Dabā visām upēm ir noteikts slīpums. Ūdens plūst pa upes gultni gravitācijas ietekmē. Lielos augstumos ūdens satur bagātīgu potenciālo enerģiju. Ar hidraulisko konstrukciju un elektromehānisko iekārtu palīdzību ūdens enerģiju var pārveidot elektriskajā enerģijā, tas ir, hidroenerģijas ražošanā. Hidroenerģijas ražošanas princips ir elektromagnētiskā indukcija, tas ir, kad vadītājs magnētiskajā laukā pārgriež magnētiskās plūsmas līnijas, tas ģenerē strāvu. Vadītāja "kustība" magnētiskajā laukā tiek panākta, ūdens plūsmai iedarbojoties uz turbīnu, lai pārveidotu ūdens enerģiju rotācijas mehāniskajā enerģijā; un magnētisko lauku gandrīz vienmēr veido ierosmes strāva, ko rada ierosmes sistēma, kas plūst caur ģeneratora rotora tinumu, tas ir, magnētismu ģenerē elektrība.
1. Kas ir ierosmes sistēma? Lai realizētu enerģijas pārveidošanu, sinhronajam ģeneratoram ir nepieciešams līdzstrāvas magnētiskais lauks, un līdzstrāvu, kas ģenerē šo magnētisko lauku, sauc par ģeneratora ierosmes strāvu. Parasti magnētiskā lauka veidošanās procesu ģeneratora rotorā saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas principu sauc par ierosmi. Ierosmes sistēma attiecas uz iekārtu, kas nodrošina ierosmes strāvu sinhronajam ģeneratoram. Tā ir svarīga sinhronā ģeneratora sastāvdaļa. Tā parasti sastāv no divām galvenajām daļām: ierosmes barošanas bloka un ierosmes regulatora. Ierosmes barošanas bloks nodrošina ierosmes strāvu sinhronā ģeneratora rotoram, un ierosmes regulators kontrolē ierosmes barošanas bloka izeju atbilstoši ieejas signālam un dotajiem regulēšanas kritērijiem.
2. Ierosmes sistēmas funkcija Ierosmes sistēmai ir šādas galvenās funkcijas: (1) Normālos darbības apstākļos tā piegādā ģeneratoram ierosmes strāvu un regulē ierosmes strāvu saskaņā ar doto likumu atbilstoši ģeneratora spaiļu spriegumam un slodzes apstākļiem, lai uzturētu sprieguma stabilitāti. Kāpēc sprieguma stabilitāti var uzturēt, regulējot ierosmes strāvu? Pastāv aptuvena sakarība starp ģeneratora statora tinuma inducēto potenciālu (t. i., tukšgaitas potenciālu) Ed, spaiļu spriegumu Ug, ģeneratora reaktīvo slodzes strāvu Ir un garenisko sinhrono reaktivitāti Xd:
Inducētais potenciāls Ed ir proporcionāls magnētiskajai plūsmai, un magnētiskā plūsma ir atkarīga no ierosmes strāvas lieluma. Ja ierosmes strāva paliek nemainīga, magnētiskā plūsma un inducētais potenciāls Ed paliek nemainīgi. No iepriekš minētās formulas var redzēt, ka ģeneratora spaiļu spriegums samazināsies, palielinoties reaktīvajai strāvai. Tomēr, lai apmierinātu lietotāja prasības attiecībā uz jaudas kvalitāti, ģeneratora spaiļu spriegumam vajadzētu palikt praktiski nemainīgam. Acīmredzot, veids, kā sasniegt šo prasību, ir pielāgot ģeneratora ierosmes strāvu, mainoties reaktīvajai strāvai Ir (t. i., mainoties slodzei). (2) Atkarībā no slodzes apstākļiem ierosmes strāva tiek regulēta saskaņā ar noteiktu noteikumu, lai pielāgotu reaktīvo jaudu. Kāpēc ir nepieciešams regulēt reaktīvo jaudu? Daudzas elektroiekārtas darbojas, pamatojoties uz elektromagnētiskās indukcijas principu, piemēram, transformatori, motori, metināšanas iekārtas utt. Tās visas balstās uz maiņstrāvas magnētiskā lauka izveidi, lai pārveidotu un pārnestu enerģiju. Elektrisko jaudu, kas nepieciešama maiņstrāvas magnētiskā lauka un inducētās magnētiskās plūsmas izveidošanai, sauc par reaktīvo jaudu. Visas elektroiekārtas ar elektromagnētiskajām spolēm patērē reaktīvo jaudu, lai izveidotu magnētisko lauku. Bez reaktīvās jaudas motors negriezīsies, transformators nespēs pārveidot spriegumu, un daudzas elektroiekārtas nedarbosies. Tāpēc reaktīvā jauda nekādā ziņā nav bezjēdzīga jauda. Normālos apstākļos elektroiekārtas ne tikai iegūst aktīvo jaudu no ģeneratora, bet arī tām ir jāsaņem reaktīvā jauda no ģeneratora. Ja elektrotīklā ir nepietiekama reaktīvā jauda, elektroiekārtām nebūs pietiekami daudz reaktīvās jaudas, lai izveidotu normālu elektromagnētisko lauku. Tad šīs elektroiekārtas nevar uzturēt nominālo darbību, un elektroiekārtu spaiļu spriegums samazināsies, tādējādi ietekmējot elektroiekārtu normālu darbību. Tāpēc ir jāpielāgo reaktīvā jauda atbilstoši faktiskajai slodzei, un ģeneratora saražotā reaktīvā jauda ir saistīta ar ierosmes strāvas lielumu. Konkrētais princips šeit netiks sīkāk aprakstīts. (3) Ja energosistēmā notiek īsslēguma negadījums vai citi iemesli izraisa ģeneratora spaiļu sprieguma nopietnu kritumu, ģeneratoru var piespiedu kārtā ierosināt, lai uzlabotu energosistēmas dinamisko stabilitāti un releju aizsardzības darbības precizitāti. (4) Ja ģeneratora pārspriegums rodas pēkšņas slodzes samazināšanas un citu iemeslu dēļ, ģeneratoru var piespiedu kārtā demagnetizēt, lai ierobežotu ģeneratora spaiļu sprieguma pārmērīgu pieaugumu. (5) Uzlabot energosistēmas statisko stabilitāti. (6) Ja ģeneratora iekšpusē un tā vados rodas fāžu īsslēgums vai ģeneratora spaiļu spriegums ir pārāk augsts, demagnetizācija tiek veikta ātri, lai ierobežotu negadījuma izplatīšanos. (7) Paralēlo ģeneratoru reaktīvo jaudu var saprātīgi sadalīt.
3. Ierosmes sistēmu klasifikācija. Atkarībā no tā, kā ģenerators iegūst ierosmes strāvu (tas ir, ierosmes barošanas avota piegādes metodes), ierosmes sistēmu var iedalīt ārējā ierosmē un pašizrosmē: ierosmes strāvu, kas iegūta no citiem barošanas avotiem, sauc par ārējo ierosmi; ierosmes strāvu, kas iegūta no paša ģeneratora, sauc par pašizrosmi. Saskaņā ar rektifikācijas metodi to var iedalīt rotācijas ierosmē un statiskajā ierosmē. Statiskās ierosmes sistēmai nav īpašas ierosmes mašīnas. Ja tā iegūst ierosmes jaudu no paša ģeneratora, to sauc par pašizrosmes statisko ierosmi. Pašierosmes statisko ierosmi var iedalīt pašparalēlajā ierosmē un paškompozējošā ierosmē.
Visbiežāk izmantotā ierosināšanas metode ir pašparalēlā ierosināšana (statiskā ierosināšana), kā parādīts attēlā zemāk. Tā iegūst ierosmes jaudu caur taisngrieža transformatoru, kas savienots ar ģeneratora izeju, un pēc rektifikācijas piegādā ģeneratora ierosmes strāvu.
Pašparalēlas ierosmes statiskās taisngrieža ierosmes sistēmas elektroinstalācijas shēma
Pašparalēlās ierosmes statiskās ierosmes sistēma galvenokārt sastāv no šādām daļām: ierosmes transformatora, taisngrieža, demagnetizācijas ierīces, regulēšanas kontrollera un pārsprieguma aizsardzības ierīces. Šīs piecas daļas attiecīgi veic šādas funkcijas:
(1) Ierosmes transformators: samaziniet spriegumu mašīnas galā līdz spriegumam, kas atbilst taisngrieža spriegumam.
(2) Taisngriezis: tā ir visas sistēmas galvenā sastāvdaļa. Trīsfāžu pilnībā kontrolēta tilta ķēde bieži tiek izmantota, lai veiktu pārveidošanas uzdevumu no maiņstrāvas uz līdzstrāvu.
(3) Demagnetizācijas ierīce: Demagnetizācijas ierīce sastāv no divām daļām, proti, demagnetizācijas slēdža un demagnetizācijas rezistora. Šī ierīce ir atbildīga par ierīces ātru demagnetizāciju negadījuma gadījumā.
(4) Regulēšanas kontrolieris: ierosmes sistēmas vadības ierīce maina ierosmes strāvu, kontrolējot taisngrieža ierīces tiristora vadīšanas leņķi, lai panāktu ģeneratora reaktīvās jaudas un sprieguma regulēšanas efektu.
(5) Pārsprieguma aizsardzība: Kad ģeneratora rotora ķēdē ir pārspriegums, ķēde tiek ieslēgta, lai patērētu pārsprieguma enerģiju, ierobežotu pārsprieguma vērtību un aizsargātu ģeneratora rotora tinumu un tam pievienoto aprīkojumu.
Pašparalēlās ierosmes statiskās ierosmes sistēmas priekšrocības ir: vienkārša konstrukcija, mazāk aprīkojuma, zemas investīcijas un mazāka apkope. Trūkums ir tāds, ka ģeneratora vai sistēmas īsslēguma gadījumā ierosmes strāva izzūd vai ievērojami samazinās, savukārt ierosmes strāva šajā brīdī ir ievērojami jāpalielina (t.i., jāpiespiež ierosināt). Tomēr, ņemot vērā, ka mūsdienu lielās iekārtas pārsvarā izmanto slēgtas kopnes, un augstsprieguma elektrotīkli parasti ir aprīkoti ar ātras aizsardzības sistēmu un augstu uzticamību, iekārtu skaits, kas izmanto šo ierosmes metodi, pieaug, un šī ir arī noteikumu un specifikāciju ieteiktā ierosmes metode. 4. Iekārtas elektriskā bremzēšana Kad iekārta tiek izkrauta un izslēgta, daļa mehāniskās enerģijas tiek uzkrāta rotora lielās rotācijas inerces dēļ. Šo enerģijas daļu var pilnībā apturēt tikai pēc tam, kad tā ir pārveidota par vilces gultņa, virzošā gultņa un gaisa berzes siltumenerģiju. Tā kā gaisa berzes zudumi ir proporcionāli apkārtmēra lineārā ātruma kvadrātam, rotora ātrums sākumā samazinās ļoti strauji, un pēc tam tas ilgu laiku darbojas tukšgaitā ar mazu ātrumu. Kad iekārta ilgstoši darbojas ar mazu ātrumu, vilces bukse var izdegt, jo nevar izveidoties eļļas plēve starp spoguļplāksni zem vilces galvas un gultņa buksi. Šī iemesla dēļ izslēgšanas procesa laikā, kad iekārtas ātrums samazinās līdz noteiktai vērtībai, ir jāiedarbina iekārtas bremzēšanas sistēma. Iekārtas bremzēšana ir sadalīta elektriskajā bremzēšanā, mehāniskajā bremzēšanā un kombinētajā bremzēšanā. Elektriskā bremzēšana ir īsslēgums starp trīsfāžu ģeneratora statoru mašīnas gala izejā pēc ģeneratora atvienošanas un demagnetizācijas un gaidīšana, līdz iekārtas ātrums samazinās līdz aptuveni 50% līdz 60% no nominālā ātruma. Izmantojot virkni loģisku darbību, tiek nodrošināta bremzēšanas jauda, un ierosmes regulators pārslēdzas elektriskās bremzēšanas režīmā, lai pievienotu ierosmes strāvu ģeneratora rotora tinumam. Tā kā ģenerators rotē, stators rotora magnētiskā lauka ietekmē inducē īsslēguma strāvu. Radītais elektromagnētiskais griezes moments ir tieši pretējs rotora inerces virzienam, kas veic bremzēšanas lomu. Elektriskās bremzēšanas realizācijas procesā bremzēšanas barošanas avots ir jānodrošina no ārpuses, kas ir cieši saistīts ar ierosmes sistēmas galvenās ķēdes struktūru. Dažādi veidi, kā iegūt elektriskās bremzes ierosmes barošanas avotu, ir parādīti attēlā zemāk.
Dažādi veidi, kā iegūt elektriskās bremzes ierosmes barošanas avotu
Pirmajā veidā ierosmes ierīce ir pašparalēlas ierosmes vadu metode. Kad mašīnas galā ir īsslēgums, ierosmes transformatoram nav barošanas avota. Bremzēšanas barošanas avots nāk no speciāla bremžu transformatora, un bremžu transformators ir pievienots elektrostacijas barošanas avotam. Kā minēts iepriekš, lielākajā daļā hidroelektrostaciju projektu tiek izmantota pašparalēlas ierosmes statiskā taisngrieža ierosmes sistēma, un ekonomiskāk ir izmantot taisngrieža tiltu gan ierosmes sistēmai, gan elektriskās bremžu sistēmai. Tāpēc šī elektriskās bremžu ierosmes barošanas avota iegūšanas metode ir visizplatītākā. Šīs metodes elektriskās bremzēšanas darbplūsma ir šāda:
(1) Iekārtas kontaktligzdas ķēdes pārtraucējs ir atvērts, un sistēma ir atvienota.
(2) Rotora tinums ir demagnetizēts.
(3) Ierosmes transformatora sekundārajā pusē esošais barošanas slēdzis ir atvērts.
(4) Bloka elektriskā bremzes īsslēguma slēdzis ir aizvērts.
(5) Elektriskā bremžu transformatora sekundārajā pusē esošais barošanas slēdzis ir aizvērts.
(6) Taisngrieža tilta tiristors tiek iedarbināts vadītspējai, un iekārta pāriet elektriskās bremzes stāvoklī.
(7) Kad agregāta ātrums ir nulle, elektriskā bremze tiek atbrīvota (ja tiek izmantota kombinētā bremzēšana, kad ātrums sasniedz 5–10 % no nominālā ātruma, tiek iedarbināta mehāniskā bremzēšana). 5. Inteliģenta ierosmes sistēma Inteliģenta hidroelektrostacija attiecas uz hidroelektrostaciju vai hidroelektrostaciju grupu ar informācijas digitalizāciju, komunikāciju tīkliem, integrētu standartizāciju, biznesa mijiedarbību, darbības optimizāciju un intelektuālu lēmumu pieņemšanu. Inteliģentas hidroelektrostacijas ir vertikāli sadalītas procesa slānī, agregāta slānī un stacijas vadības slānī, izmantojot procesa slāņu tīkla (GOOSE tīkla, SV tīkla) un stacijas vadības slāņa tīkla (MMS tīkla) 3 slāņu 2 tīklu struktūru. Inteliģentām hidroelektrostacijām ir nepieciešams intelektuālu iekārtu atbalsts. Kā hidroturbīnu ģeneratora agregāta galvenā vadības sistēma, ierosmes sistēmas tehnoloģiskajai attīstībai ir svarīga atbalsta loma intelektuālo hidroelektrostaciju būvniecībā.
Inteliģentās hidroelektrostacijās papildus pamatuzdevumu veikšanai, piemēram, turbīnu ģeneratora agregāta iedarbināšanai un apturēšanai, reaktīvās jaudas palielināšanai un samazināšanai, kā arī avārijas izslēgšanai, ierosmes sistēmai jāspēj izpildīt arī IEC61850 datu modelēšanas un komunikācijas funkcijas, kā arī atbalstīt komunikāciju ar stacijas vadības slāņa tīklu (MMS tīklu) un procesa slāņa tīklu (GOOSE tīklu un SV tīklu). Ierosmes sistēmas ierīce ir izvietota intelektuālās hidroelektrostacijas sistēmas struktūras vienības slānī, bet apvienojošā vienība, intelektuālais terminālis, palīgvadības bloks un citas ierīces vai intelektuālais aprīkojums ir izvietoti procesa slānī. Sistēmas struktūra ir parādīta attēlā zemāk.
Inteliģenta ierosmes sistēma
Inteliģentās hidroelektrostacijas stacijas vadības slāņa saimniekdators atbilst IEC61850 sakaru standarta prasībām un nosūta ierosmes sistēmas signālu uz uzraudzības sistēmas saimniekdatoru, izmantojot MMS tīklu. Inteliģentajai ierosmes sistēmai jāspēj izveidot savienojumu ar GOOSE tīklu un SV tīkla slēdžiem, lai apkopotu datus procesa slānī. Procesa slānim ir nepieciešams, lai CT, PT un lokālo komponentu izvades dati būtu digitālā formātā. CT un PT ir savienoti ar apvienošanas bloku (elektroniskie transformatori ir savienoti ar optiskajiem kabeļiem, bet elektromagnētiskie transformatori ir savienoti ar kabeļiem). Pēc strāvas un sprieguma datu digitalizācijas tie tiek savienoti ar SV tīkla slēdzi, izmantojot optiskos kabeļus. Lokālie komponenti ir jāpievieno viedajam terminālim, izmantojot kabeļus, un slēdža vai analogie signāli tiek pārveidoti digitālos signālos un pārraidīti uz GOOSE tīkla slēdzi, izmantojot optiskos kabeļus. Pašlaik ierosmes sistēmai pamatā ir komunikācijas funkcija ar stacijas vadības slāņa MMS tīklu un procesa slāņa GOOSE/SV tīklu. Papildus IEC61850 komunikācijas standarta tīkla informācijas mijiedarbības prasībām, viedajai ierosmes sistēmai jābūt arī visaptverošai tiešsaistes uzraudzībai, viedai kļūmju diagnostikai un ērtai testa darbībai un apkopei. Pilnībā funkcionējošas viedās ierosmes ierīces veiktspēja un pielietojuma efekts ir jāpārbauda turpmākajos faktiskajos inženiertehniskajos pielietojumos.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 9. oktobris
