarans í segulsviðinu náð fram með því að vatnsflæðið lendir á túrbínu til að breyta vatnsorku í snúningsvélræna orku; og segulsviðið myndast næstum alltaf af örvunarstraumnum sem myndast af örvunarkerfinu sem rennur í gegnum rafallsnúningsvindinguna, það er að segja segulmagnið myndast af rafmagni.
1. Hvað er örvunarkerfið? Til að framkvæma orkubreytingu þarf samstilltur rafall jafnstraumssegulsvið og jafnstraumurinn sem myndar þetta segulsvið er kallaður örvunarstraumur rafallsins. Almennt er ferlið við að mynda segulsvið í snúningshluta rafallsins samkvæmt meginreglunni um rafsegulfræðilega örvun kallað örvun. Örvunarkerfið vísar til búnaðar sem veitir örvunarstraum fyrir samstillta rafallinn. Það er mikilvægur hluti samstillta rafallsins. Það samanstendur almennt af tveimur meginhlutum: örvunaraflseiningunni og örvunarstillinum. Örvunaraflseiningin veitir örvunarstraum til snúningshluta samstillta rafallsins og örvunarstillirinn stýrir úttaki örvunaraflseiningarinnar í samræmi við inntaksmerkið og tilgreind stjórnunarviðmið.
2. Virkni örvunarkerfisins Örvunarkerfið hefur eftirfarandi meginhlutverk: (1) Við venjulegar rekstraraðstæður veitir það örvunarstraum rafalsins og stillir örvunarstrauminn samkvæmt gefnum lögum í samræmi við tengispennu rafalsins og álagsskilyrði til að viðhalda spennustöðugleika. Hvers vegna er hægt að viðhalda spennustöðugleika með því að stilla örvunarstrauminn? Það er nálgun á milli örvunarspennu (þ.e. tómhleðsluspennu) Ed í statorvindingu rafalsins, tengispennu Ug, viðbragðsstraums rafalsins Ir og lengdarsamstillta viðbragðsstuðulsins Xd:
Örvunarspennan Ed er í réttu hlutfalli við segulflæðið og segulflæðið fer eftir stærð örvunarstraumsins. Þegar örvunarstraumurinn helst óbreyttur helst segulflæðið og örvunarspennan Ed óbreytt. Af ofangreindri formúlu má sjá að tengispenna rafalsins lækkar með aukningu á virkjunarstraumnum. Hins vegar, til að uppfylla kröfur notandans um gæði afls, ætti tengispenna rafalsins að vera í grundvallaratriðum óbreytt. Augljóslega er leiðin til að ná þessari kröfu að stilla örvunarstraum rafalsins þegar virkjunarstraumurinn Ir breytist (þ.e. álagið breytist). (2) Samkvæmt álagsaðstæðum er örvunarstraumurinn stilltur samkvæmt tiltekinni reglu til að stilla virkjunaraflið. Hvers vegna er nauðsynlegt að stilla virkjunaraflið? Margir raftæki virka út frá meginreglunni um rafsegulörvun, svo sem spennubreytar, mótorar, suðuvélar o.s.frv. Þeir reiða sig allir á að mynda víxlsegulsvið til að umbreyta og flytja orku. Rafmagnið sem þarf til að mynda víxlsegulsvið og örvað segulflæði kallast virkjunaraflið. Allir raftæki með rafsegulspólum nota virkjunaraflið til að mynda segulsvið. Án viðbragðsafls snýst mótorinn ekki, spennubreytirinn getur ekki umbreytt spennunni og margir raftæki virka ekki. Þess vegna er viðbragðsafl alls ekki gagnslaust afl. Við venjulegar aðstæður fá raftæki ekki aðeins virka afl frá rafalnum heldur þurfa þau einnig að fá viðbragðsafl frá rafalnum. Ef viðbragðsafl í raforkukerfinu er af skornum skammti mun rafbúnaðurinn ekki hafa nægilegt viðbragðsafl til að koma á eðlilegu rafsegulsviði. Þá geta þessir raftæki ekki viðhaldið nafnvirði og tengispenna rafbúnaðarins lækkar, sem hefur áhrif á eðlilega virkni rafbúnaðarins. Þess vegna er nauðsynlegt að stilla viðbragðsafl í samræmi við raunverulegt álag og viðbragðsafl rafstöðvarinnar tengist stærð örvunarstraumsins. Nákvæmri meginreglu verður ekki útskýrð hér. (3) Þegar skammhlaup verður í raforkukerfinu eða aðrar ástæður valda því að tengispenna rafstöðvarinnar lækkar verulega, er hægt að örva rafalinn með valdi til að bæta stöðugleikamörk raforkukerfisins og nákvæmni varnarvirkni rafleiðarans. (4) Þegar ofspenna verður í rafstöðinni vegna skyndilegs álagsrofs og af öðrum orsökum er hægt að afsegulmagna rafstöðina með valdi til að takmarka óhóflega hækkun á spennu rafstöðvarinnar. (5) Bæta stöðugleika raforkukerfisins. (6) Þegar skammhlaup á milli fasa verður inni í rafstöðinni og á leiðslum hennar eða spenna rafstöðvarinnar er of há er afsegulmagnað fljótt framkvæmt til að takmarka útbreiðslu slyssins. (7) Hægt er að dreifa virkjunarafli samsíða rafstöðvanna á sanngjarnan hátt.
3. Flokkun örvunarkerfa Eftir því hvernig rafallinn fær örvunarstrauminn (þ.e. aðferð örvunaraflgjafans) má skipta örvunarkerfinu í ytri örvun og sjálfsörvun: örvunarstraumurinn sem fæst frá öðrum aflgjöfum er kallaður ytri örvun; örvunarstraumurinn sem fæst frá rafallinum sjálfum er kallaður sjálfsörvun. Samkvæmt leiðréttingaraðferðinni má skipta því í snúningsörvun og kyrrstöðuörvun. Kyrrstöðuörvunarkerfið hefur ekki sérstaka örvunarvél. Ef það fær örvunarorkuna frá rafallinum sjálfum er það kallað sjálfsörvun kyrrstöðuörvun. Sjálfsörvun kyrrstöðuörvun má skipta í sjálfssamsíða örvun og sjálfsamsetta örvun.
Algengasta örvunaraðferðin er sjálfsamsíða örvun með stöðugri örvun, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Hún fær örvunarorkuna í gegnum jafnréttisspenni sem er tengdur við rafallinn og sendir örvunarstraum rafallsins eftir leiðréttingu.
Rafmagnsskýringarmynd af sjálfsamsíða örvunarkerfi með stöðugum jafnréttisleiðara
Sjálfvirka örvunar- og stöðuörvunarkerfið samanstendur aðallega af eftirfarandi hlutum: örvunarspennubreyti, jafnrétti, afsegulmögnunartæki, stjórntæki og yfirspennuvörn. Þessir fimm hlutar sinna eftirfarandi hlutverkum, hver um sig:
(1) Örvunarspennir: Lækkið spennuna við vélenda niður í spennu sem passar við jafnréttisspennuna.
(2) Réttleiðari: Hann er kjarninn í öllu kerfinu. Þriggja fasa brúarrás með fullri stjórnun er oft notuð til að umbreyta riðstraumi í jafnstraum.
(3) Afsegulmögnunarbúnaður: Afsegulmögnunarbúnaðurinn samanstendur af tveimur hlutum, þ.e. afsegulmögnunarrofa og afsegulmögnunarviðnámi. Þessi búnaður sér um hraða afsegulmögnun einingarinnar ef slys ber að höndum.
(4) Stjórntæki: Stjórntæki örvunarkerfisins breytir örvunarstraumnum með því að stjórna leiðnihorni þýristorsins í jafnriðilsbúnaðinum til að ná fram áhrifum þess að stjórna hvarfgjörn og spennu rafallsins.
(5) Yfirspennuvörn: Þegar ofspenna verður í rafallssnúningsrásinni er kveikt á henni til að neyta ofspennuorkunnar, takmarka ofspennugildið og vernda rafallssnúningsvinduna og tengdan búnað.
Kostir sjálfsamhliða örvunarkerfis með stöðugri örvun eru: einföld uppbygging, minni búnaður, lítil fjárfesting og minna viðhald. Ókosturinn er sá að þegar rafallinn eða kerfið er skammhlaupið hverfur örvunarstraumurinn eða lækkar hann verulega, en örvunarstraumurinn ætti að aukast verulega (þ.e. þvinguð örvun) á þessum tíma. Hins vegar, þar sem nútíma stórar einingar nota aðallega lokaðar straumteina og háspennurafkerfi eru almennt búin hraðvörn og mikilli áreiðanleika, eykst fjöldi eininga sem nota þessa örvunaraðferð og þetta er einnig örvunaraðferðin sem mælt er með í reglugerðum og forskriftum. 4. Rafbremsun einingarinnar Þegar einingin er afhlaðin og slökkt er hluti af vélrænni orkunni geymdur vegna mikillar snúningstregðu snúningshlutans. Þessum hluta orkunnar er aðeins hægt að stöðva alveg eftir að hann hefur verið breytt í núningsorku þrýstilagersins, leiðslulagersins og loftsins. Þar sem núningstap loftsins er í réttu hlutfalli við ferning línulegs hraða ummálsins, lækkar hraði snúningshlutans mjög hratt í fyrstu og síðan gengur hann í lausagangi í langan tíma á lágum hraða. Þegar einingin keyrir í langan tíma á lágum hraða getur þrýstihylsun brunnið út vegna þess að olíufilman milli spegilplötunnar undir þrýstihausnum og leguhylsunarinnar kemst ekki á. Þess vegna þarf að virkja hemlakerfi einingarinnar meðan á stöðvun stendur, þegar hraði einingarinnar fellur niður í ákveðið gildi. Hemlun einingarinnar skiptist í rafhemlun, vélræna hemlun og samsetta hemlun. Rafhemlun felst í því að skammhlaupa þriggja fasa stator rafstöðvarinnar við úttak vélarinnar eftir að rafstöðin hefur verið aftengd og afsegulmögnuð, og bíða eftir að hraði einingarinnar falli niður í um 50% til 60% af nafnhraða. Með röð rökfræðilegra aðgerða er hemlunarkrafturinn veittur og örvunarstillirinn skiptir yfir í rafhemlunarham til að bæta örvunarstraumi við rafstöðvarsnúninginn. Þar sem rafstöðin snýst veldur statorinn skammhlaupsstraumi undir áhrifum segulsviðs snúningsins. Rafsegulvægistogið sem myndast er nákvæmlega öfugt við tregðustefnu snúningsins, sem gegnir hemlunarhlutverki. Við rafbremsun þarf að veita bremsuafl utan frá, sem er nátengt aðalrásarbyggingu örvunarkerfisins. Ýmsar leiðir til að fá örvunarafl rafbremsunnar eru sýndar á myndinni hér að neðan.
Ýmsar leiðir til að fá rafknúna bremsuörvunaraflið
Í fyrri leiðinni er örvunarbúnaðurinn sjálfvirk samsíða örvunartengingaraðferð. Þegar skammhlaup verður á vélendanum er örvunarspennirinn ekki aflgjafi. Bremsuaflgjafinn kemur frá sérstökum bremsuspenni og bremsuspennirinn er tengdur við aflgjafa verksmiðjunnar. Eins og áður hefur komið fram nota flest vatnsaflsvirkjanir sjálfvirk samsíða örvunarkerfi með stöðugum jafnréttisleiðréttingum og það er hagkvæmara að nota jafnréttisbrú fyrir örvunarkerfið og rafbremsukerfið. Þess vegna er þessi aðferð til að fá rafbremsuaflgjafann algengari. Rafbremsuferlið með þessari aðferð er sem hér segir:
(1) Rofi úttaks einingarinnar er opnaður og kerfið aftengt.
(2) Snúningsvindingin er afmagnetiseruð.
(3) Aflrofinn á aukahlið örvunarspennisins er opnaður.
(4) Skammhlaupsrofi rafbremsunnar er lokaður.
(5) Aflrofinn á aukahlið rafbremsuspennisins er lokaður.
(6) Þýristorinn í brúnni á jafnriðlinum er virkjaður til að leiða og einingin fer í rafbremsuástand.
(7) Þegar hraði einingarinnar er núll losnar rafbremsan (ef samsett hemlun er notuð, þegar hraðinn nær 5% til 10% af nafnhraða, er vélræn hemlun beitt). 5. Greindur örvunarkerfi Greind vatnsaflsvirkjun vísar til vatnsaflsvirkjunar eða vatnsaflsstöðvahóps með upplýsingastafvæðingu, samskiptaneti, samþættri stöðlun, viðskiptasamskiptum, rekstrarhagræðingu og greindri ákvarðanatöku. Greindar vatnsaflsvirkjanir eru lóðrétt skipt í ferlislag, einingalag og stöðvastýringarlag, með því að nota þriggja laga 2-net uppbyggingu af ferlislagsneti (GOOSE net, SV net) og stöðvastýringarlagsneti (MMS net). Greindar vatnsaflsvirkjanir þurfa að vera studdar af greindum búnaði. Sem kjarnastýringarkerfi vatnsaflsrafstöðvarinnar gegnir tækniþróun örvunarkerfisins mikilvægu stuðningshlutverki í byggingu greindra vatnsaflsvirkjana.
Í snjöllum vatnsaflsvirkjunum, auk þess að klára grunnverkefni eins og að ræsa og stöðva túrbínuaflssamstæðuna, auka og minnka hvarfgjörn afl og neyðarstöðvun, ætti örvunarkerfið einnig að geta uppfyllt IEC61850 gagnalíkana- og samskiptavirkni og stutt samskipti við stjórnlagsnet stöðvarinnar (MMS net) og ferlislagsnet (GOOSE net og SV net). Örvunarkerfisbúnaðurinn er staðsettur á einingalaginu í kerfisbyggingu snjallvatnsaflsvirkjunarinnar, og sameiningareiningin, snjallstöðin, hjálparstýrieiningin og önnur tæki eða snjallbúnaður eru staðsett á ferlislaginu. Kerfisbyggingin er sýnd á myndinni hér að neðan.
Greindur örvunarkerfi
Tölvan í stjórnlagi stöðvarinnar í snjallvatnsaflsvirkjun uppfyllir kröfur IEC61850 samskiptastaðalsins og sendir merki örvunarkerfisins til tölvu eftirlitskerfisins í gegnum MMS netið. Snjalla örvunarkerfið ætti að geta tengst GOOSE netkerfinu og SV netrofunum til að safna gögnum á ferlislaginu. Ferlislagið krefst þess að gögnin sem CT, PT og staðbundnir íhlutir senda frá sér séu öll á stafrænu formi. CT og PT eru tengd við sameiningareininguna (rafspennar eru tengdir með ljósleiðurum og rafsegulspennar eru tengdir með snúrum). Eftir að straum- og spennugögnin hafa verið stafræn eru þau tengd við SV netrofann með ljósleiðurum. Staðbundnu íhlutirnir þurfa að vera tengdir við snjallstöðina með snúrum og rofarnir eða hliðrænu merkin eru breytt í stafræn merki og send til GOOSE netrofans með ljósleiðurum. Eins og er hefur örvunarkerfið í grundvallaratriðum samskiptahlutverk við MMS net stöðvarinnar og ferlislagið GOOSE/SV net. Auk þess að uppfylla kröfur IEC61850 samskiptastaðalsins um netupplýsingar, ætti snjallt örvunarkerfi einnig að hafa alhliða netvöktun, snjalla bilanagreiningu og þægilega prófunaraðgerð og viðhald. Prófa þarf afköst og notkunaráhrif fullvirks snjalls örvunarbúnaðar í framtíðar raunverulegum verkfræðiforritum.
Birtingartími: 9. október 2024
