რა არის ჰიდროელექტროსადგურის აგზნების სისტემა?

ბუნებაში ყველა მდინარეს გარკვეული დახრილობა აქვს. წყალი მდინარის კალაპოტის გასწვრივ მიედინება გრავიტაციის ზემოქმედებით. დიდ სიმაღლეზე წყალი შეიცავს უხვად პოტენციურ ენერგიას. ჰიდრავლიკური კონსტრუქციებისა და ელექტრომექანიკური აღჭურვილობის დახმარებით, წყლის ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას ელექტროენერგიად, ანუ ჰიდროენერგიის გენერაცია. ჰიდროენერგიის გენერაციის პრინციპია ჩვენი ელექტრომაგნიტური ინდუქცია, ანუ როდესაც გამტარი ჭრის მაგნიტურ ნაკადის ხაზებს მაგნიტურ ველში, ის წარმოქმნის დენს. მათ შორის, გამტარის „მოძრაობა“ მაგნიტურ ველში მიიღწევა წყლის ნაკადის ზემოქმედებით ტურბინაზე, რათა წყლის ენერგია გარდაიქმნას ბრუნვის მექანიკურ ენერგიად; ხოლო მაგნიტური ველი თითქმის ყოველთვის წარმოიქმნება გენერატორის როტორის გრაგნილში გამავალი აგზნების სისტემის მიერ წარმოქმნილი აგზნების დენით, ანუ მაგნეტიზმი წარმოიქმნება ელექტროენერგიით.
1. რა არის აგზნების სისტემა? ენერგიის გარდაქმნის რეალიზაციისთვის, სინქრონულ გენერატორს სჭირდება მუდმივი დენის მაგნიტური ველი, ხოლო ამ მაგნიტურ ველს წარმოქმნის მუდმივი დენის დენს ეწოდება გენერატორის აგზნების დენი. ზოგადად, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის პრინციპის მიხედვით გენერატორის როტორში მაგნიტური ველის ფორმირების პროცესს აგზნება ეწოდება. აგზნების სისტემა გულისხმობს აღჭურვილობას, რომელიც უზრუნველყოფს სინქრონული გენერატორისთვის აგზნების დენს. ის სინქრონული გენერატორის მნიშვნელოვანი ნაწილია. ის ზოგადად შედგება ორი ძირითადი ნაწილისგან: აგზნების ენერგობლოკი და აგზნების რეგულატორი. აგზნების ენერგობლოკი უზრუნველყოფს აგზნების დენს სინქრონული გენერატორის როტორისთვის, ხოლო აგზნების რეგულატორი აკონტროლებს აგზნების ენერგობლოკის გამოსავალს შემავალი სიგნალისა და მოცემული რეგულირების კრიტერიუმების შესაბამისად.

2. აგზნების სისტემის ფუნქცია აგზნების სისტემას შემდეგი ძირითადი ფუნქციები აქვს: (1) ნორმალური მუშაობის პირობებში, ის ამარაგებს გენერატორის აგზნების დენს და არეგულირებს აგზნების დენს მოცემული კანონის შესაბამისად, გენერატორის ტერმინალის ძაბვისა და დატვირთვის პირობების შესაბამისად, ძაბვის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად. რატომ შეიძლება ძაბვის სტაბილურობის შენარჩუნება აგზნების დენის რეგულირებით? არსებობს მიახლოებითი კავშირი გენერატორის სტატორის გრაგნილის ინდუცირებულ პოტენციალს (ანუ დატვირთვის გარეშე პოტენციალს) Ed, ტერმინალის ძაბვას Ug, გენერატორის რეაქტიული დატვირთვის დენს Ir და გრძივ სინქრონულ რეაქტანს Xd შორის:
ინდუცირებული პოტენციალი Ed პროპორციულია მაგნიტური ნაკადისა და მაგნიტური ნაკადი დამოკიდებულია აგზნების დენის სიდიდეზე. როდესაც აგზნების დენი უცვლელი რჩება, მაგნიტური ნაკადი და ინდუცირებული პოტენციალი Ed უცვლელი რჩება. ზემოთ მოცემული ფორმულიდან ჩანს, რომ გენერატორის ტერმინალური ძაბვა შემცირდება რეაქტიული დენის ზრდასთან ერთად. თუმცა, ელექტროენერგიის ხარისხის მომხმარებლის მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, გენერატორის ტერმინალური ძაბვა ძირითადად უცვლელი უნდა დარჩეს. ცხადია, ამ მოთხოვნის მისაღწევად საჭიროა გენერატორის აგზნების დენის რეგულირება რეაქტიული დენის Ir ცვლილებისას (ანუ დატვირთვის ცვლილებისას). (2) დატვირთვის პირობების მიხედვით, აგზნების დენი რეაქტიული სიმძლავრის რეგულირებისთვის რეაქტიული სიმძლავრის რეგულირებისთვის რეაქტიული დენი რეგულირდება მოცემული წესის შესაბამისად. რატომ არის საჭირო რეაქტიული სიმძლავრის რეგულირება? ბევრი ელექტრომოწყობილობა მუშაობს ელექტრომაგნიტური ინდუქციის პრინციპზე დაყრდნობით, როგორიცაა ტრანსფორმატორები, ძრავები, შედუღების აპარატები და ა.შ. ისინი ყველა ეყრდნობიან ცვლადი მაგნიტური ველის შექმნას ენერგიის გარდასაქმნელად და გადასაცემად. ცვლადი მაგნიტური ველის და ინდუცირებული მაგნიტური ნაკადის შესაქმნელად საჭირო ელექტროენერგიას რეაქტიული სიმძლავრე ეწოდება. ელექტრომაგნიტური ხვეულებით აღჭურვილი ყველა ელექტრომოწყობილობა რეაქტიულ სიმძლავრეს მოიხმარს მაგნიტური ველის შესაქმნელად. რეაქტიული სიმძლავრის გარეშე, ძრავა არ ბრუნავს, ტრანსფორმატორი ვერ შეძლებს ძაბვის გარდაქმნას და ბევრი ელექტრომოწყობილობა არ იმუშავებს. ამიტომ, რეაქტიული სიმძლავრე არავითარ შემთხვევაში არ არის უსარგებლო სიმძლავრე. ნორმალურ პირობებში, ელექტრომოწყობილობები არა მხოლოდ აქტიურ სიმძლავრეს გენერატორიდან იღებენ, არამედ რეაქტიული სიმძლავრეც გენერატორიდან უნდა მიიღონ. თუ ელექტროქსელში რეაქტიული სიმძლავრე დეფიციტურია, ელექტრომოწყობილობებს არ ექნებათ საკმარისი რეაქტიული სიმძლავრე ნორმალური ელექტრომაგნიტური ველის შესაქმნელად. შემდეგ ამ ელექტრომოწყობილობებს არ შეუძლიათ ნომინალური მუშაობის შენარჩუნება და ელექტრომოწყობილობის ტერმინალური ძაბვა დაეცემა, რაც გავლენას ახდენს ელექტრომოწყობილობის ნორმალურ მუშაობაზე. ამიტომ, აუცილებელია რეაქტიული სიმძლავრის რეგულირება ფაქტობრივი დატვირთვის მიხედვით, ხოლო გენერატორის მიერ გამომუშავებული რეაქტიული სიმძლავრე დაკავშირებულია აგზნების დენის სიდიდესთან. კონკრეტული პრინციპი აქ არ იქნება დაწვრილებით აღწერილი. (3) როდესაც ენერგოსისტემაში ხდება მოკლე ჩართვის ავარია ან სხვა მიზეზები იწვევს გენერატორის ტერმინალის ძაბვის სერიოზულ ვარდნას, გენერატორის იძულებითი აგზნება შესაძლებელია ენერგოსისტემის დინამიური სტაბილურობის ზღვრის და რელეური დაცვის მოქმედების სიზუსტის გასაუმჯობესებლად. (4) როდესაც გენერატორის გადაჭარბებული ძაბვა ხდება დატვირთვის უეცარი გათიშვის ან სხვა მიზეზების გამო, გენერატორის ტერმინალის ძაბვის გადაჭარბებული ზრდის შესამცირებლად შესაძლებელია გენერატორის იძულებითი დემაგნეტიზაცია. (5) ენერგოსისტემის სტატიკური სტაბილურობის გაუმჯობესება. (6) როდესაც გენერატორის შიგნით და მის გამტარ სადენებზე ხდება ფაზა-ფაზა მოკლე ჩართვა ან გენერატორის ტერმინალის ძაბვა ძალიან მაღალია, დემაგნეტიზაცია სწრაფად ხორციელდება ავარიის გაფართოების შესამცირებლად. (7) პარალელური გენერატორების რეაქტიული სიმძლავრის გონივრულად განაწილება შესაძლებელია.

3. აგზნების სისტემების კლასიფიკაცია გენერატორის მიერ აგზნების დენის მიღების მეთოდის მიხედვით (ანუ აგზნების დენის წყაროს მიწოდების მეთოდით), აგზნების სისტემა შეიძლება დაიყოს გარე აგზნებად და თვითაგზნებად: სხვა დენის წყაროებიდან მიღებულ აგზნების დენს გარე აგზნება ეწოდება; თავად გენერატორიდან მიღებულ აგზნების დენს - თვითაგზნებად. გასწორების მეთოდის მიხედვით, ის შეიძლება დაიყოს ბრუნვით აგზნებად და სტატიკურ აგზნებად. სტატიკურ აგზნების სისტემას არ აქვს სპეციალური აგზნების მანქანა. თუ ის აგზნების სიმძლავრეს თავად გენერატორიდან იღებს, მას თვითაგზნების სტატიკური აგზნება ეწოდება. თვითაგზნების სტატიკური აგზნება შეიძლება დაიყოს თვითპარალელური აგზნების და თვითშეზავების აგზნების ფორმებად.
ყველაზე ხშირად გამოყენებული აგზნების მეთოდი არის თვითპარალელური აგზნების სტატიკური აგზნება, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე. ის აგზნების სიმძლავრეს იღებს გენერატორის გამოსასვლელთან დაკავშირებული გამასწორებელი ტრანსფორმატორის მეშვეობით და გასწორების შემდეგ გენერატორის აგზნების დენს აწვდის.
თვითპარალელური აგზნების სტატიკური გასწორების აგზნების სისტემის გაყვანილობის დიაგრამა

თვითპარალელური აგზნების სტატიკური აგზნების სისტემა ძირითადად შედგება შემდეგი ნაწილებისგან: აგზნების ტრანსფორმატორი, გასწორებელი, დემაგნეტიზაციის მოწყობილობა, რეგულირების კონტროლერი და გადაჭარბებული ძაბვისგან დამცავი მოწყობილობა. ეს ხუთი ნაწილი შესაბამისად ასრულებს შემდეგ ფუნქციებს:
(1) აგზნების ტრანსფორმატორი: შეამცირეთ ძაბვა მანქანის ბოლოში გასწორების შესაბამის ძაბვამდე.
(2) გასწორება: ეს არის მთელი სისტემის ძირითადი კომპონენტი. სამფაზიანი სრულად კონტროლირებადი ხიდის სქემა ხშირად გამოიყენება ცვლადენოვანი დენის მუდმივ დენად გარდაქმნის ამოცანის შესასრულებლად.
(3) დემაგნეტიზაციის მოწყობილობა: დემაგნეტიზაციის მოწყობილობა შედგება ორი ნაწილისგან, კერძოდ, დემაგნეტიზაციის ჩამრთველისა და დემაგნეტიზაციის რეზისტორისგან. ეს მოწყობილობა პასუხისმგებელია ავარიის შემთხვევაში მოწყობილობის სწრაფ დემაგნეტიზაციაზე.
(4) რეგულირების კონტროლერი: აგზნების სისტემის მართვის მოწყობილობა ცვლის აგზნების დენს გასწორების მოწყობილობის ტირისტორის გამტარობის კუთხის კონტროლით, რათა მიღწეულ იქნას გენერატორის რეაქტიული სიმძლავრისა და ძაბვის რეგულირების ეფექტი.
(5) გადაჭარბებული ძაბვისგან დაცვა: როდესაც გენერატორის როტორის წრედს აქვს გადაჭარბებული ძაბვა, წრედი ირთვება გადაჭარბებული ძაბვის ენერგიის მოხმარებისთვის, გადაჭარბებული ძაბვის მნიშვნელობის შესამცირებლად და გენერატორის როტორის გრაგნილისა და მასთან დაკავშირებული აღჭურვილობის დასაცავად.
თვითპარალელური აგზნების სტატიკური აგზნების სისტემის უპირატესობებია: მარტივი სტრუქტურა, ნაკლები აღჭურვილობა, დაბალი ინვესტიცია და ნაკლები მოვლა. ნაკლი ის არის, რომ როდესაც გენერატორი ან სისტემა მოკლედ არის შერთვილი, აგზნების დენი მნიშვნელოვნად გაქრება ან ეცემა, მაშინ როდესაც ამ დროს აგზნების დენი მნიშვნელოვნად უნდა გაიზარდოს (ანუ იძულებითი აგზნება). თუმცა, იმის გათვალისწინებით, რომ თანამედროვე დიდი აგრეგატები ძირითადად დახურულ სალტეებს იყენებენ, ხოლო მაღალი ძაბვის ელექტრო ქსელები ზოგადად აღჭურვილია სწრაფი დაცვით და მაღალი საიმედოობით, ამ აგზნების მეთოდის გამოყენებით აგრეგატების რაოდენობა იზრდება და ეს ასევე რეგულაციებითა და სპეციფიკაციებით რეკომენდებული აგზნების მეთოდია. 4. აგრეგატის ელექტრო დამუხრუჭებისას აგრეგატის განტვირთვისა და გამორთვის შემდეგ, მექანიკური ენერგიის ნაწილი ინახება როტორის უზარმაზარი ბრუნვითი ინერციის გამო. ენერგიის ეს ნაწილის სრულად შეჩერება შესაძლებელია მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ის გარდაიქმნება ბიძგის საკისრის, გამტარი საკისრის და ჰაერის ხახუნის სითბურ ენერგიად. რადგან ჰაერის ხახუნის დანაკარგი პროპორციულია წრეწირის წრფივი სიჩქარის კვადრატის, როტორის სიჩქარე თავიდან ძალიან სწრაფად ეცემა, შემდეგ კი ის დიდი ხნის განმავლობაში უმოქმედოდ იმუშავებს დაბალი სიჩქარით. როდესაც აგრეგატი დიდი ხნის განმავლობაში დაბალი სიჩქარით მუშაობს, შესაძლოა, საყრდენი ბუში დაიწვას, რადგან საყრდენი თავის ქვეშ არსებულ სარკისებრ ფირფიტასა და საკისრის ბუშს შორის ზეთის ფენა ვერ დგინდება. ამ მიზეზით, გამორთვის პროცესში, როდესაც აგრეგატის სიჩქარე გარკვეულ მითითებულ მნიშვნელობამდე ეცემა, საჭიროა აგრეგატის დამუხრუჭების სისტემის გამოყენება. აგრეგატის დამუხრუჭება იყოფა ელექტრო დამუხრუჭებად, მექანიკურ დამუხრუჭებად და კომბინირებულ დამუხრუჭებად. ელექტრო დამუხრუჭება გულისხმობს სამფაზიანი გენერატორის სტატორის მოკლე ჩართვას მანქანის ბოლო გამოსასვლელთან, გენერატორის გათიშვისა და დემაგნეტიზაციის შემდეგ, და ლოდინს, სანამ აგრეგატის სიჩქარე ნომინალური სიჩქარის დაახლოებით 50%-დან 60%-მდე დაეცემა. ლოგიკური ოპერაციების სერიის მეშვეობით, უზრუნველყოფილია დამუხრუჭების სიმძლავრე და აგზნების რეგულატორი გადადის ელექტრო დამუხრუჭების რეჟიმში, რათა გენერატორის როტორის გრაგნილს აგზნების დენი დაამატოს. რადგან გენერატორი ბრუნავს, სტატორი როტორის მაგნიტური ველის მოქმედებით იწვევს მოკლე ჩართვის დენს. გენერირებული ელექტრომაგნიტური მომენტი როტორის ინერციული მიმართულების საპირისპიროა, რაც დამუხრუჭების როლს ასრულებს. ელექტრო დამუხრუჭების განხორციელების პროცესში, დამუხრუჭების დენის წყარო გარედან უნდა იყოს უზრუნველყოფილი, რაც მჭიდრო კავშირშია აგზნების სისტემის მთავარი წრედის სტრუქტურასთან. ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში ნაჩვენებია ელექტრო მუხრუჭის აგზნების დენის წყაროს მიღების სხვადასხვა გზა.
ელექტრო მუხრუჭის აგზნების დენის წყაროს მიღების სხვადასხვა გზა
პირველ შემთხვევაში, აგზნების მოწყობილობა წარმოადგენს თვითპარალელური აგზნების გაყვანილობის მეთოდს. როდესაც მანქანის ბოლო მოკლე ჩართვისას ხდება, აგზნების ტრანსფორმატორს არ აქვს კვების წყარო. დამუხრუჭების კვების წყარო მოდის სპეციალური სამუხრუჭე ტრანსფორმატორიდან და სამუხრუჭე ტრანსფორმატორი დაკავშირებულია ელექტროსადგურის ენერგიასთან. როგორც ზემოთ აღინიშნა, ჰიდროელექტროსადგურების პროექტების უმეტესობა იყენებს თვითპარალელური აგზნების სტატიკური გამასწორებელი აგზნების სისტემას და უფრო ეკონომიურია გამასწორებელი ხიდის გამოყენება აგზნების სისტემისა და ელექტრო სამუხრუჭე სისტემისთვის. ამიტომ, ელექტრო სამუხრუჭე აგზნების კვების წყაროს მიღების ეს მეთოდი უფრო გავრცელებულია. ამ მეთოდის ელექტრო დამუხრუჭების სამუშაო პროცესი შემდეგია:
(1) ბლოკის გამოსასვლელის ამომრთველი იხსნება და სისტემა გათიშულია.
(2) როტორის გრაგნილი დემაგნეტიზებულია.
(3) აგზნების ტრანსფორმატორის მეორად მხარეს დენის გადამრთველი იხსნება.
(4) ელექტრო მუხრუჭის მოკლე ჩართვის გადამრთველი დახურულია.
(5) ელექტრო სამუხრუჭე ტრანსფორმატორის მეორად მხარეს დენის ჩამრთველი დახურულია.
(6) გამტარობის გასააქტიურებლად აქტიურდება გამსწორებელი ხიდის ტირისტორი და ბლოკი გადადის ელექტრო დამუხრუჭების მდგომარეობაში.
(7) როდესაც აგრეგატის სიჩქარე ნულის ტოლია, ელექტრო მუხრუჭი იხსნება (თუ გამოიყენება კომბინირებული დამუხრუჭება, როდესაც სიჩქარე ნომინალური სიჩქარის 5%-დან 10%-მდე აღწევს, გამოიყენება მექანიკური დამუხრუჭება). 5. ინტელექტუალური აგზნების სისტემა ინტელექტუალური ჰიდროელექტროსადგური გულისხმობს ჰიდროელექტროსადგურს ან ჰიდროელექტროსადგურების ჯგუფს ინფორმაციის დიგიტალიზაციის, საკომუნიკაციო ქსელების, ინტეგრირებული სტანდარტიზაციის, ბიზნეს ურთიერთქმედების, ოპერაციის ოპტიმიზაციისა და ინტელექტუალური გადაწყვეტილების მიღების სისტემებით. ინტელექტუალური ჰიდროელექტროსადგურები ვერტიკალურად იყოფა პროცესის ფენად, აგრეგატის ფენად და სადგურის მართვის ფენად, პროცესის ფენის ქსელის (GOOSE ქსელი, SV ქსელი) და სადგურის მართვის ფენის ქსელის (MMS ქსელი) 3-ფენიანი 2-ქსელური სტრუქტურის გამოყენებით. ინტელექტუალურ ჰიდროელექტროსადგურებს სჭირდებათ ინტელექტუალური აღჭურვილობის მხარდაჭერა. როგორც ჰიდროტურბინის გენერატორის ნაკრების ძირითადი მართვის სისტემა, აგზნების სისტემის ტექნოლოგიური განვითარება მნიშვნელოვან დამხმარე როლს ასრულებს ინტელექტუალური ჰიდროელექტროსადგურების მშენებლობაში.
ინტელექტუალურ ჰიდროელექტროსადგურებში, ტურბინის გენერატორის კომპლექტის ჩართვა-გამორთვის, რეაქტიული სიმძლავრის გაზრდისა და შემცირების და ავარიული გამორთვის მსგავსი ძირითადი ამოცანების შესრულების გარდა, აგზნების სისტემას ასევე უნდა შეეძლოს IEC61850 მონაცემთა მოდელირებისა და კომუნიკაციის ფუნქციების დაკმაყოფილება და სადგურის მართვის ფენის ქსელთან (MMS ქსელი) და პროცესის ფენის ქსელთან (GOOSE ქსელი და SV ქსელი) კომუნიკაციის მხარდაჭერა. აგზნების სისტემის მოწყობილობა განლაგებულია ინტელექტუალური ჰიდროელექტროსადგურის სისტემის სტრუქტურის ერთეულ ფენაზე, ხოლო შერწყმის ბლოკი, ინტელექტუალური ტერმინალი, დამხმარე მართვის ბლოკი და სხვა მოწყობილობები ან ინტელექტუალური აღჭურვილობა განლაგებულია პროცესის ფენაზე. სისტემის სტრუქტურა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.
ინტელექტუალური აგზნების სისტემა
ინტელექტუალური ჰიდროელექტროსადგურის სადგურის მართვის ფენის მასპინძელი კომპიუტერი აკმაყოფილებს IEC61850 საკომუნიკაციო სტანდარტის მოთხოვნებს და აგზნების სისტემის სიგნალს MMS ქსელის საშუალებით უგზავნის მონიტორინგის სისტემის მასპინძელ კომპიუტერს. ინტელექტუალურ აგზნების სისტემას უნდა შეეძლოს GOOSE ქსელთან და SV ქსელის გადამრთველებთან დაკავშირება, რათა შეაგროვოს მონაცემები პროცესის ფენაზე. პროცესის ფენა მოითხოვს, რომ CT, PT და ლოკალური კომპონენტების მიერ გამომავალი მონაცემები იყოს ციფრული ფორმით. CT და PT დაკავშირებულია შემაერთებელ ერთეულთან (ელექტრონული ტრანსფორმატორები დაკავშირებულია ოპტიკური კაბელებით, ხოლო ელექტრომაგნიტური ტრანსფორმატორები - კაბელებით). დენის და ძაბვის მონაცემების ციფრული ფორმატირების შემდეგ, ისინი დაკავშირებულია SV ქსელის გადამრთველთან ოპტიკური კაბელების საშუალებით. ლოკალური კომპონენტები უნდა იყოს დაკავშირებული ინტელექტუალურ ტერმინალთან კაბელების საშუალებით, ხოლო გადამრთველი ან ანალოგური სიგნალები გარდაიქმნება ციფრულ სიგნალებად და გადაეცემა GOOSE ქსელის გადამრთველს ოპტიკური კაბელების საშუალებით. ამჟამად, აგზნების სისტემას ძირითადად აქვს კომუნიკაციის ფუნქცია სადგურის მართვის ფენის MMS ქსელთან და პროცესის ფენის GOOSE/SV ქსელთან. IEC61850 საკომუნიკაციო სტანდარტის ქსელური ინფორმაციის ურთიერთქმედების მოთხოვნების დაკმაყოფილების გარდა, ინტელექტუალური აგზნების სისტემას ასევე უნდა ჰქონდეს ყოვლისმომცველი ონლაინ მონიტორინგი, ინტელექტუალური ხარვეზების დიაგნოსტიკა და მოსახერხებელი სატესტო ოპერაცია და მოვლა. სრულად ფუნქციონალური ინტელექტუალური აგზნების მოწყობილობის მუშაობა და გამოყენების ეფექტი უნდა შემოწმდეს მომავალ რეალურ საინჟინრო აპლიკაციებში.