Табиғаттағы өзендердің барлығының белгілі бір көлбеуі бар. Су өзен арнасы бойымен ауырлық күшінің әсерінен ағады. Биік биіктіктегі суда потенциалдық энергия мол болады. Гидравликалық құрылымдар мен электромеханикалық жабдықтардың көмегімен судың энергиясын электр энергиясына, яғни гидроэнергетикаға айналдыруға болады. Гидроэнергетиканың принципі - біздің электромагниттік индукциямыз, яғни өткізгіш магнит өрісіндегі магнит ағынының сызықтарын кескенде, ол ток тудырады. Олардың ішінде өткізгіштің магнит өрісіндегі «қозғалысы» су ағынының турбинаға әсер етуі арқылы су энергиясын айналмалы механикалық энергияға айналдыру арқылы жүзеге асырылады; ал магнит өрісі әрқашан дерлік генератор роторының орамасынан өтетін қоздыру жүйесі тудыратын қоздыру тогымен қалыптасады, яғни магнетизм электр энергиясымен жасалады.
1. Қоздыру жүйесі дегеніміз не? Энергияны түрлендіруді жүзеге асыру үшін синхронды генераторға тұрақты ток магнит өрісі қажет, ал бұл магнит өрісін тудыратын тұрақты ток генератордың қоздыру тогы деп аталады. Жалпы алғанда, электромагниттік индукция принципіне сәйкес генератор роторында магнит өрісін қалыптастыру процесі қоздыру деп аталады. Қоздыру жүйесі синхронды генератор үшін қоздыру тогын қамтамасыз ететін жабдықты білдіреді. Бұл синхронды генератордың маңызды бөлігі. Ол әдетте екі негізгі бөліктен тұрады: қоздыру қуат блогы және қоздыру реттегіші. Қоздыру қуат блогы синхронды генератор роторына қоздыру тогын береді, ал қоздыру реттегіші кіріс сигналына және берілген реттеу критерийлеріне сәйкес қоздыру қуат блогының шығысын басқарады.
2. Қоздыру жүйесінің қызметі Қоздыру жүйесінің келесі негізгі функциялары бар: (1) Қалыпты жұмыс жағдайында ол генераторды қоздыру тогын береді және кернеу тұрақтылығын сақтау үшін генератор терминалының кернеуі мен жүктеме шарттарына сәйкес берілген заңға сәйкес қоздыру тогын реттейді. Неліктен қоздыру тогын реттеу арқылы кернеу тұрақтылығын сақтауға болады? Генератор статоры орамасының индукцияланған потенциалы (яғни, бос жүріс потенциалы) Ed, терминал кернеуі Ug, генератордың реактивті жүктеме тогы Ir және бойлық синхронды реактивті кедергі Xd арасында шамамен байланыс бар:
Индукцияланған потенциал Ed магнит ағынына пропорционалды, ал магнит ағыны қоздыру тогының шамасына байланысты. Қоздыру тогы өзгеріссіз қалғанда, магнит ағыны мен индукцияланған потенциал Ed өзгеріссіз қалады. Жоғарыдағы формуладан генератордың терминалдық кернеуі реактивті токтың артуымен төмендейтінін көруге болады. Дегенмен, пайдаланушының қуат сапасына қойылатын талаптарын қанағаттандыру үшін генератордың терминалдық кернеуі негізінен өзгеріссіз қалуы керек. Әрине, бұл талапқа жетудің жолы - реактивті тог Ir өзгерген сайын (яғни жүктеме өзгерген сайын) генератордың қоздыру тогын реттеу. (2) Жүктеме шарттарына сәйкес қоздыру тогы реактивті қуатты реттеу үшін берілген ережеге сәйкес реттеледі. Неліктен реактивті қуатты реттеу қажет? Көптеген электр жабдықтары, мысалы, трансформаторлар, қозғалтқыштар, дәнекерлеу машиналары және т.б. электромагниттік индукция принципі бойынша жұмыс істейді. Олардың барлығы энергияны түрлендіру және беру үшін айнымалы магнит өрісін құруға негізделген. Айнымалы магнит өрісін және индукцияланған магнит ағынын құру үшін қажетті электр қуаты реактивті қуат деп аталады. Электромагниттік катушкалары бар барлық электр жабдықтары магнит өрісін құру үшін реактивті қуатты тұтынады. Реактивті қуатсыз қозғалтқыш айналмайды, трансформатор кернеуді түрлендіре алмайды және көптеген электр жабдықтары жұмыс істемейді. Сондықтан реактивті қуат ешқандай пайдасыз қуат емес. Қалыпты жағдайда электр жабдықтары генератордан белсенді қуат алып қана қоймай, сонымен қатар генератордан реактивті қуат алуы керек. Егер электр желісіндегі реактивті қуат тапшы болса, электр жабдықтарында қалыпты электромагниттік өрісті орнату үшін жеткілікті реактивті қуат болмайды. Сонда бұл электр жабдықтары номиналды жұмысты сақтай алмайды және электр жабдықтарының терминалдық кернеуі төмендейді, бұл электр жабдықтарының қалыпты жұмысына әсер етеді. Сондықтан реактивті қуатты нақты жүктемеге сәйкес реттеу қажет, ал генератордың реактивті қуат шығысы қоздыру тогының шамасына байланысты. Нақты принцип мұнда егжей-тегжейлі қарастырылмайды. (3) Электр жүйесінде қысқа тұйықталу апаты болған кезде немесе генератор терминалының кернеуінің күрт төмендеуіне әкелетін басқа себептер болған кезде, электр жүйесінің динамикалық тұрақтылық шегін және релелік қорғаныс әрекетінің дәлдігін жақсарту үшін генераторды күштеп қоздыруға болады. (4) Генератордың шамадан тыс кернеуі кенеттен жүктеменің төмендеуіне және басқа себептерге байланысты пайда болған кезде, генератор терминалының кернеуінің шамадан тыс артуын шектеу үшін генераторды күштеп магниттен ажыратуға болады. (5) Қуат жүйесінің статикалық тұрақтылығын жақсарту. (6) Генератордың ішінде және оның сымдарында фазааралық қысқа тұйықталу пайда болған кезде немесе генератор терминалының кернеуі тым жоғары болған кезде, апаттың кеңеюін шектеу үшін магниттен ажырату тез жүзеге асырылады. (7) Параллель генераторлардың реактивті қуатын ақылға қонымды түрде бөлуге болады.
3. Қоздыру жүйелерінің жіктелуі Генератордың қоздыру тогын алу тәсіліне сәйкес (яғни, қоздыру қуат көзінің қоректендіру әдісі) қоздыру жүйесін сыртқы қоздыру және өзіндік қоздыру деп бөлуге болады: басқа қуат көздерінен алынған қоздыру тогы сыртқы қоздыру деп аталады; генератордың өзінен алынған қоздыру тогы өзіндік қоздыру деп аталады. Түзету әдісіне сәйкес, оны айналмалы қоздыру және статикалық қоздыру деп бөлуге болады. Статикалық қоздыру жүйесінде арнайы қоздыру машинасы жоқ. Егер ол қоздыру қуатын генератордың өзінен алса, оны өзіндік қоздыру статикалық қоздыру деп атайды. Өздігінен қоздыру статикалық қоздыруын өзіндік параллель қоздыру және өзіндік қосылыс қоздыру деп бөлуге болады.
Ең жиі қолданылатын қоздыру әдісі - төмендегі суретте көрсетілгендей, өздігінен параллель қоздыру статикалық қоздыру. Ол қоздыру қуатын генератордың розеткасына қосылған түзеткіш трансформатор арқылы алады және түзетілгеннен кейін генераторға қоздыру тогын береді.
Өздігінен параллель қоздыру статикалық түзеткіш қоздыру жүйесінің сым схемасы
Өздігінен параллель қоздыру 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: Машина ұшындағы кернеуді түзеткішпен сәйкес келетін кернеуге дейін азайтыңыз.
(2) Түзеткіш: Бұл бүкіл жүйенің негізгі компоненті. Айнымалы токтан тұрақты токқа түрлендіру тапсырмасын орындау үшін үш фазалы толық басқарылатын көпір тізбегі жиі қолданылады.
(3) Демагнитизация құрылғысы: Демагнитизация құрылғысы екі бөліктен тұрады, атап айтқанда, демагнитизация қосқышы және демагнитизация резисторы. Бұл құрылғы апат болған жағдайда құрылғының тез демагнитизациясына жауап береді.
(4) Реттеуші контроллер: Қоздыру жүйесінің басқару құрылғысы генератордың реактивті қуаты мен кернеуін реттеу әсеріне қол жеткізу 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 орамасын және оған қосылған жабдықты қорғау үшін қосылады.
Өздігінен параллель қоздыру статикалық қоздыру жүйесінің артықшылықтары: құрылымы қарапайым, жабдықтар аз, инвестиция аз және техникалық қызмет көрсету аз. Кемшілігі - генератор немесе жүйе қысқа тұйықталған кезде қоздыру тогы жоғалады немесе айтарлықтай төмендейді, ал қоздыру тогы осы уақытта айтарлықтай артуы керек (яғни мәжбүрлі қоздыру). Дегенмен, қазіргі заманғы ірі қондырғылар көбінесе жабық шиналарды пайдаланатынын және жоғары вольтты электр желілері әдетте жылдам қорғаныспен және жоғары сенімділікпен жабдықталғанын ескере отырып, бұл қоздыру әдісін қолданатын қондырғылар саны артып келеді, және бұл да ережелер мен техникалық сипаттамалармен ұсынылған қоздыру әдісі. 4. Қозғалтқышты электрлік тежеу Қозғалтқыш жүктелмеген және өшірілген кезде, механикалық энергияның бір бөлігі ротордың үлкен айналу инерциясына байланысты сақталады. Энергияның бұл бөлігін тек тарту мойынтірегінің, бағыттаушы мойынтірегінің және ауаның үйкеліс жылу энергиясына түрлендіргеннен кейін ғана толығымен тоқтатуға болады. Ауаның үйкеліс жоғалуы шеңбердің сызықтық жылдамдығының квадратына пропорционалды болғандықтан, ротордың жылдамдығы алдымен өте тез төмендейді, содан кейін ол төмен жылдамдықта ұзақ уақыт бос жүреді. Құрылғы ұзақ уақыт бойы төмен жылдамдықпен жұмыс істеген кезде, тарту күші жанып кетуі мүмкін, себебі тарту күші басының астындағы айна пластинасы мен мойынтірек күші арасындағы май қабығы орнатылмайды. Осы себепті, өшіру процесінде құрылғының жылдамдығы белгілі бір мәнге дейін төмендеген кезде, құрылғының тежеу жүйесін пайдалану қажет. Құрылғының тежелуін электрлік тежеу, механикалық тежеу және аралас тежеу деп бөлуге болады. Электрлік тежеу - генератор ажыратылғаннан және магниттен ажыратылғаннан кейін машина ұшындағы шығыста үш фазалы генератор статорын қысқа тұйықтау және құрылғы жылдамдығының номиналды жылдамдықтың шамамен 50%-дан 60%-ға дейін төмендеуін күту. Бірқатар логикалық операциялар арқылы тежеу қуаты қамтамасыз етіледі және қоздыру реттегіші генератор роторының орамасына қоздыру тогын қосу үшін электрлік тежеу режиміне ауысады. Генератор айналып тұрғандықтан, статор ротордың магнит өрісінің әсерінен қысқа тұйықталу тогын тудырады. Туындаған электромагниттік момент ротордың инерциялық бағытына қарама-қарсы, ол тежеу рөлін атқарады. Электрлік тежеуді жүзеге асыру процесінде тежеу қуат көзін сыртқы жағынан қамтамасыз ету қажет, бұл қоздыру жүйесінің негізгі тізбек құрылымымен тығыз байланысты. Электрлік тежеу қоздыру қуат көзін алудың әртүрлі тәсілдері төмендегі суретте көрсетілген.
Электрлік тежегіш қоздыру қуатын алудың әртүрлі тәсілдері
Бірінші тәсілмен, қоздыру құрылғысы өздігінен параллель қоздыру сымдарының әдісі болып табылады. Машина ұшы қысқа тұйықталған кезде, қоздыру трансформаторында қуат көзі болмайды. Тежеу қуат көзі арнайы тежегіш трансформаторынан келеді, ал тежегіш трансформаторы қондырғы қуатына қосылған. Жоғарыда айтылғандай, гидроэнергетикалық жобалардың көпшілігінде өздігінен параллель қоздыру статикалық түзеткіш қоздыру жүйесі қолданылады және қоздыру жүйесі мен электр тежегіш жүйесі үшін түзеткіш көпірді пайдалану үнемдірек. Сондықтан, электр тежегіш қоздыру қуат көзін алудың бұл әдісі жиі кездеседі. Бұл әдістің электр тежеу жұмыс процесі келесідей:
(1) Құрылғының шығыс автоматты ажыратқышы ашылып, жүйе ажыратылған.
(2) Ротор орамасы магниттенбейді.
(3) Қоздыру трансформаторының екінші жағындағы қуат қосқышы ашылды.
(4) Құрылғының электрлік тежегішінің қысқа тұйықталу қосқышы жабық.
(5) Электр тежегіш трансформаторының екінші жағындағы қуат қосқышы жабық.
(6) Түзеткіш көпір тиристоры іске қосылады, ал құрылғы электрлік тежегіш күйіне өтеді.
(7) Қозғалтқыштың жылдамдығы нөлге тең болған кезде электрлік тежегіш босатылады (егер аралас тежеу қолданылса, жылдамдық номиналды жылдамдықтың 5%-дан 10%-ға дейін жеткенде механикалық тежеу қолданылады). 5. Интеллектуалды қоздыру жүйесі Интеллектуалды гидроэлектростанция дегеніміз ақпаратты цифрландыру, байланыс желісі, интеграцияланған стандарттау, бизнес өзара әрекеттесуі, жұмысты оңтайландыру және ақылды шешім қабылдау мүмкіндігі бар гидроэлектростанция немесе гидроэлектростанциялар тобы. Интеллектуалды гидроэлектростанциялар тігінен процесс қабаты, блок қабаты және станцияны басқару қабаты болып бөлінеді, процесс қабаты желісінің (GOOSE желісі, SV желісі) және станцияны басқару қабаты желісінің (MMS желісі) 3 қабатты 2 желілік құрылымын пайдаланады. Интеллектуалды гидроэлектростанцияларды интеллектуалды жабдықтармен қолдау қажет. Гидротурбина генераторы жиынтығының негізгі басқару жүйесі ретінде қоздыру жүйесінің технологиялық дамуы интеллектуалды гидроэлектростанцияларды салуда маңызды қолдаушы рөл атқарады.
Ақылды су электр станцияларында турбина генераторы жиынтығын іске қосу және тоқтату, реактивті қуатты арттыру және азайту, апаттық өшіру сияқты негізгі тапсырмаларды орындаумен қатар, қоздыру жүйесі IEC61850 деректерді модельдеу және байланыс функцияларына сәйкес келуі және станцияны басқару қабатының желісімен (MMS желісі) және процесс қабатының желісімен (GOOSE желісі және SV желісі) байланысты қолдауы керек. Қоздыру жүйесінің құрылғысы ақылды су электр станциясы жүйесінің құрылымының бірлік қабатында, ал біріктіру блогы, ақылды терминал, көмекші басқару блогы және басқа құрылғылар немесе ақылды жабдықтар процесс қабатында орналасқан. Жүйенің құрылымы төмендегі суретте көрсетілген.
Ақылды қоздыру жүйесі
Ақылды су электр станциясының станцияны басқару қабатының негізгі компьютері IEC61850 байланыс стандартының талаптарына сәйкес келеді және қоздыру жүйесінің сигналын MMS желісі арқылы бақылау жүйесінің негізгі компьютеріне жібереді. Ақылды қоздыру жүйесі GOOSE желісімен және SV желілік коммутаторларымен байланысып, процесс деңгейінде деректерді жинай алуы керек. Процесс деңгейінде CT, PT және жергілікті компоненттер шығаратын деректердің барлығы сандық түрде болуы керек. CT және PT біріктіру блогына қосылған (электрондық трансформаторлар оптикалық кабельдермен, ал электромагниттік трансформаторлар кабельдермен қосылған). Ток және кернеу деректері цифрландырылғаннан кейін, олар оптикалық кабельдер арқылы SV желілік коммутаторына қосылады. Жергілікті компоненттерді интеллектуалды терминалға кабельдер арқылы қосу қажет, ал коммутатор немесе аналогтық сигналдар сандық сигналдарға түрлендіріліп, оптикалық кабельдер арқылы GOOSE желілік коммутаторына беріледі. Қазіргі уақытта қоздыру жүйесі негізінен станцияны басқару қабатының MMS желісімен және процесс деңгейіндегі GOOSE/SV желісімен байланыс функциясына ие. IEC61850 байланыс стандартының желілік ақпарат өзара әрекеттесуіне сәйкес келумен қатар, интеллектуалды қоздыру жүйесі кешенді онлайн бақылауды, интеллектуалды ақаулықтарды диагностикалауды және ыңғайлы сынақ операциясы мен техникалық қызмет көрсетуді қамтамасыз етуі керек. Толық функционалды интеллектуалды қоздыру құрылғысының өнімділігі мен қолдану әсерін болашақтағы нақты инженерлік қолданбаларда тексеру қажет.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 9 қазан
