Табиғаттағы барлық өзендердің белгілі бір еңісі болады. Су тартылыс күшінің әсерінен өзен арнасын бойлай ағады. Биік биіктіктегі суда потенциалдық энергия көп. Гидротехникалық құрылыстар мен электромеханикалық құрал-жабдықтардың көмегімен судың энергиясын электр энергиясына, яғни гидроэнергетикаға айналдыруға болады. Гидроэнергияны өндіру принципі біздің электромагниттік индукциямыз, яғни өткізгіш магнит өрісіндегі магнит ағынының сызықтарын кескенде, ол ток тудырады. Олардың ішінде магнит өрісіндегі өткізгіштің «қозғалысы» су энергиясын айналмалы механикалық энергияға айналдыру үшін турбинаға әсер ететін су ағыны арқылы қол жеткізіледі; ал магнит өрісі әрқашан дерлік генератор роторының орамасы арқылы өтетін қоздыру жүйесі тудыратын қоздыру тогы арқылы қалыптасады, яғни магнетизм электр тогы арқылы пайда болады.
1. Қозу жүйесі дегеніміз не? Энергияны түрлендіруді жүзеге асыру үшін синхронды генераторға тұрақты токтың магнит өрісі қажет, ал осы магнит өрісін тудыратын тұрақты ток генератордың қоздыру тогы деп аталады. Жалпы, электромагниттік индукция принципі бойынша генератор роторында магнит өрісінің пайда болу процесі қозу деп аталады. Қозу жүйесі синхронды генератор үшін қоздыру тогын қамтамасыз ететін жабдықты білдіреді. Бұл синхронды генератордың маңызды бөлігі. Ол негізінен екі негізгі бөліктен тұрады: қоздыру қуат блогы және қоздыру реттегіші. Қоздыру қуат блогы синхронды генератор роторын қоздыру тогын қамтамасыз етеді, ал қоздыру реттегіші кіріс сигналы мен берілген реттеу критерийлері бойынша қоздыру қуат блогының шығысын басқарады.
2. Қоздыру жүйесінің қызметі Қоздыру жүйесінің келесі негізгі функциялары бар: (1) Қалыпты жұмыс жағдайында ол генератордың қоздыру тогын қамтамасыз етеді және кернеу тұрақтылығын сақтау үшін генератор терминалының кернеуі мен жүктеме жағдайларына сәйкес берілген заңға сәйкес қоздыру тогын реттейді. Неліктен кернеудің тұрақтылығын қоздыру тогын реттеу арқылы сақтауға болады? Генератор статор орамасының индукцияланған потенциалы (яғни жүктемесіз потенциал) Ed, терминал кернеуі Ug, генератордың реактивті жүктеме тогы Ir және бойлық синхронды реактивтілік Xd арасында шамамен байланыс бар:
Индукцияланған потенциал Ed магнит ағынына пропорционал, ал магнит ағыны қоздыру тогының шамасына тәуелді. Қоздыру тогы өзгеріссіз қалғанда магнит ағыны және индукцияланған потенциал Ed өзгеріссіз қалады. Жоғарыда келтірілген формуладан реактивті токтың артуымен генератордың терминалдық кернеуі төмендейтінін көруге болады. Дегенмен, пайдаланушының қуат сапасына қойылатын талаптарын қанағаттандыру үшін генератордың терминалдық кернеуі негізінен өзгеріссіз қалуы керек. Әлбетте, бұл талапқа жету жолы Ir реактивті ток өзгергенде (яғни жүктеме өзгергенде) генератордың қоздыру тогын реттеу болып табылады. (2) Жүктеме шарттарына сәйкес қоздыру тогы реактивті қуатты реттеу үшін берілген ережеге сәйкес реттеледі. Неліктен реактивті қуатты реттеу қажет? Көптеген электр жабдықтары электромагниттік индукция принципіне негізделген, мысалы, трансформаторлар, қозғалтқыштар, дәнекерлеу машиналары және т.б. Олардың барлығы энергияны түрлендіру және беру үшін айнымалы магнит өрісін құруға негізделген. Айнымалы магнит өрісі мен индукцияланған магнит ағынын орнату үшін қажет электр қуаты реактивті қуат деп аталады. Электромагниттік катушкалары бар барлық электр жабдықтары магнит өрісін орнату үшін реактивті қуатты тұтынады. Реактивті қуатсыз қозғалтқыш айналмайды, трансформатор кернеуді өзгерте алмайды және көптеген электр жабдықтары жұмыс істемейді. Сондықтан реактивті қуат ешбір жағдайда пайдасыз қуат емес. Қалыпты жағдайда электр жабдықтары генератордан белсенді қуат алып қана қоймайды, сонымен қатар генератордан реактивті қуатты алу керек. Электр желісіндегі реактивті қуат жетіспейтін болса, қалыпты электромагниттік өрісті орнату үшін электр жабдығының реактивті қуаты жеткіліксіз болады. Содан кейін бұл электр жабдығы номиналды жұмысты сақтай алмайды және электр жабдығының терминалдық кернеуі төмендейді, осылайша электр жабдығының қалыпты жұмысына әсер етеді. Сондықтан реактивті қуатты нақты жүктемеге сәйкес реттеу қажет, ал генератордың шығаратын реактивті қуаты қоздыру тогының шамасымен байланысты. Нақты принцип бұл жерде егжей-тегжейлі айтылмайды. (3) Қуат жүйесінде қысқа тұйықталу апаты немесе басқа себептер генератор терминалының кернеуінің күрт төмендеуіне әкелгенде, қуат жүйесінің динамикалық тұрақтылық шегін және релелік қорғаныс әрекетінің дәлдігін жақсарту үшін генераторды мәжбүрлеп қоздыруға болады. (4) Жүктеменің кенет төмендеуіне және басқа себептерге байланысты генератордың шамадан тыс кернеуі орын алған кезде, генератор терминалының кернеуінің шамадан тыс жоғарылауын шектеу үшін генераторды күшпен магнитсіздендіруге болады. (5) Қуат жүйесінің статикалық тұрақтылығын жақсартыңыз. (6) Генератордың ішінде және оның өткізгіш сымдарында фазалар арасындағы қысқа тұйықталу орын алған кезде немесе генератор терминалының кернеуі тым жоғары болса, апаттың кеңеюін шектеу үшін магнитсіздендіру жылдам жүргізіледі. (7) Параллель генераторлардың реактивті қуатын орынды бөлуге болады.
3. Қоздыру жүйелерінің жіктелуі Генератордың қоздыру тогын алу тәсілі бойынша (яғни қоздыру қоректендіру көзінің қоректену әдісі) қоздыру жүйесін сыртқы қоздыру және өздігінен қоздыру деп бөлуге болады: басқа қоректендіру көздерінен алынған қоздыру тогы сыртқы қозу деп аталады; генератордың өзінен алынған қоздыру тогы өздігінен қозу деп аталады. Ректификация әдісі бойынша оны айналмалы қозу және статикалық қозу деп бөлуге болады. Статикалық қоздыру жүйесінде арнайы қоздыру машинасы жоқ. Ол қоздыру қуатын генератордың өзінен алатын болса, оны өздігінен қоздыратын статикалық қозу деп атайды. Өздігінен қозуды статикалық қозуды өздігінен параллельді қозу және өздігінен қосылатын қозу деп бөлуге болады.
Ең жиі қолданылатын қозу әдісі төмендегі суретте көрсетілгендей өздігінен параллель қозу статикалық қозу болып табылады. Ол генератордың розеткасына қосылған түзеткіш трансформатор арқылы қоздыру қуатын алады және түзетілгеннен кейін генератордың қоздыру тогын береді.
Өздігінен параллель қоздыру статикалық түзеткіш қоздыру жүйесінің электр схемасы
Өздігінен параллельді қоздырғыш статикалық қоздыру жүйесі негізінен келесі бөліктерден тұрады: қоздыру трансформаторы, түзеткіш, магнитсіздендіру құрылғысы, реттеу реттегіші және асқын кернеуден қорғау құрылғысы. Бұл бес бөлік сәйкесінше келесі функцияларды орындайды:
(1) Қоздыру трансформаторы: машинаның шетіндегі кернеуді түзеткішке сәйкес келетін кернеуге дейін төмендетіңіз.
(2) Түзеткіш: ол бүкіл жүйенің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Айнымалы токтан тұрақты токқа түрлендіру тапсырмасын орындау үшін үш фазалы толық басқарылатын көпір тізбегі жиі пайдаланылады.
(3) Магнитсіздендіру құрылғысы: магнитсіздендіру құрылғысы екі бөліктен тұрады, атап айтқанда магнитсіздендіру қосқышы және магнитсіздандыру резисторы. Бұл құрылғы апат болған жағдайда құрылғыны тез магнитсіздендіруге жауап береді.
(4) Реттеу реттегіші: қоздыру жүйесінің басқару құрылғысы генератордың реактивті қуаты мен кернеуін реттеу әсеріне жету үшін түзеткіш құрылғының тиристорының өткізгіштік бұрышын басқару арқылы қоздыру тогын өзгертеді.
(5) Асқын кернеуден қорғау: генератор роторының тізбегінде асқын кернеу болған кезде, тізбек асқын кернеу энергиясын тұтыну, асқын кернеу мәнін шектеу және генератор роторының орамасы мен оған қосылған жабдықты қорғау үшін қосылады.
Өздігінен параллельді қоздыру статикалық қоздыру жүйесінің артықшылықтары: қарапайым құрылым, аз жабдық, аз инвестиция және аз техникалық қызмет көрсету. Кемшілігі генератор немесе жүйе қысқа тұйықталу кезінде қоздыру тогы жоғалады немесе қатты төмендейді, бұл кезде қоздыру тогын айтарлықтай арттыру керек (яғни мәжбүрлі қозу). Дегенмен, қазіргі заманғы ірі қондырғыларда негізінен жабық шиналарды пайдаланатынын, ал жоғары вольтты электр желілері әдетте жылдам қорғаныспен және жоғары сенімділікпен жабдықталғанын ескерсек, бұл қоздыру әдісін қолданатын қондырғылар саны артып келеді және бұл да ережелер мен техникалық шарттарда ұсынылған қоздыру әдісі болып табылады. 4. Қондырғыны электрлік тежеу Қондырғыны түсіріп, тоқтатқанда ротордың үлкен айналу инерциясына байланысты механикалық энергияның бір бөлігі сақталады. Энергияның бұл бөлігін мойынтіректің, бағыттаушы мойынтіректің және ауаның үйкеліс жылу энергиясына айналдырғаннан кейін ғана толығымен тоқтатуға болады. Ауаның үйкеліс жоғалуы шеңбердің сызықтық жылдамдығының квадратына пропорционал болғандықтан, ротордың айналу жылдамдығы алдымен өте тез төмендейді, содан кейін ол төмен жылдамдықта ұзақ уақыт бойы бос тұрып қалады. Қондырғы ұзақ уақыт бойы төмен жылдамдықпен жұмыс істегенде, тіреуіш бағананың астындағы айна пластина мен мойынтірек төлкесінің арасындағы май қабықшасы орнатылмағандықтан, итергіш төлке күйіп кетуі мүмкін. Осы себепті өшіру процесінде құрылғының жылдамдығы белгілі бір көрсетілген мәнге дейін төмендеген кезде блоктың тежеу жүйесін пайдалануға енгізу қажет. Агрегатты тежеу электрлік тежеу, механикалық тежеу және аралас тежеу болып бөлінеді. Электрлік тежеу генератор ажыратылғаннан және магнитсізденгеннен кейін машинаның соңғы розеткасындағы үш фазалы генератордың статорын қысқа тұйықтау болып табылады және құрылғының айналу жылдамдығы номиналды жылдамдықтың шамамен 50% - 60% дейін төмендеуін күту. Логикалық операциялар қатары арқылы тежеу қуаты қамтамасыз етіледі, ал қоздыру реттегіші генератор роторының орамасына қоздыру тогын қосу үшін электрлік тежеу режиміне ауысады. Генератор айналатындықтан, статор ротордың магнит өрісінің әсерінен қысқа тұйықталу тогын тудырады. Түзілген электромагниттік момент тежеу рөлін атқаратын ротордың инерциялық бағытына қарама-қарсы болады. Электрлік тежеуді жүзеге асыру процесінде қоздыру жүйесінің негізгі контур құрылымымен тығыз байланысты тежегіш қуат көзін сырттан қамтамасыз ету қажет. Төмендегі суретте электр тежегішінің қоздырғышының қуат көзін алудың әртүрлі жолдары көрсетілген.
Электрлік тежегіш қоздыру қоректендіру көзін алудың әртүрлі тәсілдері
Бірінші тәсілмен қоздыру құрылғысы өздігінен параллель қоздыру сымдарының әдісі болып табылады. Машинаның ұшы қысқа тұйықталу кезінде қоздыру трансформаторында қуат көзі болмайды. Тежегіш қуат көзі арнайы тежегіш трансформатордан келеді, ал тежегіш трансформатор зауыттың қуатына қосылады. Жоғарыда айтылғандай, гидроэнергетикалық жобалардың көпшілігінде өздігінен параллель қоздырғыш статикалық түзеткіш қоздыру жүйесі қолданылады, ал қоздыру жүйесі мен электр тежегіш жүйесі үшін түзеткіш көпірді пайдалану үнемді. Сондықтан электр тежегіш қоздыру қоректендіру көзін алудың бұл әдісі кең таралған. Бұл әдістің электрлік тежеу жұмыс процесі келесідей:
(1) Құрылғының шығыс сөндіргіші ашылды және жүйе ажыратылады.
(2) Ротор орамасы магнитсіздендірілген.
(3) Қоздыру трансформаторының екінші жағындағы қуат қосқышы ашылды.
(4) Құрылғының электр тежегішінің қысқа тұйықталу қосқышы жабық.
(5) Электр тежегіш трансформаторының екінші жағындағы қуат қосқышы жабық.
(6) Түзеткіш көпірдің тиристоры өткізу үшін іске қосылады және құрылғы электрлік тежегіш күйіне өтеді.
(7) Құрылғының айналу жиілігі нөлге тең болғанда, электр тежегіші босатылады (аралас тежеу пайдаланылса, жылдамдық номиналды жылдамдықтың 5% - 10% жеткенде, механикалық тежеу қолданылады). 5. Интеллектуалды қоздыру жүйесі Интеллектуалды су электр станциясы ақпаратты цифрландыру, коммуникациялық желі, интеграцияланған стандарттау, іскерлік өзара әрекеттесу, жұмысты оңтайландыру және интеллектуалды шешім қабылдау мүмкіндігі бар су электр станциясы немесе су электр станциясы тобына жатады. Интеллектуалды су электр станциялары технологиялық деңгей желісінің (GOOSE желісі, SV желісі) және станциялық басқару қабатының желісінің (MMS желісі) 3-қабатты 2-желілік құрылымын пайдалана отырып, технологиялық деңгейге, агрегаттық деңгейге және станциялық басқару деңгейіне тігінен бөлінеді. Интеллектуалды су электр станцияларын интеллектуалды қондырғылармен қамтамасыз ету қажет. Гидротурбиналық генератор қондырғысын басқарудың негізгі жүйесі ретінде қоздыру жүйесінің технологиялық дамуы интеллектуалды ГЭС құрылысында маңызды көмекші рөл атқарады.
Зияткерлік су электр станцияларында турбогенератор жинағын іске қосу және тоқтату, реактивті қуатты арттыру және азайту және апатты өшіру сияқты негізгі тапсырмаларды орындаудан басқа, қоздыру жүйесі IEC61850 деректерді модельдеу және байланыс функцияларына жауап беруі және станцияның басқару деңгейінің желісімен (MMS желісі) және технологиялық деңгей желісімен (GOOSE желісі) байланысты қолдауы керек. Қоздыру жүйесінің құрылғысы интеллектуалды гидроэлектр станциясы жүйесінің құрылымдық қабатында, ал біріктіру блогы, интеллектуалды терминал, қосалқы басқару блогы және басқа құрылғылар немесе интеллектуалды жабдық технологиялық қабатта орналасқан. Жүйе құрылымы төмендегі суретте көрсетілген.
Интеллектуалды қозу жүйесі
Зияткерлік су электр станциясының станциялық басқару қабатының негізгі компьютері IEC61850 байланыс стандартының талаптарына сәйкес келеді және MMS желісі арқылы қоздыру жүйесінің сигналын бақылау жүйесінің негізгі компьютеріне жібереді. Интеллектуалды қоздыру жүйесі процесс деңгейінде деректерді жинау үшін GOOSE желісімен және SV желілік қосқыштармен қосыла алуы керек. Технологиялық деңгей CT, PT және жергілікті құрамдастар арқылы шығарылатын деректердің барлығы сандық формада болуын талап етеді. КТ және ПТ біріктіру қондырғысына қосылады (электрондық трансформаторлар оптикалық кабельдер арқылы, ал электромагниттік трансформаторлар кабельдер арқылы қосылады). Ток және кернеу деректері цифрландырылғаннан кейін олар оптикалық кабельдер арқылы SV желілік қосқышқа қосылады. Жергілікті компоненттер кабельдер арқылы интеллектуалды терминалға қосылуы қажет, ал коммутатор немесе аналогтық сигналдар сандық сигналдарға түрлендіріледі және оптикалық кабельдер арқылы GOOSE желілік қосқышына беріледі. Қазіргі уақытта қоздыру жүйесі негізінен станцияның басқару деңгейінің MMS желісімен және GOOSE/SV технологиялық деңгейінің желісімен байланыс функциясына ие. IEC61850 байланыс стандартының желілік ақпараттық өзара әрекеттестігін қанағаттандырумен қатар, интеллектуалды қоздыру жүйесінде жан-жақты онлайн бақылау, интеллектуалды ақаулық диагностикасы және ыңғайлы сынақ жұмысы мен техникалық қызмет көрсету болуы керек. Толық жұмыс істейтін интеллектуалды қоздыру құрылғысының өнімділігі мен қолдану әсері болашақ инженерлік қолданбаларда сыналуы керек.
Хабарлама уақыты: 09 қазан 2024 ж
